Toxicologia Contaminacion Aire

CURSO DE INTRODUCCIÓNA LA TOXICOLOGÍA DE LA CONTAMINACIÓN

DEL AIRE

Traducción del manual de autoinstrucción“SI:300 Introduction to Air Pollution Toxicology” del

Instituto de Capacitación en la Contaminación del Aire (APTI) de laAgencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (U. S. EPA)

Revisión técnicapor

Diego González MachínAsesor Regional en Toxicología

yMarcelo E. Korc

Asesor Regional en Control de Contaminación del Aire

Agencia de Protección Ambientalde los Estados Unidos

Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Cienciasdel Ambiente

División de Salud y AmbienteOrganización Panamericana de la Salud

Oficina Sanitaria Panamericana, Oficina Regional de laOrganización Mundial de la Salud

Nota

Este no es un documento oficial de políticas y normas. Las opiniones y criterios de selecciónpertenecen a los autores y no necesariamente a la Agencia de Protección Ambiental de los EstadosUnidos (United States Environmental Protection Agency). Se han hecho todos los esfuerzos paradar cuenta del estado actual de la cuestión y se han incluido algunas áreas que aún se encuentranbajo evaluación. Las menciones de productos y organizaciones no constituyen aval alguno de partede la Agencia.

CURSO DE INTRODUCCIÓN A LATOXICOLOGÍA DE LA CONTAMINACIÓN

DEL AIRE

Manual de autoinstrucción

Lima, 2002





Colaboradores

Arbitraje por pares: Dr. Michael A. Berry, Agencia de Protección Ambiental de los EstadosUnidosSandra Carroll, Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos

Contenido técnico: Tom BensmanDiseño pedagógico: Monica L. Loewy

Glenn SheperdEdición: Kay McLainTipografía: Carletta Hinton

Jennifer MimidisKaytee Bell-Jarrett

Gráficos: Dan NormanScott HosaLinda Hendricks

Nota

Este documento ha sido revisado de acuerdo con las políticas de revisión administrativa y arbitraje porpares aplicadas por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. No constituye un documentooficial de políticas y normas. Las opiniones vertidas en él pertenecen a los autores y no necesariamentereflejan los de la Agencia. Se han hecho todos los esfuerzos para dar cuenta del estado actual de lacuestión y se han incluido temas que aún están en estudio y evaluación. Las menciones de productos yorganizaciones no constituyen aval alguno de parte de la Agencia.

Copyright © 1994, Research and Evaluation Associates, Inc.

Traducción realizada por el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (OPS/CEPIS), agencia especializada de la Organización Panamericana de la Salud (OPS/OMS).

Revisión técnica de la traducción: Dr. Diego González Machín, Asesor en Toxicología de CEPIS/OPS;Dr. Marcelo E. Korc, Asesor Regional en Control de Contaminación del Aire de CEPIS/OPS.

Los Pinos 259, Lima, Perú.Casilla de correo 4337, Lima 100, Perú.Teléfono: (511)437 1077.Fax: (511)437 8289.e-mail: [email protected]: http://www.cepis.org.pe

ii • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

Contenido

Lista de cuadros y figuras ............................................................................... iv

Descripción del curso .................................................................................... v

Nota sobre la terminología .............................................................................. v

Temas principales ......................................................................................... v

Cómo usar este manual .................................................................................. v

Dónde encontrar otros cursos .......................................................................... v

Acrónimos usados en el curso ......................................................................... vi

Lección 1 Hacia una historia de la contaminación del aire y del estudio sobresus efectos en la salud humanaVisión general del problema......................................................... 1-3¿Qué es aire limpio? ................................................................... 1-4La atmósfera contaminada: ¿cómo así sucedió esto? ........................... 1-5Problemas de salud causados por los contaminantes tóxicos del aire ...... 1-8¿La solución para la contaminación es la dilución? ¡NO! .................... 1-8Contaminación del aire en el siglo XX: episodios y accidentes ............. 1-8Efectos adversos en la salud relacionados con la contaminación del aire . 1-13Hitos en el estudio de la contaminación del aire ................................ 1-14Adelantos tecnológicos en el análisis químico ................................... 1-20

Lección 2 Efectos biológicos de la contaminación del aireEfectos biológicos de la contaminación del aire ................................. 2-3Las defensas del cuerpo contra la invasión ...................................... 2-4Funcionamiento normal del cuerpo ................................................ 2-9¿Cómo afectan los contaminantes tóxicos del aire la manera en quefunciona el cuerpo? .................................................................... 2-24

Lección 3 Toxicología ambientalToxicología ambiental ................................................................. 3-3¿Cómo entran al cuerpo los contaminantes tóxicos del aire? ................ 3-3Diferencias entre exposición y dosis ............................................... 3-4Descripción de los efectos de los contaminantes tóxicos del aire ........... 3-6¿Qué es un tejido diana? ............................................................. 3-6Clasificación de la actividad entre sustancias químicas ........................ 3-7Toxicocinética: ADME o qué hace el cuerpo con las sustancias queingresan .................................................................................. 3-11Clasificación de los contaminantes tóxicos del aire según su tipo químico 3-20

Introducción a la toxicología de la contaminación del aire • iii

Lección 4 Medición y valoración de los efectos adversos en la saludMedición y valoración de los efectos adversos en la salud ................... 4-3Estudios realizados con seres humanos ........................................... 4-3Estudios en animales .................................................................. 4-6Cuantificación de la respuesta y clasificación del riesgo ...................... 4-10

Lección 5 De la identificación de problemas a la reglamentaciónDe la identificación de problemas a la reglamentación ........................ 5-3Reglamentos basados en los efectos para la salud .............................. 5-4Reglamentos basados en tecnologías de control ................................. 5-8Reglamentos basados en los riesgos ............................................... 5-10

Lección 6 Reconocimiento de situaciones peligrosas y síntomas de toxicidadReconocimiento de situaciones peligrosas y síntomas de toxicidad ......... 6-3Estamos rodeados de tóxicos ........................................................ 6-4Las sustancias nocivas transportadas por el aire en la mira .................. 6-8Síntomas originados por exposición aguda ....................................... 6-14

Bibliografía ............................................................................................. 6-17

Palabras finales ............................................................................................ 6-18

Lista de cuadros y figuras

Figura 1-1 Circulación atmosférica natural comparada con una inversión térmica .... 1-10Cuadro 2-1 Componentes primarios del sistema endocrino .................................. 2-18Cuadro 2-2 Comparación entre mitosis y meiosis .............................................. 2-23Cuadro 2-3 Algunos carcinógenos humanos y sus ámbitos corporales de toxicidad ... 2-28Figura 3-1 Vías toxicocinéticas .................................................................... 3-12Cuadro 3-1 Acumulación de sustancias químicas en el cuerpo ............................. 3-18Cuadro 3-2 Clasificación química de las sustancias tóxicas del aire ....................... 3-21Cuadro 6-1 Fuentes características de contaminantes peligrosos del aire ................. 6-12Cuadro 6-2 Contaminantes peligrosos del aire más comunes y síntomas originados

por la exposición aguda a ellos ..................................................... 6-15

iv • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

Descripción del curso

El curso está principalmente dirigido a los miembros de organismos locales y nacionales encargadosdel control de la contaminación del aire que deben trabajar con contaminantes criterio, pero que nose encuentran familiarizados con los contaminantes peligrosos del aire (hazardous air pollutants:HAP, por sus siglas en inglés). Ya que el enfoque del curso es multidisciplinario, es probable queestudiantes de diversas procedencias académicas se encuentren en capacidad de entender y aplicarla información presentada. Los temas se abordan con un nivel de generalidad tal que, al final delcurso, estudiantes de diversas disciplinas podrán entender los principios básicos de la toxicologíade la contaminación del aire.

Nota sobre la terminología

A lo largo de este curso, usamos de manera indistinta los términos contaminante tóxico del aire yagente tóxico del aire para referirnos a las sustancias que se encuentran en la atmósfera terrestre yque son dañinas para la salud humana. La Ley del Aire Limpio (Clean Air Act) de 1970 identificóun conjunto específico de contaminantes tóxicos que son comunes en el aire ambiental: los conta-minantes criterio. En 1990 se creó un nuevo conjunto de contaminantes tóxicos del aire cuando seenmendó la Ley del Aire Limpio. Las Enmiendas de la Ley del Aire Limpio de 1990 identificaron189 contaminantes peligrosos del aire, que deben regularse para proteger la salud humana.

Temas principales

• Historia de la contaminación del aire;• cuáles son los sistemas corporales y cuál es su funcionamiento normal;• cómo pueden los agentes tóxicos del aire alterar el funcionamiento corporal;• cómo pueden los agentes tóxicos del aire alcanzar los tejidos diana;• toxicocinética humana;• clasificación química de los contaminantes tóxicos del aire;• cómo pueden medirse y calcularse los efectos adversos en la salud;• cuáles son las regulaciones relativas a la contaminación del aire;• dónde pueden encontrarse con mayor probabilidad los contaminantes tóxicos del aire;• cuáles son los síntomas originados por la exposición aguda.

Cómo usar este manual

Este manual está diseñado para ser usado por el alumno sin ayuda de instructor. Cada lecciónincluye material introductorio, gráficos, ejercicios de autoevaluación y soluciones. Después deestudiar la información presentada en cada sección, el usuario debe responder a las preguntas deautoevaluación. Luego, debe comparar sus respuestas con las soluciones que se presentan al finalde cada sección. Si el alumno no está seguro de algún tema o alguna respuesta, deberá revisar lasección pertinente del texto. Después de leer todas las lecciones y de completar los ejercicios de

Introducción a la toxicología de la contaminación del aire • v

autoevaluación, el alumno debe resolver el examen final y seguir las instrucciones que se lebrinden para la evaluación y la posterior certificación.

Dónde encontrar otros cursos

Para encontrar otros cursos de capacitación sobre contaminación del aire, se puede tomar contactocon el APTI registrar (encargado de archivo del APTI) a la siguiente dirección: Air PollutionTraining Institute, Mail Drop 17, RTP, NC (Carolina del Norte), 27711, EE. UU.

Acrónimos usados en el curso

ADME siglas de “absorción, distribución, metabolismo y excreción”ADN Ácido desoxirribonucleicoDDT DiclorodifeniltricloroetanoDL50 Dosis letal media (al 50% de los sujetos)EPA Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (siglas de Environmental

Protection Agency)LOAEL Nivel mínimo de efecto adverso observable (siglas de lowest-observed-adverse-effect-

level)LOEL Nivel mínimo de efecto observable (siglas de lowest-observed-effect-level)MACT Máximo de tecnología de control disponible (siglas de maximum achievable control

technology)NAAQS Normas nacionales de calidad del aire ambiental (siglas de national ambient air

quality standards)NESHAP Normas nacionales de emisión para los contaminantes peligrosos del aire (siglas de

national emision standards for hazardous air pollutants)NOEL Nivel de efecto no observable (siglas de no-observed-effect-level)NOAEL Nivel de efecto adverso no observable (siglas de no-observed-adverse-effect-level)PAH Hidrocarburos aromáticos policíclicos (siglas de polyciclic aromatic hydrocarbon)PM10 Material particulado menor de 10 micrómetros de diámetroSTEL Límite de exposición de corto plazo (siglas de short term exposure limit)TLV Valor umbral límite (siglas de threshold limit value)

vi • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

Historia de la contaminación del aire • 1-1

Lección 1

Hacia una historia de la contaminacióndel aire y del estudio sobre sus efectosen la salud humana

1-2 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

Preguntas centrales

o A lo largo de la historia, ¿qué hechos y procesos han contribuido a la contaminaciónatmosférica?

o ¿Cuáles han sido algunas de las peores catástrofes de contaminación del aire ocurridas eneste siglo y cuáles fueron sus causas?

o ¿Qué efectos adversos provoca la contaminación del aire en la salud? ¿A qué trastornoscontribuye?

o ¿Qué diferencia existe entre epidemiología y toxicología?

o ¿Qué adelantos científicos y tecnológicos han ayudado a impulsar el estudio de lacontaminación del aire?

Palabras clave

o Bronquitiso Epidemiologíao Enfisema pulmonaro Inversión térmicao Toxicología


Visión general delproblema

En cuanto a contaminación se refiere, lo que se ignorapuede hacer daño. Esta conciencia ha motivado el interéspor conocer más acerca de la contaminación y sus conse-cuencias, especialmente sobre los efectos adversos en lasalud.

Esta lección ofrece un panorama histórico del problema dela contaminación del aire y sus efectos adversos en la sa-lud. Las siguientes lecciones tratarán más detalladamentelas investigaciones sobre los tipos específicos de contami-nantes tóxicos del aire y el daño que pueden causar.

En general, a medida que el hombre ha avanzado en cuan-to a tecnología, la contaminación atmosférica ha aumentado.Desde la primera vez que se usó el fuego para generarcalor y luz hasta los procesos industriales altamente avan-zados de la actualidad, el hombre ha continuado participandoen actividades que producen efectos indeseables en el am-biente y la salud. Lamentablemente, muchas de esasconsecuencias nunca se sospecharon, e incluso cuando sepresentaron observaciones al respecto, estas advertenciasmuchas veces fueron menospreciadas. Solo recientementeel hombre ha comenzado a comprender el grado y magni-tud de los problemas provocados por la contaminación. Ysolo recientemente se ha usado la tecnología para resolverlos problemas de contaminación que esta ayudó a crear.

Muchos de los logros tecnológicosdel hombre se han alcanzado acosta de la contaminación de laatmósfera.


Para comprender exactamente y de manera sencilla qué esla contaminación del aire, es importante tener primero unavisión de la atmósfera en la “era precontaminación”.

¿Qué es aire limpio?

La atmósfera es sencillamente una mezcla de gases y partí-culas diminutas que rodean el planeta. Con toda probabilidad,la composición de esta mezcla ha cambiado en diversasetapas de la historia. A continuación se resumen las carac-terísticas de la mezcla actual, aquella con la que el hombrese siente fisiológicamente cómodo.

Nitrógeno (N2) 78,1%Oxígeno (02) 21%Argón (Ar) 0,9%Dióxido de carbono (C02) 330 ppmv (partes por millón en volumen)Neón (Ne) 18 ppmvHelio (He) 5 ppmvMetano (CH4) 1,5 ppmvOtros en concentraciones menores que 1,0 ppmv

NOTA: los porcentajes indicados corresponden a loscomponentes principales del aire seco al nivel del suelo.Normalmente, la atmósfera contiene también cantidadesvariables de agua (H20) en gotitas de distintos tamaños yestados.

Si se juntan todos esos componentes en las cantidades indi-cadas, se obtendrá una atmósfera no adulterada, idóneapara respirar. Sin embargo, eso no es del todo cierto: po-cos lugares de la Tierra (si existe alguno) tienen ese airepuro, saludable. Por lo general, el aire contiene aditivos ocontaminantes. Algunos lugares con un aire relativamentelimpio presentan pocos contaminantes, pero hoy en día soncada vez más los que presentan docenas de contaminantesmezclados en el aire.

Algunos contaminantes del aire pueden ser de origen natural.Los rayos pueden causar incendios que contaminan el airecon partículas y gases diversos. Asimismo, los volcanespueden enviar toneladas de contaminantes gaseosos yparticulados a la atmósfera. Incluso un viento aparentemente

La atmósfera está formadaprincipalmente por nitrógeno yoxígeno.


benigno puede levantar partículas de las superficies de latierra y el mar y transformarlas en contaminantes. A pesarde que los contaminantes provenientes de estas fuentesnaturales pueden influir negativamente en la salud, no nosocuparemos de ellos en este curso.

En este curso la preocupación se circunscribe a loscontaminantes del aire antropogénicos (esto es, los generadospor actividades humanas). Uno de los resultados más visiblesde la acción del hombre sobre el planeta reside en que conel transcurso de los años la atmósfera ha acumulado nosolo mayor cantidad de sustancias tóxicas sino también mayorvariedad. Retrocedamos en el tiempo para ver cómo sedesarrolló esta situación.

La atmósfera contaminada: ¿cómoasí sucedió esto?

Aunque no existen pruebas contundentes, se supone que laprimera vez que el hombre contaminó el aire fue cuandodescubrió el fuego. Sin embargo, en esa época, la contri-

1. ¿De todos los componentes que se encuentran en elaire, ¿cuáles son los dos que presentan las concen-traciones más altas?

2. Cite algunas fuentes naturales de la contaminacióndel aire.

Algunos contaminantesatmosféricos provienen de fuentesnaturales, pero la preocupaciónprincipal para la toxicología de lacontaminación del aire reside enlos contaminantes producidos porel hombre.


bución del hombre a la contaminación del aire probable-mente era menor que la provocada por fuentes naturales.

El siguiente avance que tuvo serias consecuencias para lacontaminación del aire fue el establecimiento de numerosascomunidades permanentes. En un inicio, el hombre vivíaen grupos nómadas relativamente pequeños. Frecuentemen-te, esos grupos vivían en un lugar solo por un tiempo y eldaño ambiental que causaban era mínimo. Eso comenzó acambiar con la formación de comunidades agrarias perma-nentes. En el estudio de la contaminación del aire, seobservan dos consecuencias notables de la sedentarizacióndel hombre: un impacto ambiental mayor y más intenso yel agotamiento de combustible para generar fuego en cier-tas localidades.

En Europa, durante los siglosXII y XIII, la obtención demadera para el combustible setornó tan difícil que fue nece-sario un combustible alternati-vo, y el carbón fue la solución.Parecía un don del cielo por-que existía en abundancia y erade lenta combustión. El oscu-ro humo denso que producese consideró simplemente comouna desventaja menor. Pero,en realidad, esto era secunda-rio comparado con lo que ven-dría.

En Europa, a mediados del siglo XVIII, comenzó la Revo-lución Industrial y el movimiento se expandió rápidamentepor todo el mundo. Las distintas industrias emergentes re-querían energía, y energía en esa época significaba com-bustión de carbón. Además de la contaminación producidapor esta causa, muchas industrias incluyeron procesos quí-micos que generaron sus propios contaminantes tóxicos.La industria metalúrgica comenzó a prosperar y desplazórápidamente al carbón como la fuente principal de dióxidode azufre en la atmósfera.

Cuando el carbón se convirtió enun combustible común para lageneración de calor y energía, lacontaminación del aire aumentóen forma explosiva.


Durante el siglo XIX y a principios del XX, el carbón erala fuente principal de calor, energía y contaminación en elmundo. Sin embargo, empezó a tener competencia cuandoen 1859 se inició, en Pensilvania, la perforación del pozopetrolero, de rápidos beneficios comerciales. La refinaciónde petróleo y la industria automovilística experimentaronun extraordinario crecimiento en el siglo XX, junto con susdiversas industrias derivadas, como el acero y la fabricaciónde caucho.

La Segunda Guerra Mundial y sus consecuenciasaumentaron y aceleraron la arremetida del hombre en laatmósfera, prácticamente inadvertida. La proliferación dela industria petroquímica y el desarrollo de la industrianuclear abrieron el camino. Sin embargo, la industria deltransporte, con sus quemas de combustibles fósiles,permanece hasta hoy como la causa principal decontaminación. Esta industria es directamente responsablede casi 60% de toda la contaminación atmosférica. Se sabeque el smog que caracteriza a Los Angeles proviene de losgases emitidos por el transporte.

La siguiente sección mostrará que el fenomenal progresotecnológico que ha caracterizado al siglo XX solo se logrócon una costosa contraparte de daño a la vida humana y lasalud.

1. ¿Qué circunstancia originó la adopción de carbóncomo el principal combustible en la Europa del sigloXIII?

2. ¿Por qué se expandió a mediados del siglo XVIII eluso del carbón para generar energía?

3. Cite al menos tres industrias importantes que hayancontribuido a la contaminación del aire en el sigloXX.


Problemas de saludcausados por loscontaminantes tóxicosdel aire

¿La solución para la contaminaciónes la dilución? ¡NO!

Por años se creyó que “la solución para la contaminaciónes la dilución”. Este refrán se basaba en la suposicióngeneralizada de que la Tierra cuenta con un mecanismo delimpieza natural que podía desactivar o absorber todoimpacto de contaminación creado por el hombre. Muchascatástrofes locales de contaminación del aire producidas alo largo de este siglo han mostrado clara y trágicamenteque la dispersión natural de la acumulación de contaminantesno constituye un sistema infalible. Los crecientes indicadoresde que la acumulación de contaminantes representan unproblema mundial y no solo local hacen aún más crítica lasituación. La incidencia de diversos efectos adversos parala salud, desde irritaciones locales hasta cáncer, estánaumentando en forma sostenida y uno de los culpables es lacontaminación del aire.

