The effect of sodium hypochlorite in different aquatic organisms

Abstract

Os desinfectantes são substâncias utilizadas em determinadas superfícies ou áreas com o objectivo de matar microorganismos. O hipoclorito de sódio (HS) é um produto químico usado em larga escala, frequentemente como substância lixiviante ou desinfectante. O HS é usado em hospitais, várias indústrias (química, farmacêutica, de papel, de tratamento de águas residuais, entre outras), bem como nos lares sob a forma de lixívia. Os desinfectantes baseados em cloro reagem com a matéria orgânica em águas residuais, formando compostos organoclorados. Estes, são persistentes no ecossistema e tóxicos para os organismos aquáticos. No presente estudo, a toxicidade do HS foi avaliada em organismos pertencentes a diferentes níveis tróficos. Na primeira parte deste trabalho foi-se analisado o efeito do HS a curto prazo em diferentes organismos aquáticos para avaliar as suas diferentes sensibilidades. Os efeitos do HS foram estimados no crescimento das algas Pseudokirchneriella subcapitata e Chlorella vulgaris, na mortalidade do microcrustáceo Thamnocephalus platyurus, nos embriões de peixe-zebra Danio rerio e nos D. rerio adultos. A espécie mais sensível foi T. Platyurus com um LC50 de 0.2 mg/L, seguido por P. subcapitata (EC50 =1.6 mg/L), C. vulgaris (EC50= 5.1 mg/L), zebrafish adultos (LC50= 5.5 mg/L) e finalmente embriões de zebrafish (LC50= 14.9 mg/L). Os resultados obtidos neste estudo estão de acordo com o que está descrito na literatura científica actual. T. platyurus se destacou como o organismo modelo mais sensível à exposição. Na segunda parte do trabalho os efeitos crónicos e subletais do HS foram avaliados em D. rerio. Os biomarcadores lactato desidrogenase (LDH), glutationa-S-tranferase (GST), colinesterase (ChE) e catalase (CAT) foram analisados após exposição de curto prazo de embriões e adultos para avaliar efeitos ao nível bioquímico em teste agudo com embriões de D. rerio e em teste agudos e crónicos com adultos. Parâmetros de desenvolvimento embrionário também formam incluídos no ensaio com embriões. Um ensaio de longo prazo (14 dias) também foi feito com peixes adultos onde os mesmos biomarcadores foram avaliados e comprimento e peso total foram medidos. Os biomarcadores foram úteis em detectar os efeitos do HS em ambos os testes (de curto e longo prazo), apesar do padrão de resposta não ter sido sempre o mesmo. No teste de curto prazo, o biomarcador mais sensível parece ter sido GST (em adultos) e ChE (em embriões) enquanto no teste de logo prazo uma resposta inicial da ChE, GST e LDH foi observada. Na exposição de longo prazo uma diminuição no factor de condição do D. rerio adulto também foi observada. Exposição a longo prazo parece ter contribuído com resultados mais consistentes no efeito do SH nos peixes-zebra. Trabalhos complementares são necessários para elucidar os diferentes padrões de resposta entre os testes de curto e longo prazo; no entanto, como foram obtidas respostas em níveis de HS encontrados no ambiente, este trabalho indica que HS (bem como outros químicos usados nos processos de branqueamento que contêm HS na sua composição), ao entrarem em contacto com corpos de águas sem tratamento prévio, podem ter graves efeitos deletérios nos ecossistemas aquáticos.

Disinfectants are substances used in specific surfaces or areas with the objective of killing microorganisms. Sodium hypochlorite (SH) is a chemical used in large scale, frequently as disinfect or bleaching agent. This chemical is preset in hospitals, several industries (chemical, pharmaceutical, paper, wastewater treatment, among others) as well as a household bleach. Chlorine based disinfectants when in residual water react with organic matter forming organochlorine compounds. Those chemicals are persistent in the ecosystem and are toxic to aquatic organisms. In the present study, SH toxicity was evaluated in organisms belonging to different trophic levels and the long term effects were studied in the model organism Danio rerio. In the first part of this work the short term effect of SH in different aquatic organisms was analyzed to evaluate their different sensibilities. SH effects were estimated in the growth of the algae Pseudokirchneriella subcapitata and Chlorella vulgaris, in the mortality of the microcrustacean Thamnocephalus platyurus and of the D. rerio (zebrafish) embryos and adults. The most sensitive species was T. platyurus with a LC50 of 0.2 mg/L, followed by P. subcapitata (EC50 =1.6 mg/L), C. vulgaris (EC50= 5.1 mg/L), adult zebrafish (LC50= 5.5 mg/L) and finally zebrafish embryo (LC50= 14.9 mg/L). The results obtained in this study agreed with what is described in the current scientific literature. T. platyrus stood out as the most sensitive to exposure model organism. In the second part of the work, SH sub lethal and chronic effects were evaluated in D. rerio. Biomarkers (lactate dehydrogenase (LDH), glutathione-S-tranferase (GST), cholinesterase (ChE) and catalase (CAT) were analysed after short term exposures of embryos and adults to evaluate effects at biochemical level. Embryo development parameters were also included in the embryo assay. A long term (14 days) assay was also performed with adult fish where the same biomarkers were evaluated, and total length and weight measured. Biomarkers were useful in detecting SH effects in both tests (short term and long term) although the pattern of responses was not always the same. In the short term test, the most sensitive biomarkers seemed to be GST (in adults) and ChE (in embryos) while in long term test an early response of ChE, GST and LDH was observed. In the long term exposure, a decrease in the condition factor of adult D. rerio was also observed. Long term exposure seems to have contributed with more consistent results on SH effects to adult zebrafish. Further work is needed to elucidate different patterns of responses between short and long term tests; however, as responses were obtained at SH levels found in the environment, this work indicates that SH (as well as other chemicals used in the disinfection and bleaching process that contains SH in its composition), by reaching water bodies without previous treatment, can have serious deleterious effects in the aquatic ecosystems.