Mª Isabel Arufe Martínez
Juana Mª Arellano López
Manuela de Jesús Moreno Brea

El objetivo global de esta asignatura consiste en introducir al alumno en la
terminología, los principios y los conceptos de la Toxicología Ambiental,
haciendo especial hincapié en el estudio de la relación dosis-respuesta, los
mecanismos de acción de los principales contaminantes ambientales y los
métodos para evaluar la toxicidad y la ecotoxidad.

PROGRAMA TEÓRICO


TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA TOXICOLOGÍA

DEFINICIÓN. ORÍGENES Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA.
Definición de Toxicología y etimología.
Temas de estudio.
Hitos históricos relacionados con la Toxicología. Edad Antigua. Edad Media y
Renacimiento. Paracelso. Edad Moderna. Edad Contemporánea. Orfila.
RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS.
Carácter multidisciplinar de la Toxicología.
Herramientas que utiliza. Conexión con otras disciplinas.
RAMAS DE LA TOXICOLOGÍA.
TOXICOLOGÍA AMBIENTAL Y ECOTOXICOLOGÍA.
Definiciones. Diferencias.
PRINCIPALES TIPOS Y FUENTES DE CONTAMINANTES AMBIENTALES.
Definición de contaminante.
Fuentes puntuales y fuentes difusas de contaminantes.
PROCESOS QUE DETERMINAN EL DESTINO DE LOS CONTAMINANTES EN EL ECOSISTEMA.
Procesos de transporte y transferencia de fase.
Transformaciones abióticas y bióticas.
CONCEPTO DE BIODISPONIBILIDAD.


TEMA 2. CONCEPTOS TOXICOLÓGICOS BÁSICOS

TÓXICO Y TOXICIDAD.
Definición de tóxico, toxina y xenobiótico.
Definición de toxicidad y riesgo.
Clasificación de la toxicidad: aguda/crónica, letal/subletal, local/sistémica,
inmediata/retardada, selectiva/no selectiva, efectos tóxicos
reversibles/irreversibles.
RELACIÓN DOSIS-RESPUESTA: CONCEPTO, REPRESENTACIÓN E INTERPRETACIÓN.
Concepto.
Definición de dosis y sus unidades.
Definición de respuesta y tipos: graduales/cuantales. Ejemplos.
Aplicaciones de la curva dosis-respuesta.
Obtención de la relación dosis-respuesta.
Representación de la relación dosis-respuesta para respuestas cuantales
(mortalidad).
Principales transformaciones para linealizar la curva dosis-respuesta: logit y
probit.
Definiciones y cálculo de la dosis letal media (DL50) y concentración letal
media (CL50). Clasificación de las sustancias químicas por su toxicidad aguda.
Importancia de la pendiente de la curva dosis-respuesta.
Influencia del tiempo de exposición en la CL50.
Formas de representar la relación dosis-respuesta para respuestas graduales.
Definiciones de CE50 y CI50.
Valores umbrales de toxicidad: conceptos de NOEC y LOEC.


TEMA 3. ABSORCIÓN, DISTRIBUCIÓN Y EXCRECIÓN

FASES DEL FENÓMENO TÓXICO.
FASE TOXICOCINÉTICA: Absorción, distribución, biotransformación y excreción.
FASE TOXICODINÁMICA.
MECANISMOS DE TRÁNSITO DE COMPUESTOS A TRAVÉS DE MEMBRANAS BIOLÓGICAS
Filtración, difusión pasiva, difusión facilitada, transporte activo,
endocitosis (fagocitosis y pinocitosis).
Difusión pasiva: velocidad de difusión (ley de Fick), influencia de la
liposolubilidad y el grado de ionización.
VÍAS DE ENTRADA DE CONTAMINANTES AMBIENTALES EN EL ORGANISMO.
Vía digestiva.
Vía respiratoria (pulmonar y branquial).
Vía cutánea.
DISTRIBUCIÓN Y ALMACENAMIENTO.
Factores que afectan a la distribución. Interacción entre los xenobióticos y
las proteínas plasmáticas.
Localización selectiva de los xenobióticos en los tejidos: lugares de depósito
o almacenamiento.
VÍAS DE EXCRECIÓN DE XENOBIÓTICOS Y SUS METABOLITOS.
Vías principales y secundarias.
Excreción respiratoria.
Excreción renal.
Excreción biliar y ciclo enterohepático.


