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BIOMODELOS COMO SISTEMAS CENTINELA EN
ECOTOXICOLOGÍA REPRODUCTIVA
BIOMODELS AS SENTINEL SYSTEMS IN REPRODUCTIVE
ECOTOXICOLOGY
Sofía Isabel Vázquez Martínez
Facultad de Ciencias Biológicas de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Chaak Castellanos Carrizal
Facultad de Ciencias Biológicas de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Dan González Ibarra
Facultad de Medicina de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Paloma Montserrat Rosas Licona
Facultad de Ciencias Químicas de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Victorino Alatriste
Facultad de Ciencias Químicas de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
pág. 5113
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i5.26019
Biomodelos como sistemas centinela en ecotoxicología reproductiva
Sofía Isabel Vázquez Martínez1
sophievazm@gmail.com
https://orcid.org/0009-0007-9783-9732
Facultad de Ciencias Biológicas de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
México
Chaak Castellanos Carrizal
chaak.ca@gmail.com
https://orcid.org/0000-0003-1000-2037
Facultad de Ciencias Químicas de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
México
Dan González Ibarra
goibdan@gmail.com
https://orcid.org/0009-0008-7556-4894
Facultad de Medicina de la Benemérita
Universidad Autónoma de Puebla
México
Paloma Montserrat Rosas Licona
rosaspaloma122@gmail.com
https://orcid.org/0009-0001-0025-4444
Facultad de Ciencias Químicas de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
México
Victorino Alatriste
victorino.alatriste@correo.buap.mx
https://orcid.org/0000-0001-8680-5018
Facultad de Ciencias Químicas de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
México
RESUMEN
La contaminación ambiental es un tema de índole mundial que repercute directamente en la salud de los
seres vivos, siendo un tema importante de estudio e investigación. Dentro de estos procesos de
contaminación tenemos las aguas residuales, las cuales contienen mezclas complejas de sustancias
químicas disruptoras endocrinas, metales pesados y fármacos que representan riesgos para la salud
reproductiva. El presente trabajo analiza el uso de biomodelos en el estudio de la toxicidad reproductiva
inducida por este tipo de contaminantes. Se profundiza en cómo Daphnia magna actúa como organismo
centinela de alerta temprana debido a su alta sensibilidad. Por otro lado, Danio rerio permite realizar
evaluaciones mecanísticas gracias a la homología genética, la transparencia embrionaria y la integración
de vías de desenlaces adversos. Además, Xenopus laevis complementa el cribado de la alteración
endocrina mediante ejes hormonales conservados. En cuanto a los modelos basados en mamíferos,
particularmente los roedores, permiten extrapolar directamente los riesgos para la salud humana,
revelando alteraciones en la foliculogénesis, la implantación y el comportamiento. Por otro lado, los
enfoques in silico potencian la toxicología predictiva y reducen el uso de animales. De esta manera, las
estrategias integradas que combinan enfoques in silico, in vitro e in vivo refuerzan la comprensión
mecanística y la evaluación de riesgos.
Palabras clave: biomodelos, ecotoxicología, reproducción, disruptores
1
Autor principal
Correspondencia: sophievazm@gmail.com
pág. 5114
Biomodels as sentinel systems in reproductive ecotoxicology
ABSTRACT
Environmental pollution is a global issue with direct repercussions on the health of living organisms,
making it a significant subject of research. Wastewater is a key factor in these pollution processes,
containing complex mixtures of endocrine-disrupting chemicals, heavy metals, and pharmaceuticals that
pose risks to reproductive health. This paper analyzes the use of biomodels to study reproductive toxicity
induced by these types of contaminants. It examines how Daphnia magna serves as an early-warning
sentinel organism due to its high sensitivity. Meanwhile, Danio rerio enables mechanistic assessments
thanks to genetic homology, embryonic transparency, and the integration of adverse outcome pathways.
Furthermore, Xenopus laevis complements endocrine disruption screening through conserved hormonal
axes. Mammalian models—particularly rodents—allow for the direct extrapolation of human health
risks, revealing alterations in folliculogenesis, implantation, and behavior. Additionally, in silico
approaches enhance predictive toxicology and reduce animal usage. Thus, integrated strategies
combining silico, in vitro, and in vivo approaches strengthen mechanistic understanding and risk
assessment.
Keywords: biomodels, ecotoxicology, reproduction, disruptors
Artículo recibido 05 agosto 2026
Aceptado para publicación: 11 septiembre 2026
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INTRODUCCIÓN
Las pruebas ecotoxicológicas se enfocan en establecer relaciones concentración-respuesta para
contaminantes específicos a través de la medición de parámetros basados en la supervivencia, el
crecimiento o la reproducción durante tiempos de exposición definidos (Jourdan et al., 2023). En este
sentido, es fundamental comprender cómo los contaminantes interactúan con el entorno y con los
organismos mediante distintos procesos. Heugens et al. (2001) destacan tres factores importantes: en
primer lugar, la biodisponibilidad determina en qué medida las condiciones ambientales modifican la
fracción absorbible de un compuesto para su absorción por los organismos. En segundo lugar, la
toxicocinética se ve influida por la temperatura, lo que puede alterar las tasas de absorción, metabolismo,
eliminación y detoxificación de las sustancias. En tercer lugar, la sensibilidad fisiológica también
desempeña un papel relevante, ya que condiciones como el estado nutricional o el estrés osmótico
asociado a la salinidad pueden modificar la tolerancia al daño químico.
