Análisis de la distribución de metales pesados (Hg, Cd, y Pb) en atún rojo del Atlántico(Thunus thynnus L. 1758) e impacto de las condiciones hidrodinámicas locales en su acumulación muscular

Abstract

OBJETIVOS El objetivo general de esta tesis doctoral fue avanzar en el conocimiento de la cinética tisular de los principales metales pesados de interés ambiental y sanitario en una especie de gran interés económico, social y de consumo, el atún rojo del Atlántico (Thunnus thynnus), incluyendo las posibles diferencias asociadas a las características hidrodinámicas de las zonas de ubicación de los viveros de acuicultura. Para este fin se han planteado los siguientes objetivos específicos: • Conocer la bioacumulación y distribución tisular del mercurio (Hg), cadmio (Cd) y plomo (Pb) en los principales órganos y tejidos de atunes engordados en viveros de acuicultura (sangre, hígado, riñón, músculo, cerebro, branquia y hueso). • Conocer las diferencias en la acumulación muscular de Hg, Cd y Pb asociadas a las características hidrodinámicas de las zonas donde se ubican los viveros para el engorde de los mismos. La hipótesis de partida es que variables como el tipo de tejido, y las características hidrodinámicas de la zona donde se ubican los viveros influyen en la concentración y distribución tisular de los metales pesados de mayor interés sanitario y ambiental.

MATERIAL Y MÉTODOS Las instalaciones de acuicultura de las que se tomaron las muestras de los atunes se encuentran ubicadas en dos cuerpos de agua bien diferenciados, debido a la morfología submarina, el Polígono de Cultivos Marinos de San Pedro del Pinatar y el Polígono de Cultivos Marinos de El Gorguel (Cartagena). Para los estudios descritos en los Capítulos 1 y 2 de esta tesis se emplearon 43 ejemplares de atún rojo de los que se obtuvieron muestras de sangre, cerebro, músculo, hueso, hígado, riñón y branquia. Para el estudio descrito en el Capítulo 3 se emplearon 67 ejemplares de atún rojo procedentes de los polígonos mencionados y 32 ejemplares adultos silvestres; de todos ellos se tomaron muestras de músculo. Se obtuvo la edad, sexo y datos biométricos de todos los ejemplares muestreados.

El contenido de Hg en cada tejido se determinó utilizando espectrometría de absorción atómica de pirólisis con amalgama de oro. Para el análisis de Cd y Pb las muestras se analizaron mediante espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente. Esta misma técnica se empleó para la determinación del selenio (Se) por ser éste un antagonista de la toxicidad del Hg. Para la caracterización de las condiciones hidrodinámicas del entorno se utilizaron dos boyas oceanográficas ubicadas en cada uno de los polígonos acuícolas que recopilaron la información de la temperatura del agua, oleaje (altura, periodo y dirección) y corrientes marinas a distintas profundidades (velocidad y dirección).

CONCLUSIONES FINALES A través de la presente Tesis Doctoral se ha podido conocer de forma simultánea la cinética de distribución de los contaminantes metálicos de mayor interés ambiental y sanitario en sangre y en los principales tejidos (hígado, riñón, músculo, cerebro, hueso y branquia) del atún rojo del Atlántico.

PRIMERA. A pesar de que no se ha identificado un patrón específico de bioacumulación para el Hg ni el Se, los hallazgos sugieren que el músculo es el tejido que acumula en menor medida estos elementos.

SEGUNDA. El Se muestra un papel importante para amortiguar los efectos del Hg, tanto en sangre como en los tejidos estudiados, lo que subraya la importancia de este oligoelemento en productos alimentarios y en los posibles subproductos que puedan ser utilizados a partir de los restos del pescado (huesos, hígado, etc.).

TERCERA. En el caso del Cd, la secuencia de tejidos en función de la concentración del metal estaba muy bien definida al abordar los datos sin considerar el sexo. En el caso del Pb, los tejidos con las concentraciones eran los mismos, independientemente de que el estudio se haga en función del sexo o no. El sexo es una variable a ser considerada en la evaluación cinética de estos metales en la especie.

CUARTA. En el estudio individualizado, el hueso se muestra como el tejido que menos acumula Cd y Pb, mientras que en el caso del Hg habría que tener también en consideración al cerebro. En todos los casos, la sangre se posicionaba en un lugar intermedio-bajo en la secuencia de mayor a menor concentración.