TEMA 4. BIOTRANSFORMACIÓN DE LOS XENOBIÓTICOS

TIPOS DE REACCIONES DE BIOTRANSFORMACIÓN. GENERALIDADES.
REACCIONES DE FASE I.
Tipos de reacciones, sustratos y enzimas que intervienen.
Reacciones de oxidación.
Oxidaciones microsómicas.
Componentes del sistema de monooxigenasas del citocromo P450.
Oxidaciones no microsómicas.
Reacciones de reducción.
Reacciones de hidrólisis.
REACCIONES EN FASE II.
Tipos de reacciones, cofactores, sustratos y enzimas que intervienen.
Conjugación con ácido glucurónico (glucuronidación).
Conjugación con sulfato (sulfoconjugación).
Conjugación con glutatión.
Conjugación con aminoácidos.
Acetilación.
Metilación.
DESTOXIFICACIÓN Y BIOACTIVACIÓN.
Definiciones.
Ejemplos de reacciones de destoxificación y bioactivación.
COMPUESTOS BIODEGRADABLES Y PERSISTENTES: BIOACUMULACIÓN, BIOCONCENTRACIÓN Y
BIOMAGNIFICACIÓN.
Definiciones.
Mecanismo de acumulación dominante según del tipo de organismos.
Factor de bioconcentración y factor de bioacumulación. Relación con el
coeficiente de partición octanol-agua.


TEMA 5. MECANISMOS DE TOXICIDAD

DIANAS MOLECULARES DE LAS SUSTANCIAS TÓXICAS.
TIPOS DE INTERACCIÓN ENTRE LOS TÓXICOS Y LAS DIANAS CELULARES.
Interacción reversible: enlaces no covalentes.
Interacción irreversible: enlaces covalentes.
PRINCIPALES MECANISMOS INICIADORES DEL DAÑO CELULAR.
FORMACIÓN DE ENLACES COVALENTES CON LAS BIOMOLÉCULAS.
Definición de sustancias electrofílicas y ejemplos.
Nucleófilos diana de toxicidad.
Consecuencias tóxicas del ataque covalente a las proteínas y los ácidos
nucleicos.
Teratogénesis, mutagénesis, carcinogénesis.
Evaluación de la genotoxicidad: Test de Ames.
INTERACCIONES OXIDATIVAS DEBIDAS A RADICALES LIBRES.
Definición, propiedades y fuentes de los radicales libres en la célula.
Especies reactivas de oxígeno.
Sistemas de defensa antioxidante de la célula.
Fenómenos tóxicos debidos a radicales libres.
Estrés oxidativo: consecuencias de las reacciones oxidativas sobre las
proteínas y los ácidos nucleicos.
Peroxidación lipídica: Etapas e implicaciones tóxicas para la célula.
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA COMO MECANISMO INICIADOR DE TOXICIDAD.
GENERACIÓN DE HIPOXIA.


TEMA 6. FACTORES QUE MODIFICAN LA TOXICIDAD

FACTORES RELACIONADOS CON EL TÓXICO.
Estructura y propiedades físico-químicas.
Características de la matriz (sustancias no puras, formulaciones,…).
FACTORES RELACIONADOS CON LA EXPOSICIÓN.
Dosis/concentración.
Via de administración o exposición.
Duración y frecuencia de la exposición.
Momento de la exposición.
FACTORES INDIVIDUALES.
Especie.
Factores genéticos.
Sexo.
Edad.
Estado de salud.
Estado nutricional.
FACTORES AMBIENTALES.
Factores físicos.
Factores químicos.
INTERACCIONES ENTRE TÓXICOS.
TIPOS DE INTERACCIONES.
Aditividad, sinergismo, potenciación, antagonismo.
MECANISMOS DE PRODUCCIÓN.
Interacciones fisicoquímicas.
Interacciones toxicodinámicas.
Interacciones toxicocinéticas.
Fenómenos de inducción e inhibición enzimática por xenobióticos y sus
implicaciones en la toxicidad.


TEMA 7. EVALUACIÓN DE LA TOXICIDAD
ENSAYOS DE TOXICIDAD.
APLICACIONES.
CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS ENSAYOS DE TOXICIDAD.
Ensayos in vivo. Ensayos in vitro.
Ensayos toxicológicos. Ensayos ecotoxicológicos.
Ensayos convencionales. Ensayos especiales.
ETAPAS EN EL DISEÑO EXPERIMENTAL.
ENSAYOS DE TOXICIDAD AGUDA Y TOXICIDAD CON DOSIS REPETIDAS.
ENSAYOS DE GENOTOXICIDAD.
Ensayos de carcinogénesis.
Ensayos de mutagénesis.