Esta disciplina adquiere especial relevancia al considerar la contaminación de los ecosistemas acuáticos
por las aguas residuales. Las sustancias presentes pueden ser peligrosas para la salud humana y el medio
ambiente debido a su alto contenido de compuestos procedentes de diversas industrias, residuos urbanos,
desechos domésticos, servicios o efluentes hospitalarios (Jirova et al., 2016). Entre los contaminantes
presentes se incluyen productos farmacéuticos y de cuidado personal, pesticidas, herbicidas, metales
pesados, compuestos orgánicos persistentes, bifenilos policlorados, microplásticos, entre otros (Sonkar
et al., 2025). Incluso se ha reportado que existen más de 80 000 sustancias químicas de uso comercial
consideradas como disruptores endócrinos y el riesgo de la mayoría de ellas aún no se ha evaluado
(Ingaramo et al., 2020). En conjunto, estos compuestos representan riesgos graves para la salud de los
organismos con los que entran en contacto.
En este contexto, se han desarrollado protocolos estandarizados que contemplan los procesos físicos y
fisiológicos en estudios ecotoxicológicos mediante biomodelos, los cuales se mantienen en condiciones
controladas de laboratorio (Jourdan et al., 2023). En la ecotoxicología reproductiva, un biomodelo se
entiende como un sistema biológico que puede abarcar desde organismos completos hasta unicelulares,
y que se emplea para estudiar cómo agentes químicos, físicos o biológicos interfieren en los procesos
reproductivos. Estos modelos permiten analizar alteraciones en parámetros como la fecundidad, la
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gametogénesis, el desarrollo embrionario y la regulación endocrina, lo que facilita la identificación de
efectos adversos en etapas críticas del ciclo de vida (Ankley et al., 2010; OECD, 2012). En particular,
frente a los contaminantes presentes en las aguas residuales, los biomodelos constituyen herramientas
clave para comprender los mecanismos de acción y establecer relaciones entre la exposición y el efecto
(Bergman et al., 2013).
En cuanto a los efectos tóxicos detectados en los animales, se incluyen alteraciones del desarrollo sexual
y de la función reproductiva (Anetor et al., 2022). Estudios han demostrado que la exposición a ciertos
contaminantes afecta negativamente la función y la estructura de las gónadas. Por ejemplo, las mezclas
de contaminantes orgánicos (disruptores endocrinos como perfluorooctanoato, bifenilo policlorado 153
y hexaclorobenceno) aumentan la migración de líneas celulares de tumores de la granulosa ovárica
(Gogola-Mruk et al., 2021). Lo anterior ocurre porque estos compuestos estimulan el aumento de la
producción de la metaloproteinasa de matriz 2 (MMP2), la cual disuelve las uniones entre células
(Gogola-Mruk et al., 2021). Asimismo, los metales pesados afectan tanto al testículo como al ovario,
alterando procesos como la espermatogénesis, la ovogénesis y la foliculogénesis (Massányi et al., 2020;
Anetor et al., 2022). Por otro lado, en cuanto a herbicidas, Araújo-Ramos et al. (2021) mencionan que
el glifosato actúa como disruptor endocrino ya que interactúa con el receptor de estrógenos ER-α,
activando genes que normalmente responden al estrógeno. También los autores reportan una
disminución de los niveles de la proteína StAR, lo que reduce la producción de progesterona, estradiol
y testosterona. Aunque solo son algunos ejemplos, esta evidencia subraya la necesidad de emplear
biomodelos que permitan caracterizar dichos efectos, comprender sus mecanismos y establecer
relaciones en contextos ambientalmente relevantes.
El presente trabajo tiene como objetivo analizar el uso de biomodelos ecotoxicológicos en el estudio de
la reproducción, con especial atención a los contaminantes presentes en matrices ambientales como las
aguas residuales. Frente a dichos contaminantes, los biomodelos constituyen herramientas clave para
comprender los mecanismos de acción, evaluar efectos a nivel individual y poblacional, y establecer
relaciones causales entre la exposición y el daño reproductivo.
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METODOLOGÍA
Se realizó una revisión sistemática que abarca los aspectos más importantes de la literatura disponible
sobre el uso de biomodelos para el estudio ecotoxicológico del impacto de las aguas residuales, tanto en
animales de laboratorio como en organismos no blancos. Sin embargo, debido a la gran cantidad de
bibliografía disponible sobre este tema, fue necesario optimizar la información mediante un análisis
bibliométrico. Utilizando enfoques matemáticos y estadísticos, esta metodología resultó ser una
excelente opción, al permitir evaluar e identificar el impacto de las publicaciones, facilitando así la
selección de la materia para el análisis de diferentes artículos de investigación.
La búsqueda bibliográfica se llevó a cabo en las bases de datos PubMed y Google Académico utilizando
la estrategia de búsqueda: “(Models OR Rodent OR Mouse OR Daphnia OR Xenopus OR Danio) AND
analysis AND (contamination OR toxicology OR pollution OR importance)”. Posteriormente, los
resultados obtenidos fueron depurados considerando únicamente artículos científicos, revisiones y
capítulos de libro relacionados con las áreas de toxicología, ecología, ciencias biológicas, bioquímica,
genética y biología molecular, química, ciencias ambientales, inmunología, microbiología, medicina y
disciplinas multidisciplinarias. Asimismo, se excluyeron documentos que no presentaban relación
directa con el objetivo del estudio o que contenían información redundante.
