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2. Introduo

3. Estudo de caso 1: utilizando bioindicadores

4. Estudo de caso 1: material e mtodos

5. Estudo de caso 1: resultados

6. Estudo de caso 2: discusso

7. Utilizao de bioindicadores em rios e crregos

8. RefernciasUtilizao de bioindicadores na avaliao de impacto e no monitoramento da contaminao de rios e crregos por agrotxicos

RESUMO

Este artigo tem como objetivo apresentar uma anlise dos principais bioindicadores utilizados para avaliao do impacto ambiental em recursos hdricos, j que a simples mensurao dos nveis de substncias qumicas presentes no ambiente no suficiente para revelar os reais efeitos adversos da contaminao, tornando-se necessrio a avaliao dos efeitos biolgicos da contaminao em diversos nveis hierrquicos. Os bioindicadores foram tratados neste artigo atravs de dois estudos de casos que abrangem diferentes nveis; no caso 1, foram utilizados trs nveis de organizao: individual, celular e molecular, para deteco precoce dos efeitos reais da exposio de peixes aos poluentes ambientais em trs bacias hidrogrficas.

A inibio da atividade da AchE em peixes possibilitou a avaliao dos efeitos dos agrotxicos organofosforados e carbamatos, evidenciando o efeito dos cultivos agrcolas; no caso 2, apresentamos uma avaliao no nvel da comunidade de macroinvertebrados, empregando o ndice Bitico Estendido. Discutimos, as vantagens e limitaes na produo de dados confiveis que possibilitem a implementao de medidas adequadas para o diagnstico em diferentes escalas, visando a proteo e/ou recuperao dos ecossistemas.

Palavras-chave: Avaliao de impacto, Monitoramento ambiental, Agrotxico

Use of bioindicators for assessing and monitoring pesticides contamination in streams and rivers

ABSTRACT

The objective of this article is to present an analysis of the main bioindicators that are currently used to assess the environmental impact of pollution in water resources. The simple quantification of chemicals in the environment is not enough to reveal the real effects of contamination on ecosystems, making necessary the assessment of the biological effects that pollution causes at different hierarchical levels. The bioindicators used in this article on two case studies comprehend different hierarchical levels: in case study 1, three organization levels were utilized: individual, cellular and molecular, to detect the early effects of exposition to environmental pollutants in three hydrographic basins. By observing the inhibition of AChE activity in fish it was possible to assess the effects of organophosphorate and carbamate pesticides, showing the effects of agricultural activities. In case study 2, we present an assessment at the macroinvertebrate community level using the Extended Biotic Index. We discuss the advantages and limitations in the production of reliable data that could be used in the implementation of adequate actions to protect and/or recover ecosystems.

Key words: Impact assessment, Environmental monitoring, Agrochemicals

Introduo

Nos ltimos anos, o nvel de compostos xenobiticos nos ecossistemas aquticos vem aumentado de forma alarmante como resultado da atividade antropognica sobre o meio ambiente. Tal fato tem contribuindo para a reduo da qualidade ambiental, bem como para o comprometimento da sade dos seres vivos que habitam esses ecossistemas1.

A biota aqutica est constantemente exposta a um grande nmero de substncias txicas lanadas no ambiente, oriundas de diversas fontes de emisso. A descarga de lixos txicos provenientes de efluentes industriais, os processos de drenagem agrcola, os derrames acidentais de lixos qumicos e os esgotos domsticos lanados em rios e mares contribuem para a contaminao dos ecossistemas aquticos com uma ampla gama de agentes txicos como metais pesados, agrotxicos, compostos orgnicos, entre outros2.