Contaminación del aire en el siglo XX:episodios y accidentes

La diferencia entre un episodio y un accidente decontaminación del aire es fundamental. Un episodio ocurrecuando los contaminantes del aire “inocuos”, diarios, propiosdel siglo XX, se combinan con otros factores, como lasanormalidades meteorológicas y la topografía, para crearuna atmósfera amenazante para la salud. A pesar de que elhombre es el responsable del factor contaminación, lacoocurrencia de los otros factores es incontrolable. Encontraste, un accidente de contaminación del aire es una

El sistema de la Tierra no puedediluir o esparcir adecuadamentetodos los contaminantes queintencional o involuntariamente seemiten a la atmósfera.


descarga inadvertida y evitable de sustancias químicas tóxicas,a menudo atribuible a fallas mecánicas o al error humano.

Episodios

Los tres episodios de contaminación del aire más famososde este siglo sucedieron en Meuse Valley, Bélgica; Donora,Pensilvania; y Londres, Inglaterra.

Las tres tragedias coincidieron con una condición meteoro-lógica conocida como inversión térmica. Normalmente, elaire caliente de la superficie terrestre asciende y el aire dela parte superior de la atmósfera —más frío— cae, con locual se crea una circulación natural que dispersa los conta-minantes superficiales del aire. Una inversión ocurre cuan-do las capas de aire de la atmósfera inferior son más fríasque las superiores. La circulación natural sufre una inte-rrupción y tanto el aire superficial acumulado como loscontaminantes del aire se concentran alrededor de sus fuen-tes (véase la figura 1-l en la siguiente página).

Otra característica importante, común a estos tres episodios,es que los presuntos agentes causales eran productos dedesecho típicos de la vida del siglo XX y supuestamenteseguros. La quema generalizada de combustibles fósiles yla proliferación de procesos industriales producen dióxidode azufre, ácido sulfúrico, material particulado, fluoruros yotros contaminantes del aire, componentes bastante comunesde la actual mezcla atmosférica.

El episodio de Londres, el más catastrófico de los tres debidoprincipalmente a que ocurrió en un área densamente poblada,incentivó acciones productivas en el plano político ycientífico. Como resultado de ellas, los episodios decontaminación del aire de esa magnitud son cosa del pasado.

Durante una inversión térmica seinterrumpen los patronesnormales de circulación de laatmósfera natural.

Episodio Año Exceso demortalidad

Causas propuestas

Meuse Valley

DonoraLondres

1930

19481952

60+

204.000+

SO2, fluoruros, H2SO4

SO2, material particuladoSO

2, material particulado,

H2SO

4


Figura 1-1. Circulación atmosférica natural comparada con una inversión térmica

Actualmente, la mayoría de ciudades principales haimplementado programas para predecir y detectar los nivelesde contaminación y condiciones meteorológicas que podríancombinarse para ocasionar consecuencias trágicas. En esasurbes, se advierte habitualmente a los ciudadanos mediantealertas sobre la calidad del aire y acerca del peligro decondiciones adversas, y se los alienta a permanecer dentrode sus casas el mayor tiempo posible durante los periodoscríticos. A pesar de esos programas preventivos, en unafecha tan reciente como 1966, una inversión térmica decuatro días en la ciudad de Nueva York provocó 168 muertese innumerables enfermedades. El hombre ha aprendido—aunque lentamente— que no existe contaminante del aireque sea inocuo.


Los accidentes de contaminaciónindustrial del aire normalmenteson producto de fallas mecánicasy errores humanos.

Accidentes

Entonces, parece que los progresos tecnológicos y la cre-ciente industrialización han provocado cierto nivel deemisiones tóxicas al aire, regulares y planificadas, que sonaceptadas por casi todos como un costo necesario para go-zar de los beneficios de la vida en el siglo XX. Laindustrialización también ha generado un mayor riesgo dedescargas accidentales de contaminantes tóxicos. Las cau-sas más comunes de los accidentes de contaminaciónindustrial del aire son las fallas mecánicas y los erroreshumanos. La mayoría de accidentes de este tipo involucrapequeñas cantidades de sustancias químicas, lo que resultafácil de controlar, con pocos efectos adversos en los sereshumanos o ninguno. Algunos de ellos, en cambio, tienenconsecuencias trágicas.

Uno de los primeros accidentes de contaminación del airecon causa definida y adecuadamente documentados sucedióen 1950 en Poza Rica, México. El problema comenzó cuan-do una refinería de gas natural descargó inadvertidamentesulfuro de hidrógeno en el aire. Una inversión térmica si-multánea agravó el problema. Resultados: 22 muertes ymás de 300 casos de enfermedades relacionadas, sobre todoirritación de las vías respiratorias y trastornos del sistemanervioso.

Quizá el ejemplo más ilustrativo de cómo la descarga acci-dental de una sustancia química tóxica puede perjudicar agran parte de la población es el incidente producido enBhopal, India, en 1984. Treinta toneladas de isocianato demetilo escaparon a través de una válvula rota y cubrieronuna comunidad adyacente a una planta químico-industrial.Más de 2.500 muertes se atribuyeron a este caso y 17.000personas quedaron permanentemente discapacitadas.

En 1986, la ciudad soviética de Chernobil fue sinónimo dedesastre industrial. A pesar de que no era el primer acci-dente que involucraba a una central nuclear, este fue (y aúnsigue siendo) el peor de todos. La explosión fue la culmina-ción de una serie de acontecimientos, atribuibles al malfuncionamiento mecánico y al error humano. Las conse-cuencias fueron muy graves. Murieron treinta trabajadorespor exposición radiactiva en los primeros meses y otros


La explosión de la central nuclearde Chernobil en 1986 fue el peoraccidente radiactivo registrado enla historia.

200 trabajadores y bomberos fueron hospitalizados con se-rios daños provocados por la radiación. Millones de personasen la antigua Unión Soviética y Europa del Este estuvieronexpuestas a la lluvia radiactiva y, por lo tanto, tienen mayo-res probabilidades de morir de cáncer que las que teníanantes del desastre. Otras fueron afectadas por medio de losalimentos provenientes tanto de plantas como de animalesque estuvieron expuestos a la radiación. Además, debido aque la radiación es mutagénica (es decir, capaz de alterar elmaterial genético), los efectos adversos del accidente deChernobil probablemente afectarán también a las próximasgeneraciones.

Obviamente, los efectos de los contaminantes tóxicos delaire pueden aumentar debido a diversos factores, como lospatrones climáticos, las fallas mecánicas y los errores hu-manos. Sin embargo, la mayoría de accidentes catastróficostiende a localizarse en un área, lo que permite identificarfácilmente a la población afectada. Pero, ¿qué hay acercade las personas que están en áreas supuestamente seguras?¿Y acerca de la mujer que se dirige al centro de la ciudad,del niño en el campo de juegos y de la sala familiar ubicadaa tres cuadras de una planta química libre de accidentes?Los estudios y estadísticas indican que a medida que eltiempo avanza, el grueso de la población corre el riesgo dedesarrollar ciertos efectos adversos en la salud como pro-ducto de la carga química tóxica en la atmósfera.

6. Cite cuatro episodios de contaminación del aire.

7. Explique la diferencia entre condicionesatmosféricas normales e inversión térmica.

8. ¿Cuáles son las causas más comunes de losaccidentes de contaminación industrial del aire?


La concentración ambiental de loscontaminantes del aire suponeriesgos para la salud del públicogeneral.

Efectos adversos en la saludrelacionados con la contaminacióndel aire

Los episodios y accidentes de contaminación del aire queacabamos de tratar, especialmente el episodio ocurrido enLondres en 1952, incrementaron la inquietud acerca de lasconsecuencias que supone para la salud la exposición cró-nica a concentraciones atmosféricas estándar de contami-nantes. A fines de los años cincuenta numerosos estudioscomenzaron a documentar la relación existente entre la con-taminación general del aire y ciertas enfermedades cróni-cas. Hoy en día, existe un consenso general que afirma quelas concentraciones ambientales de los contaminantes delaire pueden causar o incentivar el desarrollo de bronquitiscrónica y cáncer pulmonar. Se plantea que existe una con-sistente relación similar con el enfisema pulmonar.

Bronquitis en realidad significa “inflamación de losbronquios”. Las evidencias de las vinculaciones entrecontaminación del aire y bronquitis crónica están bienestablecidas. En la bronquitis crónica, la inflamacióncaracterística va acompañada de la producción excesiva democo y una tos productiva y persistente. Los principalesfactores responsables del aire ambiental parecen ser el SO2

(dióxido de azufre) y el material particulado.

El enfisema pulmonar se caracteriza por la distensiónexcesiva y la destrucción de los alvéolos (diminutas bolsasde aire ubicadas en el pulmón donde se realiza el intercambio


de gas). La incidencia de esta enfermedad progresiva, aunqueno relacionada de manera concluyente con los contaminantesdel aire, está aumentando especialmente en las zonas urbanasaltamente contaminadas.

Otras dolencias menores provenientes de dicha exposiciónestán en aumento en las áreas con niveles altos de contami-nación ambiental. Estas incluyen el resfriado común, lairritación óptica y nasofaríngea, los ataques de asma y lasdificultades respiratorias generales.

Las evidencias que relacionan el cáncer pulmonar con lacontaminación del aire son sobre todo indiciarias, basadasen cientos de estudios que revelan una incidencia mayor dedicha enfermedad en las zonas urbanas que en las rurales.A pesar de ello, estas evidencias son tan generalizadas yuniformes que normalmente se aceptan como pruebas deuna relación causa-efecto. Existe menor consenso en cuantoa la mortalidad que se puede atribuir a la exposición decontaminantes del aire. Los cálculos del porcentaje demuertes para las cuales la contaminación del aire es unimportante factor van desde 0,1 por ciento (1 en 1.000)hasta 10 por ciento (1 en 10).

9. ¿Qué enfermedades respiratorias graves se asociande alguna manera con la contaminación del aire?

10. Cite al menos otros tres efectos adversos para lasalud relacionados con la contaminación del aire.

Hitos en el estudiode la contaminación del aireAntes de estudiar un problema, hay que reconocerlo. Apesar de que esto resulta obvio, muchas veces el problemaen sí no lo es. El reconocimiento de los efectos adversos dela contaminación del aire para la salud constituye un claroejemplo de ello. Durante siglos, el humo de la combustiónse consideró un problema solo por su desagradableapariencia y olor.


El reconocimiento, laidentificación y la detecciónconstituyen tres pasos crucialesen la lucha contra los problemasde contaminación del aire.

El segundo paso necesario consiste en identificar exactamentela causa del problema. ¿Qué sustancias en el aire generantrastornos para la salud? Asimismo, resulta esencial laidentificación de las concentraciones químicas necesariaspara provocar tales efectos tóxicos.

Finalmente, todas estas determinaciones son inútiles a menosque también se pueda identificar cuándo las sustancias nocivasalcanzan niveles tóxicos. La tecnología actual nos permitedetectar la mayoría de sustancias químicas en el rango departes por miles de millones (ppb: parts-per-billions) yalgunas pocas sustancias químicas en el rango de partes pormiles de billones (ppq: parts-per-quadrillions). (¡Imaginealgo así como detectar una cucharadita de una sustancia enuna masa de agua del tamaño del lago Michigan!). Contoda esta información, se pueden implementar políticas yprácticas para eliminar o al menos reducir al mínimo laexposición a las sustancias químicas tóxicas para el hombre.

Estudios epidemiológicos ytoxicológicos

La epidemiología y la toxicología son dos divisiones de unaciencia estrechamente vinculada al estudio de los efectosadversos para la salud resultantes de la contaminación delaire. A pesar de estar relacionadas, cada una tiene su propiocampo de interés y también sus propios problemas. Antesde ver cómo se han desarrollado estas disciplinas, convieneestablecer la diferencia entre ellas.

La epidemiología procura responder a la pregunta “¿Quéestá causando en esta persona (o en estas personas) esteparticular efecto perjudicial?”. En resumen, se observanlos efectos adversos para la salud y se buscan sus causas.La toxicología, por su parte, comienza con una causaconocida o presunta de los efectos adversos para la salud yprocura descubrir la relación existente entre la cantidad deltóxico que ingresa (dosis) y el grado del efecto producido.La pregunta que guía los estudios de toxicología es “¿Quécantidad de esta sustancia se requiere para originar efectosperjudiciales?”. En otras palabras, se observan los factorescausales y se buscan los niveles críticos para que se produzcadeterminado efecto.


A pesar de que ambas se ocupande los efectos adversos para lasalud, la epidemiología y latoxicología se abocan a temasdiferentes.

Desarrollo histórico inicial

Entre los primeros esfuerzos por relacionar los trastornosde salud con causas específicas están los estudios sobreenfermedades ocupacionales. Los antiguos griegos y roma-nos notaron que los mineros y metalúrgicos contraíanfrecuentemente ciertas enfermedades y esto se atribuyó alas emanaciones ácidas que respiraban y a los metales tóxi-cos que manipulaban. En Europa, durante la Edad Media,proliferaron estudios e informes concernientes a la saludocupacional.

¿Cuál es lacausa del efecto

en la salud?

Epidemiología Toxicología

¿A qué dosis segenera

determinadarespuesta?


En la Edad Media, la ciencia de latoxicología fue impulsada porexpertos que buscaban dosiseficaces de venenos y antídotos.

A inicios de la segunda mitad del siglo XVIII, la Revolu-ción Industrial trajo nuevas industrias, nuevas ocupacionesy, por tanto, nuevas amenazas a la salud. Durante la Revo-lución Industrial se dieron las primeras descripciones decáncer ocupacional, el cáncer al escroto que padecían losencargados de la limpieza de chimeneas a finales del sigloXVIII. Aunque estas deducciones eran obvias y requeríanpoca o ninguna investigación, produjeron lo que se podríallamar, en el mejor de los casos, epidemiología temprana.

Pero también se podría decir que los griegos y los romanosestuvieron entre los primeros “toxicólogos”, ya que de lamano con la identificación de riesgos ocupacionales, seesforzaron por descubrir curas en dosis terapéuticas. Aquíreside, pues, el nacimiento de la medicina moderna.

Toxicología significa en realidad “estudio de los venenos”,y esta ciencia emergente recibió un gran impulso con elauge del “arte” de envenenar. Desde los tiempos más re-motos, los venenos se han usado como armas políticas, ysu uso se generalizó y diversificó con el transcurso deltiempo. En la Edad Media, el experto en venenos era unmiembro de la sociedad respetado y bien pagado. Desdeluego, junto con la proliferación y el uso de sustanciastóxicas llegó la necesidad de antídotos eficaces a fin dedeshacer los envenenamientos accidentales. Tanto los ex-pertos en venenos como los especialistas en antídotos estabaninteresados en descubrir qué cantidades de venenos y antí-dotos eran necesarios y suficientes para hacer el trabajo.Cuando los experimentos comenzaron a centrarse en laespecificación de los niveles críticos de las sustancias quí-micas, la toxicología ya estaba en plena marcha.

El Dr. Snow y el pozo de Broad Street

Un caso interesante ocurrido en el Londres de mediadosdel siglo XIX constituye un ejemplo de la tempranaaplicación del enfoque epidemiológico. Al parecer, loslondinenses de esa época sufrían de frecuentes brotes decólera y tenían tasas de mortalidad asombrosamente altas.El Dr. John Snow, un médico general, dedicó su tiempo yenergía a descubrir la causa de la misteriosa enfermedad.Sospechó del agua contaminada, pero necesitaba pruebasconcluyentes. Parecía una tarea imposible: las muertes


Mediante la teoría epidemiológicaclásica, el Dr. Snow relacionó losbrotes de cólera del Londres delsiglo XIX con el abastecimiento deagua.

producto del cólera ocurrían en toda la ciudad, sin conexiónaparente. En 1854, brotó otra epidemia de cólera y el Dr.Snow finalmente tuvo el entorno necesario para probar quéestaba causando la enfermedad.

Poco antes de la epidemia de 1854, uno de los proveedoresde agua de Londres transfirió la toma que tenía en el ríoTámesis a un punto ubicado aguas arriba de la ciudad,donde el agua era notoriamente más limpia. Por casualidad,este hecho creó un grupo de pruebas de control; el Dr.Snow podía ahora llevar a cabo un estudio comparativo. Élno se sorprendió cuando ninguno de los residentesabastecidos por la nueva fuente sufrió de cólera. Conperseverancia, el Dr. Snow fue eliminando todas las fuentesposibles hasta que encontró un denominador común entretodas las muertes de cólera: el pozo de Broad Street. Cuandose abrió la tapa de dicho pozo, se encontró que el aguaestaba contaminada y el caso quedó cerrado.

Mediados y fines del siglo XIX

Otros adelantos de mediados y fines del siglo XIX ayudarona definir y refinar los campos de la epidemiología y de latoxicología. La Guerra Civil estadounidense impulsó labúsqueda de anestésicos y desinfectantes seguros y eficaces.A fines del siglo XIX, los esfuerzos del Dr. Snow y estudiosepidemiológicos semejantes condujeron al desarrollo yaceptación general de la teoría de los gérmenes comocausantes de enfermedades. Esto, a su vez, alimentó labúsqueda de antibióticos para luchar contra los gérmenes.

Asimismo, cerca del fin de siglo XIX, comenzó en Franciael primero de muchos estudios sobre radiactividad. Hoy endía estamos observando, como bien lo ha demostrado eldesastre de Chernobil, que la radiación es una de las formasmás nocivas de contaminación del aire.


Los estudios sobre la seguridad delas vitaminas llevados a cabo enlos años veinte introdujeron lapráctica —hoy en día común— deusar animales en los experimentosa gran escala.

Los esfuerzos desplegados contra las plagas de insectos enla región del Pacífico Sur y los problemas de salud asociadoscon ellas condujeron al desarrollo de nuevos plaguicidas ymedicamentos contra la malaria. En la búsqueda de agentescontra la malaria que fueran seguros, eficaces y fácilmenteaccesibles (en contraposición a la quinina natural), losprimates no humanos se usaron por primera vez en pruebasde eficacia y toxicidad como modelos para el hombre.

La toxicología como ciencia experimentó un extraordinariocrecimiento en los años sesenta. A principios del decenio,se encontró que la talidomida, un sedante común, causabagraves defectos congénitos cuando era ingerida por muje-res embarazadas. Este episodio trágico propició estudiosdiseñados para descubrir los efectos de las sustancias quí-micas en el embrión y el feto en desarrollo. El apoyo para

Las pruebas nucleares durante laSegunda Guerra Mundialprodujeron numerosos estudios deradiactividad.

Avances del siglo XX

El descubrimiento de las vitaminas a principios de los añosveinte se asocia con un importante hito en la toxicología: elprimer estudio a gran escala sobre la seguridad de algunoscompuestos realizado con animales. En esta investigaciónse usaron mamíferos pequeños para determinar los perfilesde seguridad de las vitaminas. Desde entonces se han seguidousando animales para probar muchas otras sustancias.

La Segunda Guerra Mundial provocó una variedad deestudios científicos y tecnológicos que estimularon aún máslos campos de la toxicología y epidemiología. Los estudiossobre radiactividad, un derivado de las detonaciones dearmas nucleares, se diseñaron para identificar los efectosde la radiación en el sistema humano. Estos estuvieron entrelos primeros intentos por comprender los efectos en la saludde la exposición a este nuevo y potente contaminante delaire.


tales estudios provino de las nuevas leyes y regulacionesacerca de la responsabilidad legal de los productores demedicamentos que se implementaron a raíz del incidente.Actualmente, los campos de la epidemiología y la toxicologíason herramientas esenciales en la lucha del hombre porcomprender los efectos adversos para la salud relacionadoscon los contaminantes del aire y hacer frente a dichas con-secuencias.

Adelantos tecnológicosen el análisis químico

Como se mencionó anteriormente, todos los esfuerzos pordefinir los niveles nocivos de los contaminantes del aireconducirían a un callejón sin salida sin la presencia de latecnología necesaria para detectar dichos niveles.

A fines de los años cuarenta, la espectrometría de masas seaplicó por primera vez al análisis de contaminantes gaseosos.A fines de los años cincuenta y principios de los sesenta, elanalizador infrarrojo no dispersivo se popularizó paraestudiar las emisiones de los automóviles. Por la mismaépoca, se desarrolló la cromatografía de gases (CG), que—en su forma compleja actualmente vigente— se une a laespectrometría de masas (EM) a fin de proporcionar análisisquímicos de algunas sustancias químicas en el rango departes por miles de billones (ppq: parts-per-quadrillion).Hoy en día, el análisis CG/EM constituye el criterio habitualpara detectar la mayoría de contaminantes del aire;especialmente, los compuestos orgánicos y los metales traza.