Una vez seleccionados los documentos, se analizaron los resultados de búsqueda mediante las
herramientas gráficas proporcionadas por las propias bases de datos, permitiendo visualizar la
distribución, frecuencia y evolución de las publicaciones relacionadas con biomodelos ecotoxicológicos
(Qin et al., 2020). Finalmente, la información recopilada se organizó en el gestor bibliográfico Mendeley
para facilitar la clasificación, el almacenamiento y el análisis de los documentos seleccionados.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Evaluación de toxicidad por exposición a aguas residuales
Las aguas residuales y su toxicidad representan una fuente de preocupación para la salud pública. El
comienzo de su tratamiento y el reúso crean una nueva problemática que afecta en gran medida a los
países en desarrollo, lo que resalta la creciente contaminación química ambiental y el efecto nocivo que
esta ocasiona en la reproducción humana y animal (Bustos-Obregón & Hartley, 2007).
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De acuerdo con la UNESCO, se generan alrededor de 359 mil millones de metros cúbicos de aguas
residuales en todo el mundo, de los cuales se estima que solo el 20-30% recibe un tratamiento adecuado
antes de ser descargadas en el medio ambiente. Es decir, el 80% y el 70% del resto de las aguas residuales
se vierten sin tratamiento previo, lo que conlleva consecuencias negativas para el medio ambiente y la
salud humana (Tevalcor, 2023).
En México, aproximadamente el 70% del agua destinada al consumo presenta contaminación con
agentes nocivos, colorantes y pigmentos (Barrios-Ziolo et al., 2016), tóxicos, fármacos y productos de
cuidado personal, así como con compuestos disruptores endócrinos (Estrada-Arriaga et al., 2013).
Dichos elementos provocan acumulación tanto en el suelo como en los entornos acuáticos. Esta
bioacumulación, persistencia y toxicidad son finalmente absorbidas por los organismos e incorporadas
a la cadena alimentaria (García-Carrillo et al., 2020), generando efectos asociados principalmente con
alteraciones hormonales, como disminución de fertilidad (Diamanti-Kandarakis et al., 2009), además
de enfermedades crónicas e infecciosas (WHO, 2020). Asimismo, se presentan daños neurológicos,
trastornos de desarrollo y daño renal, debido a que los metales pesados interrumpen los procesos y
estructuras celulares esenciales que, con el paso del tiempo, pueden ocasionar daños en el ADN,
disfunciones celulares e incluso la muerte (Alewy-Almashhadany et al., 2025).
Implicaciones de los biomodelos en ecotoxicología reproductiva femenina
El uso de aguas residuales, como agente tóxico, es fundamental para la evaluación de posibles efectos
adversos en la salud. Como se mencionó, los productos químicos y disruptores endócrinos son
compuestos que contribuyen a diversos trastornos y enfermedades. Sin embargo, para confirmar dicha
toxicidad, se requiere del empleo de biomodelos que permitan registrar respuestas en diferentes etapas
del desarrollo, ofreciendo resultados significativos y comparables (B-Patisaul et al., 2019).
En este contexto, la toxicidad reproductiva femenina es uno de los campos más complejos de la
toxicología moderna. El sistema reproductivo no funciona de manera aislada: depende de una
coordinación fina entre ovarios, útero, placenta, sistema nervioso y múltiples señales hormonales que
actúan de forma integrada a lo largo del tiempo. Por esta razón, evaluar su vulnerabilidad frente a
contaminantes ambientales, como los presentes en aguas residuales, exige una mirada amplia y
complementaria.
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Durante décadas, los modelos en mamíferos, principalmente los roedores, han sido el estándar para
estudiar toxicidad reproductiva debido a su similitud fisiológica con los humanos y su capacidad para
reproducir procesos complejos como la gestación y la lactancia. Las guías regulatorias internacionales,
como las del International Council for Harmonisation of Technical Requirements for Pharmaceuticals
for Human Use en su documento ICH S5(R3) Guideline, establecen la necesidad de realizar estudios en
al menos dos especies mamíferas: un roedor y un no roedor. Este enfoque permite caracterizar los riesgos
reproductivos y de toxicidad del desarrollo asociados a productos farmacéuticos de uso humano. Sin
embargo, también es reconocido que las respuestas observadas en animales no siempre predicen con
exactitud los efectos en humanos, especialmente debido a diferencias en órganos clave como la placenta
y el cerebro en desarrollo (Schmidt et al., 2015). Estas variaciones limitan la extrapolación directa entre
especies.
En conjunto, ningún modelo por sí solo puede captar toda la complejidad de la toxicidad reproductiva
femenina. La combinación estratégica de sistemas in silico, in vitro e in vivo permite integrar relevancia
humana, profundidad mecanística y complejidad biológica. Este enfoque híbrido no solo mejora la
calidad científica de la evaluación de riesgos, sino que también responde a la necesidad ética y
regulatoria de desarrollar una toxicología más predictiva, eficiente y alineada con la protección de la
salud humana y ambiental.