Os principais contaminantes de origem agrcola so os resduos de fertilizantes e os agrotxicos. Esses produtos, quando aplicados sobre os campos de cultivo, podem atingir os corpos d'gua diretamente, atravs da gua da chuva e da irrigao, ou indiretamente atravs da percolao no solo, chegando aos lenis freticos. Outras formas de contaminao indireta podem ocorrer atravs da volatilizao dos compostos aplicados nos cultivos e pela formao de poeira do solo contaminado3 e/ou da pulverizao de pesticidas, que podem ser transportados por correntes areas e se depositarem no solo e na gua, distantes das reas onde foram originalmente usados. Tendo em vista o potencial dispersivo desses produtos, para a melhoria da qualidade da gua dos rios, se faz necessria uma abordagem que considere a bacia hidrogrfica como unidade de estudo.

Os mtodos analticos tradicionais capazes de avaliar pesticidas organofosforados e carbamatos em gua so realizados por cromatografia gasosa (GC), cromatografia lquida de alta performance (HPLC) ou espectofotometria de massa (MS)4. Devido aos problemas associados ao uso indiscriminado dos agrotxicos, fundamental que o monitoramento ambiental seja realizado constantemente. No entanto, esses mtodos de anlise exigem mo-de-obra especializada e apresentam alto custo operacional, o que torna invivel sua aplicao em larga escala5. Alm disso, a poluio ambiental associada ao uso de pesticidas especialmente difcil de ser avaliada, pois os eventos de contaminao obedecem a uma dinmica espacialmente difusa e temporalmente varivel. O resultado um quadro de contaminao baixa e contnua, que nem sempre captado pelos mtodos de screening qumicos, pois esses registram apenas o instante exato em que foram coletadas as amostras e no acompanham a variao temporal e espacial da contaminao.

Desde a dcada de 1970, pesquisadores e gestores de recursos hdricos da Europa Ocidental e Amrica do Norte6 argumentam que as metodologias tradicionais de classificao de guas, baseadas em caractersticas fsicas, qumicas e bacteriolgicas, no so suficientes para atender aos usos mltiplos da gua, sendo particularmente deficientes na avaliao da qualidade esttica, de recreao e ecolgica do ambiente. Outra desvantagem que, se as medies qumicas forem feitas longe da fonte poluente, no sero capazes de detectar perturbaes sutis sobre o ecossistema7. Para a realizao de avaliaes eficientes, de fundamental importncia a aplicao de anlises integradas da qualidade da gua, unindo as repostas das metodologias tradicionais de avaliao aos aspectos biolgicos do sistema7,8,9. Quando lanadas no ambiente aqutico, as substncias oriundas das atividades agrcolas so capazes de interagir com o organismo vivo, causando mltiplas alteraes que podem gerar graves desequilbrios ecolgicos, dependendo do grau de contaminao e do tempo de exposio. Tradicionalmente, as tcnicas para a avaliao destes impactos utilizando bioindicadores vm sendo divididas em duas abordagens principais: aquelas associadas aos nveis superiores de organizao, tais como populaes, comunidades e ecossistemas ou no nvel individual que trata de alteraes comportamentais, malformaes, mudanas nas taxas de crescimento, reproduo, alimentao, alteraes bioqumica e fisiolgica que inclui alteraes na integridade da membrana celular, no transporte de ons, no metabolismo celular e em atividades enzimticas. Os componentes dessa ltima abordagem so tambm chamados de bioindicadores, e so definidos como componentes biolgicos, clulas, processos bioqumicos, estruturas e funes biolgicas, alteradas quando em contato com compostos xenobiticos7.

Indicadores em diferentes nveis de organizao biolgica fornecem informaes complementares, necessrias para a anlise de risco ecolgico. Os impactos da contaminao por agrotxicos em peixes e nos macroinvertebrados variam de acordo com os tipos de substncias empregadas, com a sua toxicidade e com a estabilidade nos ambientes aquticos. Os efeitos sobre a fauna incluem desde alteraes fisiolgicas em alguns organismos, at a morte macia de populaes, afetando toda a estrutura da comunidade10.