11. Describa de qué manera se diferencian la toxicologíay la epidemiología.

12. A fines del siglo XIX, ¿qué nueva teoría ayudó aimpulsar la búsqueda de antibióticos?

13. ¿Sobre qué tipo de medicamentos fueron los estu-dios de seguridad que emplearon por primera vezprimates no humanos?

14. La tecnología actual de la cromatografía/espec-trometría de masas es capaz de detectar algunassustancias químicas en el rango _________________.


Respuestas a las preguntas de autoevaluación

1. Nitrógeno, oxígeno.

2. Incendios producidos por rayos, volcanes y el viento.

3. El agotamiento de la madera disponible para la combustión.

4. Por la Revolución Industrial (las industrias emergentes necesitaban energía, y energía eneste momento significaba combustión de carbón).

5 Refinación de petróleo, acero, caucho, industria automovilística, productos petroquímicos,energía nuclear.

6. Meuse Valley, Bélgica;

Donora, Pensilvania;

Londres, Inglaterra, y

Nueva York, Estados Unidos.

7. En condiciones normales, el aire caliente de la superficie terrestre asciende y el de laparte superior de la atmósfera —más frío— cae, con lo cual se crea una circulaciónnatural que dispersa los contaminantes superficiales del aire. Durante una inversióntérmica, sucede lo contrario: las capas del aire de la atmósfera inferior son más frías quelas superiores.

8. Fallas mecánicas, errores humanos.

9. Bronquitis crónica, enfisema y cáncer pulmonar.

10. Resfriado común, irritación óptica y nasofaríngea, ataques de asma y dificultades respi-ratorias generales.

11. Básicamente, la toxicología toma una sustancia con efectos adversos conocidos e intentadeterminar qué cantidad de esa sustancia se necesita para causar determinados efectos.La epidemiología intenta descubrir las causas y los mecanismos de los efectos adversosque se hayan observado en la salud.

12. La teoría de los gérmenes.

13. Agentes contra la malaria.

14. Partes por miles de billones (ppq: parts-per-quadrillion).

Efectos biológicos de la contaminación del aire • 2-1

Lección 2

Efectos biológicos de la contaminacióndel aire


Preguntas centrales

o ¿Qué mecanismos de protección obstaculizan el ingreso de sustancias tóxicas en el cuerpo

y las eliminan cuando logran ingresar?

o ¿Cuáles son los principales sistemas de protección de la vida que el cuerpo posee y cómofuncionan?

o ¿Cuáles son las nueve clasificaciones generales de las sustancias tóxicas del aire queafectan la salud y qué efectos provoca cada clase en el funcionamiento normal del cuerpo?

Palabras clave

o Absorcióno Macrófagos alveolareso Biotransformacióno Ciliao Toso Sistema digestivoo Sistema endocrinoo Sistema mucociliaro Mocoo Sistema osteomuscularo Sistema nerviosoo Sistema reproductoro Sistema respiratorio


Efectos biológicos de lacontaminación del aire

El cuerpo es un sorprendente conjunto de estructuras,sustancias, procesos y conductos diseñados para mantenera la persona nutrida, sana y consciente del entorno. Losmecanismos y partes del cuerpo se organizan en gruposbastante diferenciados, llamados sistemas, que realizandiversas funciones necesarias para la vida. Los sistemas delcuerpo comúnmente reconocidos son los siguientes:

• osteomuscular;• respiratorio;• nervioso (incluido el sensorial);• digestivo;• cardiovascular (incluida la sangre);• reproductor;• endocrino;• excretor, e• inmunológico.

Dichos sistemas están interconectados; es decir, elfuncionamiento de cada uno generalmente afecta a, o dependede, uno o más de los otros. Aunque en esta lección se lostrata por separado, usted apreciará cómo estos sistemastrabajan de manera conjunta, como un verdadero equipo.

El cuerpo humano tiene nuevesistemas reconocidos deprotección de la vida.


Al abordar la anatomía y la fisiología humana, yparticularmente los efectos de las sustancias tóxicas, esimportante comprender qué se quiere decir con lasexpresiones “dentro del cuerpo” y “fuera del cuerpo”. Elcuerpo es, en realidad, una masa de células atravesadascasi totalmente por un tubo, el tracto digestivo, y con suspuntos terminales conectados por otros dos tubos, el tractorespiratorio y el urogenital. No siempre lo que ingresa alorganismo se absorbe. Algunas cosas, como los alimentosfibrosos o las monedas y canicas que los niños pequeños aveces ingieren, no se apartan del camino constituido por eltubo digestivo para ingresar en el cuerpo, sino que,afortunadamente, son transportadas en forma directa hastaser evacuadas, pero la mayoría de gases, líquidos y sólidosmicroscópicos generalmente pasa a través de los tejidos yentra en el cuerpo.

El ingreso de sustancias al cuerpo a través de los tejidos—esto es, la absorción— por lo general ocurre en los pul-mones e intestinos (predominantemente, el intestino delgado).La absorción también puede ocurrir a través de la piel y elrevestimiento de la boca, entre otros.

Las defensas del cuerpo contra lainvasión

Las vías respiratorias, que van desde la nariz y la bocahasta los pulmones, y el tubo digestivo, que va desde laboca hasta el intestino grueso y delgado, están diseñadospara ayudarle a obtener del entorno los gases y nutrientesrequeridos para la vida. Como usted sabe, también estamosrodeados por numerosas sustancias nocivas para la saludque ponen en peligro la vida. El cuerpo emplea diversosmecanismos de defensa para impedir que las sustanciasquímicas nocivas ingresen en él e interfieran con losprocesos vitales. Esos mecanismos protectores se puedenagrupar, por lo general, en tres tipos:

• barreras físicas;• barreras mecánicas, y• barreras químicas.

La absorción a través de lostejidos generalmente ocurrecuando una sustancia ingresa en elcuerpo


Barreras físicas del cuerpo contra la invasión

El material del que está hecho el cuerpo y la forma en queestá diseñado ayudan a prevenir la penetración de sustanciasextrañas. Los seres humanos estamos cubiertos por un trajecompletamente hermético y a prueba de agua: la piel, quecuando se encuentra intacta y saludable constituye unabarrera física efectiva contra la invasión de sustanciasextrañas. Las vías respiratorias, con sus entradas y salidas,están perfectamente diseñadas para interceptar las partículastransportadas por el aire antes de que lleguen a las partesmás profundas de los pulmones, donde podrían causar mayordaño.

En primer lugar, cuando el aire entra por la nariz pasa através de un extenso filtro de revestimientos cubiertos demucosidad, pelos nasales e intrincados conductos. El mocoes un lubricante espeso secretado por las células en losrevestimientos de muchas cavidades y circuitos corporales.La forma de las cavidades nasales hace que el aire queingresa se agite y entre encontacto máximo con losrevestimientos cubiertos demucosidad de las vías res-piratorias. Las partículasinhaladas que no quedanobstruidas en la regiónnasal tienen mayor proba-bilidad de ser interceptadascuando el aire hace unacurva de 90 grados al pa-sar por la faringe (la parteposterior de la garganta)antes de entrar en la trá-quea. La efectividad deesta región para detectar gérmenes inhalados se pone demanifiesto en la alta incidencia de dolores de garganta.

Bajo el nivel de la tráquea, las vías respiratorias presentannumerosas bifurcaciones de diámetro cada vez más peque-ño y cada bifurcación genera una nueva oportunidad parala introducción de partículas en las paredes de las vías res-piratorias. El cuerpo incluso posee un mecanismo que con-trae las vías respiratorias, denominado broncoconstricción,

Las vías respiratorias superioresestán diseñadas para hacer quelas partículas que ingresan en elcuerpo queden atrapadas.


que ayuda a incrementar las probabilidades de que las par-tículas inhaladas entren en contacto con el revestimiento delas vías respiratorias. Ciertos agentes irritantes transporta-dos por el aire pueden provocar una acción refleja por lacual los músculos lisos que rodean parte de las vías respira-torias se contraen y de ese modo reducen el diámetro de losconductos.

Eliminación de elementos invasores de las víasrespiratorias por medios mecánicos

No basta solo con interceptar las partículas inhaladas; estastambién deben removerse de las vías respiratorias paramantener el funcionamiento efectivo del sistema deintercambio de gases. Los tres mecanismos que seespecializan en la remoción de elementos irritantes de lasvías respiratorias son los siguientes:

• el estornudo o la tos;• el movimiento mucociliar, y los• macrófagos alveolares

Sin duda usted está familiarizado con el estornudo y la tos,que constituyen los primeros intentos del cuerpo por desha-cerse de los agentes irritantesinhalados. El estornudo, que sirvea la región nasal, tiene como pro-pósito expulsar el material agresivofuera del cuerpo. La tos es un me-canismo reflejo que ayuda a lafaringe, a la tráquea y a los bron-quios superiores. Una tos efectivaexpulsa el agente irritante del cuer-po o lo coloca en un lugar dondepuede ser removido de las vías res-piratorias al expectorar o deglutir.La tos también puede ser provocada voluntariamente, perono será tan enérgica como la tos refleja.

El movimiento mucociliar: implica, como su nombre lodice, el movimiento del moco ayudado por la moción ciliar.Ya hemos definido qué es el moco. Los cilios son pequeñasproyecciones de las superficies de algunas células, a manera

El movimiento mucociliar tiene lafunción de despejar de lospulmones las partículas que hanquedado atrapadas.


de pelos. Los revestimientos del tracto respiratorio estánciliados desde la nariz hasta los bronquiolos más pequeños.

Todos los cilios respiratorios ejercen fuerza hacia la faringee impulsan la capa de moco en esa dirección, por medio deondas. Cualquier partícula atrapada por el moco alcanza unpunto en el que puede expectorarse o deglutirse. Tanto lacantidad de moco como la rapidez de evacuación puedenincrementarse durante los periodos de ingreso máximo departículas en las vías respiratorias.

A pesar de los mecanismos de defensa físicos y mecánicosmencionados, algunas partículas pequeñas regularmente lo-gran alcanzar los alvéolos y penetrar en los pulmones. Eneste nivel, las partículas irritantes enfrentan la última líneade defensa mecánica, los macrófagos alveolares. Losmacrófagos alveolares envuelven las partículas y las ex-pulsan de los pulmones, y bien las transportan para quesean evacuadas mediante el movimiento mucociliar, bienlas llevan hasta los espacios existentes entre las célulaspulmonares. Desde ese punto, las sustancias pueden despe-jarse a través del sistema linfático.

El último frente de defensa: la guerra química

Las sustancias que vencen las barreras físicas y mecánicasdel cuerpo quedan libradas a los mecanismos químicos dedefensa. Para los invasores bióticos, como las bacterias, elataque químico en realidad empieza en la superficie de lapiel y se da con mayor fuerza en el ambiente ácido delaparato digestivo. Aquellos invasores que se absorben yentran en el torrente sanguíneo son atacados por el sistemainmunológico. En general, resulta más fácil eliminar a losinvasores vivos que desintoxicar el cuerpo de sustanciastóxicas inertes, como la mayoría de los contaminantes delaire, pero el cuerpo también está preparado para hacer estetrabajo.

Por lo general, este último frente de defensa implica cam-biar la estructura química de una sustancia para hacerlamenos tóxica y más fácil de eliminar. La biotransformaciónusualmente sirve para tomar los compuestos sumamentelipofílicos (aquellos que el cuerpo puede absorber con másfacilidad) y transformarlos en compuestos más hidrofílicos,

Los macrófagos alveolaresrealizan la función decisiva dedespejar los residuos de losalvéolos.

Una meta de la biotransformaciónes hacer que las sustancias nodeseadas sean fáciles de eliminar.


de eliminación más sencilla. Dicho proceso es solo una delas diversas reacciones metabólicas que ocurren continua-mente en nuestros cuerpos. Abordaremos con más detalleel metabolismo en la lección 3.

1. Usualmente las sustancias se introducen en el cuerpomediante el proceso de ___________.

2. Clasifique los elementos listados a continuación comomecanismos protectores de orden físico, mecánico oquímico. Escriba la letra correcta en cada espacio enblanco.

__ Movimiento mucociliar a. Químico__ Pelos nasales b. Mecánico__ Tos y estornudo c. Físico__ Bifurcaciones de las vías respiratorias__ Macrófagos alveolares__ Biotransformación

Como mayormente ocurre, las personas presentan una ampliavariación en cuanto a su capacidad de resistir y contrarrestarlas exposiciones a sustancias tóxicas. Además, las personasdebilitadas por enfermedades o las de determinado rangode edad son particularmente sensibles a los tóxicos. Loslactantes y los niños pequeños a menudo se encuentran endesventaja porque sus sistemas de defensa no estánplenamente desarrollados. Por otro lado, los ancianosgeneralmente poseen mecanismos de defensa insuficientespara contrarrestar la acción de los productos químicos quese encuentran en la vida cotidiana. El gobierno de los EstadosUnidos orienta todos los reglamentos de contaminantes delaire a la protección de los miembros más susceptibles de lasociedad, lo que constituye una estrategia en la que sepresupone como escenario posible el más desfavorable.

A continuación haremos una breve introducción de losdiferentes sistemas del cuerpo y de su funcionamiento normal.

Los niños y los ancianos presentanuna alta sensibilidad a la mayoríade sustancias tóxicas.


Funcionamiento normal del cuerpo

Una vez más mencionamos la lista de los diversos sistemasvitales del cuerpo:

• osteomuscular;• respiratorio;• nervioso (incluidos los sentidos);• digestivo;• cardiovascular (incluida la sangre);• reproductor;• endocrino;• excretor, e• inmunológico.

Los siguientes puntos sobre dichos sistemas se centran enlos componentes y mecanismos que los contaminantes tóxicosdel aire pueden afectar con mayor probabilidad.

Sistema osteomuscular

El sistema osteomuscular está constituido por todos losmúsculos (excepto el corazón), los huesos, los dientes y loscartílagos del cuerpo humano, junto con el tejido conjuntivoasociado (tendones y ligamentos). Las tres funcionesprincipales de este sistema son las siguientes:

• proporcionar la forma yel movimiento del cuerpo;

• proteger ciertos órganos ytejidos blandos: el cráneoprotege el cerebro, lasvértebras (la espina dor-sal) protegen la columnavertebral, mientras que lascostillas y el esternón pro-tegen el corazón y los pul-mones.

• Producir glóbulos en lamédula de ciertos huesos(véase la discusión poste-rior sobre el sistemacardiovascular y la san-gre).

El sistema osteomuscularproporciona forma y movimientoal cuerpo, protege ciertos órganosy tejidos y ofrece un marco parala producción de glóbulos.


El hueso es el espacio donde se almacenan el plomo, elfluoruro y el estroncio. En realidad, 90% del plomo en elcuerpo se encuentra en el esqueleto, lo que no representaun problema importante, porque dicho elemento no es tóxicopara el tejido óseo. En contraste, el fluoruro y el estronciocausan fluorosis esquelética y osteosarcoma.

Sistema respiratorio

Obviamente, el principal sistema afectado por loscontaminantes tóxicos del aire es el sistema respiratorio,que puede resultar un blanco o un sistema diana en sí mismo,como en la neumoconiosis, el enfisema pulmonar, el cáncerde garganta y el cáncer de pulmón, o puede ser una puertade ingreso para sustancias tóxicas que entran en contactocon la sangre y que luego esta transporta por todo el cuerpo.

En general, el sistema respiratorio humano está diseñadopara suministrar al cuerpo los gases esenciales de la atmós-fera circundante (principalmente oxígeno) y para expulsarlos gases residuales (sobre todo dióxido de carbono). Estesistema de intercambio de gases lamentablemente no distin-gue entre los beneficiosos y los provenientes de sustanciastóxicas nocivas del aire, que ingresan en el cuerpo con lamisma efectividad que el oxígeno vital.

El aparato respiratorio estádiseñado para transportar eintercambiar gases entre laatmósfera y la sangre.

El sistema respiratorio se dividetradicionalmente en superior einferior.


Las vías respiratorias se dividen tradicionalmente ensuperiores e inferiores. Las vías respiratorias superiores—constituidas por la región nasal, la faringe y la tráquea—sirven para calentar, humedecer y limpiar el aire yconducirlo hasta los pulmones. Los bronquios, bronquiolosy alvéolos constituyen las vías respiratorias inferiores opulmones, donde el gas se intercambia con la sangre. Lafuerza conductora o motor de la respiración es el diafragma,un músculo grande que abarca la cavidad abdominal en labase de los pulmones. En consecuencia, un tóxico queperjudique la acción muscular también puede tener efectosadversos en el aparato respiratorio.

Recordemos que el sistema respiratorio tiene numerosasformas de impedir que las sustancias tóxicas particuladasingresen en el cuerpo. Sin embargo, no ocurre lo mismocon los tóxicos gaseosos, que una vez inhalados se absor-berán hasta cierto punto. La única variable es el lugar dondeocurre la absorción. Un gas soluble en el agua tiene másprobabilidades de ser absorbido en las vías respiratoriassuperiores. Tales gases pueden despejarse con el moco opueden ingresar en el cuerpo a través del revestimientoepitelial del tracto respiratorio. Por otro lado, los gasesmenos solubles tienen más probabilidades de ser transpor-tados al tracto respiratorio inferior y a los alvéolos, dondela absorción depende más de las presiones parciales de losgases que se encuentran en el aire que se ha respirado.

Los efectos tóxicos en el sistema respiratorio incluyen:

• constricción de las vías respiratorias y edema(acumulación de líquido);

• interferencia con el mecanismo mucociliar de evacuación;• destrucción de las células que revisten las vías

respiratorias;• fibrosis: cambio en la composición de las células, y• cáncer.

3. Identifique las tres funciones principales del sistemaosteomuscular.

4. ¿Cuál es la función principal del tracto respiratorioinferior?


El sistema nervioso (incluidos los sentidos)

El sistema nervioso humano cumple diversas funciones,como la percepción y transmisión de información sobre losmedios externos e internos que provocan las diversas ac-ciones y reacciones musculares, así como el monitoreo ycontrol de diversos mecanismos y la descarga de sustanciasquímicas. Esta complicada red de comunicación depende

de la interacciónunificada de sus di-versos componen-tes, que van desdelas células nervio-sas individuales oneuronas, pasandopor los ganglios(centros de distri-bución de impulsosnerviosos), hasta lamédula espinal y elcerebro. El sistemanervioso tiene dosdivisiones principa-les: el sistema ner-vioso periférico(SNP), que propor-ciona conductosneuronales, senso-riales y motrices, yel sistema nerviosocentral (SNC), con-formado principal-mente por lamédula espinal y elcerebro, que pro-cesa informaciónsensorial, genera

los procesos de pensamiento, monitorea y controla las fun-ciones corporales. Durante la operación normal del siste-ma, las terminaciones nerviosas sensoriales reciben ytransmiten la información al sistema nervioso central, quealmacena la información o transmite una respuesta median-te las neuronas efectoras apropiadas, o ambas cosas.

El sistema nervioso es, dicho demanera sencilla, una compleja redde comunicación similar a unsistema telefónico.

El funcionamiento efectivo delsistema nervioso depende delbalance apropiado de ciertoscompuestos químicos.


Las neuronas sensoriales, ubicadas por todo el cuerpo, seespecializan en ciertas sensaciones (dolor, calor, presión).La retina de los ojos, en realidad, no es más que un conglo-merado de terminaciones nerviosas, altamente especializadas,sensibles a la luz, que forman parte de la red sensorial.

Las neuronas efectoras llevan los impulsos del sistemanervioso central a los músculos y glándulas para estimularla acción apropiada, ya sea un movimiento o una secreciónquímica, en respuesta a determinado estímulo sensorial. Lavaina de mielina es un componente importante de muchasneuronas. Constituye una especie de aislamiento que rodeala parte exterior de las fibras nerviosas, mantiene elfuncionamiento adecuado del sistema nervioso y previenecortocircuitos.

Un factor fundamental para el funcionamiento normal delsistema nervioso es el balance químico adecuado tanto den-tro de las neuronas (en el interior y exterior de las membra-nas de las células nerviosas) como entre ellas (en las brechaso sinapsis que existen entre las células). La relación ade-cuada entre los iones (compuestos químicos cargados eléctri-camente) y las células nerviosas proporciona la base paraque los impulsos eléctricos se transmitan a las neuronas.

Entre los efectos tóxicos producidos en el sistema nerviosoestán los siguientes:

• anoxia (falta de oxígeno);• desajuste iónico, e• interferencia con los neurotransmisores químicos o

sus receptores.