TEMA 8. ENSAYOS DE EVALUACIÓN DE LA ECOTOXICIDAD

ENSAYOS DE ECOTOXICIDAD.
Aplicaciones generales.
Clasificación según complejidad y duración.
Tipos de muestras que pueden ser estudiadas.
ENSAYOS MONOESPECIE.
Objetivos de los ensayos agudos y crónicos.
Metodología general de los ensayos para medio acuático.
Procedimientos de dosificación.
Características de las especies que se usan en los ensayos.
Otros parámetros experimentales importantes.
Protocolos estandarizados por organismos internacionales.
Principales ensayos para medio acuático.
Ejemplos de ensayos: ensayo de toxicidad aguda con dafnias y ensayo de
bioluminiscencia bacteriana.
Principales ensayos con sedimentos y suelos.
ENSAYOS MULTIESPECIE.
Definición.
Tipos de respuestas que pueden ser estudiadas.
Características generales de los ensayos microcosmos y mesocosmos.
BIOMONITORIZACIÓN.
Definición y tipos.
BIOMARCADORES
Definición.
Características del biomarcador ideal.
Tipos de biomarcadores.
Ejemplos de biomarcadores


TEMA 9. TOXICOLOGÍA DE LOS HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS.

GENERALIDADES.
Estructura, tipos, importancia ambiental, características fisicoquímicas.
Modos de producción.
Rutas de entrada en el medio acuático.
IMPLICACIONES DEL METABOLISMO DE LOS HAP EN SU TOXICIDAD.
Bases de la toxicidad de los HAP primarios.
Biotransformación de los HAP. Activación metabólica de los HAP como
requerimiento para su genotoxicidad.
Relaciones estructura/carcinogenicidad.
Los HAP como inductores del citocromo P450.
TOXICIDAD AGUDA DE LOS HAP.
En plantas acuáticas.
En animales acuáticos.
En humanos.
EFECTOS SUBLETALES DE LOS HAP SOBRE LOS ORGANISMOS VIVOS.
En plantas acuáticas.
En animales acuáticos.
Efectos sobre la reproducción.
Efectos sobre las membranas.
Inducción de tumores.
En aves.
En humanos y otros mamíferos.
Vías de exposición.
Carcinogenicidad.
Efectos sobre la reproducción.


TEMA 10. TOXICOLOGÍA DE LOS PLAGUICIDAS

GENERALIDADES Y CLASIFICACIÓN.
Definición y evolución histórica de los plaguicidas.
Clasificación.
Según su objetivo.
Según su estructura química.
MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS INSECTICIDAS ORGANOCLORADOS.
Mecanismo de acción del DDT y sus análogos.
Mecanismo de acción de ciclodienos y bencenos clorados.
MECANISMO DE ACCIÓN DE LOS INSECTICIDAS. ORGANOFOSFORADOS Y CARBAMATOS.
Estructura de los insecticidas.
Tipos de colinesterasas. Función de la acetilcolinesterasa.
Mecanismos moleculares de acción de los insecticidas.
MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS HERBICIDAS Y FUNGICIDAS.
Mecanismos de acción de los herbicidas sobre las plantas.
Inhibición de la fotosíntesis.
Inhibición de la respiración.
Estimulación del crecimiento, auxinas.
Mecanismos de acción de los fungicidas.
Desacoplamiento de la fosforilación oxidativa.
Inhibición del citocromo P-450 y otros sistemas enzimáticos.
EFECTOS TÓXICOS SOBRE LOS ORGANISMOS VIVOS.
Toxicidad aguda de los plaguicidas en organismos no-diana: humanos, organismos
acuáticos y especies terrestres.
Toxicidad crónica por organoclorados en el hombre y la fauna.


TEMA 11. TOXICOLOGÍA DE LOS DIFENILOS POLICLORADOS Y LAS DIOXINAS

GENERALIDADES.
Estructura y propiedades físico-químicas.
Transporte, degradación, biotransformación y bioacumulación.
MECANISMO DE ACCIÓN A TRAVÉS DEL RECEPTOR DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS.
Inducción de las enzimas del citocromo P-450.
Desencadenamiento de la respuesta tóxica.
EFECTOS TÓXICOS SOBRE LOS ORGANISMOS VIVOS.
Efectos tóxicos sobre el hombre.
Efectos tóxicos en la biota.
Efectos letales.
Efectos subletales.


TEMA 12. TOXICOLOGÍA DE LOS METALES.

GENERALIDADES.
Elementos traza, metales pesados, metales esenciales y no-esenciales.
Especiación química.
FACTORES QUE AFECTAN A LA TOXICIDAD DE LOS METALES.
Toxicidad intrínseca y forma química del metal.
Complejos metal-proteína. Papel de la metalotioneínas.
Interacciones con otros metales.
Otros factores.
MECANISMOS DE TOXICIDAD Y EFECTOS TÓXICOS SOBRE LOS ORGANISMOS VIVOS.
Incorporación de los metales en organismos acuáticos.
Mecanismos de acción tóxica a nivel celular.
Efectos tóxicos de los metales.
Carcinogénesis.
Efectos sobre la función inmune.
Efectos sobre el sistema nervioso y otros sistemas orgánicos.