Em geral, quanto maior a concentrao de pesticidas e mais longo o tempo de exposio, maiores as chances dos impactos negativos atingirem nveis superiores de organizao biolgica, como comunidades e ecossistemas. Se um estresse dura tempo suficiente para levar morte uma populao de organismos, afetando as taxas de crescimento e de reproduo e impedindo o recrutamento de novas espcies, ela ento capaz de alterar a estrutura da comunidade6 (Figura 1). Os efeitos dos contaminantes em nveis de organizao biolgica mais baixos (p. ex., respostas moleculares e bioqumicas) ocorrem mais rapidamente, alm do que a especificidade das respostas e nossa compreenso sobre os efeitos dos contaminantes so geralmente maiores nos nveis mais baixos de organizao. Geralmente, os efeitos em tais nveis podem ser diretamente ligados exposio aos agentes contaminantes. Por exemplo, a presena de resduos qumicos e metablitos um indicador direto da disponibilidade de contaminantes para os organismos.

Neste trabalho, so apresentadas as aplicaes de ferramentas de biomonitoramento aos efeitos do uso de pesticidas em dois nveis de organizao biolgica: organismo e comunidade. Neste contexto, o objetivo deste estudo investigar as possibilidades de definir e utilizar uma "abordagem integrada" para avaliar o efeito txico de substncias poluentes em ecossistemas aquticos, atravs do desenvolvimento e aplicao de uma bateria de bioindicadores com quatro nveis de complexidade (comunidade, individual, celular e molecular), e assim determinar o grau de impacto causado no ecossistema de uma determinada rea, utilizando peixes e macroinvertebrados como indicadores de efeitos biolgicos. Os conhecimentos delineados neste projeto sero essenciais para desenhar estratgias eficazes que permitam reparar ou recuperar a biodiversidade dos ecossistemas. A incorporao dos bioindicadores nos programas de vigilncia e controle da contaminao ambiental do meio aqutico proporcionar um conhecimento mais preciso da qualidade ambiental.

Estudo de caso 1: utilizando bioindicadoresNo nvel de organizao biolgica do organismo, as ferramentas de anlise so chamadas de bioindicadores11. Bioindicadores so definidos como qualquer resposta a um contaminante ambiental ao nvel individual, medidos no organismo ou matriz biolgica, indicando um desvio do status normal que no pode ser detectado no organismo intacto. Ou seja, so medidas de fluidos corporais, clulas, tecidos ou medidas realizadas sobre o organismo completo, que indicam, em termos bioqumicos, celulares, fisiolgicos, compartimentais ou energticos, a presena de substncias contaminantes ou a magnitude da resposta do organismo alvo12.

Existem bioindicadores moleculares, celulares e ao nvel do animal completo. As duas caractersticas mais importantes dos bioindicadores so: a) permitem identificar as interaes que ocorrem entre os contaminantes e os organismos vivos; b) possibilitam a mensurao de efeitos sub-letais. Esta ltima caracterstica permite pr em prtica aes remediadoras ou, melhor ainda, aes preventivas. Da a importncia e o interesse atual de incorporao da anlise de bioindicadores em programas de avaliao da contaminao ambiental.

Os aspectos comuns entre organismos diferentes se acentuam principalmente ao nvel molecular e, por isso, muitos bioindicadores moleculares possuem a vantagem de poderem ser aplicados a uma ampla variedade de organismos vivos13. Este tipo de bioindicador de grande importncia como sinalizador inicial da exposio aos contaminantes e de seus efeitos. Como exemplo deste tipo de bioindicador podemos citar a enzima acetilcolinesterase (AChE) que pode ser utilizada na avaliao da contaminao ambiental por agentes anticolinestersicos, pois estes compostos se ligam enzima gerando propagao contnua do impulso nervoso e inibem sua atividade. Vrios so os agentes anticolinestersicos conhecidos, sendo os mais importantes os organofosforados e carbamantos14, pesticidas largamente utilizados em atividades agrcolas e campanhas de sade pblica como "mata-mosquitos".

