Aplicação de biomarcadores de contaminação ambiental em estudos de laboratório e monitoramento em campo

Abstract

Resumo: O ambiente aquático sofre impactos causados pela produção e despejo indiscriminado de petróleo, metais pesados, pesticidas, resíduos provenientes de indústrias e esgoto doméstico, e o efeitos tóxicos a eles relacionados podem ser melhor entendidos através do uso de biomarcadores. Este trabalho foi dividido em duas etapas. Na etapa I deste estudo foi verificado os efeitos tóxicos da FSA do petróleo da Bacia de Campos a nível morfológico e bioquímico, na espécie de peixe tropical de água doce Astyanax sp.. O petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos e a sua fração solúvel na água (FSA) é altamente volátil e tóxica. Para esta etapa I, foram realizados experimentos agudos com duração de 96 horas, expondo a espécie Astyanax sp a 15, 33 e 50% da FSA do petróleo e também foi quantificada a concentração de hidrocarbonetos na água. Os indivíduos foram amostrados em 12, 24 e 96 horas após a contaminação. Foram realizadas análises de microscopia de luz (ML) para fígado e brânquias, microscopia eletrônica de varredura (MEV) para brânquias e microscopia eletrônica de transmissão (MET) para fígado. Amostras de músculo foram coletadas para medir a atividade da acetilcolinesterase. Na etapa II foi realizado um estudo dos efeitos tóxicos de efluentes provenientes da indústria de papel, usina de energia elétrica (água aquecida), esgoto e agricultura em Fundulus heteroclítus (espécie de peixe comum nos estuários do oceano atlântico canadense) através de biomarcadores bioquímicos, imunológicos e morfológicos, além de aspectos ecológicos (comunidade de parasitas). A realização desta etapa surgiu através de uma colaboração internacional com o Department of Fisheries and Oceans do Canadá. Nesta etapa II, Fundulus heteroclitus foi amostrado no estuário (Porto de Pictou) em maré alta. O fígado foi amostrado para ML. As brânquias para ML, MEV e concentração de metalotioneína. Amostras de músculo e cérebro foram usados para atividade da Acetilcolinesterase. Indivíduos inteiros foram fixados para o estudo da comunidade de parasitas. A análise química da fração solúvel realizada na etapa I demonstrou uma volatilização dos hidrocarbonetos nas primeiras horas de exposição. Tanto na etapa I quanto na II foram observadas necroses no tecido hepático, desaparecimento do limite celular e citoplasma hepático homogêneo. Nas brânquias da espécie Astyanax sp. e Fundulus heteroclitus ocorreram aneurismas, dilatação e desorganização da lamela secundária e proliferação celular na lamela secundária. Estas alterações branquiais foram observadas em MEV para Astyanax sp.. No fígado exposto a FSA na etapa I, analisado em MET, foram observadas células em apoptose. A atividade da acetilcolinesterase na etapa I, foi inibida nos indivíduos expostos a 33% FSA durante 24 e 96 horas. Já na etapa II, para F. heteroclitus a atividade da acetilcolinesterase em músculo e cérebro foi menor nas áreas referências e maior no efluente pesticidas, esgoto e indústria de papel. A concentração de metalotioneína nos efluentes pesticida, água aquecida e esgoto foi menor que a das áreas referências. No estudo da comunidade de parasitas realizado na etapa II, houve uma baixa prevalência de larvas e adultos de parasitas do grupo Digenea e Kudoa funduli no efluente indústria de papel. Myxobolus funduli não ocorreu nos efluentes pesticidas e água aquecida e Myxobolus subtecalis infectou mais indivíduos do efluente papel. Estes resultados demonstram a toxicidade da FSA (etapa I) e dos demais efluentes (etapa II) estudados, além de proporcionar o aprendizado de novas metodologias para uso de biomarcadores de contaminação.

Abstract: The aquatic environment is subjected to serious impacts caused by the production and discharge of petroleum, heavy metals, pesticides, residues of industries and domestic sewage. The toxic effects of petroleum and other effluents, on organisms, can be better understood through the use of biomarkers. This study was divided in two parts. In part I was verified the toxic effects of WSF of Bacia de Campos'petroleum in a tropical and freshwater fish species Astyanax sp. by using morphological and biochemical biomarkers. Petroleum is a complex mixture of hydrocarbons, in which, the water soluble fraction of petroleum (WSF) is composed of highly volatile and toxic hydrocarbons. In the WSF experiments, Astyanax sp was held in the laboratory and exposed to 15, 33 and 50% treatments of WSF for 96 hours to induce punctual physiological responses. Hydrocarbon concentration in the water was monitored. The animals were sampled at 12, 24 and 96 hours after exposure. Analyses included: Liver and gills for light microscopy (LM); Gills for scanning electron microscopy (SEM) and liver for transmission electron microscopy (TEM). Samples of muscle were collected to test acetylcholinesterase activity. In part II, was verified the toxic effects of effluents from pulp and paper industry, a coaloperated power plant (warm water), domestic sewage and agriculture. Biochemical and morphological biomarkers as well as ecological aspects (community of parasites) were evaluated in Fundulus heteroclitus, a common fish in Atlantic Canadian estuaries. The part II was accomplished, through an international collaboration with Department of Fisheries and Oceans Canada. In part II, Fundulus heteroclitus were sampled from the estuary at the high-tide. Liver was analysed to LM. Gills was used for LM, SEM and metallothionein concentration. Muscle and brain was collected to measure the acetylcholinesterase activity. Whole animals were fixed to study the community of parasites. In part I, the chemical analyses showed the volatility of WSF of petroleum in the first hours of exposition. In Part I and II was found common lesions in tissues how hepatic necrosis, no cellular limit and homogeneous hepatic cytoplasm. The gills of Astyanax sp and Fundulus heteroclitus showed lesions like aneurysms, dilation and disorganisation of the secondary lamellae and cellular proliferation in the secondary lamellae. These gills lesions were confirmed with SEM for Astyanax sp. Through TEM it was possible to observe apoptotic cells in livers exposed to WSF. The acetylcholinesterase activity in part I was lower in animals exposed to 33% WSF during 24 and 96 hours. For F. heteroclitus, the acetylcholinesterase activity in muscle and brain was lower in control areas and higher in the pesticides, sewage and pulp and paper industry effluent sites. Low metallotionein concentration was observed in the pesticides, warm water and sewage effluents sites. The parasite species prevalence was low for larvae and adults of Digenea and Kudoa funduli in pulp and paper effluent. Myxobolus funduli prevalence wasn't presented in pesticides and warm water effluents sites. Myxobolus subtecalis was in a higher prevalence in paper effluent. Results of these studies demonstrate the toxicity of WSF (part I) and the other effluents studied (part II), as well as the benefits of learning of new methodologies and the use of biomarkers in toxicological studies.