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Ficotoxinas - Toxicidad del cido Domoico

Leidy ngel, Mara del Mar Avella, Juan Carlos Bello, Diana Jimnez, Dolly Peralta, Miguel ngel Riveros, Sebastin Salazar, Oscar Fernando Sua

Toxicologa, Departamento de Farmacia, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia

ResumenEste documento presenta un resumen acerca de los principales grupos de ficotoxinas, centrndose en la ficotoxina cido domoico (AD), la cual fue aislada inicialmente del alga marina Chondria armata en Japn, que igualmente es producida ampliamente por diatomeas del gnero Pseudo-nitzschia, de modo anlogo se exhibe como esta biotoxina dada su relacin estructural con el neurotransmisor glutamato produce excitotoxicidad a nivel del sistema nervioso en peces, aves y mamferos. El cido domoico (AD) se encuentra como contaminante alimentos marinos como los mariscos, y es responsable de la enfermedad en humanos conocida como intoxicacin amnsica por mariscos (ASP) causante de prdida de memoria a corto plazo, sntomas gastrointestinales, confusin, desorientacin, llegando a manifestar convulsiones. Por ltimo se muestran propiedades fisicoqumicas y estructurales del cido domoico (AD), su mecanismo de toxicidad, as como los principales programas de control y monitoreo de costas en relacin con el cido domoico (AD) y un panorama de la situacin de las floraciones de algas nocivas en Colombia.

Palabras Claves: Ficotoxina, Intoxicacin amnsica por mariscos, cido domoico, neurotoxina

DefinicinEl trmino ficotoxinas hace referencia a metabolitos secundarios producidos por algas unicelulares (protistos). Muchas ficotoxinas son producidas por dinoflagelados, entre los cuales se incluyen algunas especies de fitoplancton, sin embargo especies de diatomeas, cianobacterias, rafidofitos y primnesiofceas tambin han demostrado la produccin de estas toxinas y en especfico las saxitoxinas para el caso de las cianobacterias (1) (2).

Clasificacin de las FicotoxinasDe manera general , las ficotoxinas se pueden clasificar de acuerdo a su composicin qumica como : grupo de la saxitoxina (STX), grupo del cido domoico (AD), grupo del cido ocadaico (OA) , grupo pectenotoxina (PTX), grupo de la yesotoxina (YTX), grupo azapiracido (AZA), grupo brevetoxina (BTX), grupo ciguatera (CTX), grupo de iminas cclicas y el grupo de la palitoxina (PTL). El grupo de la saxitoxina (STX) y el grupo de toxina de cido Domoico (AD) son consideradas toxinas hidroflicas, el resto de grupo se consideran de carcter lipfilo con excepcin de la palitoxina ya que presenta carcter tanto hidroflico como lipoflico.Anteriormente, las ficotoxinas eran clasificadas segn el tipo de intoxicacin causada en el hombre, las principales eran: ficotoxinas diarreicas (DSP) donde se ubica el cido ocadaico y derivados de dinofisistoxinas (DTX), paraltica (PSP) amnsica (ASP) en la que se clasifica el cido domoico, neurotxica (NSP), azapiracido (AZA) intoxicacin con mariscos y el grupo de envenenamiento por ceguera (CFP), en esta revisin se har nfasis principalmente en el cido domoico (2).

Grupo de ToxinasSntomasEspecies causantes

Saxitoxina (STX)Intoxicacin Paraltica por MariscosEspecies de AlexandriumGymnodinium catenatumPyrodinium bahamense

cido Domoico (DA)Intoxicacin Amnsica por MariscosPseudo-nitzschia,Nitzchia navis-varingica,Halamphora coffeaeformis

cido Ocadaico (OA)Dinofisistoxinas (DTXs)Intoxicacin DiarreicaDinophysis, PhalacromaandProrocentrum

Pectenotoxinas (PTXs)-Dinophysis

Yessotoxina (YTX)-Gonyaulax spinifera,Lingulodinium polyedrum,Protoceratium reticulatum

Azaspiracidos (AZAs)Intoxicacin Azaspiracido por MariscosAzadinium spinosum

BrevetoxinasIntoxicacin Neurotxico por MariscosKarenia

Ciguatoxinas (CTX)Intoxicacin Ciguatera por pecesGambierdiscusCoolia monotisProrocentrum spp