Sistema digestivo

El sistema digestivo básicamente consta de una serie detubos unidos por los extremos, que se extiende desde laboca hasta el intestino grueso, con diversas estructuras ac-cesorias, glándulas, músculos y órganos. Un términocomúnmente usado para referirse al sistema digestivo estracto gastrointestinal. Sus dos funciones principales—relacionadas entre sí— son: 1) mantener el movimientodel material ingerido a lo largo del tubo digestivo y2) desintegrar el material ingerido en sustancias básicas que


las células del cuerpo puedan absorber y usar. A continua-ción se identifican los órganos principales que intervienenen esos procesos:

• boca y dientes;• glándulas salivales;• esófago;• estómago;• hígado;• vejiga y conductos de la vesícula biliar;• páncreas;• intestino delgado, e• intestino grueso.

Como procesador principal de los materiales extraños queingresan en el cuerpo, el sistema digestivo está expuestocontinuamente a sustancias tóxicas. El cáncer, debido a lanaturaleza penetrante de la enfermedad, puede perjudicarel sistema digestivo en casi cualquier punto (boca, garganta,estómago, páncreas). Posteriormente, en esta lección, ustedaprenderá más sobre el cáncer y sus agentes causales. Porel momento, nos concentraremos en el órgano digestivoque tiene mayores probabilidades de sufrir consecuenciasadversas por la exposición a contaminantes tóxicos del aire,el hígado.

En realidad, el hígado cumple muchas funciones cruciales.Una de sus funciones digestivas es ayudar a desintegrargotas grandes de grasa en gotitas pequeñas y más digeribles.La bilis realiza esta desintegración en el intestino delgado.

La bilis es una sustancia amarillo-verdosa secretada por elhígado y almacenada en la vesícula biliar. Ciertos compo-nentes de la bilis también sirven para activar las enzimasque ayudan a digerir las grasas y que son secretadas por elpáncreas en el intestino delgado.

El hígado también es un componente importante para elmetabolismo o la biotransformación. Tiene la función dealterar químicamente los nutrientes, las hormonas, loscomponentes sanguíneos desechados y otras sustanciasextrañas, para fines de nutrición, almacenamiento,desintoxicación y excreción. No es necesario tratar en detallelos complejos mecanismos involucrados en estos procesospara apreciar la importancia del hígado. Dado que este

El sistema digestivo involucradiversas partes del cuerpo quevan desde la boca hasta elintestino grueso.


órgano es tan multifacético, cualquier tóxico que lo dañepuede tener efectos de gran alcance..

Otro punto importante relacionado con el hígado es el he-cho de que el metabolismo no siempre da como resultado ladesintoxicación. El hígado también puede alterar química-mente sustancias inocuas y convertirlas en tóxicos. Entrelos efectos tóxicos vinculados con el hígado están los si-guientes:

• acumulación de grasas (“hígado graso”);• ictericia (acumulación de bilirrubina en la sangre);• muerte celular (necrosis);• cirrosis (acumulación de tejido hepático dañado), y• cáncer.

5. Explique brevemente la importancia del balancequímico adecuado en el funcionamiento de un sistemanervioso saludable.

6. Explique cómo ayuda el hígado para la digestión degrasas en el intestino delgado

El hígado es un órgano crucialpara el cuerpo.

Cuando el hígado metaboliza oaltera una sustancia, el resultadono siempre es positivo.


El sistema cardiovascular y la sangre

El sistema cardiovascular usa la sangre para transportartanto nutrientes a las células del cuerpo como los residuosdel metabolismo fuera de las células. El corazón es unamasa muscular del tamaño de un puño, con cámaras,válvulas y fibras nerviosas. Cualquier sustancia que dañelos músculos o el sistema nervioso tiene el potencial dealterar el funcionamiento adecuado del corazón. Asimismo,las sustancias que causan constricción (contracción) odilatación (ensanche) de los vasos sanguíneos pueden afectarla función circulatoria.

La sangre tiene numerosos componentes y cada uno deellos es decisivo de una manera particular para la vida. Losglóbulos rojos participan en el transporte de gases en eltorrente sanguíneo; principalmente llevan el oxígeno a lascélulas y remueven el dióxido de carbono de estas. Lasplaquetas ayudan a mediar en la coagulación de la sangre,

un mecanismo quedebe mantenerse mi-nuciosamente afinadopuesto que la sangreque coagula con mu-cha facilidad es tan pe-ligrosa como aquellaque no lo hace. Losleuco-citos ayudan aobstaculizar las infec-ciones y las enferme-dades. La mayor partede estos diferentes ti-pos de células, salvoalgunos leucocitos, seproducen en la médu-la de ciertos huesos(los huesos largos dela pierna, los huesosde la cadera). Obvia-mente, cualquier sus-

tancia tóxica para la médula ósea, como el benceno, puedecausar efectos graves y generalizados.

Los tres principales componentesde la sangre son los glóbulosrojos, los leucocitos y lasplaquetas.


Entre los efectos tóxicos en el sistema cardiovascular y enla sangre se incluyen los siguientes:

• cáncer de médula ósea;• arterioesclerosis (aparentemente, tiene un componente

ambiental), y• anemia (reducción significativa de glóbulos rojos).

Sistema reproductor

Tanto el sistema reproductor femenino como el masculinoposeen estructuras que crean y almacenan células sexuales(gametos) y ambos tienen mecanismos y conductos diseña-dos para conseguir que estos gametos lleguen a un puntoen el que puedan unirse. Sin embargo, los dos sistemasdivergen después de la fecundación. Solo el sistema feme-nino es capaz de alojar al embrión y al feto, nutrirlo yalumbrarlo.

Los contaminantes tóxicos del aire pueden interferir con elproceso reproductor en diversos puntos. El dibromoclo-ropropano y otros insecticidas pueden truncarlo en su ori-gen; por ejemplo, al bloquear la formación de esperma.Asimismo, la radiación y algunos hidrocarburos aromáti-cos policíclicos (PAH, por sus siglas en inglés: polyciclicaromatic hydrocarbons) pueden interferir en la misma eta-pa en el sistema femenino al detener el desarrollo de gametoso causar esterilidad permanente. Los efectos tóxicos en elsistema reproductor incluyen los siguientes:

• disminución del índice de fertilidad (femenina o mas-culina);

• incapacidad del embrión o feto para sobrevivir;• teratogénesis o alteración en la descendencia (mayo-

res detalles en la siguiente sección), y• cáncer (por ejemplo, a los ovarios o a la próstata).

Sistema endocrino

Además del sistema nervioso, otro sistema que ayuda aintegrar las actividades corporales y a mantener la constan-cia del ambiente interno en el ser humano es el sistemaendocrino. Si comparamos el sistema nervioso con una in-trincada red telefónica, de comunicación casi instantánea,el sistema endocrino corresponde al sistema postal, por ser

Un embrión o feto en etapa decrecimiento constituye otroposible receptor final de latoxicidad en el sistemareproductor.


un poco más lento. Este sistema está compuesto de diversasglándulas que, en todo el cuerpo, secretan sustancias quí-micas llamadas hormonas.

Las hormonas son, sencillamente, mensajeros químicos queprovocan respuestas particulares en sus blancos. En gene-ral, el aparato circulatorio “lleva el correo” al sistema en-docrino y entrega las hormonas a sus puntos de acción. Elcuadro 2-1 resume los componentes primarios del sistemaendocrino del cuerpo humano.

Cuadro 2-1. Componentes primarios del sistema endocrino

El cáncer es la principal amenaza para el funcionamientoadecuado del sistema endocrino y, como es conocido, puedetener efectos de gran alcance.

Glándula(s) Ubicación Hormona(s) Efectos

Pituitaria Debajo delcerebro

Diversas Influye en el metabolismo celular en ciertaspartes del cuerpo.Ejerce control sobre otras glándulasendocrinas.

Tiroides En el cuello,alrededor de lalaringe.

Diversas Controla el metabolismo y el desarrollocelular.Controla los suministros de energía corporal.

Paratiroides (2) Cerca de latiroides.

Parathormonas Controla los niveles de calcio y de ionesfosfóricos en la sangre, decisivos para elfuncionamiento apropiado de los nervios ymúsculos.

Suprarrenal (2) Una sobre cadariñón

Esteroides Mantiene el equilibrio adecuado de agua ysal en la sangre.

Epinefrina ynorepinefrina

Prepara el cuerpo para la dinámica de"lucha o huida".

Islotes deLangerhans

Dispersos entodo el páncreas

Glucagón einsulina

Controla el metabolismo de loscarbohidratos.

Gónadas(ovarios en lamujer ytestículos en elhombre)

Abdomeninferior

Diversas Controla el desarrollo de las característicassexuales secundarias.


7. Identifique tres componentes sanguíneos diferentes ydescriba la función de cada uno.

8. Mencione tres efectos tóxicos en el sistema repro-ductor humano.

9. Describa brevemente cómo funciona el sistema en-docrino.

Sistema excretor

El cuerpo tiene muchas maneras de librarse de los materialesno deseados. Prácticamente cualquier sustancia que sale delcuerpo es un portador potencial de tóxicos: la orina, lasheces, el aire espirado, la transpiración, las lágrimas e inclusola leche. Ya hemos tratado acerca de algunas de estassustancias al hablar de los sistemas corporales. La presentesección se centra en la orina y los riñones, que remuevenesos residuos que pueden volverse solubles en el agua.

Los riñones son filtros complejos y elaborados que tamizanel suministro de sangre al cuerpo, remueven los residuos yretienen los materiales esenciales, como los nutrientes y elagua. En consecuencia, los riñones controlan la composicióntanto de la orina como de la sangre. Para que los riñonessean efectivos, el flujo sanguíneo debe ser constante y elaparato que funciona como filtro debe mantenerse despejadoy activo. Las sustancias que interfieren con el flujo uniformede la sangre y la orina o que alteran la filtración o losmecanismos de resorción se denominan sustancias tóxicasrenales. El cadmio, el mercurio, el tetracloruro de carbonoy el cloroformo son algunos de los más comunes.

La orina producida por los riñones se transporta, a travésde tubos llamados uréteres, a la vejiga, el depósito del sistemaexcretor. Aquí se almacena hasta que se excrete del cuerpoa través de otro tubo, la uretra.

Muy similares al hígado, los riñones se encuentran enextrema desventaja cuando se exponen a contaminantesambientales. No solo son blanco de algunos tóxicos sinoque también deben procesar la sangre, lo cual prácticamentegarantiza que cualquier compuesto químico que el cuerpohaya absorbido entre en contacto con ellos.

Como principales filtrossanguíneos del cuerpo, los riñonesno solo determinan qué abandonael cuerpo sino también quépermanece en él.


Entre los efectos tóxicos en el sistema excretor están lossiguientes:

Sistema inmunológico

El sistema inmunológico es una red de diversos tipos decélulas esparcidas por todo el cuerpo. Sus tres funcionesprincipales son las siguientes:

• eliminación de agentes infecciosos que invaden elcuerpo;

• vigilancia contra neoplasmas que puedan surgir(cáncer);

• rechazo de los injertos tisulares extraños.

La capacidad de distinguir entre células normales del cuer-po y agentes invasores es decisiva para el cumplimiento deesas funciones. Cuando se pierde la capacidad de hacerdicha distinción, el sistema inmunológico puede atacar par-tes del propio cuerpo, condición que se conoce comoautoinmunidad. La neutralización del sistema inmunológico,ya sea intencional (durante un transplante quirúrgico) o nointencional (por los tóxicos ambientales), a menudo abre lapuerta al desarrollo de infecciones y cáncer.

Entre los efectos tóxicos del sistema inmunológico están lossiguientes:

• inmunosupresión;• proliferación incontrolada de células inmunológicas

(leucemia);• alteración de los mecanismos de defensa, y• alergia (hipersensibilidad) o autoinmunidad.

• Disminución en la tasade filtración.

• Obstrucción del flujo deorina.

• Deterioro de los túbulosrenales (con filtraciónposterior).

• Cáncer.

Cuando el sistema inmunológicose neutraliza, el cuerpo pierdeparte importante de su sistema dedefensa.


El asma es uno de los tipos principales de hipersensibili-dad. En los Estados Unidos, afecta de 3 a 5 por ciento de lapoblación. Tanto trabajadores industriales como consumi-dores están expuestos a muchos materiales capaces de in-ducir el asma. Entre los tóxicos transportados por el aire,las sustancias que comúnmente causan el asma incluyen elformaldehído, los plaguicidas, las resinas (por ejemplo, eldiisocianato de tolueno), el níquel, el cromo, el mercurio yel berilio.

Se ha demostrado que algunos compuestos de metales pe-sados producen autoinmunidad. Las investigaciones actua-les se centran en determinar el mecanismo que subyace aeste fenómeno.

Procesos vitales básicos

Ya que hablamos del funcionamiento corporal normal, re-trocedamos hasta las funciones más básicas de la vida: lareplicación genética y la división celular. Estos son los pro-cesos que aseguran la continuidad de la vida y la reproduc-ción de las especies. La interferencia en dicho nivel defuncionamiento puede tener consecuencias nefastas debidoa que tales procesos son básicos para la existencia.

Replicación genética

En el núcleo de cada célula corporal hay materiales quedeterminan las características hereditarias, el anteproyectode quién será uno. A menudo se menciona el ADN, quealgunos consideran el ladrillo de la vida. Dicho material seorganiza en pequeñas unidades codificadas llamadas genes,que rigen cada rasgo físico del cuerpo, desde el color delos ojos hasta la talla de calzado. Los estudios indican quelos genes influyen mucho en los procesos de pensamiento yla conducta.

Los genes se agrupan en numerosas hebras denominadascromosomas. Cada especie animal o vegetal tiene un nú-mero característico de cromosomas en cada célula normal,llamado número diploide. Los gametos, células usadas parala reproducción, son un caso especial: tienen solo la mitaddel número diploide estándar de cromosomas (númerohaploide). De esta manera, cuando dos de los gametos se

Cada célula del cuerpo contienegenes codificados, que rigen laapariencia, las funcionescorporales, e influyen en elcomportamiento.


unen para formar un nuevo organismo, este tiene el núme-ro diploide de cromosomas y así se mantiene la integridadde las especies.

El número diploide para el hombre es 46. Se podría pensarque los demás organismos, ya que son menos avanzadosque los seres humanos, tienen menos cromosomas, peroesto solo es cierto para el número de genes, mas no para elde cromosomas. Aunque las moscas de la fruta tienen solo8 cromosomas y el maíz 20, los caballos tienen 66, la pimientanegra 128, y los cangrejos de río 196.

Es importante entender que todas las plantas y animalesproducen continuamente células nuevas. Cuando un orga-

nismo unicelular produce unacélula nueva, en realidad ha crea-do un nuevo organismo. Lamayoría de plantas y animales pro-duce células nuevas ya sea paracrecer o para reemplazar las célu-las viejas o gastadas. Para mantenerla integridad de una especie y ase-

gurar la salud y el bienestar de cada célula y organismo,cada nueva célula producida debe tener el número decromosomas que caracteriza a la especie. (La excepción seda en la formación de gametos, como se mencionó ante-riormente.) En otras palabras, para cada célula nueva todoslos genes deben copiarse y reproducirse exactamente. Lareplicación de genes es un proceso complejo, minuciosa-mente sincronizado, que implica la interacción conjunta demuchas partes de las células. Después de la réplica, la célu-la está preparada para dividirse.

División celular

En el cuerpo ocurren dos tipos básicos de división celular:mitosis y meiosis. Los nombres no son lo más importante;más bien conviene comprender cuáles son las diferenciasentre ambos procesos. La mitosis es la división celular re-gular y cotidiana para formar células nuevas e idénticas. Lameiosis consiste en el proceso por el cual se crean célulasgerminales, con el número haploide de cromosomas. Engeneral, la mitosis ayuda a mantener la uniformidad en unindividuo, mientras que la meiosis contribuye a sostener la

Cada vez que una célula se divide,los genes deben duplicarse.


integridad y a promover una diversidad beneficiosa dentrode una especie. Del mismo modo que la replicación genética,ambos procesos implican un manejo complicado y coordi-nado de los componentes subcelulares. Las principales di-ferencias entre mitosis y meiosis se resumen en el cuadro2-2.

Cuadro 2-2. Comparación entre mitosis y meiosis

De acuerdo con lo antes mencionado, el proceso de mitosises continuo en los organismos vivos y en la mayoría decélulas ocurre bastante rápido. Algunas células del cuerpose dividen una vez cada 20 minutos. Con esta tasa, unacélula podría multiplicarse en aproximadamente 70 milmillones de células en medio día (es evidente que eso nosucede: la división celular de individuos saludables escuidadosamente regulada por los genes). Es fácil observarpor qué es tan importante hacer copias exactas de genes;un pequeño error puede ser grave. La próxima seccióntrata diversos tipos de efectos adversos, incluidas lasmutaciones y el cáncer, los dos problemas principales queocurren con la replicación genética y la división celular.

10. ¿Por qué los riñones se encuentran en gran desventajaen cuanto a las exposiciones tóxicas ambientales?

11. ¿Cuáles son las tres funciones principales del sistemainmunológico?

12. Las hebras pequeñas del ADN que controlan losrasgos físicos e influyen en parte en la conducta sedenominan _________.

Criterio Mitosis Meiosis

Número de divisionescelulares

Una Dos

Número de célulasformadas

Dos Cuatro

Número de cromosomasen cada célula formada

Diploide Haploide

Tipo de célula formada Somática(cuerpo)- completamente idéntica

Germen (gametos)- completamente diferente

Las células del cuerpo humanocrecen y se dividenconstantemente.


¿Cómo afectan los contaminantestóxicos del aire la manera en quefunciona el cuerpo?

Los contaminantes tóxicos del aire pueden clasificarse dediversas maneras. Este curso introduce brevemente los tresesquemas más comunes de clasificación: según las fuentes,según los efectos que tienen en la salud y según sus propie-dades químicas. Ya revisamos cómo funciona el cuerpocuando está saludable, así que veamos primero la clasifica-ción de contaminantes tóxicos según sus efectos en la sa-lud.

Cuando se buscan las causas de muchas enfermedades ycondiciones de salud, los investigadores generalmente sos-pechan que los factores son agentes ambientales no infec-ciosos. Estos pueden tener la forma de productos químicos,radiación o ciertos fenómenos o materiales físicos, y susefectos van desde la mera irritación hasta la muerte de lascélulas, los tejidos o incluso del organismo. Los agentestóxicos pueden ejercer sus efectos en todo el cuerpo dediferentes maneras y en diferentes sistemas. Según sus efectos,los tóxicos se suelen clasificar en las siguientes categorías:

• mutágenos;• carcinógenos;• tóxicos del desarrollo (teratógenos);• neurotóxicos;• tóxicos hepáticos o hepatotóxicos;• tóxicos pulmonares;• tóxicos que causan disfunción reproductora;• agentes tóxicos de efectos agudos, y• agentes tóxicos de efectos crónicos.

Dado que esta clasificación se basa en los efectos, lasdiferentes categorías no son mutuamente excluyentes. Lassustancias químicas a menudo afectan a varios órganos,pero también pueden causar diferentes tipos de toxicidaden un solo órgano. Por ejemplo, un mismo tóxico puedeser carcinógeno, mutágeno y, por tanto, entrar también enla clasificación de agentes que producen efectos crónicos;los neurotóxicos generalmente son de efectos tóxicos agudos;etcétera.

Las sustancias tóxicas tienen unaamplia gama de efectos en elsistema corporal del ser humano.


Mutágenos

Los mutágenos son sustancias que causan mutaciones oalteraciones en el material genético. Según lo que hemosvisto en la sección sobre reproducción celular, el materialgenético (ADN) es el “anteproyecto” que controla toda laactividad celular, desde la producción de energía hasta sureproducción. La alteración de este “anteproyecto” puedeconducir a un funcionamiento inadecuado de la célula. Enrealidad, las mutaciones constituyen el hecho principal entrediversos tipos de efectos adversos en la salud. Por ejemplo,se cree que la mayoría de tipos de cáncer surgen de undaño provocado sobre un gen que controla la división celular.

La alteración del material genético de una célula puedeadoptar tres formas:

• cambio en la composición química del ADN;• alteración del ajuste físico del ADN, y• adición o supresión de todos los cromosomas.

En términos técnicos, solo la primera alteración, el cambioquímico, se considera una mutación. Los genetistas clasificanel reajuste físico del ADN como un hecho clastogénico y lapresencia de un número anormal de cromosomas en unacélula se llama aneuploidea. Los términos nuevos no son lomás importante en esta sección. Para fines de la exposición,considérese cualquier alteración anormal del materialgenético como una mutación y cualquier agente que causatal cambio como un mutágeno.

Es importante señalar que la mayoría de células son capa-ces de reparar el ADN. Siempre que estos mecanismos dereparación estén intactos, se puede confiar en que la mayo-ría de mutaciones se corregirá antes de que creen unproblema. Sin embargo, cuando se comprometen los meca-nismos de reparación es probable que un mayor número demutaciones genere consecuencias adversas. Algunos estu-dios han indicado que el deterioro del sistema de reparacióndel ADN es responsable en parte de muchos de los efectosadversos en la salud que generalmente se observan en laedad avanzada.