Otro aspecto central es el cumplimiento de los principios de las 3R (Reemplazo, Reducción y
Refinamiento) (Russell & Burch, 1959). La incorporación de modelos alternativos como el pez cebra o
el invertebrado Daphnia magna permite realizar cribados iniciales de alta sensibilidad y bajo costo antes
de avanzar hacia estudios en mamíferos. D. magna, por ejemplo, es especialmente útil para detectar
efectos reproductivos tempranos y transgeneracionales en ambientes acuáticos, actuando como sistema
de alerta frente a mezclas complejas de contaminantes (Tkaczyk et al., 2021a). Estas estrategias forman
parte de los Enfoques Integrados para Pruebas y Evaluación, promovidos por la Organisation for
Economic Co-operation and Development, que combinan información de múltiples fuentes para tomar
decisiones más éticas y científicamente robustas (OECD, 2017).
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Ecotoxicología en peces, anfibios e invertebrados
En etapas tempranas de investigación o en estudios ambientales que analizan mezclas complejas, como
las aguas residuales, el uso exclusivo de modelos mamíferos resulta poco viable por razones éticas,
económicas y logísticas. En este contexto, los biomodelos acuáticos, incluidos peces, anfibios e incluso
invertebrados, han cobrado relevancia como herramientas de cribado y de alerta temprana en
ecotoxicología reproductiva (Rosner et al., 2024). El pez cebra (Danio rerio) se ha consolidado como
un modelo vertebrado que permite evaluar efectos sobre el desarrollo embrionario y la función endocrina
con alta sensibilidad y rapidez. El ensayo de toxicidad del desarrollo en embriones de pez cebra presenta
una sensibilidad cercana al 75 % para identificar compuestos teratogénicos en mamíferos, si bien su
especificidad es más reducida (~43 %). Dichos valores confirman que, aunque útil para el cribado, no
reemplaza a los modelos regulatorios establecidos (Van den Bulck et al., 2011).
Adicionalmente, los ensayos de reproducción a corto plazo en peces adultos descritos por la
Organisation for Economic Co-operation and Development en la OECD Test Guideline 229 permiten
detectar alteraciones endocrinas mediante la cuantificación de vitelogenina, la fecundidad y el análisis
histopatológico gonadal. Resultan particularmente útiles para identificar actividad estrogénica o
antiestrogénica en matrices ambientales complejas. De manera complementaria, los anfibios, como
Xenopus laevis, aportan información relevante sobre la disrupción de ejes endocrinos durante el
desarrollo, especialmente en procesos de diferenciación sexual y metamorfosis, que dependen
estrechamente de la señalización hormonal (OECD, 2012b).
Invertebrados como Daphnia magna permiten evaluar efectos transgeneracionales, alteraciones en
fecundidad y cambios en ciclos reproductivos a bajo costo y con alto rendimiento experimental,
contribuyendo al cumplimiento de los principios de las 3R y a estrategias integradas de evaluación
(Ankley et al., 2010). En conjunto, estos modelos no sustituyen a los estudios en mamíferos, pero
amplían la cobertura de ventanas críticas de exposición y fortalecen el enfoque de “peso de la evidencia”
en la evaluación del riesgo reproductivo femenino.
Daphnia magna como biomodelo temprano en la evaluación de toxicidad
El empleo de invertebrados como biomodelos resulta fundamental en el estudio de la ecotoxicología
reproductiva debido a su papel en el almacenamiento y la transferencia de energía en los sistemas
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tróficos (DeFur, 2004; Lee et al., 2019). Estos organismos ofrecen ventajas metodológicas críticas, tales
como ciclos de vida cortos, alta fecundidad y facilidad de cultivo en condiciones controladas, lo que
permite realizar evaluaciones multigeneracionales eficientes (DeFur, 2004). Su elevada sensibilidad
frente a estresores ambientales y xenobióticos, incluidos los disruptores endocrinos y los fármacos
citostáticos que alteran la integridad del ADN, los posiciona como importantes centinelas biológicos
(Jureczko & Przystaś, 2024). Además, la conservación evolutiva de múltiples vías biológicas y sistemas
hormonales permite que estos organismos prevean respuestas toxicológicas en otros vertebrados. En la
investigación de la toxicidad reproductiva femenina asociada a contaminantes acuáticos, el invertebrado
más ampliamente utilizado es Daphnia magna, conocida comúnmente como “pulga de agua” (Tkaczyk,
2021b).
Una de las principales ventajas de D. magna es su alta sensibilidad a los tóxicos ambientales. Diversos
estudios han demostrado que responde a concentraciones muy bajas de pesticidas, fármacos, metales
pesados y disruptores endocrinos, mostrando alteraciones en supervivencia, crecimiento y,
especialmente, reproducción (OECD, 2012a; Tkaczyk et al., 2021b). Esta sensibilidad la convierte en
un organismo centinela para evaluar la calidad de las aguas residuales y detectar riesgos potenciales
antes de que afecten a otros organismos.