Iminas cclicasToxinas de Accin RpidaAlexandrium ostenfeldii (SPXs),Karenia selliformis (GYM)

Palitoxinas (PTLs)-Algunas especies de Ostreopsis

Tabla 1. Resumen de grupos de Ficotoxinas, sntomas causados y organismos causantes. (2)

cido DomicoEl cido domoico (AD) se presenta de manera natural producido como una biotoxina marina la cual es producida por diatomeas del gnero Pseudo-nitzschia. (8) Esta biotoxina marina fue aislada inicialmente en 1958 del alga roja marina Chondria armata en Japn. En el dialecto japons de la isla Tokunoshima, dicha alga es llamada domoi, por lo que a su contenido cido se le denomin domoico. El alga es un producto tradicional, utilizado como antihelmntico intestinal, pero nunca se ha descrito que produjera dao alguno, posiblemente por su escaso contenido. De otro lado, no es alimento de mejillones, bivalvos ni peces, sin afectar por ello la cadena alimenticia. Contiene adems diversos ismeros que son los cidos iso-domoicos, habindose identificado el A, B, C, D, E y F, que tienen menos potencia neurotxica (4). Por otro lado, el cido domoico tambin fue identificado en otras microalgas, Chondria baileyana y Alsidium corallinum en 1975.

El cido domoico (AD) un pequeo aminocido cclico (311 Da), con tres grupos carboxlicos que son los responsables de su solubilidad en agua y tiene una polaridad relativamente alta, un anillo de prolina y un grupo imino, derivado del cido kainico, AD contiene dobles enlaces conjugados en la cadena lateral lo cual le permite absorber luz UV, con lo cual en pH neutro presenta una mxima absorcin a 242 nm , AD posee relacin estructural con el neurotransmisor glutamato (fig 1), lo cual le confiere afinidad por los receptores presinpticos y postsinpticos de glutamato Kainato, (AMPA) y (NMDA)(9). El cido domoico es un contaminante de tejidos de mariscos, es estable al calor por lo que la coccin no destruye la toxina. Sin embargo, la coagulacin de protena conlleva a la retraccin del tejido y como el cido domoico es soluble en agua, puede ser transferido a los fluidos de coccin. Su estabilidad ha sido estudiada bajo varias condiciones demostrndose que el almacenamiento de tejidos puros o autoclavados por 5 meses solo degrada el 50% de la toxina (1).

Fig 1. Relacin estructural del cido Domoico, con cido Kainico y NT glutamato. (13)

Caractersticas fsicas y estructurales del cido Domoico

El cido domoico es soluble en agua e insoluble en solventes orgnicos, inodoro e inspido, por lo que es imposible diferenciar un molusco contaminado de uno no txico, excepto por anlisis de laboratorio. Al ser estable al calor y al fro, no se puede destruir en el alimento ni por coccin ni por congelamiento. La evaluacin de las caractersticas qumicas generales del DA es crucial para el entendimiento de las interacciones con receptores y en consecuencia los efectos txicos en vertebrados. El DA consiste en un anillo prolina, tres grupos carboxlicos y un grupo amino que puede existir con hasta cinco estados cargados dependiendo del pH de la solucin (3).Se sabe que los ismeros geomtricos (cidos isodomoicos A, B, C, D, E, F, G y H) pueden generarse tras una breve exposicin del DA a la luz ultravioleta y son menos txicos que ste debido a su menor fuerza de enlace a las protenas receptoras neuronales (6)