Un mutágeno es una sustancia quealtera el material genético.

Por lo general, las célulassaludables son capaces de repararel material genético dañado.


El daño genético puede conducir a una serie de efectos,que van desde el funcionamiento celular deficiente a la muertecelular o incluso la muerte del organismo. Veamos:

Un cambio en el ADN puede alterar las proteínasde las células. Qué proteínas se ven afectadas y enqué tipo de células ocurre la alteración son factoresimportantes para determinar los efectos finales. Cuan-do la mutación ocurre en una célula del embrión endesarrollo, el resultado puede ser una anomalíareproductiva (aborto espontáneo) o la generación deanormalidades en la descendencia. Si la mutaciónafecta a una proteína que controla el funcionamientocelular adecuado, el resultado puede ser una enfer-medad crónica. Las alteraciones genéticas que afectanla reproducción celular pueden detener la prolifera-ción de una célula y causar su muerte o suproliferación incontrolada, como en un cáncer.

Asimismo es posible que el daño genético no tenga efectoperjudicial alguno. Debe recordarse que cada célula delcuerpo tiene un complemento total de cromosomas; es decir,cada célula contiene toda la información necesaria para laestructura y el funcionamiento adecuado de todo el cuerpo.Obviamente, gran parte del ADN en una célula está inactiva.Por ejemplo, una célula en la planta del pie no usa el plangenético específico para la producción de saliva. Si el geno los genes codificados para la producción de salivaestuviesen dañados en una de las células del pie, nadie lonotaría, y la salud no se vería afectada; sería una “mutaciónsilenciosa”.

Entre los mutágenos gaseosos o transportados por el airemás comunes están el DDT, la dioxina, el ozono, las salesde plomo, el benceno y el cloruro de vinilo. El cloruro devinilo puede causar una mutación que por lo generaldesemboca en una clase particular de cáncer hepático.

13. Defina brevemente los mutágenos.

14. Presente dos razones por las cuales una mutaciónpuede no tener un efecto evidente.


Carcinógenos

Los carcinógenos son las sustancias químicas que inducenel cáncer. El cáncer es el crecimiento anormal e incontrola-do de células; también se le llama neoplasia o tumor. Ac-tualmente, el cáncer constituye una preocupación centralde salud en el mundo. Cerca de 20 por ciento de todas lasdefunciones acaecidas en los Estados Unidos se relacionancon el cáncer. Además, se calcula que en los Estados Uni-dos entre 50 y 90 por ciento de todos los tipos de cáncerestán relacionados con factores ambientales asociados conel estilo de vida y la exposición industrial. Un buen ejem-plo de un factor vinculado con el estilo de vida es el taba-quismo, que ha sido relacionado con el cáncer al pulmón, ala laringe, al páncreas y a la vejiga.

Cuatro reacciones que indican una tasa anormal de incidenciade neoplasias son las siguientes:

• presencia de tipos de tumores no vistos en loscontroles;

• mayor incidencia de tipos tumorales observadosnaturalmente en los controles;

• aparición temprana de tumores, y• mayor número de tumores por individuo en un grupo

de exposición, comparado con los miembros delgrupo control.

La carcinogénesis —la inducción y formación de un tu-mor— parece ser un proceso gradual que empieza con unquímico. Este hecho inicial es, generalmente, una altera-ción genética. Sin embargo, debe recordarse que la mayoríade células tiene la capacidad de reparar el ADN; por consi-guiente, no todas las células que han pasado por este eventoinicial desarrollan el cáncer. La etapa siguiente en lacarcinogénesis involucra a una sustancia química promotora.Un promotor es un carcinógeno que trabaja para incremen-tar la incidencia de cáncer solo después de que ha ocurridoel inicio de la enfermedad. El desarrollo de cáncer requie-re, al parecer, exposiciones repetidas por un periodoprolongado y los estudios han indicado que los efectos pue-den ser reversibles cuando cesa la exposición. Algunassustancias químicas tienen la capacidad de ser iniciadores ypromotores, y se las denomina apropiadamente carcinógenoscompletos.

Los carcinógenos son sustanciasque causan un crecimiento celularanormal o incontrolado.

Los iniciadores químicos sonnecesarios para empezar elproceso de carcinogénesis.

Una sustancia química promotoraactúa para incrementar laincidencia de cáncer, pero solodespués de que la iniciación haocurrido.


También deberíamos familiarizarnos con algunos otros tér-minos referentes a la carcinogenicidad. Un carcinógenoprimario es una sustancia que por el solo hecho de estar enel ambiente produce cáncer. Por otro lado, un procar-cinógeno se convierte en carcinógeno solo después de unaconversión a partir de una forma benigna. La mayoría delos carcinógenos ambientales son de este tipo. Los cocarci-nógenos, aunque no son carcinogénicos en sí mismos,incrementan la potencia del efecto carcinogénico de otrassustancias químicas.

Aunque en los últimos años se ha aprendido mucho acercadel inicio y desarrollo de cáncer, todavía es difícil estable-cer relaciones claras de causa y efecto para posiblescarcinógenos. Una dificultad para identificar carcinógenosespecíficos es su prolongado periodo de latencia, común-mente de 15 a 40 años entre la exposición y la manifesta-ción de la enfermedad. No obstante, los investigadoresredoblan sus esfuerzos para advertirnos acerca de loscarcinógenos potenciales. Debido a la estrecha relación en-tre carcinogenicidad y mutagénesis se usan algunas prue-bas de corto plazo sobre mutagenicidad como pruebas detamizaje para la carcinogenicidad. Sin embargo, actualmenteninguna de estas pruebas es suficiente para hacer un juiciodefinitivo acerca de la carcinogenicidad. La evidencia másconcreta generalmente proviene de los estudios epidemio-lógicos realizados con seres humanos.

El cuadro 2-3 presenta una lista parcial de los carcinógenoshumanos comprobados y de los probables, junto con losprincipales lugares del cuerpo donde ejercen su toxicidad.

Cuadro 2-3. Algunos carcinógenos humanos ysus ámbitos corporales de toxicidad

Compuesto químico Ámbitos carcinogénicos

A-Aminobifenil

Asbesto

Benceno

Bencina

Berilio

Cromo

Radionucleidos

Cloruro de vinilo

Vejiga

Pulmones, mesotelio

Médula ósea

Vejiga

Pulmones

Vías respiratorias

Médula ósea, pulmones

Hígado

Los carcinógenos ambientales setornan nocivos, en su mayorparte, solo después de suconversión a partir de algunaforma inofensiva.


Los radionucleidos son una clase particular de mutágenos ycarcinógenos. Ya en el siglo XVI, la radiación causaba unaenfermedad mortal al pulmón en los mineros europeos. Ainicios del siglo XX, esta enfermedad se asoció con el radón.

La radiación ionizante se diferencia de la luz visible y deotras radiaciones de bajo nivel en el hecho de que puededesprender electrones a partir de átomos. Cuando este tipode radiación transfiere su energía a una célula y desprendelos electrones orbitales que integran a los átomos enmoléculas, la célula puede morir o sobrevivir dañada. Lamutación resultante puede iniciar el cáncer o transmitirse ala descendencia.

Los estudios realizados en Japón con los sobrevivientes dela bomba atómica —que sirven de base para las normasactuales de exposición a la radiación— indicaron que laleucemia mieloide, un cáncer a la médula ósea, fue el únicoque resultó de la exposición a la radiación. Recientes estudioshan revelado que la exposición ocupacional a la radiaciónionizante de bajo nivel aumenta el riesgo de cáncer en lostejidos respiratorios, digestivos y los que forman la sangre.

Tóxicos del desarrollo

En la sección anterior sobre mutágenos se mencionó quealgunas mutaciones pueden causar anormalidades en la des-cendencia. Los agentes que dañan directamente al feto endosis que no afectan a la madre se clasifican comoteratógenos. Estos son solo un tipo de sustancias tóxicas deldesarrollo. Entre los efectos teratogénicos se pueden men-cionar: órganos o estructuras tisulares anormales, funcio-namiento metabólico o químico deficiente y retardo mental.Algunas anormalidades teratogénicas y disfunciones pue-den ser tan sutiles como para no tener prácticamente efectoalguno sobre el organismo.

Un factor importante que influye en la toxicidad de losteratógenos, además de los factores estándar de toxicidad—magnitud y duración de la exposición— es el tiempo enque ocurre la exposición durante el desarrollo del feto.Cada sistema corporal en desarrollo pasa por un periodocrítico durante el cual es particularmente sensible al desarrolloanormal químicamente inducido. En los seres humanos, la

Las mutaciones y el cáncer sonlos principales problemas de saludrelacionados con la exposición ala radiación.

Los teratógenos son sustanciasque dañan al feto pero no a lamadre.


mayoría de estos períodos de desarrollo crítico se presentanentre la tercera y la duodécima semana de desarrollo delfeto. Por lo general, las anomalías producidas por la expo-sición después de este periodo son menos graves.

Otras sustancias tóxicas que afectan el desarrollo puedenejercer sus efectos durante los primeros años de vida, antesde que todos los sistemas del cuerpo terminen de desarro-llarse. Un ejemplo es el plomo, que puede impedir el creci-miento del sistema nervioso central y causar discapacidadespermanentes en el aprendizaje si los niños lo consumen oinhalan. Otros teratógenos químicos supuestos o conocidosincluyen la dioxina, el mercurio orgánico, el arseniato desodio y el humo del cigarrillo.

15. Describa brevemente el cáncer.

16. Un carcinógeno promotor no puede causar cáncerhasta que sea activado por un __________.

17. ¿Qué es un teratógeno?

Neurotóxicos

La toxicidad puede ocurrir en diversos puntos del sistemanervioso.

• cerebro;• otros cuerpos de células nerviosas;

Un factor crítico en lateratogenicidad es la etapa dedesarrollo del feto en la queocurre la exposición.


• fibras nerviosas;• vainas de mielina que cubren las fibras nerviosas;• uniones de nervio a nervio y de nervio a músculo.

Las células nerviosas tienen una tasa metabólica alta y, porconsiguiente, requieren más oxígeno que otras célulascorporales. Dado que un suministro adecuado de oxígenoes esencial para un buen funcionamiento cerebral, cualquiersustancia que comprometa el flujo sanguíneo al cerebro (elcianuro, por ejemplo) puede causar graves daños.

El plomo es un neurotóxico típico, muy conocido por susefectos perjudiciales. Algunos historiadores creen que lacaída del Imperio Romano puede haberse debido, en parte,a los efectos adversos del plomo en las cañerías. La poten-cia extrema del plomo se atribuye, parcialmente, a susdiversos mecanismos de acción. Puede afectar el funciona-miento neuronal al degenerar los axones, destruir la vainade mielina e interferir con los neurotransmisores químicosen la sinapsis.

Los insecticidas organofosforados (por ejemplo, el malatióny el paratión) también interfieren con la función química deneurotransmisión del sistema nervioso, comúnmente causandebilidad y parálisis y a veces la muerte. Otros ejemplos deproductos neurotóxicos son la acrilamida, el DDT y algunasformas de mercurio.

Hepatotóxicos (tóxicos del hígado)

Como se indicó anteriormente, los efectos tóxicos en elhígado incluyen la acumulación de grasa, la ictericia, lamuerte celular, la cirrosis y el cáncer. Además, las sustan-cias químicas que incrementan o disminuyen los niveles deenzimas metabólicas en el hígado pueden afectar la toxici-dad de otros compuestos mediante la alteración de su meta-bolismo.

El tetracloruro de carbono, probablemente el hepatotóxicomás conocido, no es tóxico para el hígado en su forma nometabolizada. Esta es una de esas sustancias químicas cuyatoxicidad se ve incrementada por el hígado en lugar de dis-minuida. Además, se sabe que los efectos tóxicos deltetracloruro de carbono en el hígado (que incluyen casitodos los extremos tóxicos mencionados anteriormente) seintensifican cuando se exponen previamente al alcohol.

El plomo ataca el sistemanervioso de diversas formas.

El tetracloruro de carbono es unhepatotóxico prominente.


Otros hepatotóxicos comunes son el berilio, el cloroformo,el tricloroetileno y el cloruro de vinilo. El berilio producenecrosis; el cloroformo y el tricloroetileno producen necrosise hígado graso; los vapores de cloruro de vinilo puedencausar cáncer hepático.

Tóxicos pulmonares

Los efectos tóxicos en los pulmones incluyen la irritación yconstricción de las vías respiratorias, la necrosis, el edema(retención excesiva de líquido), la fibrosis (cambios en eltipo o la composición de las células) y el cáncer. Los resul-tados finales varían desde el malestar hasta la asfixia y lamuerte. Aunque los efectos irritantes generalmente sonreversibles, la exposición crónica a un irritante puede con-ducir al daño celular permanente.

El asbesto, el arsénico y la radiación son tres de las causasmás comunes de cáncer de pulmón. El asbesto tambiénpuede causar fibrosis, tal como otros agentes minerales. Lasensibilización alérgica y su posterior irritación y edemason los resultados comunes de la exposición a los compues-tos como el diisocianato de tolueno.

18. Describa cuatro formas en que las toxinas puedenafectar el sistema nervioso.

19. Identifique seis consecuencias de la toxicidad en elhígado.

20. Los efectos irritantes en los pulmones sonirreversibles... ¿siempre, a veces, nunca?

Agentes que causan disfuncionesreproductoras

Los contaminantes tóxicos del aire que causan disfuncionesreproductoras pueden clasificarse en tres tipos generales:

• aquellos que reducen la fecundidad;• aquellos que reducen las oportunidades de que el

embrión o feto sobreviva, y• aquellos que causan efectos teratogénicos.


Ya hemos abordado los teratógenos —productos químicosque causan defectos congénitos— en la clasificación de lostóxicos que afectan el desarrollo.

Los agentes que reducen la fecundidad pueden actuar enlos mecanismos reproductores del hombre o de la mujer.La toxicidad en los ovarios se puede observar mediante laquimioterapia con la radiación. Además, los investigadoreshan informado que algunos hidrocarburos poliaromáticos(PAH, por sus siglas en inglés) afectan directamente a losoocitos. Algunos de estos compuestos, como el benzopirenoy el dimetil-benzantraceno, son productos de combustión.En cuanto al sistema masculino, ya se ha establecidoclaramente que el dibromocloropropano, un insecticida, esun compuesto antiespermatogénico.

Otros agentes tóxicos que provocan efectosagudos o crónicos

Algunos tóxicos no aparecen en las siete clasificacionesanteriormente presentadas. Estos se clasifican de maneramás sencilla según la duración de exposición requerida paraprovocar una respuesta tóxica. Algunos agentes son inten-samente tóxicos y provocan una respuesta solo después deuna exposición de corto plazo. El formaldehído es un agen-te tóxico que produce efectos agudos como irritación de losojos, de la piel y de los revestimientos respiratorios. Otrassustancias requieren una exposición de largo plazo o enforma repetida para tener un efecto. Se dice que dichassustancias presentan una toxicidad crónica.

Aunque el asbesto también es tratado como un tóxicopulmonar, es un ejemplo típico de tóxico que produce efec-tos crónicos. El hecho de que cause escaso o ningún efectoagudo hace que el asbesto sea mucho más insidioso. Obsér-vese que, generalmente, algunos agentes presentan toxici-dad tanto aguda como crónica en diferentes tejidos.

Algunos contaminantes tóxicos del aire pueden inhibir osuprimir el sistema inmunológico. La estimulación ocurremediante uno de varios mecanismos: la producción de unarespuesta alérgica o desencadenando la producción desustancias químicas como el interferón, un intermediario de

Los efectos tóxicos en el sistemainmunológico incluyen tanto laestimulación como la inhibición.


la respuesta alérgica. Las sustancias tóxicas que inhiben elsistema inmunológico pueden aumentar la sensibilidad a lainfección y a veces abren las puertas a la carcinogénesis.

21. ¿Cuáles son los tres tipos generales de disfunciónreproductora?

22. Las sustancias tóxicas que inhiben el sistemainmunológico pueden aumentar las probabilidadesde que el cuerpo desarrolle _________ y _________.



1. Absorción.

2. BCBCBA

3. La forma corporal y el movimiento; la protección de órganos y tejidos; la producción deglóbulos sanguíneos.

4. Efectuar el intercambio de gases en la sangre.

5. Un equilibrio químico adecuado en las membranas de las neuronas y en las brechasexistentes entre ellas es esencial para la transmisión fluida de los impulsos nerviosos.

6. El hígado secreta la bilis, una sustancia que descompone las gotas grandes de grasa yactiva las enzimas que la digieren.

7. Los glóbulos rojos transportan los gases, principalmente O2 y CO2; las plaquetas sonimportantes para la coagulación de la sangre; los leucocitos ayudan a atacar a los agentesque causan enfermedades.

8. Reducción de la fecundidad; deficiencias del embrión para sobrevivir; teratogénesis.

9. Las glándulas endocrinas secretan hormonas que son transportadas por el torrente sanguíneohasta sus puntos de acción.

10. Dado que los riñones se ocupan de procesar la sangre, están expuestos a casi todos losagentes tóxicos ambientales que se introducen en el cuerpo.

11. Eliminación de los agentes infecciosos; vigilancia contra eventuales neoplasias; rechazode los agentes tisulares extraños.

12. Genes.

13. Los mutágenos son sustancias que causan mutaciones o alteraciones en el material genético.

14. La mayoría de las células tiene mecanismos de reparación del ADN; las mutaciones amenudo se corrigen antes de que puedan causar algún daño.

16. Iniciador.

17. Un teratógeno es un producto químico que daña a un feto en desarrollo sin afectar a lamadre.


18. Pérdida de oxígeno en el cerebro; degeneración neuronal; destrucción de la vaina demielina; interferencia química.

19. Alteración de los niveles enzimáticos, cáncer, muerte celular, cirrosis, acumulación degrasas, ictericia.

20. A veces.

21. Disminución del índice de fertilidad y de las probabilidades de supervivencia del embrióno feto, efectos teratogénicos.

22. Infección, cáncer.

Toxicología ambiental • 3-1

Lección 3

Toxicología ambiental

Ingesta

InhalaciónContacto

con la piel ocon los ojos


Preguntas centrales

o ¿Cómo ingresan al cuerpo los contaminantes tóxicos del aire?o ¿Qué se entiende por dosis?o ¿Qué es un tejido diana?o ¿Cómo pueden interactuar las sustancias químicas para modificar los efectos biológicos?o ¿Cuáles son los cuatro principales procesos toxicocinéticos?o ¿Cómo afectan los factores toxicocinéticos la interacción entre un agente y el cuerpo?o ¿Cómo se clasifica a los contaminantes tóxicos del aire según el tipo de sustancias químicas?

Palabras clave

o Dosis absorbidao Efecto aditivoo ADME: farmacocinéticao Antagonismoo Dosis efectivao Exposicióno Efecto localo Potenciacióno Sinergiao Efecto sistémicoo Tejido dianao Tolerancia


Toxicología ambiental

La toxicología es el estudio de las sustancias tóxicas ovenenos. En esta lección, abordaremos la exposición humanay la absorción de las sustancias tóxicas en el ambiente, enparticular en el aire que respiramos. También veremos cómointeractúan los materiales tóxicos entre sí y con el cuerpoen su conjunto, dos factores importantes en la determinaciónde los efectos adversos de los contaminantes del aire en lasalud.

¿Cómo entran al cuerpo loscontaminantes tóxicos del aire?

Las personas están expuestas a las sustancias tóxicas pordiferentes vías. Sin embargo, algunas formas característi-cas de exposición, como la ingesta de alimentos y bebidas,son irrelevantes para ser tratadas en una explicación sobrelos contaminantes tóxicos del aire. Las principales vías deexposición para los contaminantes del aire, clasificadas se-gún su importancia, son las siguientes:

• contacto con la piel o los ojos;• ingesta, e• inhalación.

Todos podemos estar expuestos alas sustancias tóxicas por muchasvías.

Contacto conla piel o con

Ingesta

Inhalación


Generalmente, el primer punto de contacto entre el cuerpohumano y los contaminantes tóxicos del aire es la piel. Sinembargo, a diferencia de las vías respiratorias y el aparatodigestivo, esta no está diseñada para la absorción. Cuandosu superficie no está dañada, la piel sirve como una barreraeficaz contra la mayoría de sustancias extrañas. De los milesde potenciales contaminantes tóxicos del aire, solo pocostienen las características químicas necesarias para serabsorbidos fácilmente por la piel.