Su ciclo de vida permite evaluar afectaciones reproductivas debido a su capacidad de respuesta frente a
cambios ambientales. Según Ebert (2005), esta especie presenta partenogénesis cíclica, donde las
hembras producen nidadas de huevos amícticos y liberan neonatos genéticamente idénticos tras cada
muda. Su rápido desarrollo embrionario, la maduración sexual temprana y la producción continua de
descendencia permiten detectar alteraciones en la fecundidad, el tiempo de reproducción, la viabilidad
embrionaria y la supervivencia de neonatos. Por otro lado, bajo condiciones de estrés ambiental, D.
magna puede cambiar hacia una reproducción sexual, produciendo huevos de resistencia encapsulados
en una estructura denominada ephipium. Esta transición constituye un importante indicador biológico
de estrés fisiológico y ambiental (figura 1).
pág. 5122
Figura 1. Daphnia magna como especie centinela en estudios de toxicología ambiental. El esquema
representa la utilidad de D. magna para detectar contaminantes acuáticos. Asimismo, se ilustra su ciclo
de partenogénesis cíclica y el cambio hacia la reproducción sexual inducido por condiciones de estrés
ambiental.
Antes de realizar ensayos en peces o mamíferos, este modelo permite identificar si una muestra presenta
actividad biológica capaz de alterar la reproducción. Por ejemplo, se ha demostrado que compuestos
como bisfenoles, ftalatos y algunos anticonceptivos hormonales reducen significativamente la
producción de neonatos en exposiciones crónicas (Marlatt et al., 2022; Tkaczyk et al., 2021a). Si bien
no reproduce por completo la fisiología de los vertebrados y, por tanto, no modela directamente procesos
ováricos humanos, sí permite identificar alteraciones fundamentales en la energía reproductiva, la
asignación de recursos y la viabilidad embrionaria.
Otra ventaja destacable es su eficiencia económica y la simplicidad de su mantenimiento. Los
bioensayos con D. magna se caracterizan por su reducida demanda de espacio, su escaso requerimiento
de volumen de muestra y la brevedad de los tiempos experimentales, lo que permite abordar estudios
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con amplios intervalos de concentración o mezclas de elevada complejidad química. Dichas cualidades
han favorecido su inclusión en normativas internacionales de referencia, como la OECD Test Guideline
211, destinada al ensayo de reproducción crónica para la evaluación de efectos subletales sobre la
fecundidad (OECD, 2012a).
D. magna no sustituye a los modelos vertebrados cuando se requiere una extrapolación directa a la salud
humana. Sin embargo, su alta sensibilidad, rapidez de respuesta y capacidad para detectar efectos
reproductivos y transgeneracionales la convierten en una herramienta fundamental en estrategias
escalonadas de evaluación de la toxicidad reproductiva femenina, especialmente en el ámbito de la
ecotoxicología y la vigilancia ambiental.
Pez cebra (Danio rerio) como biomodelo en ecotoxicología reproductiva
El pez cebra (Danio rerio) utilizado ampliamente como uno de los biomodelos vertebrados más robustos
y versátiles en ecotoxicología reproductiva, particularmente en la evaluación de contaminantes presentes
en aguas residuales. Su rápida embriogénesis, alta fecundidad, desarrollo externo y transparencia
embrionaria permiten observar en tiempo real alteraciones morfológicas, endocrinas y reproductivas
inducidas por mezclas químicas complejas. Además, comparte una elevada homología genética con
humanos, incluyendo genes clave involucrados en la regulación del eje hipotálamo–hipófisis–gónada
(HPG), lo que lo convierte en un modelo relevante para estudiar disrupción endocrina con potencial
valor predictivo (Howe et al., 2013).
En el contexto de toxicidad reproductiva femenina, el pez cebra permite evaluar parámetros como la
fecundidad, la calidad ovocitaria, la tasa de eclosión, el desarrollo gonadal y la expresión de genes
relacionados con esteroidogénesis. La exposición a efluentes de aguas residuales y a disruptores
endocrinos de referencia ha demostrado inducir alteraciones en la diferenciación sexual, cambios en la
proporción sexual, disminución de la fertilidad y modificaciones transcripcionales en vías hormonales
(Kidd et al., 2007; OECD, 2013). Estos efectos pueden manifestarse incluso a concentraciones
ambientalmente relevantes, subrayando su sensibilidad como sistema de alerta temprana.
Adicionalmente, el pez cebra desempeña un papel central en el desarrollo e implementación de Vías de
Resultado Adverso. Lo anterior permite integrar eventos moleculares tempranos, como la activación de
receptores estrogénicos, con desenlaces reproductivos a nivel individual y poblacional (Ankley et al.,
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2010). Su aplicabilidad en ensayos estandarizados (OECD, 2013) fortalece su valor regulatorio y
comparativo en estudios de riesgo ambiental. En conjunto, el uso del pez cebra complementa otros
biomodelos acuáticos al proporcionar evidencia mecanística y funcional sobre los efectos de
contaminantes en la reproducción femenina, sirviendo como puente entre sistemas invertebrados y
modelos vertebrados. La información de esta sección se resume en la figura 2.
Figura 2. Danio rerio (pez cebra) como biomodelo en ecotoxicología reproductiva. Se ilustran las
principales características que convierten al pez cebra en un modelo ampliamente utilizado en el estudio
de contaminantes ambientales. Además, se muestra la integración de las vías de resultados adversos
(Adverse Outcome Pathways, AOPs), destacando la utilidad de D. rerio en pruebas regulatorias y en la
evaluación de riesgos ambientales conforme a lineamientos internacionales.