Susceptibilidad a AD en mamferos, aves y peces por va parenteral y va oral

De acuerdo con estudios realizados con peces (8) se ha llegado a registrar que en estos animales de manera similar a los mamferos se presenta excitotoxicidad a nivel de sistema nervioso central, los signos conductuales de excitotoxicidad se manifiestan en prdida de capacidad de natacin en espiral, crculo de natacin, as como la natacin hacia abajo, para el caso de peces expuestos a niveles particularmente altos de AD, se exhibieron luego de inyeccin de AD , signos de desorientacin, lo que se manifiesta con peces que nadan en direcciones aleatorias.Se ha observado que inyecciones de AD en aves produce temblores, crculo de natacin al revs cuando se inyecta en peces y convulsiones en mamferos marinos, dado la actividad intrnseca del AD y su afinidad por receptores de glutamato se observa que estos receptores se encuentran conservados a travs de taxones de vertebrados, por lo que se evidencia este tipo de signos en los diferentes tipos de animales por la sobreexcitacin de receptores glutamato.Sin embargo de manera natural la va oral es la forma rutinaria de exposicin al cido domoico en animales y se observa que existe variabilidad en las dosis que causan neuroexcitotoxicidad con lo que se requieren diferentes dosis para causar signos incluso entre diferentes especies de mamferos, lo cual da bases a que la variacin en la absorcin, secuestro, metabolizacin y excrecin de la toxina son relevantes en la sensibilidad a dosis orales de AD entre las especies. En el caso de humanos y primates una dosis oral aproximada de 1-2 mg/kg causa efectos txicos, lo cual contrasta con dosis entre 35-80 veces ms altas para causar efectos txicos en roedores, este comportamiento puede estar asociado a la extensin del tracto gastrointestinal en relacin con la extensin del cuerpo y la capacidad de absorcin. Datos sobre DL50 por va parenteral en diferentes animales as como dosis orales que manifiestan efectos txicos en animales son resumidos en la tabla 2. (8)

Tabla 2. Resumen manifestaciones clnicas por dosis va oral, as como DL50 por va parenteral en diferentes organismos. Inyeccin intracelomica (IC), Inyeccin Intraperitoneal (IP).(8)

cido Domoico y Enfermedad en HumanosEl cido domoico es el responsable de una enfermedad en humanos conocida como intoxicacin amnsica por mariscos (ASP). Esta enfermedad neurotxica fue identificada por primera vez en 1987 cuando cerca de 143 personas resultaron enfermas y 4 murieron luego de consumir mejillones contaminados con AD cosechados en la costa oriental de la isla del prncipe Eduardo, Canad. Dentro de las manifestaciones clnicas se destac la amnesia antergrada, no vista con ninguna biotoxina ni frmaco conocido, pudiendo llegar a ser permanente, por lo cual el sndrome fue denominado intoxicacin amnsica por molusco. Se llev a cabo un examen histopatolgico del cerebro de las personas fallecidas, encontrando que el hipocampo fue una de las estructuras ms afectadas, con necrosis celular en algunas reas, lo que explic el deterioro irreversible de la memoria. (5) Mltiples algas y diatomeas han demostrado ser la fuente de DA pero las diatomeas toxgenicas plantean la mayor amenaza para la salud humana a travs de la acumulacin de DA en organismos marinos que posteriormente son consumidos (3).

Teniendo en cuenta que el DA puede llegar al humano por la cadena alimenticia es importante conocer y revisar los brotes txicos en mamferos y aves marinas con posterior muerte debido a esta ficotoxina, el mecanismo en la produccin de toxicidad, su agonismo en los receptores glutamatrgicos, la importancia en la salud pblica, sus riesgos por evaluar en la salud humana, as como la difusin de la biotoxina por el mundo, incluyendo el Ocano Pacfico y las posibles razones de tal difusin, as como su importancia ecolgica y econmica que ha obligado a la vigilancia mundial.

Presencia en Animales marinos: Agentes etiolgicos en caso de brote txicoLos episodios txicos detectados de DA se han debido al consumo de mejillones, almejas, navajas y vieiras. Tambin se ha encontrado DA en cangrejos, posiblemente debido a la actividad predadora de stos sobre las almejas, y en anchoas y caballas, consumidores de fitoplancton en caso de que no existan otras fuentes de alimento. Estos episodios han causado la muerte de animales carnvoros, como pelcanos o leones de mar, debido al consumo de caballas o anchoas contaminadas. (6)

