oxigenación en tratamientos antiparasitarios: consideraciones ambientales y biológicas

David Ulloa Walker. Biólogo. MBA. Gerente General Storvik S.A. 

Se estima que un 90% del oxígeno de la atmósfera es producido por el fitoplancton. Esto no es de extrañar, dado que los océanos cubren el 70% de la superficie de nuestro planeta. En los ambientes acuáti- cos, la principal fuente de oxígeno es la fotosíntesis de organismos denominados foto autotróficos. En este proceso, la foto- lisis del agua explica la liberación de oxí- geno al medio. También existe el ingreso de oxígeno atmosférico, siendo necesaria una gradiente basada en la diferencia de presiones parciales del oxígeno en el aire y el agua. Este aporte, si bien se ve favore- cido en zonas con turbulencias, es menor comparado con el aporte del fitoplancton. El oxígeno representa cerca de un 21% del aire y, por lo tanto, su presión parcial a 1 atmósfera es de 159,6 mmHg. En consecuencia, el agua es capaz de absor- ber oxígeno del aire hasta que su presión parcial esté en equilibrio con la presión atmosférica, quedando saturada (100%). Cuando nos referimos al oxígeno presente en el agua, se denomina Oxígeno Disuelto (OD) y puede ser expresado en concentración (mg/l), o bien, como porcentaje de saturación.

El agua tiene en general 26 veces menos concentración de oxígeno que el aire. Si asumimos valores de 10 mg/l de OD para agua dulce y de 8 mg/l para agua marina, para obtener 1 litro de oxígeno se necesitan 4,8 litros de aire, 100 litros de agua dulce y 125 litro de agua de mar. El agua también tiene mayor viscosidad y, en cuanto a densidad, es 800 veces más densa que el aire. Todas estas características del medio acuoso son relevantes para comprender por qué los niveles de oxígeno son menores que en el aire. Los niveles de OD se ven afectados por factores biológicos y físicos; de los primeros, la fotosíntesis y la respiración de los organismos acuáticos son los más relevantes; y de los físicos, la temperatura y la salinidad. A mayores niveles de temperatura y salinidad, menores serán los niveles de OD, siendo la temperatura la que tiene mayor efecto. (Ver tabla 1). Por lo tanto, si conocemos la temperatura y la salinidad en un centro de cultivo, observando la tabla podremos obtener los valores de OD esperados, que representan el 100% de saturación. Por ejemplo, a 12 °C y a una salinidad de 30 ppt, la concentración de oxígeno es de 9 mg/l; en consecuencia, si el registro encontrado es menor, significa que el agua no está saturada a toda su capacidad. 

Oxígeno y salmones

Los salmones requieren niveles óptimos de concentración de oxígeno, de 9 a 10 mg/l de OD y 100% de saturación. Son aceptables aquellos valores en torno a los 7 mg/l y valores de saturación de 74%. Cuando los valores caen por debajo de los 3 mg/l y 65% de saturación son críticos, letales. Para entender cuánto oxígeno los salmones son capaces de capturar del medio marino, se debe mencionar que el inter- cambio de gases se da en la lamela secundaria y es por difusión pasiva. Para que ésta se produzca adecuadamente, se necesita como mínimo una presión parcial de OD de 118 mmHg (74%). Por cada litro de agua que pasa por la boca del pez y luego por las branquias, sólo un 40% entra en contacto efectivo con las lamelas secundarias. De este valor, un 80% es capturado. Esta alta eficiencia se debe al mecanismo de contracorriente. No obstante, lo anterior finalmente se traduce en que el pez aprovecha sólo un 32% del agua para la obtención de oxígeno.

Ahora incorporamos el concepto de tasa metabólica, entendiéndola como la cantidad de oxígeno por hora que un pez necesita para cumplir con todas sus funciones biológicas en función de su peso. Ésta se expresa como mgO2/kg/hr. Entonces, si tenemos un agua con 9 mg/l y un pez con una tasa metabólica de 300 mgO2/kg/hr, la eficiencia de un 32% explica que por cada litro de agua, se obtendrán 2,88 mg de oxígeno y en total el pez necesitará 104 litros de agua  para cumplir con su tasa metabólica o respiratoria. (Ver figura 1).

Demanda de oxígeno en condición de cultivo En una jaula de cultivo, conociendo la biomasa total y la tasa metabólica en función de la talla de los peces, la temperatura del agua y tasa de alimentación o ayuno, podremos determinar la demanda de oxígeno por unidad de tiempo, en general, kgO2/h. Se han construido modelos matemáticos (ver tabla 2), que incorporan un conjunto de variables que nos ayudan a estimar las demandas totales de oxígeno para una biomasa determinada y, al mismo tiempo, en función de los niveles de OD registrados dentro y fuera de la jaula, así como el tamaño de ésta. Conociendo el aporte efectivo de O2 del medio marino a dicha biomasa, también sabemos que si los valores detectados al interior de la jaula no son los deseados, entonces se requiere inyectar oxígeno adicional de manera externa. El oxígeno gaseoso se debe suministrar por medio de difusores eficientes, especialmente diseñados para ambiente marino, y que permitan lograr una amplia distribución espacial. También sabemos que la capacidad de los difusores no es suficiente para evaluar su calidad; la eficiencia de éstos es clave.

Oxigenación en tratamientos antiparasitarios Para conocer la demanda de oxígeno de una determinada biomasa de salmones, existe una tabla (ver tabla 3) que facilita el cálculo de manera sencilla y práctica. En condiciones de tratamiento, existe un factor de estrés y, por lo tanto, el valor indicado para una biomasa dada se debe multiplicar por 2. De este modo, se conocerá cuánta es la capacidad instalada o disponible que deben ofrecer los sistemas de oxigenación para dicho caso y la autonomía suficiente requerida a los sistemas de provisión de oxígeno. Por ejemplo, si tenemos peces con un peso promedio de 2.500 gr, una temperatura del agua de 12° C y una biomasa total de 200 toneladas, la lectura de la tabla 3 indica una demanda 10,4 kgO2/h por cada 100 toneladas; es decir, 20,8 kgO2/h para 200 toneladas de biomasa en la jaula y, por ende, dado el factor de stress de 2, debemos contar con equipos difusores que permitan entregar a lo menos los 41,6 kgO2/h teóricos que dicha biomasa podría demandar. Tambien es importante considerar la eficiencia del difusor. Si ésta es de 80%, necesitamos un equipo que entregue 52 kgO2/h. Conociendo la capacidad del equipo difusor en función de su eficiencia, y la cantidad de tiempo durante la cual se deberá suministrar el oxígeno, es muy importante determinar la autonomía requerida por el sistema de suministro de oxígeno. Los sistemas más utilizados son los racks de botellas (9 ó 10 m3) de oxígeno gaseoso y otros formatos de mayor almacenaje, tales como los estanques de oxígeno líquido (LOx) que incluyen vaporizadores. Otra parte importante de un sistema completo de suministro son los manóme-