Aunque los ojos son solo una vía menor de exposición,deben ser mencionados. Debido a que poseen muchos vasossanguíneos diminutos cerca de la superficie y a que carecende una capa exterior gruesa, absorben las sustancias másfácilmente que la piel. Ciertas sustancias químicas, como elfluoroacetato, se absorben a través de los ojos en cantidadessuficientes como para originar un envenenamiento sistémico.

La ingesta incluye el paso a través del aparato digestivo,aunque esto no solo se aplica a las sustancias que se comen.Las sustancias transportadas por el aire que entran a lasvías respiratorias a través de la boca o la nariz pueden serretenidas en la capa protectora de la mucosa, transportadasa la faringe e ingeridas.

Obviamente, la inhalación por los pulmones es la vía quesupone más problemas en lo que a contaminantes tóxicosdel aire se refiere. La mayoría de las sustancias que seencuentran en los pulmones tienen acceso fácil a la circula-ción por el cuerpo y pueden llegar prácticamente a cual-quier punto de este.

Diferencias entreexposición y dosis

El factor crítico al determinar los efectos adversos para lasalud relacionados con los contaminantes tóxicos del aireno es la exposición a una sustancia sino la cantidad de estasustancia que llega hasta un tejido o célula donde puedeejercer un efecto. La exposición se caracteriza por el contactoentre un agente y un organismo. Ya se produzca en la piel,la boca, el aparato digestivo o en los pulmones, el nivel deexposición es la cantidad disponible de una sustancia parala absorción.

Cuando la piel no está dañada,actúa como una barrera eficazcontra la mayoría de sustanciastóxicas.

La inhalación de sustanciastóxicas constituye la vía quesupone más problemas.preocupación.


La dosis, por otro lado, es la cantidad de una sustanciarealmente absorbida por el cuerpo (recuérdese la distinciónentre “dentro” y “fuera” del cuerpo). Más específicamente,podemos decir que la dosis absorbida es la cantidad de unasustancia que un organismo ha absorbido, mientras que ladosis efectiva es la cantidad de una sustancia que llega auna parte del cuerpo donde puede originar un efectoadverso. Esta es más complicada de determinar que laprimera, porque resulta difícil medir las concentracionesquímicas en partes específicas dentro del cuerpo, y estepresenta, por otra parte, reacciones diversas frente a losagentes. Por estas razones, generalmente la dosis efectivase calcula a partir de la dosis absorbida, y esta, a su vez, sedetermina mediante las concentraciones sanguíneas.

1. Identifique cuatro vías por las cuales las sustanciastóxicas pueden entrar a su cuerpo.

2. ______________ es la cantidad de una sustanciarealmente absorbida por el cuerpo.

a. La dosis.b. La exposición.

La exposición es la cantidad deuna sustancia disponible para laabsorción; la dosis es la cantidadde una sustancia realmenteabsorbida por el cuerpo.


Descripción de los efectos de loscontaminantes tóxicos del aire

Todos los efectos adver-sos para la salud de loscontaminantes tóxicosdel aire se pueden clasi-ficar como locales osistémicos. Los efectoslocales ocurren en lapuerta de entrada; es de-cir, en el lugar donde seproduce la absorción.Las sustancias altamentereactivas tienden a ejer-cer sus efectos localmen-te, en el primer lugar decontacto; en cambio, los

efectos sistémicos ocurren en un lugar distinto, después deque una sustancia ha sido absorbida, distribuida y quizásincluso metabolizada. Los componentes más estables tienenmayores probabilidades de ser transportados por la sangrehasta zonas que presentan una sensibilidad particular a ellos.Algunas sustancias tóxicas, como los plaguicidas organo-fosforados, pueden originar efectos tanto locales comosistémicos.

¿Qué es un tejido diana?

La parte del cuerpo en la que una sustancia química originaefectos adversos se denomina tejido diana. Pero un “tejido”diana puede ser, en realidad, un órgano íntegro, un tejido,una célula o tan solo un componente subcelular. Lasmutaciones, por ejemplo, son efectos subcelulares en losque algunas sustancias químicas tóxicas alteran el materialgenético.

Los siguientes conceptos le ayudarán a comprender cómolos contaminantes tóxicos del aire pueden originar efectosadversos en diversos lugares diana dentro del cuerpo:

• Una sustancia química puede tener más de un tejidodiana.

Los efectos producidos en lapuerta de entrada ocurren en ellugar de la absorción; los efectossistémicos, en cualquier otrolugar.

Sistémico (dolorde cabeza)

Puerta deentrada


• El tejido diana de una sustancia química puede cambiarcon el transcurso del tiempo, con la magnitud de ladosis o la duración de esta.

• Las interacciones químicas y el metabolismo puedencrear sustancias con lugares diana distintos de losque tendría la sustancia química original.

• Sistema nervioso.• Hígado.• Sistema hematopoyético (formación de sangre).• Riñones.• Aparato digestivo.• Piel, vías respiratorias.

Clasificación de la actividad entresustancias químicas

Debido a que generalmente las personas están expuestas amás de un contaminante a la vez, las interacciones quími-cas, al relacionarse con los efectos en la salud, constituyenconsideraciones importantes para determinar los riesgos deexposición de individuos y de la población a los contami-nantes tóxicos del aire. A menudo, las combinaciones desustancias químicas originan efectos diferentes de los quese hubiera predicho para las mismas sustancias de maneraindependiente. Lamentablemente, desconocemos la natura-leza de muchas interacciones. Incluso cuando se conocenlos efectos resultantes de la combinación de dos contami-nantes, la adición de una tercera variable hace que los efec-tos finales sean inciertos. Esta compleja área de estudioconstituye el tema central de diversas investigacionestoxicológicas desarrolladas en la actualidad.

A menudo, la exposición acombinaciones de sustanciasquímicas tiene efectos diferentesde los que tendría una exposiciónindependiente a las mismassustancias.


A continuación se describen los tipos generales deinteracciones químicas que pueden ocurrir y se brindanalgunos ejemplos. Aunque los ejemplos presentados secentran en las interacciones de dos sustancias químicas, losprincipios discutidos también se aplican a la combinaciónde cualquier número de sustancias. Recuerde que lapreocupación aquí no reside en las interacciones químicasen sí mismas (eso queda para los químicos) sino en la formacomo las interacciones alteran los efectos en la salud.

A veces 2 + 2 no es 4

Los efectos de la exposición simultánea a una combinaciónde dos o más sustancias tóxicas se pueden clasificar enalguno de los tres tipos generales que se presentan acontinuación:

• aditivos (adición);• sinérgicos (sinergia), y• antagónicos (antagonismo).

Un efecto aditivo es un efecto combinado de dos o mássustancias químicas que equivale a la suma de los efectosaislados de cada una de ellas. En otras palabras, essimplemente como sumar 2 + 2 = 4. (Estamos suponiendoque los efectos individuales no son directamente contrarios,con lo que tenderían a cancelarse entre sí.) Cada sustanciaquímica realiza sus acciones como si no existiera otra. Estees el efecto observado más común en las exposiciones asustancias químicas simultáneas. Por ejemplo, los efectosde distintos plaguicidas organofosforados se combinan demanera aditiva.

La sinergia supone un efecto combinado de dos o mássustancias químicas que es mucho mayor que la suma delos efectos de cada sustancia por sí sola; o sea, 2 + 2 = 10.El tetracloruro de carbono y el etanol son un buen ejemplo.La exposición simultánea a estas dos sustancias químicas—ambas hepatotóxicas (tóxicos hepáticos)— produce muchomás daño al hígado del que se hubiera producido de maneraaditiva.

La potenciación es un tipo particular de sinergia en el queuna sustancia que no ejerce efecto alguno en determinada

En el sinergismo, dos o mássustancias químicas intensificanlos efectos de cada una de ellas.


zona corporal aumenta los efectos tóxicos de otra sustanciaen dicha zona. Se podría representar este efecto como0 + 2 = 10. A manera de ejemplo, el isopropanol, que noes tóxico para el hígado, potencia la hepatotoxicidad deltetracloruro de carbono.

La interacción de las partículas de gas en los pulmones esun mecanismo sinérgico importante en la toxicología de lacontaminación del aire. A veces, los gases adsorbidos enlas partículas pueden penetrar más profundamente en lospulmones (y, por consiguiente, experimentar mayor absor-ción y ejercer un mayor efecto) que si hubieran sido inhaladosen la fase gaseosa. Un caso típico de esta clase de interacciónes el gas de fluoruro de hidrógeno adsorbido al aerosol desulfato de berilio.

En el antagonismo, dos o más sustancias químicas interfie-ren en las acciones de cada una de ellas (o bien una inter-fiere con la acción de la otra), por lo que el efecto combi-nado es menor que la suma de los efectos químicos indivi-duales: 2 + 2 = 3. La interacción antagónica constituyela base para la mayoría de antídotos de venenos. Asimis-mo, el potencial carcinogénico del arsénico es contrarresta-do de esta manera por el selenio.

Existe un caso especial de antagonismo en el que dossustancias químicas que originan efectos opuestos en lamisma función fisiológica terminan cancelándose entre sí.Esta situación puede representarse mediante la siguienteecuación: -4 + (-4) = 0. Un ejemplo sería la cancelacióndel efecto de un barbitúrico, sustancia que reduce la presiónsanguínea, mediante la administración de un agentevasoconstrictor (constrictor de los vasos sanguíneos) comola norepinefrina.

En el antagonismo, dos o mássustancias químicas contrarrestansus efectos entre sí.

E f e c t o s q u e r e s u l t a n d e l aexpos ic ión s imul tánea ad o s o m á s s u s t a n c i a stóxicas

¿ Q u é s u c e d e ? Equ iva le a

Adi t ivo El e fec to combinado es igua l ala suma de los e fec tosindividuales

2 + 2 = 4

S iné rg i co E l e fec to comb inado es mayorque la suma de los e fec tosindividuales

2 + 2 = 1 0

Antagón ico E l e fec to comb inado es menorque la suma de los e fec tosindividuales

2 + 2 = 3


Una forma de antagonismo entre sustancias químicas esprecisamente la contraria a la potenciación. En ese caso,una sustancia que no origina ningún efecto en un órganoparticular o sistema disminuye la toxicidad de otra(0 + 4 = 1).

La tolerancia es una interacción química comúnmente ob-servada y relacionada con el antagonismo. Es un estado dedisminución de los efectos de una sustancia química queresulta de la exposición previa a dicha sustancia o a otraestructuralmente relacionada. Este fenómeno generalmenteocurre con la administración crónica de medicamentos: conel transcurso del tiempo, se requiere una dosis mayor paraproducir el mismo efecto. La tolerancia con sustancias tóxi-cas puede permitirle a un individuo resistir niveles quenormalmente hubieran sido sumamente tóxicos o inclusoletales. Las pruebas indican que ciertas poblaciones del surde California están desarrollando tolerancia al ozono sim-plemente por estar expuestas a él en el aire ambiental.

Además de la influencia de otras sustancias químicas, comose acaba de explicar, los efectos de una sustancia químicaen el cuerpo dependen, en gran medida, de los efectos delcuerpo sobre ella. La próxima sección se concentra en elimportante tema de la toxicocinética: la absorción, ladistribución, el metabolismo y la excreción de las sustanciasquímicas.

La tolerancia es un estadoreducido de respuesta a unproducto químico.

3. ¿Qué sustancias tienen mayores probabilidades de originar efectos sistémicos?

a. Reactivas.b. Estables.

4. ¿Cierto o falso? Cada sustancia química tóxica tiene como diana un tejido específicoy único.

Combine lo siguiente:

___5. Adición a. 2 + 2 = 10

___6. Antagonismo b. 2 + 2 = 4

___7. Sinergia c. 2 + 2 = 3


Toxicocinética: ADME o qué haceel cuerpo con las sustancias queingresan

Como se mencionó anteriormente, el factor crucial paradeterminar los efectos adversos en la salud que resultan dela exposición a una sustancia química tóxica es la cantidadde esta que llega hasta un tejido diana. Esta dosis efectivadepende, en parte, de cuatro factores, comúnmente resumi-dos por las siglas ADME:

• absorción;• distribución (por determinados lugares de

almacenamiento);• metabolismo (biotransformación), y• excreción.

La absorción es el mecanismo natural por el cual las sustan-cias pasan a través de los recubrimientos del cuerpo paraentrar en este. Una vez que son absorbidas, se distribuyenpor todo el cuerpo a todas las células o bien a uno o varioslugares de almacenamiento específicos. Toda sustancia ab-sorbida puede experimentar también una transformaciónmetabólica en diversas partes del cuerpo. La excreción esuna suerte de proceso opuesto a la absorción: es el trasladode sustancias fuera del cuerpo y los seres humanos tienenvarios mecanismos para hacerlo.

Al estudiar la toxicidad de las sustancias transportadas porel aire, es importante comprender los mecanismos dedestoxificación del cuerpo. La acción biológica de una sus-tancia tóxica puede terminar en el almacenamiento, latransformación metabólica o la excreción; esta última es lamás común.

En la figura 3-1 se muestran las distintas vías por las cualeslos procesos ADME transportan sustancias por todo elcuerpo.

Absorción

Para que un organismo se mantenga vivo, debe tener lacapacidad de tomar de su alrededor los nutrientes que

La toxicocinética se ocupa delmovimiento de las sustanciasquímicas hacia, dentro y fuera delcuerpo.


Figura 3-1. Vías toxicocinéticas

ss

s

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Ingesta InhalaciónContacto

dérmico uocular

Aparatodigestivo Pulmones

Absorciónss

Dis

trib

uci

ón

Hígado

Bilis

Sangre y linfa Fluidosextracelulares Grasa

Órganos

Tejidos blandoso huesos

Almacenamiento

Pulmones Riñones Estructurassecretoras

Vejiga

HecesAire

expiradoOrina Secreciones

Excreción


necesita. En el cuerpo humano, las vías respiratorias y elaparato digestivo están especialmente diseñados para hacereso.

Lamentablemente, este eficiente sistema de absorción denutrientes funciona igualmente bien para la absorción demuchas sustancias tóxicas que entran a los pulmones o alaparato digestivo. Antes de tratar estas dos vías principalesde absorción más detalladamente, veamos cómo las sustanciasatraviesan las membranas celulares.

Las sustancias pueden atravesar las membranas biológicaspor cualquiera de dos mecanismos: el transporte activo opasivo. El transporte pasivo es el traspaso de una membra-na sencillamente por leyes básicas de la física: seguir ungradiente de concentración. Siempre que la membrana seapermeable a la sustancia, esta tiende a moverse de áreas demayor concentración a áreas de concentración inferior. Porotro lado, en el proceso de transporte activo, se emplea laenergía para mover una sustancia a través de una membra-na, de manera que el gradiente de concentración no es unfactor. El transporte activo de algunos elementos traza esfundamental para mantener la vida humana. Lamentable-mente, algunas sustancias tóxicas también pueden aprove-char estos mecanismos de transporte beneficioso.

Otro factor que interviene en el transporte de sustancias através de las membranas es la composición de la membranaen sí. Las membranas biológicas contienen lípidos y, porconsiguiente, son sumamente permeables a las moléculassolubles de lípidos y muy impermeables a todas las moléculassolubles en agua, excepto las más pequeñas.

La piel

La presentación anterior sobre las vías de exposición hu-mana a los contaminantes tóxicos del aire demostró quealgunas sustancias transportadas por el aire pueden atrave-sar la barrera de la piel. La mayoría de sustancias químicasabsorbidas de esta manera pasan a través de la piel misma,las células epidérmicas. Las glándulas sudoríferas y losfolículos del pelo, a pesar de proporcionar acceso fácil alcuerpo, son muy pocos y se encuentran muy distanciadoscomo para producir alguna consecuencia.

Las sustancias pueden cruzar lasmembranas biológicas mediante eltransporte activo o pasivo.


La absorción a través de la piel depende de varios factores:

• Las propiedades de la sustancia química misma.• El espesor de la capa exterior de la piel.• La difusividad de la capa exterior. Por ejemplo, las

sustancias tóxicas cruzan fácilmente la piel del es-croto, la cual es sumamente delgada y tiene altadifusividad. (¿Recuerda la gran incidencia de cán-cer del escroto entre los limpiadores de chimeneasen la Inglaterra del siglo XIX, de la que hablamosen una lección anterior?) En contraste, las sustan-cias tóxicas atraviesan la planta del pie con muchadificultad: a pesar de que esta área presenta la ma-yor difusividad, también tiene la capa exterior másgruesa de la piel.

• Estado de la capa exterior (es decir, si está intacta odañada).

• Contenido de agua de la capa exterior (la altahidratación incrementa la absorción).

A pesar de la gran incidencia de contacto entre la piel y loscontaminantes tóxicos del aire, muy pocas sustanciasquímicas tienen las propiedades necesarias para entrar alcuerpo por esta vía.

Pulmones

Como se hubiera esperado, la mayor cantidad de absorcionesde contaminantes tóxicos del aire ocurre en los pulmones.La captación de productos químicos que se inhalan dependede algunos factores:

• propiedades químicas y físicas de las sustancias;• la anatomía y función respiratoria y cardiovascular

de la persona;• la tasa y profundidad de respiración.

La tasa de absorción de un gas depende, en gran parte, dela presencia de gas en la sangre y de la solubilidad de este.Para los gases de la sangre con baja solubilidad, la tasa deabsorción depende principalmente del flujo sanguíneo a tra-vés de los pulmones. En otras palabras, si una unidad desangre puede tan solo absorber determinada cantidad deuna sustancia, la manera de aumentar dicha absorción seráponiéndola en contacto con más sangre. La tasa de absor-

La absorción de los contaminantestóxicos del aire ocurremayormente en los pulmones.


ción de gases de la sangre con alta solubilidad dependeprincipalmente de la tasa y la profundidad de la respira-ción. O, dicho de otra forma, si la sangre absorbiera unsuministro ilimitado de un gas, entonces la clave para au-mentar la cantidad absorbida sería poner en contacto mayorcantidad de este gas con la sangre que se encuentra en losalvéolos de los pulmones.

El lugar donde se depositarán las partículas inhaladas, yasean líquidas o sólidas, dependerá principalmente de sutamaño. Como señalamos en la lección 2, el movimientomucociliar del aparato respiratorio está diseñado para man-tener las vías respiratorias inferiores libres de partículasextrañas y realiza esta tarea con gran eficiencia. En cam-bio, al no estar diseñado para impedir que el cuerpo absor-ba las sustancias, no es muy eficiente para ello. De hecho,la mayoría de partículas que se inhalan quedan atrapadaspor una cobertura de mucosa móvil y son expulsadas alaparato digestivo, que está especialmente diseñado paraabsorber las partículas sólidas y líquidas.

A pesar de los mecanismos de defensa mencionados, creadosen las vías respiratorias, algunas partículas muy pequeñas(generalmente menores que un micrómetro de diámetro)logran llegar a los alvéolos y puede tomar meses o inclusoaños despejar los pulmones de ellas. Algunas, con el tiempo,pueden alcanzar el sistema de circulación general mediantela absorción en el sistema linfático.

El tamaño de una partículainhalada determina el lugar dondese dispondrá.

Una vez que una sustancia seinhala, generalmente alcanza lacirculación por uno u otro medio.


La siguiente figura ilustra las diversas vías por las cualeslas sustancias inhaladas pueden alcanzar la circulación.

Aparato digestivo

Debido a que las sustancias atrapadas por la cobertura demucosa del aparato respiratorio pueden ser ingeridas con eltiempo, el aparato digestivo constituye una vía posible deexposición para los contaminantes tóxicos del aire bajo laforma de partículas (líquidas o sólidas). La absorción pue-de realizarse a lo largo de todo el aparato digestivo, incluidala boca y el recto, pero el intestino delgado es la zonaprincipal donde ella puede ocurrir. En el intestino delgado,así como en las partes más profundas de los pulmones, lazona superficial se maximiza y la distancia hacia la circula-ción general se minimiza. Aunque la mayor parte de laabsorción ocurre por difusión sencilla, algunas sustanciastóxicas se absorben activamente por medio de mecanismosde transporte intestinal diseñados para la captación denutrientes fundamentales, como el hierro y el calcio.

Todo lo absorbido a través del intestino delgado se despla-za primero al hígado para ser procesado, con lo cual estese convierte en un enlace vital para otros procesostoxicocinéticos de distribución, metabolismo y excreción.Los procesos que puede iniciar el hígado posteriormenteincluyen los siguientes:

• almacenamiento;• secreción dentro de la bilis;• descarga en la circulación general.

8. En el cuerpo humano, la absorción ocurreprincipalmente en __________ y __________

9. Generalmente, ¿dónde terminan las partículasatrapadas en las vías respiratorias?

Una vez que una sustancia es absorbida, se puede distribuira distintas partes del cuerpo de diversas maneras. Ahoracentremos nuestra atención en el segundo procesotoxicocinético de distribución.