Presentacin de signos y sntomas en Humanos por cido Domoico

Los signos clnicos de ASP en humanos consisten gastrointestinal, abundante secrecin bronquial, convulsiones, permanente prdida de memoria a corto plazo, y en los casos ms graves coma y muerte por paro respiratorio. Los sntomas que el cido domoico produce, se inician entre los 30 minutos y las 24 horas de consumido el molusco, En las intoxicaciones menos severas se presenta vmitos, diarreas, calambres musculares y dolores de cabeza. Los sntomas en casos severos incluyen dificultad respiratoria, prdida del equilibrio, prdida de la memoria, angustia, confusin, desorientacin. Pasadas las 12 horas del periodo crtico se considera superado el problema, ya que la toxina comienza a eliminarse por va renal. Meses despus de la intoxicacin puede existir atrofia distal y ligera debilidad de las extremidades y un ao ms tarde deficiencias en la memoria a corto plazo, debido a la posible degeneracin de las neuronas. Todos estos sntomas son ms intensos en personas con enfermedades renales previas. (6)

Diagnstico

El diagnstico se basa principalmente en la historia de la ingestin de moluscos bivalvos, seguido por la sintomatologa caracterstica descritos anteriormente. Considerando la cadena alimenticia que puede contaminarse, podran ser incluidos diversos alimentos marinos. La confirmacin se realiza demostrando la presencia del AD por el anlisis del alimento marino contaminado, mediante HPLC o LC/MS-MS.

Factores de riesgo en la intoxicacin por productos marinos contaminados con cido domoicoUn posible factor de riesgo podra ser la edad, ya que estudios han demostrado que pacientes que murieron o los que sufrieron dao cerebral o neurolgico relevante por cido domoico, tenan 68 o ms aos de edad. Por otro lado los animales de laboratorio parecen ms susceptibles al dao excitotxico de la biotoxina segn la mayor edad, por asumir una riqueza dendrtica donde se localizan los receptores excitatorios. En tanto que in vitro en cortes de hipocampos de roedores, con el aumento de la edad se ha observado un incremento de sensibilidad al AD. Otro posible factor de riesgo seran los mejillones, porque sus tejidos contienen cantidades importantes de cido glutmico, habindose sugerido que ello incrementa la neurotoxicidad del AD por un sinergismo de potenciacin, amparado en la observacin que en cultivos neuronales los extractos de mejillones conteniendo AD fueron ms neurotxicos que el AD puro

Mecanismo en la produccin de Toxicidad

Debido a la similitud estructural con el cido Kainico (AK), glutmico (Glu) y asprtico (Asp) no es una sorpresa que el AD interacte con los receptores de glutamato o las clulas nerviosas terminales. El glutamato (Glu) es el principal neurotransmisor excitatorio en el cerebro, por lo cual es un componente primordial de la transmisin sinptica, con lo que una excesiva cantidad de (Glu) conduce a la neurodegeneracin, convulsiones y apoptosis (3).

Fig 2. Mecanismo bsico de induccin de neurotoxicidad por AD en clulas nerviosas.(3)

La sobreactivacin de los receptores glutamato por Glu y Asp endgenos inicia una cascada de eventos bioqumicos que conllevan a muerte celular o lesiones neuronales. Esto es mediado predominantemente por la entrada de Ca+ a las neuronas por canales inicos que son producidos por la activacin de los receptores glutamato. Estos receptores pueden ser de dos tipos; receptores ionotrpicos y receptores metabotrpicos acoplados a protenas G. El AD por su parte ha demostrado ejercer efectos excitotxicos va activacin de receptores ionotrpicos glutamato con la participacin y coactivacin de los subtipos amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazol propionato (AMPA), kainato y, N-metil-D-aspartato (NMDA) (3).

El AD es entonces un agonista potente de los receptores glutamatrgicos, que se une con una gran afinidad, llegando a ser neuro-excitador, epileptognico y neurotxico. En cultivos in vitro de hipocampo y corteza, como en modelos experimentales, el DA produce el estmulo excesivo de los receptores glutamato, pudiendo llevar a la excitotoxicidad aguda. En la intoxicacin con AD, el estmulo de los receptores ionotrpicos del glutamato, progresa en dos fases distintas y secuenciales. (5)

Antdoto

No se conoce un antdoto para esta toxina en caso de intoxicacin, por lo cual el paciente debe ser inmediatamente asistido en un centro de salud que cuente con instrumentacin adecuada para mantener la funcin respiratoria hasta que comience la eliminacin de la toxina y con ello la recuperacin.