Ao nvel celular, pode ser utilizado o teste do microncleo como bioindicador de genotoxicidade, uma vez que associaes positivas entre exposio a misturas de pesticidas e a presena de microncleos tem sido observada em diversos estudos realizados com estes compostos15. Os microncleos so massas de cromatina citoplasmtica com o aspecto de pequenos ncleos, constitudos principalmente por fragmentos cromossmicos ou por cromossomos retardados durante a migrao anafsica, que se detectam em clulas interfsicas mediante tcnicas simples de colorao, aparecendo no citoplasma como pequenos fragmentos basfilos. Os microncleos podem aparecer por vrias causas, entre elas por falha mittica, tanto de fragmentos acntricos de cromossomos, gerados por ruptura (clastogenicidade), quanto de cromossomos completos (aneuploidia), como conseqncia, geralmente, de enfermidades genticas.

Ao nvel individual, os parmetros mais comuns a serem levados em conta quando se estudam populaes de peixes so o tamanho e o peso dos peixes, j que podem fornecer um indicativo da condio geral dos mesmos. O fator de condio um ndice que relaciona peso e tamanho de peixes sendo, desta forma, til para estimar o estado geral de sade do peixe.

A anlise cuidadosa de todos os parmetros anteriormente citados possibilita avaliar se os animais esto ou no em suas condies fisiolgicas normais em um especfico ecossistema. Desta forma, objetivou-se com este estudo avaliar o efeito da poluio aqutica causada por agrotxicos em peixes atravs do uso de bioindicadores em trs nveis de organizao.

Estudo de caso 1: material e mtodos

Para avaliar o grau de impacto, foi utilizada uma bateria de bioindicadores baseados em trs nveis distintos de organizao: individual, celular e molecular. Foram determinados os seguintes parmetros:

- Ao nvel individual: foi determinado o fator de condio como indicador da condio geral da sade dos indivduos de acordo com a frmula: peso (g) / (comprimento padro (cm)) 3 x 100;

- Ao nvel celular: foi realizada a contagem de microncleos por cada mil eritrcitos. Foi utilizada a colorao de May Grunwald Giemsa para posterior visualizao em microscpio ptico;

- Ao nvel molecular: a atividade da AChE, um indicador do efeito da contaminao por pesticidas organofosforados e carbamatos, foi determinada segundo a metodologia descrita por Silva16, modificada por Albuquerque17.

O local escolhido para implementar o presente estudo foi a bacia do rio Paraba do Sul devido a sua importncia em um contexto ecolgico, econmico e de Sade Pblica. Esta bateria de biondicadores foi estudada em acars (Geophagus brasiliensis) e em tilpias (Oreochromis niloticus). Essas espcies foram utilizadas como bioindicadores, pois apresentam uma ampla distribuio geogrfica e caractersticas ecolgicas e fisiolgicas similares, conhecidas e favorveis neste tipo de estudo. A tilpia uma espcie extica invasora enquanto o acar autctona destes ecossistemas, o que torna interessante comparar estas espcies na avaliao do impacto da poluio.

Entre as diferentes regies desta bacia, foi escolhido o municpio de Barra Mansa (22 32' S, 44 10' W), que apresenta caractersticas que contribuem para a contaminao das guas fluviais por efluentes industriais. A regio de Paty do Alferes (22 25' S, 43 25' W), com caractersticas agrcolas, foi estudada com o objetivo de avaliar o efeito da contaminao ambiental por pesticidas sobre a biota do ecossistema. O rio Guandu (22 48' S, 43 37' W) foi escolhido como controle e devido a sua importncia por ser a fonte de abastecimento de gua do municpio do Rio de Janeiro.

Estudo de caso 1: resultados

Espcimes de acar e tilpia foram coletadas nos locais selecionados objetivando efetuar-se uma anlise integral utilizando a bateria de bioindicadores proposta. Mediante esta abordagem, foi possvel observar a diferena nas respostas dos animais poluio aqutica em diferentes nveis de organizao. Seguiro abaixo as descries dos resultados especficos de cada bioindicador utilizado.

Nvel individual

O fator de condio (Tabela I) foi utilizado buscando evidenciar modificaes macroscpicas. Tanto em acars como em tilpias foram verificadas diferenas significativas (p