El intestino delgado es la zonaprincipal donde ocurre laabsorción de partículas en elaparato digestivo.


Distribución

Una vez que una sustancia es absorbida dentro del torrentesanguíneo, puede alcanzar virtualmente cualquier parte delcuerpo. Sin embargo, todavía deberá dejar el torrentesanguíneo y entrar en las células corporales. La tasa dedistribución a un tejido depende principalmente de dosfactores:

• El flujo sanguíneo a través del tejido.• La facilidad con que la sustancia química atraviesa

la membrana capilar y penetra las células del tejido(es decir, la capacidad que tiene para atravesar lasmembranas celulares). Generalmente, la alta liposolu-bilidad es buena conductora para efectuar el trans-porte a través de membranas biológicas.

Algunas sustancias no atraviesan fácilmente las membranascelulares (a menos que sean transportadas activamente) y,por consiguiente, tienen una distribución limitada. Lassustancias que pasan fácilmente a través de las membranascelulares se distribuyen por todo el cuerpo.

A menudo, después de la exposición, la distribución de unasustancia varía con el tiempo. Por ejemplo, poco despuésde la absorción, la mayor parte del plomo inorgánico selocaliza en el hígado, los riñones y los glóbulos rojos. Sinembargo, dos horas después, 50 por ciento se encuentra enel hígado y un mes después, 90 por ciento del plomo restanteen los huesos.

Eso trae a colación el tema del almacenamiento. Algunassustancias presentan afinidades a ciertos tejidos o compo-nentes tisulares. El almacenamiento a menudo ocurre cuan-do la tasa de absorción de una sustancia es mayor que sutasa de metabolismo o excreción. El siguiente cuadro indicaen qué momento diversas sustancias químicas tienden a acu-mularse en el cuerpo y dónde tienden a ejercer sus efectostóxicos.

Un lugar de almacenamiento puede o no ser el lugar dondeocurre la acción tóxica. Si no lo es, el almacenamiento sepuede considerar un mecanismo protector, porque general-mente cuando un contaminante circula libremente origina

La distribución de una sustanciaen el cuerpo depende del flujosanguíneo y de las propiedadesquímicas de dicha sustancia.


los efectos más perjudiciales. Las sustancias químicas alma-cenadas pueden permanecer en el cuerpo durante años sinefecto adverso evidente (por ejemplo, el DDT), o bien suacumulación puede producir efectos adversos de desarrollolento, como la intoxicación crónica por cadmio.

Metabolismo (biotransformación)

El tercer proceso de la secuencia ADME, el metabolismo,también es conocido —quizá más descriptivamente— comobiotransformación. Comprende la suma de los procesospor los cuales un organismo vivo somete a una sustanciaextraña a un cambio químico. La biotransformación desustancias tóxicas en el cuerpo busca que las sustanciaslipofílicas sean más hidrofílicas o solubles en agua. Losseres humanos cuentan con un arsenal variado de procesosenzimáticos que promueven esta conversión beneficiosa,que ayuda a la excreción de las sustancias nocivas.

Algunos puntos básicos relacionados con la biotransfor-mación son los siguientes:

• El compuesto de origen se puede integrar odescomponer para formar nuevos compuestosllamados metabolitos.

• Los metabolitos pueden ser más o menos tóxicosque el compuesto de origen.

• El órgano principal de la biotransformación es elhígado; también ocurre, vía reacción enzimática, enel plasma de la sangre, los riñones, los pulmones, elaparato digestivo, la piel, las gónadas y la placenta.

Cuadro 3-1. Acumulación de sustancias químicas en el cuerpo

El metabolismo también se conocecomo biotransformación.

El órgano principal de labiotransformación es el hígado.

Sustancia química Lugar dealmacenamiento

Zonas principalesde toxicidad

CadmioMonóxido de carbonoDDTDieldrín (insecticida)FluoruroPlomoParaquatEstroncio

Riñones, tejidoSangreSangreGrasaHuesoHuesoPulmónHueso

Riñones, pulmonesSangreTejidos nerviososDesconocidasHuesoTejidos blandosPulmónHueso


• Algunas sustancias químicas (por ejemplo, los in-secticidas organoclorados como el DDT, ciertos her-bicidas y diversos hidrocarburos poliaromáticos[PAH, por sus siglas en inglés] como el benzopireno)aumentan la cantidad y actividad de las enzimasmicrosómicas. Como resultado, estos inductores quí-micos incrementan su propio metabolismo, lo cualpodría ser protector si dicho metabolismo fueradestoxificante, pero podría ser perjudicial si el meta-bolismo aumentara la toxicidad (por ejemplo, el in-cremento de toxicidad del tetracloruro de carbonoque sigue a la inducción enzimática por el DDT).

• Algunas sustancias químicas (por ejemplo, los in-secticidas organofosfatados, el tetracloruro de car-bono, el ozono y el monóxido de carbono) inhibenlas enzimas microsómicas. Esta inhibición puede darlugar a la persistencia de alguna sustancia que, encondiciones normales, se metabolizaría.

Excreción

Las sustancias pueden salir del cuerpo o excretarse dediferentes maneras. Las cantidades reducidas de sustanciasse pueden eliminar mediante las secreciones de sudor,lágrimas, saliva y leche; sin embargo, así como la piel esuna vía insignificante de absorción, las mencionadassecreciones constituyen vías menores para la excreción desustancias tóxicas.

Una vía algo más significativa son los pulmones, queconstituyen la vía principal de eliminación para las sustanciasque se encuentran en forma gaseosa a la temperatura delcuerpo. El tetracloruro de carbono, incluso cuando se ingiereen forma líquida, se puede excretar parcialmente por lospulmones bajo la forma de vapor.

Como se mencionó anteriormente, el hígado se encuentraen primera línea en la eliminación de las sustancias tóxicasporque procesa toda la sangre que proviene directamentedel intestino delgado. Los tóxicos se pueden secretar en labilis dentro del intestino delgado para eliminarse en lasheces. Esta es la vía primaria de excreción para muchosmetales traza como el cadmio, el mercurio y el plomo, ypara ciertas moléculas grandes, como los plaguicidas.


Los riñones son los órganos principales en la remoción delas sustancias tóxicas del torrente sanguíneo. El procesocomprende la filtración, la difusión y la secreción activa, aligual que con el procesamiento de los productos finales delmetabolismo. Como hemos visto, generalmente la biotrans-formación convierte los tóxicos en sustancias más solublesen agua, las cuales no tienden a reabsorberse y son másfácilmente excretables por los riñones.

Clasificación de los contaminantestóxicos del aire según su tipoquímico

En la lección 2, aprendimos cómo diferenciar loscontaminantes tóxicos del aire por sus efectos adversos,que van desde la irritación hasta la mutación. Esta secciónpresenta un esquema de clasificación basado en el tipoquímico.

Respecto a las sustancias que originan efectos adversos enla salud, es importante recordar que una sustancia químicano tiene que estar en forma gaseosa para originar unproblema de salud como un contaminante tóxico del aire.Las partículas sólidas pequeñas, las neblinas y los vaporespueden ser fácilmente absorbidos a través del tractorespiratorio o aparato digestivo.

En general, todos los compuestos orgánicos de nitrógeno,azufre, fósforo y los halógenos (excepto los fluorocarburos)son potencialmente tóxicos para los seres humanos. Mu-chos compuestos inorgánicos de estas sustancias químicastambién pueden ser tóxicos. Asimismo, los metales pesadosson tóxicos virtualmente en cualquier forma inhalable. Delos metales, solo el mercurio y el selenio ocurren en con-centraciones cuantificables como gases, pero muchos pro-cesos industriales liberan en el aire diversos metalesparticulados.

Los riñones son los órganosprincipales para la remoción delas sustancias tóxicas de lasangre.

10. ¿Cierto o falso? Un lugar de almacenamiento para una sustancia química no puedeser una zona de acción tóxica para ella.

11. El órgano principal de la biotransformación es __________.

12. La mayoría de sustancias tóxicas es removida del torrente sanguíneo por __________.


El cuadro 3-2 presenta diversas categorías químicas paralas sustancias tóxicas del aire. Obviamente, no es una listaexhaustiva pero sí identifica y clasifica muchas de lassustancias químicas más tóxicas. Debe notarse que lascategorías presentadas no necesariamente se excluyenmutuamente. El tetracloruro de carbono, por ejemplo, esun compuesto orgánico y también un compuesto de halógeno.

En la lección 2 revisamos los efectos adversos en la saludque estas sustancias tóxicas pueden originar. En la lección6, estudiaremos más acerca de las fuentes características deestas sustancias químicas.

Cuadro 3-2. Clasificación química de las sustancias tóxicas del aire

Las partículas sólidas pequeñas,las neblinas y vapores, así comolos gases, pueden inhalarse yoriginar efectos tóxicos.

Categoría Ejemplos

Metales pesados y sus compuestos Arsénico, berilio, cadmio, plomo, mercurio, níquel,selenio, óxido de zinc

Minerales de silicato Asbesto

Compuestos de halógeno Dioxinas, ácido clorhídrico, fluoruro de hidrógeno,fosgeno, cloruro de vinilo, tetracloruro de carbono

Compuestos de nitrógeno Aminas, amoniaco, cianuro, nitratos, óxido nítrico,nitritos, urea

Compuestos orgánicos Aldehídos (por ejemplo, acroleína, formaldehído)Alcoholes alifáticos (por ejemplo, alcohol etílico,metanol)Hidrocarburos aromáticos (por ejemplo, benceno)Disulfuro de carbonoHidrocarburos alifáticos clorados (por ejemplo,tetracloruro de carbono y cloroformo)GlicolesCompuestos de fósforo orgánico (por ejemplo, variosplaguicidas)

Compuestos de azufre Disulfuro de carbono, sulfuro de hidrógeno,mercaptanos, sulfatos, sulfitos, ácido sulfúrico

Compuestos radiactivos Actinios (por ejemplo, plutonio y uranio)Elementos de tierra alcalina (por ejemplo, radio yestroncio)YodoLantánidos (por ejemplo, cerio)Radón y sus productos radiactivos sólidos (radondaughters)Tritio


13. ¿Cierto o falso? En general, los halógenos sonpeligrosos para los seres humanos expuestos a ellos.


1. La piel, los ojos, la inhalación, la ingesta.

2. a

3. b

4. Falso.

5. b

6. c

7. a

8. Los pulmones o las vías respiratorias; los intestinoso el aparato digestivo.

9. En el aparato digestivo.

10. Falso.

11. El hígado.

12. Los riñones.

13. Cierto.

Medición y valoración de los efectos adversos en la salud • 4-1

Lección 4

Medición y valoración de los efectosadversos en la salud


Preguntas centrales

o ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar estudios realizados con seres humanos paradeterminar los niveles inadmisibles de exposición humana a sustancias químicas?

o ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar estudios realizados en animales para determinarlos niveles inadmisibles de exposición humana a sustancias químicas?

o ¿Qué extrapolaciones presupone el aplicar los datos obtenidos en estudios con animales delaboratorio a situaciones humanas de la vida real?

o ¿Cómo se usan los diferentes tipos de estudios toxicológicos?o ¿Qué es el valor umbral?o ¿Qué es el factor de riesgo unitario?o ¿Cuál es la finalidad de fijar el valor umbral límite?

Palabras clave

o Estudios crónicoso Epidemiologíao Extrapolacióno DL50 (dosis letal media)o Mutagénesiso Estudios de corto plazoo Estudios subcrónicoso Teratogenicidado Valor umbralo Valor umbral límite (TLV)o Factor de riesgo unitario


Medición y valoraciónde los efectos adversosen la salud

A fin de reglamentar los contaminantes del aire nocivospara los seres humanos, el gobierno de los Estados Unidosrequiere conocer los niveles críticos de tales sustancias tóxi-cas. Sobre todo, es importante establecer el nivel deconcentración en el cual una sustancia se torna inadmisible-mente tóxica para los seres humanos. Asimismo, el gobiernofederal reconoce como una obligación no restringir la in-dustria innecesariamente al reglamentar sustancias químicasque no representan una amenaza para la salud. Diversosestudios permiten calcular los niveles tóxicos críticos de lassustancias químicas en favor de los esfuerzos reglamenta-rios. Estos estudios se clasifican en dos grandes categorías:estudios realizados con seres humanos y estudios efectua-dos en animales.

Estudios realizados con sereshumanos

Dado que el efecto de los contaminantes tóxicos del aire enla salud humana constituye la principal preocupación rela-cionada con dichas sustancias, los estudios realizados conseres humanos constitu-yen el patrón de compa-ración ideal para identi-ficar los niveles tóxicos.Desde luego, desde elpunto de vista ético, losinvestigadores no puedensometer a los seres hu-manos a sustancias quese sabe o se cree que sonnocivas. Por ese motivo,la mayoría de los datossobre efectos en la salud se recogen “después de los he-chos”, en estudios de observación antes que experimenta-

La principal preocupación quegeneran los contaminantes tóxicosreside en los efectos que tienen enla salud humana.


les. Estos últimos generalmente se realizan en animales.Los estudios de observación llevados a cabo con seres hu-manos pueden adoptar diversas formas, desde estudios clí-nicos o informes de casos sobre individuos expuestos hastainvestigaciones epidemiológicas controladas de poblacionesexpuestas.

Informes de casos

Los informes de casos pueden ser reportados por el propioindividuo afectado o recogidos por el personal médico. Eneste tipo de estudio, una vez que se identifica un problema,se intenta reconstruir los sucesos que condujeron a él. Es-tos estudios pueden ser sumamente útiles: los primerosindicios de que el benceno causa leucemia a los seres hu-manos provienen de una serie de informes de casos. Noobstante, este tipo de estudios no proporciona buenos datosindependientes. Debido a que los informes de casos sonaltamente anecdóticos, su uso es limitado para establecerconexiones causales entre las sustancias químicas y los efec-tos adversos en la salud.

Estudios epidemiológicos

La epidemiología es el estudio de la distribución y frecuen-cia de una enfermedad en una población específica. Larecopilación de este tipo de información constituye a menu-do un importante primer paso para detectar el origen de losefectos adversos en la salud. Los estudios epidemiológicosse dividen en dos tipos principales:

• descriptivo;• analítico.

Descriptivos

Los estudios epidemiológicos descriptivos generan hipótesisacerca de las causas de las enfermedades al vincular lastasas de estos males en las poblaciones humanas condiferencias en cuanto a la exposición ambiental. Los mapasde incidencia de cáncer diseñados por condado por laSociedad Estadounidense de Cáncer (American CancerSociety) son resultado de este tipo de estudios.

La epidemiología es el estudiode la distribución y frecuenciade una enfermedad en unapoblación específica.


Un defecto de los estudios descriptivos es que solo proveenhipótesis; es decir, conjeturas probables, fundamentadas enevidencia circunstancial. Al igual que los informes de casos,si estos estudios no cuentan con datos de apoyo adicionales,resultan inadecuados para identificar las relaciones de causay efecto.

Analíticos

Los estudios epidemiológicos analíticos son los medios prin-cipales para establecer relaciones causales entre sustanciasespecíficas y efectos adversos en la salud humana.

Las dos categorías principales de estudios analíticos sonestudios de cohorte y estudios de casos y controles.

En un estudio de cohorte, el estado de salud de los individuosexpuestos o los que presentan determinado factor de riesgose rastrea y compara con el estado de salud de los individuosno expuestos o con el de aquellos que no presentan dichofactor. En otras palabras, se rastrea a los sujetos a los quese supone susceptibles para ver si experimentan los resultadosesperados en una tasa diferente de la población general.Generalmente, los dos grupos se comparan mediante lastasas de incidencia o mortalidad para la condición que seestudia.

En un estudio de casos y controles, los dos grupos decomparación son los siguientes:

• individuos con una enfermedad o condición particular(casos).

Una deficiencia de los estudios decasos que se llevan a cabo conseres humanos es la dificultad deencontrar un grupo de controlapropiado.


• individuos similares sin la condición particular(controles).

Los individuos de estos grupos se evalúan según susantecedentes de exposición al presunto agente o agentescausales. Sin embargo, al igual que en los informes decasos, los estudios de casos y controles tienen una debilidadinherente y es el hecho de que dependen, en parte, de lainformación (sea registrada o recordada) acerca de lasexposiciones pasadas. Otra deficiencia reside en la dificultadpara encontrar grupos de control apropiados, personassimilares a los casos salvo por la ausencia de la condiciónque se estudia.

Debido a las diversas dificultades asociadas con estudiosrealizados con seres humanos, los estudios sobre efectos enla salud relacionados con exposiciones tóxicas más genera-lizados y útiles se llevan a cabo en animales.

Estudios en animales

El trabajo con animales permite a los investigadores elimi-nar algunos de los problemas que implican los estudiosrealizados con seres humanos. La diferencia básica es quelos estudios en animales pueden basarse en diseños experi-mentales antes que en diseños de observación. Ello permitea los investigadores tener mayor control sobre las condicio-nes de exposición, la población expuesta (y la poblaciónusada como grupo de control) y los efectos medidos. Unaventaja importante de este tipo de control es que se puedecontar con un estudio y con grupos de control más homo-géneos. Además, todas las actividades de estudio, desde laexposición y el dosaje hasta la observación y evaluación delaboratorio, pueden ser más sistemáticas y estandarizadas yde ese modo mejorar la validez de los resultados. Dado quelos estudios en animales permiten un control tan minuciosode los procedimientos y variables, pueden establecer rela-ciones verificables entre la exposición a una sustancia y losefectos tóxicos resultantes en los sujetos de prueba.

Limitaciones de los estudios toxicológicos

Aunque los estudios realizados en animales ofrecen muchasventajas obvias sobre los estudios llevados a cabo con seres

Los estudios realizados en animalespueden basarse en diseñosexperimentales antes que endiseños de observación.


Los datos recogidos a partir deanimales en un ambientecontrolado pueden o no serválidos para los humanos en elmundo real.

humanos, también presentan una clara desventaja: losanimales de laboratorio no constituyen el principal objetode interés. Los datos adquiridos a través de los estudiostoxicológicos deben transformarse o extrapolarse antes deque puedan usarse para indicar cómo es la respuesta humanaa la exposición tóxica.

El uso de los datos toxicológicos provenientes de estudiosrealizados en animales para reglamentar las exposicioneshumanas reales a sustancias tóxicas implica tres extrapo-laciones problemáticas:

• del animal al ser humano;• del laboratorio a la vida real, y• de una dosis alta a una dosis baja.

No hay ninguna garantía de que los datos recogidos a partirde animales en un ambiente controlado sean válidos paralos seres humanos en el mundo real. Además, los estudiosde toxicidad animal generalmente usan dosis sumamentealtas para forzar respuestas mensurables. ¿Quién puedeasegurar que los datos adquiridos de esta manera puedenextrapolarse significativamente para indicar efectos asociadoscon la exposición a dosis menores?

1. ¿Cuál es la principal desventaja de usar estudiosrealizados con seres humanos para evaluar los efectosadversos en la salud por exposición a contaminantestóxicos del aire?

2. ¿Qué es epidemiología?

3. ¿Cuál es la mayor ventaja de los estudios realizadosen animales en comparación con los estudios efectuadoscon seres humanos?


4. ¿Cuáles son las tres extrapolaciones problemáticasque es necesario establecer cuando se usan datostoxicológicos provenientes de estudios realizados enanimales para reglamentar la exposición humana alas sustancias tóxicas?

Tipos de estudios toxicológicos

En los animales se realizan diversos tipos de estudiostoxicológicos, los cuales tienen como finalidad general iden-tificar los tipos de efectos adversos en la salud causadospor una sustancia química y la variedad de dosis sobre lascuales se producen los efectos. Estos estudios pueden agru-parse en cuatro categorías principales y cada una tiene usosespecíficos diferentes:

• de corto plazo;• subcrónicos;• crónicos, y• especiales (pruebas de mutagénesis y

teratogénesis).

Estudios de corto plazo

A los estudios de corto plazo también se les llama estudiosde toxicidad aguda porque se basan en los efectos tóxicosproducidos por una sola exposición a determinada sustan-cia. Los estudios de este tipo se usan principalmente paracalcular la dosis letal media de sustancias no carcinogénicas(LD50), la dosis de determinada sustancia que es letal parala mitad de la población expuesta. Conocer este valor esimportante para realizar estudios de larga duración, puestoque los investigadores se verían en problemas si los anima-les sometidos a prueba murieran en la mitad del estudio.Las pruebas agudas también pueden revelar el sistema deórganos diana de una sustancia, lo que constituye informa-ción importante en el diseño de pruebas adicionales. Asi-mismo, la comparación de los valores DL50 de sustanciasquímicas revela sus niveles relativos de toxicidad.

