El cultivo de peces en sistema RAS y de flujo abierto ha tenido un aumento en el interés de los productores, debido a sus variadas ventajas.
Sin embargo, si los procesos de tratamiento de aguas dentro del sistema no se controlan adecuadamente, pueden causar deterioro en su calidad, provocando efectos negativos en el crecimiento de los peces, aumentando el riesgo de enfermedades infecciosas, incremento del estrés en los peces, el desmejoramiento de la salud de estos y, en consecuencia, también la pérdida del performance productivo (Aatland y Bjerknes, 2009; Timmons y Ebeling, 2010).
Para controlar la calidad del agua se requiere de la cuantificación de variables como la dureza, alcalinidad, temperatura, pH, conductividad, materia orgánica, metales tóxicos, oxígeno disuelto (OD), dióxido de carbono (CO2), presión total de gases (TGP) y compuestos nitrogenados (NH3, NO2, NO3).
En particular, los metales pesados tienen un papel esencial en el funcionamiento de procesos biológicos normales y la insuficiencia o exceso de cantidad puede causar alteraciones en las vías metabólicas y enfermedades graves.
Más allá del nivel de tolerancia, los iones metálicos inducen especies reactivas de oxígeno (ROS), que provoca una respuesta al estrés oxidativo en peces. Metales con actividad redox, ejemplo el cobre y cromo generan especies reactivas de oxígeno a través del ciclo redox.
Mientras losmetales inactivos redox, como por ejemplo el mercurio, el níquel, el plomo, el arsénico y el cadmio se une a los grupos sulfhidrilo (SH) de las proteínas involucradas en las defensas antioxidantes, perjudicando así este mecanismo de defensa.
La producción elevada de ROS en los peces causa lesiones en el ADN, oxidación de lípidos y proteínas y alteraciones del estado celular redox (Garai et al., 2021)
El mecanismo de defensa antioxidante en los peces incluye el sistema enzimático y removedores de bajo peso molecular (Imagen 1). Las enzimas superóxido dismutasa (SOD), glutatión peroxidasa (GPX), catalasa (CAT) y glutatión-s-transferasa (GST) protegen a las células del daño oxidativo mediante la desintoxicación de ROS (Garai et al., 2021).
Proteínas de bajo peso molecular, como las metaloenzimas (MTs) (Imagen 2) actúan como biomarcadores para la detección de contaminantes como los metales pesados (Kumar et al., 2017).
Función de las MTs:
- Eliminador de radicales libres.
- Desintoxicación y homeostasis evitando que las células sufran citotoxicidad y daños en el ADN.
- Inhibición de la apoptosis mediante la regulación de la caspasa – 3
Al análisis histopatológico, los peces afectados por intoxicación por metales muestran un cuadro agudo de carácter tóxico, presentándose principalmente daño a nivel tubular renal, destacando la degeneración hidrópica del epitelio tubular y la exfoliación de epitelio tubular (nefrosis).
Metales Tóxicos
Los metales tóxicos más comunes que potencialmente pueden causar problemas de salud a los peces en RAS incluyen, entre otros, el Cu, Fe y Al (Wedemeyer, 1996).
Cobre
La toxicidad del Cu ocurre cuando este ingresa a las células y se une a proteínas y ácidos nucleicos dentro de las células, interrumpiendo la función celular normal. El Cu puede cambiar entre los estados de oxidación de Cu2+ y Cu1+ dentro de las células, y esta acción le permite precipitar en la reacción de Fenton para formar radicales libres como el radical hidroxilo altamente destructivo. La forma más tóxica del Cu es el ion cúprico (Cu2+).
El Cu acumulado se distribuye y se bioacumula en los principales órganos y sistemas corporales de los peces, incluidos el hígado, el bazo y los riñones a través de la sangre (Aghamirkarimi et al., 2017).
Nivel Tóxico Cu:
> 2,4 µg/L (bajo 21 mg/L CaCO3)
> 15,8 µg/L (185 mg/L CaCO3)
Fierro
El comportamiento del Fe en ecosistemas acuáticos es dinámico y está influenciado por un conjunto complejo de condiciones ambientales como pH del agua, la luminosidad, el potencial redox, la temperatura, el oxígeno y la materia orgánica (sustancias húmicas).
Cuando el Fe2+ se une a la superficie alcalina de las branquias, se oxida a Fe3+ insoluble. Estas sustancias insolubles cubren las laminillas branquiales e inducen daño epitelial e interrupción de la respiración y posterior muerte.
La absorción excesiva de Fe o alteraciones en su regulación, inducen estrés oxidativo causando daño tisular debido a la producción de EROs y peroxidación lipídica (Shuhaimi et al., 2013).