Rana de uñas africana (Xenopus laevis) como biomodelo complementario
Los embriones de la rana de uñas africana (Xenopus laevis) se emplean de forma complementaria a
modelos teleósteos como el pez cebra, con el objetivo de fortalecer la identificación de disruptores
endocrinos relevantes para la toxicidad reproductiva y del desarrollo (Kloas et al., 2009; OECD, 2009).
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El uso de embriones de X. laevis permite evaluar la alteración de ejes endocrinos conservados entre
vertebrados (figura 3), particularmente aquellos relacionados con el estrógeno, andrógenos, hormona
tiroidea y esteroidogénesis. Debido a la alta conservación evolutiva de estos sistemas hormonales, los
efectos observados en modelos acuáticos pueden aportar evidencia relevante para la evaluación de
riesgos en salud humana (Bergman et al., 2013; Zoeller et al., 2012). Esta característica resulta
especialmente pertinente en estudios de toxicidad reproductiva femenina, donde la disrupción temprana
de señales hormonales puede traducirse en alteraciones permanentes en la diferenciación gonadal, la
maduración ovárica o la fertilidad (Zoeller et al., 2012).
En términos metodológicos, los análisis morfológicos de X. laevis incluyen la evaluación de alteraciones
en el desarrollo embrionario y de estructuras dependientes de señalización hormonal, siguiendo
estándares establecidos para la caracterización del desarrollo normal en esta especie (Nieuwkoop &
Faber, 1994). Se estudia la expresión de genes diana regulados por receptores hormonales,
particularmente aquellos involucrados en señalización tiroidea y esteroidea (Fini et al., 2012).
Complementariamente, los parámetros funcionales, como cambios conductuales en renacuajos, aportan
evidencia de efectos adversos integrados a nivel del organismo, fortaleciendo la interpretación
toxicológica (Ankley et al., 2010).
En el contexto específico de la exposición a mezclas complejas, estas pueden actuar simultáneamente
sobre múltiples modalidades endocrinas, generando efectos aditivos, sinérgicos o antagónicos
(Backhaus & Faust, 2012). El análisis integrado de efectos morfológicos, moleculares y conductuales
en este modelo permite capturar la complejidad de dichas interacciones, contribuyendo a una evaluación
mecanísticamente informada del riesgo reproductivo femenino (Ankley et al., 2010).
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Figura 3. Xenopus laevis como biomodelo acuático para el estudio de disruptores endocrinos. Este
anfibio se emplea en la evaluación de alteraciones endocrinas debido a la conservación evolutiva de los
ejes hormonales relacionados con los estrógenos, los andrógenos, las hormonas tiroideas y los procesos
de esteroidogénesis.
Parámetros evaluados en mamíferos (roedores)
Los mamíferos, y en especial los roedores, son una herramienta clave en el estudio de disruptores
endócrinos y ecotoxicidad, junto con otros modelos animales. Su utilidad radica en la estrecha
correspondencia entre los sistemas hormonal y conductual, que se manifiesta de manera similar en
roedores y en humanos. (Patisaul et al., 2018). Estas características permiten evaluar de manera integral
los efectos fisiológicos, reproductivos y conductuales inducidos por diversos compuestos tóxicos
presentes en el ambiente.
Entre los modelos más empleados destacan los ratones de la cepa CD-1 (figura 4), por ejemplo,
ampliamente utilizados por sus similitudes fisiológicas y bioquímicas con el ser humano, lo que favorece
una extrapolación más precisa de los posibles efectos biológicos y de los mecanismos involucrados
(Maxi-Maxi, 2021). Además, su elevada capacidad reproductiva, rápido desarrollo y adaptabilidad a
distintas condiciones experimentales los convierten en organismos de gran valor para la investigación
biomédica y la evaluación de riesgos asociados a contaminantes ambientales.
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Figura 4. Principales ventajas de los ratones CD-1 como biomodelos en investigación biomédica y
ambiental: su similitud fisiológica con los humanos, alta capacidad reproductiva, rápido desarrollo y
adaptabilidad a diversas condiciones experimentales.
Los contaminantes ejercen sus efectos tóxicos al unirse a hormonas gonadales (R-Bell, 2018) y a
mecanismos de los disruptores endocrinos, que actúan principalmente a través de receptores nucleares
de hormonas, como los de estrógeno, andrógeno y progesterona (Diamanti-Kandarakis, 2009).
Esta interferencia a nivel molecular se traduce en alteraciones de comportamientos sociales, que además
son hormonodependientes, tales como los comportamientos afiliativos, sexuales, cuidados parentales y
otros aspectos que son expresados especialmente cuando la exposición ocurre en periodos posnatales
críticos (R-Bell, 2018).
Más allá de la conducta, la exposición prolongada a estos químicos disruptores representa un alto riesgo
para la fertilidad, así como para la fecundación y el desarrollo de órganos gonadales. En mamíferos, se
observa que la prolongada exposición a estas sustancias causa una afectación que va desde la
desregulación de la expresión de los receptores hormonales, como la falta de desarrollo folicular, y de
sus vías de señalización, hasta una significativa reducción de las tasas de implantación embrionaria
(Caserta et al., 2021).
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Resultados relevantes y sensibilidad del modelo murino
Efecto del bisfenol A en el comportamiento
Gioiosa et al. (2015) realizaron un estudio experimental sobre la evaluación de riesgos de sustancias
químicas disruptoras endocrinas. El objetivo fue medir los efectos de la exposición durante el desarrollo
a dosis bajas de bisfenol A (BPA) en el comportamiento y la fisiología de los ratones (Mus musculus).