QUINTA. Las diferencias en las condiciones hidrodinámicas entre el Polígono de Cultivos Marinos de San Pedro del Pinatar y el de El Gorguel afectan significativamente a la bioacumulación de Hg, Cd y Pb en el atún rojo del Atlántico, siendo más pronunciado el efecto para el Cd y Pb. Estas y otras variables asociadas a la hidrodinámica deberían ser objeto de seguimiento, dadas las tendencias que se han observado con respecto a la concentración muscular de Cd y Pb.

SEXTA. El estudio de la cinética tisular de metales pesados en atún rojo del Atlántico es complejo por diferentes motivos entre los que se incluyen diferencias asociadas al sexo, peso, alimentación (en libertad y en viveros) y características hidrodinámicas de las zonas de engorde, por lo que todas estas variables deberían ser tenidas muy en cuenta en futuros estudios sobre la especie.

OBJECTIVES The overall objective of this Doctoral Thesis was to advance the understanding of the tissue kinetics of major heavy metals of environmental and health interest in a species of significant economic, social, and consumption interest, the Atlantic bluefin tuna (Thunnus thynnus). This includes potential differences associated with the hydrodynamic characteristics of the areas where aquaculture farms are located. To this end, the following specific objectives were set:

• To understand the bioaccumulation and tissue distribution of mercury (Hg), cadmium (Cd), and lead (Pb) in the main organs and tissues of fattened tuna in aquaculture farms (blood, liver, kidney, muscle, brain, gill, and bone). • To identify differences in muscle accumulation of Hg, Cd, and Pb associated with the hydrodynamic characteristics of the areas where the fattening farms are located.

The starting hypothesis is that variables such as tissue type and the hydrodynamic characteristics of the area where the farms are located influence the concentration and tissue distribution of the heavy metals of greatest health and environmental interest.

MATERIALS AND METHODS The aquaculture facilities from which the tuna samples were taken are located in two distinctly different bodies of water, due to the underwater morphology: the San Pedro del Pinatar Marine Cultivation Polygon and the El Gorguel Marine Cultivation Polygon (Cartagena). For the studies described in Chapters 1 and 2 of this Thesis, 43 specimens of Atlantic bluefin tuna were used, from which samples of blood, brain, muscle, bone, liver, kidney, and gill were obtained. For the study described in Chapter 3, 67 specimens of Atlantic bluefin tuna from the mentioned polygons and 32 wild adult specimens were used; muscle samples were taken from all of them. Age, sex, and biometric data were obtained from all sampled specimens.

The Hg content in each tissue was determined using pyrolysis atomic absorption spectrometry with a gold amalgam. For Cd and Pb analysis, samples were analyzed using inductively coupled plasma optical emission spectrometry. This same technique was used to determine selenium (Se) as it is an antagonist of Hg toxicity. To characterize the hydrodynamic conditions of the environment, two oceanographic buoys located in each of the aquaculture polygons were used to collect information on water temperature, waves (height, period, and direction), and marine currents at different depths (speed and direction).

FINAL CONCLUSIONS This Doctoral Thesis has provided simultaneous insights into the distribution kinetics of the most environmentally and health-relevant metallic contaminants in the blood and main tissues (liver, kidney, muscle, brain, bone, and gill) of the Atlantic bluefin tuna.

FIRST: Despite not identifying a specific bioaccumulation pattern for Hg or Se, findings suggest that muscle is the tissue that accumulates these elements the least.

SECOND: Se plays an important role in mitigating the effects of Hg, both in blood and in the studied tissues, highlighting the importance of this trace element in food products and possible by-products that can be used from fish remains (bones, liver, etc.).

THIRD: In the case of Cd, the tissue sequence based on metal concentration was well-defined when addressing the data without considering sex. For Pb, the tissues with the concentrations were the same regardless of whether the study was sex-dependent or not. Sex is a variable to be considered in the kinetic evaluation of these metals in the species.

FOURTH: In the individualized study, bone was the tissue that accumulated the least Cd and Pb, while for Hg, the brain should also be considered. In all cases, blood was positioned in an intermediate-low place in the sequence from highest to lowest concentration.

FIFTH: The differences in hydrodynamic conditions between the San Pedro del Pinatar Marine Cultivation Polygon and the El Gorguel Polygon significantly affect the bioaccumulation of Hg, Cd, and Pb in Atlantic bluefin tuna, with a more pronounced effect for Cd and Pb. These and other variables associated with hydrodynamics should be monitored, given the trends observed regarding the muscle concentration of Cd and Pb.

SIXTH: The study of tissue kinetics of heavy metals in Atlantic bluefin tuna is complex for various reasons, including differences associated with sex, weight, diet (wild and farmed), and the hydrodynamic characteristics of fattening areas. All these variables should be carefully considered in future studies on the species.