cido domoico y su importancia en la salud Pblica

El avance de la difusin marina del DA requiere la vigilancia constante con el fin de evitar los problemas de salud que podran ser secuelas permanentes, como la amnesia antergrada o incapacidad de retener en la memoria actividades recientes y manifestaciones neurolgicas perifricas. Al ocasionar el DA un sndrome poco conocido, es conveniente su difusin porque a pesar de los cuidados, podra presentarse brotes txicos debido a la difusin de tal ficotoxina. Al ser permitida la venta de especies marinas con niveles bajos de AD, pudiera ser pertinente la observacin a largo plazo del consumo crnico de tales especies marinas, en pases donde ello es admitido, as como su influencia en gestantes.Es de gran importancia establecer un programa de alerta dentro del sistema pblico de salud, donde se explique a la poblacin los riesgos del consumo de moluscos contaminados.

Programas de control y monitoreo de costas en relacin con biotoxinas marinas en relacin con el cido Domoico

Debido a su importancia en la salud pblica, y la posibilidad de acumulacin en peces y organismos marinos, la presencia de cido domoico en costas marinas ha despertado la preocupacin de diferentes organismos gubernamentales y organizaciones sin nimo de lucro que dedican esfuerzos en el monitoreo y deteccin de AD en las costas y organismos marinos con el nimo de reducir al mnimo eventos txicos por el consumo de alimentos contaminados con esta biotoxina. En el caso de EEUU se encuentran organizaciones y programas como Olympic Region Harmful Algal Bloom Program (ORHAB) por sus siglas en ingls, como dependencia del Departamento de Estado de Washington de Pesca y Vida Silvestre su lugar de accin son las costas del estado de Washington el cual tiene la misin de preservar, proteger y perpetuar los peces, vida silvestre al tiempo de proporcionar pescado de manera sostenible con oportunidades comerciales, de igual modo es un tema relevante en esta zona por su tradicin gastronmica en consumo de alimentos provenientes del mar, este programa realiza monitoreo del cido domoico ya que en las costas del estado de Washington se han presentado varios cierres de pesca debido a floraciones de algas nocivas de la diatomea Pseudo-nitzschia spp reconocida en la produccin de AD(9). Otro programa perteneciente al estado de Washington se conoce como el programa SoundToxins, este programa realiza monitoreo de las costas realizando anlisis de muestras de agua de mar, realizando anlisis de salinidad, temperatura, clorofila, nutrientes y toxinas, todo con el fin de buscar trazadores de algas patgenas productoras de toxinas, y realizar alertas sobre recoleccin temprana de mariscos, buscando el menor efecto perjudicial de las floraciones de algas nocivas sobre los peces, agricultores y la poblacin en general que lleve a consumir alimentos que puedan llegar a contaminarse(10). El programa desarrollado en el estado de California en Estados Unidos llamado Rapid Analysis of Pseudo-nitzschia and DA Locating Events in near-Real Time (RAPDALERT) por sus siglas en ingls, es un programa que realiza deteccin y monitoreo en tiempo real de poblaciones de algas nocivas evitando demoras en los tiempos de anlisis y una mayor rapidez en las alertas de floraciones de algas nocivas productoras de AD (11).

De modo consecuente agencias regulatorias tales como la Food and Drug administration (FDA), Food Safety Commission of Japan (FSCJ), New Zealand Food Safety Authority (NZFSA), World Health Organization (WHO) Food Safety Program y dems agencias regulatorias alrededor del mundo han implementado programas de monitoreo de biotoxinas que pueden llegar a los alimentos, siguiendo lineamientos bsicos en el caso del AD y la ASP tales como: monitoreo de fitoplancton costero para la deteccin temprana de especies toxgenicas que pueden contaminar recursos marinos, monitoreo de los mariscos de la costa para prevenir floraciones de algas nocivas que tengan impacto sobre actividades comerciales de los pescadores, monitoreo frecuente de mariscos en la zona de cultivo, notificacin pblica de casos de enfermedad por alimentos contaminados por AD, actividades de informacin pblica y educacin, as como publicacin de informes anuales sobre el monitoreo de biotoxinas marinas como el AD, lo cual ha ayudado en gran medida a reducir los casos de ASP en los lugares donde se ha implementado este tipo de regulaciones(3).