Se utilizó el ratón de laboratorio como modelo principal para investigar los efectos de la exposición
prenatal a xenoestrógenos sobre la fisiología. Como ciertos tipos de sistemas de comportamiento que se
expresan de manera diferente en hombres y mujeres.
Los resultados mostraron que la exposición prenatal y postnatal al bisfenol A en ratones resultó en una
interrupción a largo plazo de los comportamientos sexualmente dismórficos. Dicha exposición resultó
en alteraciones del comportamiento principalmente en las mujeres; estos comportamientos se tradujeron
en una combinación de “defeminización” y “masculinización”. Por el contrario, los hombres expuestos
mostraron un comportamiento de tipo femenino en algunas medidas. Tales comportamientos sexuales
fueron observados antes de la pubertad, por lo que un resultado general de la investigación sugiere una
interferencia del BPA en los procesos de desarrollo y organización del sistema nervioso central y en los
sistemas receptores de hormonas en ambos sexos.
Estos hallazgos proporcionan evidencia de los riesgos potenciales que la exposición al desarrollo a dosis
bajas del BPA puede presentar para la salud humana, siendo los fetos y los bebés altamente vulnerables,
y demuestran la necesidad urgente de desarrollar estrategias para evaluar los peligros de los disruptores
endocrinos. Este hallazgo guarda relación con la frecuencia con que se observan relaciones dosis-
respuesta no monótonas en endocrinología. No obstante, pese a que estas curvas son comunes, los
procedimientos actuales de evaluación de riesgos por exposición a contaminantes ambientales todavía
no las han integrado.
Efecto de los microplásticos en el ovario
Por otro lado, en un estudio realizado por Liu et al. (2022), se analizó la toxicidad reproductiva femenina
en ratones, induciendo microplásticos de poliestireno (PS-MP) en ratones hembra de cinco semanas de
edad, durante 35 días. Como justificación, se utilizó la contaminación ambiental, junto con la creciente
pág. 5129
preocupación que los microplásticos han suscitado por su potencial toxicidad en humanos y animales,
especialmente por la deposición en órganos y tejidos.
Para explorar los efectos de los microplásticos de poliestireno (PS-MP) sobre el sistema reproductivo
femenino, se administró por vía oral agua ultrapura con o sin PS-MP a ratones hembra. Se establecieron
tres grupos experimentales: control, tratado con PS-MP no fluorescentes y tratado con PS-MP
fluorescentes (G-PS-MP); estos últimos para facilitar la identificación de la acumulación de partículas
en los tejidos.
A continuación, se llevaron a cabo cuatro ensayos complementarios. En el primero, se evaluó la
acumulación de G-PS-MP en diversos tejidos y órganos. El segundo consistió en el registro de los
efectos fisiológicos básicos, mediante la medición del consumo de alimento y agua, así como del peso
corporal. En el tercer ensayo, se analizaron los efectos de los PS-MP sobre los ovarios, comparando el
grupo control y el tratado con PS-MP; para ello, se cuantificaron los niveles de expresión relativa de
genes asociados con inflamación ovárica, estrés oxidativo y apoptosis. Finalmente, el cuarto ensayo
examinó el impacto de los PS-MP en la calidad y competencia de desarrollo de los ovocitos, evaluando
parámetros como la calidad mitocondrial, la activación partenogenética, la primera extrusión del cuerpo
polar y la tasa de descomposición de la vesícula germinal, nuevamente entre el grupo control y el tratado.
Los resultados mostraron que los PS-MP pueden acumularse en el corazón, el hígado, el bazo, el pulmón,
el riñón, el cerebro, el intestino grueso y delgado, el útero, el ovario y la sangre de los ratones expuestos.
Además, inducir inflamación en los ovarios y reducir la calidad de los ovocitos en los ratones. Ilustraron
que la exposición al poliestireno aumentó el nivel de interleucina 6 (IL-6), que indica la presencia de
inflamación ovárica después del tratamiento con PS-MP. Además, disminuyó el nivel de
malondialdehído (MDA), un parámetro que refleja el potencial antioxidante del cuerpo, la tasa de
peroxidación lipídica y la fuerza del cuerpo en los ovarios del ratón. También mostraron una reducción
en la primera tasa de extrusión del cuerpo polar y la tasa de supervivencia de los ovocitos superovulados.
Por otro lado, los PS-MP minimizaron el nivel de glutatión, el potencial de membrana mitocondrial y el
calcio del retículo endoplasmático y aumentaron las especies reactivas de oxígeno en los ovocitos.
Aunque no se encontraron diferencias en el desarrollo in vitro de embriones entre los grupos control y
tratados, los hallazgos del estudio sugieren que la exposición a PS-MP puede inducir toxicidad
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reproductiva en las ratonas, pues la disminución de la calidad de los óvulos puede afectar el desarrollo
in vivo. Proporcionando una base para estudiar el mecanismo molecular tóxico de la disfunción
reproductiva inducida por la exposición en mamíferos femeninos a PS-MP.