PROGRAMA  PRÁCTICO

1. Ensayos de ecotoxicidad con peces y dafnias. Ensayo de
bioluminiscencia bacteriana (Vibrio fischeri): ensayo Microtox®.
2. Cálculo de parámetros de toxicidad: CL50, CI50, NOEC y LOEC.
3. Estudio de biomarcadores I: Inhibición de la actividad colinesterásica
por insecticidas organofosforados.
4. Estudio de biomarcadores II: Evaluación de la peroxidación lipídica
5. Estudio de biomarcadores III: Determinación de ácido delta-
aminolevulínico como biomarcador de exposición al plomo.
6. Análisis de metabolitos en fluidos biológicos: Análisis de tiocianato
como indicador de exposición a ácido cianhídrico y compuestos cianogénicos.
7. Búsqueda de información toxicológica en Internet.

Clases teóricas, trabajo experimental en el laboratorio y en el aula de
informática.
Se utilizarán recursos didáctivos virtuales. Se recomienda la
consulta asidua al curso en el Campus Virtual, en donde se publicará material
docente sobre los contenidos de la asignatura (notas de clase, protocolos de
prácticas y ejercicios), divulgación de información de interés para los
alumnos y calificaciones. Se organizarán foros de debate y se hará uso de
tutorías electrónicas.

1. Asistencia a clase y realización de ejercicios: 10% de la nota final.
2. Asistencia a prácticas y memoria de la actividad en el laboratorio: 10% de
la nota final. La inasistencia a dos o más sesiones de prácticas supondrá la
realización de un examen sobre dicha materia.
3. Examen Final Convocatoria de Junio.-  Prueba escrita compuesta por
preguntas tipo test y/o preguntas de extensión variable
cuya valoración pormenorizada aparecerá en el cuestionario de examen
(80% de la nota final).
4. Examen Final Convocatorias Extraordinarias.- Prueba escrita compuesta por
varias preguntas de extensión variable cuya valoración pormenorizada por temas
aparecerá en el cuestionario de examen (80% de la nota final).

COCKERHAM LG, SHANE BS. Basic Environmental Toxicology. CRC Press, 1994.
CONNELL DW et al. Introduction to Ecotoxicology. Bladwell Science Inc., 1999
HOFFMAN DJ, RATTNER BA, BURTON GA Jr, CAIRNS J Jr. Handbook of Ecotoxicology.
Lewis Publishers, 1994.
JORGENSEN SE, HALLING-SORENSEN B, MAHLER H. Handbook of Estimation Methods in
Ecotoxicology and Environmental Chemistry. CRC Press-Lewis Pub., 1997.
Klaasen CD, Watkins JB. Casarett y Doull Fundamentos de Toxicología. Ed. McGraw-
Hill, 2005.
LANDIS WG, YU M.Y. Introduction to Environmental Toxicology. Lewis Publishers.
20 ed., 1999.
LIPPMANN M. Environmental Toxicants: Human Exposures and Their Health Effects.
John Wiley & Sons, 1991.
LU FC. Basic Toxicology: Fundamentals, Target Organs and Risk Assessment.
Taylor & Francis, 1996.
MORENO GRAU MD. Toxicología Ambiental. Evaluación de riesgo para la salud
humana. Mc Graw Hill, 2003.
NEWMAN MC. Fundamentals of Ecotoxicology. CRC Press-Lewis Pub., 1998.
NIESINK RJM, DE VRIES J, HOLLINGER MA. Toxicology. Principles and
Applications. CRC Press, 1996.
PAASIVIRTA J. Chemical Ecotoxicology. CRC Press, 1991.
RAND GM. Fundamentals of Aquatic Toxicology: Effects, environmental fate, and
risk assessment. 20 ed. Taylor & Francis, 1995.
REPETTO M. Toxicología Fundamental. Ed. Científico-Médica, 1988.
REPETTO M. Toxicología Avanzada. Díaz de Santos, 1995.
RICHARDSON M. Environmental Xenobiotics. Taylor & Francis, 1996.
ROMBKE J, MOLTMANN JF. Applied Ecotoxicology. CRC Press, 1996.
STINE KE, BROWN TM. Principles of Toxicology. CRC Press-Lewis Publishers, 1996.
WALKER CH, HOPKIN SP, SIBLY RM, PEAKALL DB. Principles of Ecotoxicology.
Taylor & Francis, 1996.