Nivel Tóxico Fe:
> 300 ug/L
Aluminio
El Al inorgánico es la forma más tóxica para los peces. El contenido en agua de este, aumenta linealmente con la reducción del pH (4,5 a 5,5). Las branquias, sistema músculo esquelético, riñón e hígado son los principales órganos diana para la toxicidad de Al.
Si bien el Al puede acumularse en diferentes órganos del cuerpo, tiene efectos importantes en las branquias, siendo éste el órgano más sensible. Se pueden describir tres principales efectos tóxicos: (1) Alteraciones respiratorias, (2) Alteraciones osmoregulatorias y (3) Trastornos circulatorios caracterizados por altos niveles de hematocrito (Exley et al., 1991).
Nivel Tóxico Al:
> 10 ug/L Al lábil
Metodologías aplicadas
Para evaluar la exposición a metales pesados en peces, se utilizan marcadores de bioacumulación y biomarcadores de exposición. Las branquias, hígado y tejidos musculares son tejidos de mayor importancia para el análisis de bioacumulación y los eritrocitos como biomarcadores celulares.
La morfología de los eritrocitos de los peces es mucho más sensible a diversos agentes ambientales que los mismos parámetros básicos de los glóbulos rojos, y a veces se observan anomalías celulares sin observar una disminución en sus valores (Witeska et al., 2010).
En estudios se ha observado que peces de la especie S. salar expuestos a diferentes concentraciones y tipos de metales, presentan alteraciones genotóxicas y citotóxicas en los eritrocitos (Witseka et al., 2010).
Dentro de las alteraciones genotóxica en eritrocitos se observan anomalías nucleares tales como forma de núcleo irregular, vacuolización, fragmentación, filamento nuclear y micronúcleos.
En cuanto a las alteraciones citotóxicas se observan anomalías de vacuolización en el citoplasma, deterioro de las membranas celulares, núcleo en forma de 8 y hemólisis de eritrocitos (Stankevičiūtė et al., 2017).
Witeska et al., 2010 observó varias anomalías de eritrocitos en carpas comunes intoxicadas con Cu, Cd, Zn y Pd en dosis sub-letales.
De acuerdo con la frecuencia de anomalías eritrocitarias se observa de mayor a menor toxicidad el Pb≥Zn>Cd>Cu, y los cambios inducidos fueron malformación nuclear, condensación de cromatina, hipertrofia celular y malformación.
BIBLIOGRAFÍA
Aatland, A. & V. Bjerknes. 2009. Calidad de Agua para el cultivo de Smolts en Chile. Norwegian Institute for Water Research (NIVA) Chile. 139 pp.
Aghamirkarimi, S., Mashinchian, A., Sharifpour, I., Jamili, S. & Ghavam, P. 2017. Sublethal effects of copper nanoparticles on the histology of gill, liver and kidney of the Caspian roach, Rutilus rutilus caspicus. Global Journal of Environmental Science and Management-GJESM. 3. Alibraheemi, Abdulhadi. 2019. Histopathological changes in gills.
Exley, C., Chappell, J., & Birchall, J. 1991. A mechanism for acute aluminium toxicity in fish. Journal of Theoretical Biology, 151: 417-428.
Garai, P., Banerjee, P., Mondal, P & Chandra, N. 2021. Effect of Heavy Metals on Fishes: Toxicity and Bioaccumulation. Journal of Clinical Toxicology. Vol. 11 Iss. S18 No: 001.
Kumar, D., Malik, D & Gupta, V. 2017. Fish metallothionein gene expression: A good bio-indicator for assessment of heavy metal pollution in aquatic ecosystem. International Research Journal of Environmental Sciences 6(7):58-62.
Shuhaimi-Othman, M., Yakub, N., Ramle, N., & Abas, A. 2013. Comparative toxicity of eight metals on freshwater fish. Toxicology and Industrial Health, 31: 773-782.
Stankevičiūtė, M., Sauliutė, G., Svecevičius, G., Kazlauskienė, N & Baršienė, J. 2017. Genotoxicity and cytotoxicity response to environmentally relevant complex metal mixture (Zn, Cu, Ni, Cr, Pb, Cd) accumulated in Atlantic salmon (Salmo salar). Part I: importance of exposure time and tissue dependence. Ecotoxicology. Vol. 26:1051–1064.
Timmons, M. & J. Ebeling. 2010. Recirculating Aquaculture (2nd ed.), Cayuga Aqua Ventures, Ithaca, NY.
Wedemeyer, G. 1996. Physiology of fish in intensive culture systems. New York: Chapman & Hall.
Witeska, M., Kondera, E & Zdunek, K. 2010. The Effects of Cadmium on Morphology of Common Carp Erythrocytes. Department of Animal Physiology, University of Podlasie, Vol. 12, 08-110.