Mamíferos y explosión a metales pesados
Finalmente, Trujillo-Vázquez et al. (2021) presentan una revisión que consolida la evidencia previa
sobre toxicidad reproductiva. Dicho análisis aborda específicamente la exposición al plomo y sus efectos
en ovarios y salud reproductiva femenina, considerando modelos en roedores, humanos y cultivos in
vitro de tejido ovárico.
La investigación se centra en los daños celulares y fisiológicos inducidos por el plomo (Pb2+), entre los
que destacan el desequilibrio del balance redox, la desorganización de las células de granulosa
foliculares y el incremento de la atresia folicular. Estos efectos son posibles gracias a que el Pb2+ se
absorbe principalmente por vía respiratoria y gastrointestinal, distribuyéndose posteriormente a órganos
como hígado, cerebro, riñones, gónadas y huesos. Una vez internalizado, el metal también interfiere en
procesos nucleares como la reparación del ADN y la acetilación de histonas. Dichas alteraciones
encuentran su origen en las propiedades químicas del Pb2+, las cuales determinan su capacidad para
modificar rutas metabólicas y vías de señalización hormonal y molecular.
La capacidad del Pb2+ para afectar la salud y el estado redox celular resulta clave para interpretar estudios
experimentales que simulan escenarios reales. Aunque las concentraciones utilizadas en laboratorio no
siempre equivalen a las presentes en el ambiente, estos trabajos permiten dilucidar los mecanismos de
daño del metal. Para complementar el conocimiento existente, resulta valioso recurrir a enfoques
interdisciplinarios y revisiones de la literatura.
Finalmente, comprender los mecanismos de acción del Pb2+ en el ovario es fundamental para evaluar el
riesgo real que representan los contaminantes para la salud reproductiva femenina. Dicha comprensión
favorecerá el desarrollo de estrategias de prevención y protección eficaces (figura 5).
pág. 5131
Figura 5. Impacto de la exposición al plomo (Pb2+) sobre la salud ovárica y la reproducción femenina.
Se ilustran las principales vías de entrada y distribución sistémica del plomo, así como sus efectos
celulares y fisiológicos en el ovario. Además, se representan los posibles mecanismos moleculares
involucrados, las estrategias experimentales empleadas para su estudio y las implicaciones preventivas
orientadas a la protección de la salud reproductiva femenina.
Métodos in silico para la predicción de disruptores endocrinos y la evaluación del riesgo
reproductivo femenino
Los métodos in silico utilizan herramientas computacionales para predecir la actividad biológica y el
potencial tóxico de una sustancia a partir de su estructura química. Entre las estrategias más empleadas
se encuentran los modelos QSAR (Relación Cuantitativa Estructura-Actividad), que correlacionan
propiedades fisicoquímicas con efectos adversos; el acoplamiento molecular (molecular docking), que
predice la afinidad de unión de contaminantes a receptores hormonales como el receptor de estrógeno
(ERα); y la dinámica molecular, que permite analizar cambios conformacionales asociados a la
activación o inhibición de vías endocrinas (Madden et al., 2019; Raies & Bajic, 2016). Asimismo,
enfoques basados en inteligencia artificial y aprendizaje automático han demostrado utilidad para
analizar grandes bases de datos toxicológicas, por ejemplo, Tox21, e identificar patrones predictivos de
disrupción endocrina y teratogenicidad (Mayr et al., 2016).
Estos modelos permiten identificar potenciales disruptores endocrinos que interfieren con la
señalización estrogénica o progestagénica antes de realizar estudios in vivo. Por ejemplo, estudios de
docking han evaluado la interacción de análogos del bisfenol A con ERα humano para estimar su
potencia estrogénica relativa (Delfosse et al., 2012). En conjunto, estos enfoques ofrecen un cribado de
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alto rendimiento, reducen el uso de animales y proporcionan información mecanística relevante para la
evaluación del riesgo reproductivo femenino.
CONCLUSIONES
Los biomodelos ecotoxicológicos son herramientas esenciales para comprender el daño reproductivo
causado por contaminantes en aguas residuales. Estos sistemas permiten identificar mecanismos de
acción y establecer relaciones causales entre la exposición y el efecto observado. Organismos como
Daphnia magna y el pez cebra funcionan como centinelas eficaces de alerta temprana. Por otro lado, los
modelos de mamíferos facilitan la evaluación de riesgos directos para la salud humana. Sin embargo, es
necesario reconocer que las concentraciones en laboratorio no siempre reflejan la complejidad de
mezclas de contaminantes presentes en el ambiente. Debido a esto, el análisis y extrapolación de
resultados entre especies deben ser interpretados con precaución. Por ello, el uso de Daphnia magna y
el pez cebra como modelos experimentales, junto con la decisión de reservar los roedores para fases
posteriores, responde a una estrategia alineada con el principio de las 3R, donde cada especie ocupa un
lugar en función del objetivo, no de su rango filogenético.
Finalmente, la integración de métodos in silico y biológicos fortalece la toxicología predictiva y abre la
puerta a su incorporación en marcos regulatorios, como las Vías de Resultados Adversos (Adverse
Outcome Pathways, AOPs) de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos
(Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD). Lo anterior perfila un futuro
donde los modelos computacionales podrían reducir drásticamente la necesidad de pruebas con
organismos vivos. Esta visión integral es fundamental para garantizar la protección de la salud ambiental
y reproductiva frente al creciente vertido de sustancias químicas disruptoras endocrinas, metales pesados
y fármacos en aguas residuales.
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