Cambio climtico y floracin de algas nocivas

No es posible determinar de modo preciso si el cambio climtico afectara el crecimiento de poblaciones de algas en el mar, sin embargo es posible realizar proyecciones a futuro acerca de cmo ser este proceso, basado en el comportamiento de poblaciones humanas y el impacto que han tenido sobre la temperatura global. Es asi que se ha llegado a establecer que el crecimiento de las algas toxicas estar determinada por factores atmosfricos y ambientales tales como la fuerza del viento sobre el ocano, la viscosidad del agua lo que se ha relacionado con la difusin de nutrientes y la disponibilidad aumentada de nutrientes a partir de la actividad humana (eutroficacin cultural), la concentracin salina, el CO2 disuelto y el pH son factores que determinaran el crecimiento de este tipo de algas.[]Estudios afirman que para el ao 2100 la temperatura global habr aumentado en 4C [] y sin dudas el aumento de la temperatura en los ocanos tendr un impacto sobre los ecosistemas marinos, las floraciones de algas toxicas se dan de manera general en primavera y a inicios de verano, por lo que puede esperarse que con un aumento en la temperatura del ocano, se favorezca el crecimiento de estas algas nocivas.

La actividad humana ha generado toneladas de CO2 al ambiente durante el ltimo siglo, el pH en agua ocenica est ntimamente relacionada con la cantidad de carbono inorgnico disuelto, por ejemplo CO2, cido carbnico, H2CO3, bicarbonato HCO3, las condiciones de pH varan segn el sitio y la estacin del ao, pero es sin duda que la acumulacin de CO2 modificara el pH en distintos sitios, alterando la capacidad amortiguadora de los ecosistemas beneficiando a quienes puedan sobrevivir en estos ambientes, estudios han demostrado que las algas nocivas pueden tolerar ambientes saturados de CO2 donde las condiciones de pH se acerquen a los extremos ya sean acidas o bsicas segn sea el caso, con lo que se ve que un impacto en temperatura global tambin tendr un impacto en las floraciones de este tipo.[]

Estos aspectos relacionados con el cambio climtico, pueden tener un impacto econmico a futuro y presentar una baja disponibilidad de alimentos debido a la acumulacin de toxinas en peces, lo anterior puede esquematizarse en la figura x

Floraciones de Algas Nocivas en Colombia

Si bien en Colombia se han presentado y se presentan eventos txicos relacionados con muerte de organismos e intoxicaciones por consumo de alimentos marinos, en el momento no se ve como un problema por parte de autoridades sanitarias, por lo cual no existe regulacin en el tema ni programas de monitoreo de floraciones de algas nocivas, toda la informacin concerniente al tema proviene de grupos de investigacin de universidades tales como el grupo de Sistemtica molecular y biogeografa de algas marinas de la Universidad Nacional de Colombia Sede Caribe y centros de investigacin marina como INVEMAR entre otros, esto puede ser visto como una amenaza ambiental as como a la salud pblica del pas.Segn lo reportado en las aguas de costas colombianas no se han reportado hallazgos de Pseudo-nitzschia spp, ni eventos txicos relacionados con el AD en los ltimos aos, sin embargo dada la dinmica de comercio portuario estudios de aguas de lastre de buques que arriban a puertos de Santa Marta y Cartagena muestran hallazgos de otras especies de algas toxgenicas no registradas en estas aguas, entre esta se puede resaltar el hallazgo de Dinophysis caudata causante de la intoxicacin diarreica por mariscos (DSP) que incluye vmitos, diarrea , resfriado, calambres abdominales y dems sntomas gastrointestinales. La isla de San Andrs es otra zona donde se ha reportado eventos txicos por intoxicacin por biotoxinas, se ha reportados tras el consumo de barracuda sntomas de Ciguatera, una intoxicacin comn por ingesta de peces contienen la ciguatoxina la toxina causante de los sntomas de 3 a 6 horas posterior al consumo, los cuales son parestesia en miembros superiores en inferiores, prurito, dificultad respiratoria, diarrea, malestar general entre otros, estos casos son evidencia de que se requiere de mayor control por parte de autoridades de los alimentos de origen marino en las costas colombianas, implementando de igual medida programas de monitoreo y control de biotoxinas marinas en las costas as como en productos de origen marino provenientes de otros pases, con el nimo de proteger a la poblacin as como de favorecer la economa derivada de alimentos de origen marino. (12)

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