Los estudios de corto plazose usan para calcular ladosis letal media.


Los estudios subcrónicos ayudan aidentificar los órganos o tejidosdiana que sufren efectosperjudiciales por la exposición auna sustancia particular.

Estudios subcrónicos

Los estudios subcrónicos o prolongados generalmente im-plican la dosificación diaria o intermitente durante variosdías, semanas o meses. Este tipo de pruebas puede ayudara identificar los órganos o tejidos diana que, de maneraespecífica, sufren efectos perjudiciales por la exposición auna sustancia particular. También ofrecen una oportunidadpara observar cómo afecta a la respuesta tóxica el periodode exposición. Para los agentes no carcinogénicos, los es-tudios subcrónicos suelen ser suficientes para precisar elvalor umbral, dosis bajo la cual no se observan efectosadversos significativos en la salud.

Estudios crónicos

Los estudios crónicos suponen una dosificación diaria ointermitente durante una fracción significativa del periodode vida, en general alrededor de dos años. Aunque puedenutilizarse para comprobar y perfeccionar los datos de losestudios subcrónicos, se usan principalmente para determinarel potencial carcinogénico de los productos químicos. A finde evaluar la presencia de cáncer, los investigadores realizanexámenes patológicos completos en todos los sujetos deprueba, tanto aquellos que mueren durante el estudio comoaquellos que sobreviven a la exposición crónica. Inclusolos tumores benignos se consideran evidencia del potencialcarcinogénico, porque se acepta ampliamente que ningunasustancia química causa exclusivamente tumores benignos:como dice el refrán, cuando el río suena, es porque piedrastrae.

Estudios especiales

Ciertos estudios toxicológicos se definen antes por el sujetoobservado que por su duración. Algunas pruebas están espe-cíficamente diseñadas para evaluar el potencial demutagénesis de las sustancias químicas. La mutagénesis esla capacidad de dichas sustancias para alterar el materialgenético en el núcleo de las células en formas que puedentransmitirse durante la división celular. Dado que la muta-génesis a menudo conduce a la carcinogénesis, las pruebasmutagénicas generalmente se usan para seleccionar los

Los estudios crónicos se usanprincipalmente para determinar elpotencial carcinogénico de lassustancias químicas.


carcinógenos potenciales. Una ventaja de las pruebasmutagénicas es que pueden realizarse in vitro (esto es, fue-ra del organismo). En consecuencia, los resultados puedenobtenerse más rápido y a menor costo que con estudiosrealizados en organismos animales. Sin embargo, dado quesolo proporcionan una aproximación general de la respues-ta del animal, los resultados son solo indiciarios y no con-cluyentes.

Otros estudios se centran en los efectos teratogénicos de lassustancias químicas. La teratogenicidad es la aparición dedefectos en un organismo mientras se desarrolla, entre laconcepción y el nacimiento.

Los estudios multigeneracionales están diseñados para de-terminar los efectos de las sustancias químicas en el sistemareproductor. Tales estudios se realizan de manera caracte-rística en tres generaciones de las especies bajo prueba.

5. ¿Cuál es la finalidad principal de los estudiostoxicológicos de corto plazo?

6. Los estudios__________ ayudan a identificar lostejidos u órganos diana que sufren efectos perjudicialespor la exposición a una sustancia particular.

7. ¿Cuál es el principal uso de los estudios crónicos?

8. ¿Qué es la mutagénesis?

Cuantificación de la respuesta yclasificación del riesgo

Una de las metas principales de los estudios sobre efectosadversos en la salud es identificar medidas cuantificables de

La mutagénesis es la capacidad delas sustancias químicas de alterarel material genético de las célulasen formas que pueden transmitirsedurante la división celular.


los niveles críticos de las sustancias tóxicas. En cuanto a losestudios en sí, ello implica la identificación de diversosniveles de respuesta, algunos de los cuales se tratarán acontinuación. En cuanto al establecimiento de la reglamen-tación, se han desarrollado diversos sistemas de clasifica-ción de riesgos, especialmente para la carcinogenicidad.Algunos de estos esquemas de clasificación de riesgo decáncer también se describirán posteriormente.

Niveles de respuesta

Los estudios toxicológicos en animales y otros experimentoscontrolados procuran establecer diversas dosis críticas desustancias. Para los no carcinógenos, estas dosis incluyenlas siguientes:

• Valor umbral, la dosis mínimamente efectiva de cual-quier producto químico que provoca una respuesta.

• DL50, dosis letal media.• NOEL, nivel de efecto no observable.• NOAEL, nivel de efecto adverso no observable.• LOEL, nivel mínimo de efecto observable.• LOAEL, nivel mínimo de efecto adverso observable.

La dosis crítica comúnmente usada para los no carcinógenoses el valor umbral, un punto teórico por encima del cual seobservan efectos mientras que por debajo no. Comúnmentese considera al umbral como el valor intermedio entre elNOEL y el LOEL. A veces, para ahorrar tiempo y por pre-caución, se usa el NOEL como una aproximación conser-vadora al umbral para determinar los niveles seguros deexposición.

El valor umbral es el punto deconcentración por encima del cualse observan efectos y por debajodel cual no se advierte efectoalguno.

El valor umbral a menudo secalcula como el valor intermedioentre el NOEL y el LOEL.


En general, se cree que los carcinógenos presentan un ries-go finito, incluso en niveles moleculares de dosificación;por consiguiente, no presentan un valor umbral. Esta hipó-tesis merece mayor investigación, en particular para loscarcinógenos que no actúan directamente en el ADN. Enefecto, algunos estudios han identificado el NOEL en pre-suntos carcinógenos. Sin embargo, la mayoría de losinvestigadores atribuye tales resultados al hecho de que laspruebas en animales tienen un poder limitado para detectarefectos.

Niveles de riesgo

Muchos grupos han creado sistemas para clasificar loscontaminantes tóxicos del aire según los niveles de riesgo.La principal preocupación reflejada en la mayoría de lossistemas es el riesgo carcinogénico. A continuación se esbozaalgunos de los esquemas de clasificación más comunes.

Factor de riesgo unitario

El Grupo de Evaluación Carcinogénica (CarcinogenicAssessment Group, CAG) usa lo que llama “factor de riesgounitario” para establecer los niveles de riesgo de lassustancias tóxicas. El factor de riesgo unitario es el riesgoasociado con 70 años de exposición a un microgramo deuna sustancia por metro cúbico de aire. En general, unriesgo de cáncer de una o menos de una muerte en excesoen un millón se considera aceptable.

Valores umbral límite (TLV)

En 1983-1984 la American Conference of GovernmentalIndustrial Hygienists (ACGIH) creó un esquema declasificación para los niveles seguros de exposiciones asustancias químicas tóxicas. Este esquema se basa en valoresumbral límite (TLV, por sus siglas en inglés) y se divide entres categorías:

• Concentración promedio ponderada en el tiempo(TWA, por sus siglas en inglés), basada en unajornada laboral de ocho horas y una semana laboralde 40 horas.

El factor de riesgo unitario es elriesgo asociado con 70 años deexposición a 1a concentración de1µg/m3 de una sustancia en elaire.


• Límite de exposición de corto plazo (STEL, por sussiglas en inglés), para un periodo de exposición corto(usualmente, 185 minutos).

• Valor techo (TLV-C, por sus siglas en inglés), valorque no debe excederse ni aun ligeramente.

Estos tres niveles críticos (TWA, STEL, TLV-C) se hanestablecido para más de 600 sustancias químicas. Estosvalores se conciben solo para prevenir los efectos agudos yno se actualizan regularmente. La American Conference ofGovernmental Industrial Hygienists establece explícitamenteque los TLV no se deben usar como índices de toxicidad nien evaluaciones de salud ambiental.

Otros índices de riesgo carcinogénico

La Agencia Internacional de Investigación del Cáncer(International Agency for Research and Cancer, IARC) hacreado el siguiente esquema de clasificación de carcinoge-nicidad:

• Categoría 1: carcinogénico para los seres humanos,con evidencia epidemiológica suficiente.

• Categoría 2A: probablemente carcinogénico para losseres humanos, generalmente con evidencia limitadasobre seres humanos.

• Categoría 2B: probablemente carcinogénico, pero,por lo general, sin evidencia sobre seres humanos.

• Categoría 3: evidencia suficiente de carcinogenicidadobtenida en animales de laboratorio.

La EPA clasifica el potencial carcinogénico de los agentessegún el siguiente esquema:

• Grupo A: carcinógenos humanos, con evidenciasuficiente obtenida de estudios epidemiológicos.

• Grupo B1: carcinógenos humanos probables, conevidencia limitada de estudios epidemiológicos.

• Grupo B2: carcinógenos humanos probables, conevidencia suficiente de estudios realizados en animalesy evidencia inadecuada o inexistente a partir deestudios epidemiológicos.


• Grupo C: carcinógenos humanos posibles, con evi-dencia limitada de estudios en animales y sin infor-mación sobre los seres humanos.

• Grupo D: no clasificado debido al carácter inade-cuado de los datos sobre humanos y animales.

• Grupo E: sin evidencia de carcinogenicidad en losseres humanos, a partir, al menos, de dos estudiosen animales de diferentes especies o en estudios rea-lizados en animales y en seres humanos.

9. ¿Qué es el valor umbral?

10. ¿En qué consiste el factor de riesgo unitario?

11. ¿Con qué objeto se fijan valores umbral límite?


1. Desde el punto de vista ético, los seres humanos no pueden ser sometidos a sustanciasreconocidas como nocivas o sospechosas de serlo.

2. El estudio de la distribución y frecuencia de una enfermedad en una población específica.

3. Los estudios realizados en animales se basan en diseños experimentales antes que endiseños de observación. Esto permite ejercer un mayor control sobre las condiciones deexposición, la población expuesta y los efectos medidos.

4. Del animal al ser humano, del laboratorio a la vida real y de una dosis alta a una dosisbaja.

5. Calcular la dosis letal media de las sustancias no carcinogénicas.

6. Subcrónicos.

7. Determinar el potencial carcinogénico de una sustancia química.

8. Es la capacidad de las sustancias químicas para alterar el material genético en el núcleode las células en formas que pueden transmitirse durante la división celular.

9. Un punto teórico por encima del cual se observan efectos y por debajo del cual no.

10. Es el riesgo asociado con 70 años de exposición a un microgramo de una sustancia pormetro cúbico de aire.

11. Para prevenir efectos agudos.

De la identificación de problemas a la reglamentación • 5-1

Lección 5

De la identificación de problemasa la reglamentación


Preguntas centrales

o ¿De qué manera ha usado la EPA reglamentos basados en riesgos para la salud?o ¿Por qué los reglamentos basados en riesgos para la salud son difíciles de aplicar a los con-

taminantes peligrosos del aire?o ¿Qué reglamentos basados en tecnologías de control ha usado la EPA?o ¿Cómo se han venido usando los análisis de riesgos en la fijación de normas de emisión?

Palabras clave

o Contaminantes criterioo Contaminantes peligrosos del aireo Normas Nacionales de Calidad del Aire Ambiental (NAAQS, por sus

siglas en inglés)o Máximo de Tecnología de Control Disponible (MACT, por sus siglas

en inglés)o Martillo del MACT


El gobierno de los Estados Unidos se vio en la obligaciónde reglamentar los niveles seguros de los contaminantes delaire, luego de que diversos estudios indicaran que algunasde estas sustancias eran peligrosas para la salud. La EPA,que tiene la misión y la facultad de fijar normas de emisión,se propuso determinar los niveles críticos de dichas sustan-cias sobre la base de los riesgos que estos niveles presentabanpara la salud. Sin embargo, rápidamente se descubrió queera una tarea casi imposible y los reglamentos para loscontaminantes peligrosos del aire se retrasaron. Las En-miendas de la Ley del Aire Limpio (1990) fueron, en parte,diseñadas para remediar esa situación. Ellas solucionaronel problema al desplazar la base de los reglamentos paradichos contaminantes de los riesgos para la salud a la tec-nología de control disponible. Antes de analizar el sistemaregulador basado en las tecnologías de control, veamos decerca los reglamentos basados en los efectos para la saludde la Ley del Aire Limpio de 1970 (Clean Air Act).

Diversos estudios revelaron quealgunos contaminantes del aireson peligrosos para la salud, demanera que el gobiernonorteamericano tuvo quereglamentarlos.

De la identificación deproblemas a la reglamentación


Reglamentos basados en los efectospara la salud

El propósito fundamental de la Ley del Aire Limpio de1970 fue proporcionar el mecanismo de reglamentaciónnecesario para reducir las concentraciones de contaminantesnocivos del aire a niveles que originen efectos adversos nosignificativos para la salud. Este esfuerzo ha sido sumamenteexitoso para un grupo de sustancias frecuentes en el aireambiental.

Normas Nacionales de Calidad del AireAmbiental (NAAQS, por sus siglas en inglés)

A fines de los años cuarenta y principios de los cincuenta,muchas personas observaron un cambio en la calidad delaire alrededor de áreas densamente pobladas, especialmenteen zonas metropolitanas importantes como las ciudades deNueva York y Los Ángeles. Las investigaciones sobre lascausas de este smog proporcionaron algunos resultadosincreíbles:

• Los productos químicos responsables de este cam-bio provenían principalmente del uso de combusti-bles fósiles para el funcionamiento de los vehículosde transporte.

• Aunque el smog era más perceptible en las áreasdensamente pobladas, los productos químicosinvolucrados se encontraban en casi todo el aire am-biental.

Se realizaron diversos estudios para determinar si esos pro-ductos químicos de amplia cobertura eran nocivos paraquienes los respiraban. Numerosos estudios indicaron que,efectivamente, esas sustancias tenían consecuencias adver-sas para la salud humana, desde irritación de ojos y dolorde garganta hasta bronquitis y efectos más graves. Estoshallazgos hicieron noticia y se solicitaron más estudios. Afinales de los años sesenta, los datos sobre los niveles noci-vos y los efectos de esas sustancias ya eran suficientes comopara que el Congreso norteamericano pudiera establecerreglamentos concernientes a los niveles aceptables en elaire ambiental. En un documento sobre criterios de la cali-

La Ley del Aire Limpio de 1970proporcionó un mecanismo dereglamentación para reducir loscontaminantes nocivos del aire.

Los contaminantes criteriooriginan efectos adversos para lasalud y se pueden encontrar en elaire ambiental.


dad del aire, se compiló la información sobre cada uno deestos productos químicos, que terminaron llamándose con-taminantes criterio.

Actualmente, las Normas Nacionales de Calidad del AireAmbiental reglamentan los siguientes contaminantes criterio:

• monóxido de carbono (CO);• plomo (Pb);• dióxido de nitrógeno (NO2);• ozono (O3);• material particulado menor de 10 micrómetros de

diámetro (PM10) y material particulado menor de 2,5micrómetros de diámetro (PM2,5)

• dióxido de azufre (SO2).

Normas Nacionales de Emisión para losContaminantes Peligrosos del Aire (NESHAP,por sus siglas en inglés)

Desde luego, en 1970 el aire ambiental ya contenía otrassustancias tóxicas además de los contaminantes criterio, locual fue especialmente cierto dentro y alrededor de lasinstalaciones industriales. Todos los contaminantes no criteriose agruparon bajo el término contaminantes peligrosos delaire. Para estos contaminantes, la Ley del Aire Limpio de1970 sancionó normas basadas en los riesgos que ellossuponían para la salud, establecidas en un nivel que protegíala salud pública con un amplio margen de seguridad.

La Ley del Aire Limpio de 1970ordenó normas basadas en losriesgos para la salud.

Mediante normas basadas en losriesgos para la salud, solo seidentificaron seis contaminantescriterio y ocho contaminantespeligrosos del aire.

Contaminantespeligrosos del aire

(8)

Contaminantestóxicos del aire

(cientos)

Contaminantescriterio

(6)


La EPA, en particular, quería especificar el nivel crítico enel cual un contaminante peligroso del aire aumenta laincidencia de un efecto adverso por uno en un millón sobrela incidencia general en la población. Lamentablemente,muchas de las sustancias que generaban preocupación noeran las que habían capturado los titulares de los periódicosdurante los años cincuenta y sesenta. Por otro lado, losestudios fueron completamente inadecuados para producirdatos tan precisos como los que habían llamado la atenciónde la opinión pública en las décadas anteriores.

Desde 1990, la EPA ha venido regulando las emisiones de188 contaminantes peligrosos a través de la promulgaciónde Normas Nacionales de Emisión para los ContaminantesPeligrosos del Aire (NESHAP). Actualmente, la gran ma-yoría de las normas de emisión ya ha sido promulgada.

¿Por qué son difíciles de aplicar losreglamentos basados en los efectos para lasalud?

Por diversas razones, el mecanismo de reglamentación im-plantado por la Ley del Aire Limpio de 1970 falló en laimplementación de normas para los contaminantes peligro-sos del aire. En primer lugar, las sustancias de interés no separecían en nada a los contaminantes criterio, que se en-contraban básicamente en todas partes. Generalmente, loscontaminantes peligrosos del aire son productos químicosprovenientes de fuentes específicas que afectan solo a áreasaisladas. Tales productos no generaron preocupación pú-blica porque se supuso que si las personas lo deseaban,podían evitar la exposición. Las descargas químicas acci-dentales que afectaron a la población en general —especial-mente la de Bhopal, India, en 1984— ayudaron a captar elapoyo público necesario para la reglamentación de dichoscontaminantes. El movimiento de salud ocupacional tam-bién presionó para que el gobierno norteamericano los con-trolara mejor.

Otro problema con la reglamentación de los contaminantespeligrosos a través de la legislación de 1970 fue que mu-chos son carcinogénicos. En la lección 4, vimos que loscarcinógenos no tienen dosis mínima; incluso la cantidad

Generalmente, los contaminantespeligrosos del aire son productosquímicos provenientes de fuentesespecíficas que afectan a áreasaisladas.


más pequeña puede producir cáncer. La Ley de 1970 fueexplícita al requerir una norma segura de emisión que pro-porcionara un amplio margen de seguridad. Obviamente,esto resultó imposible para los carcinógenos, salvo que sepensara en la eliminación total de las sustancias de la at-mósfera, lo que era igualmente imposible.

Como si fuera poco, existía, además, el problema de lafalta de datos sobre este tipo de productos químicos. Auncuando existiera información disponible, siempre surgía eltema constante de la validez de los datos toxicológicos. ¿Sepuede aplicar a los seres humanos resultados de estudiosrealizados en animales? ¿Es posible que estudios de uno ados años de duración indiquen con exactitud las consecuen-cias de la exposición durante periodos más largos, inclusotoda una vida? Es más: los seres humanos rara vez estánexpuestos a un contaminante peligroso del aire de maneraaislada. Las exposiciones a sustancias químicas diversas,que son propias de la vida real, generan todos los comple-jos factores relativos a las interacciones químicas: sinergia,antagonismo, potenciación, etcétera. En términos sencillos,demasiadas variables influyen en la aparición de efectosadversos en la salud de los seres humanos. A menudo, losinvestigadores no están seguros de realizar las extrapola-ciones y suposiciones necesarias para extraer conclusionescuando entran en escena la legislación y las eventuales res-ponsabilidades legales.

Surgieron con frecuencia nuevos problemas sobre las po-cas sustancias para las cuales se habían implantado normas.A veces, las normas de emisión reguladas eran imposiblesde cumplir con la tecnología existente en ese momento. Porlo tanto, no se alcanzó la mayoría de objetivos de reduc-ción de emisiones. Los representantes del gobierno de losEstados Unidos sabían que se necesitaba una base nueva yviable para reglamentar los contaminantes peligrosos delaire y comenzaron por revisar la legislación de 1970. LaLey de 1990 enmendó muchas deficiencias de la versión de1970.

Los representantes del gobiernode los Estados Unidos se dieroncuenta de que se necesitaba unnuevo método para reglamentarlos contaminantes peligrosos delaire.


Reglamentos basados en tecnologíasde control

Los primeros esfuerzos para establecer normas de emisiónbasadas en tecnologías de control aparecieron, en realidad,con la Ley del Aire Limpio de 1970. Según la legislación,algunos emisores de contaminantes tóxicos del aire, a finde controlar sus emisiones, debían aplicar o bien unatecnología de control disponible suficientemente razonable(RACT, por sus siglas en inglés) o bien la mejor tecnologíade control disponible (BACT, por sus siglas en inglés). Sinembargo, el proceso de implementación fue sumamentecomplejo y rara vez se usaron dichos reglamentos.

La Enmiendas de 1990 eludieron el problema que suponíael identificar los niveles críticos de contaminantes peligrososdel aire al proporcionar una lista extensa de 188 de estassustancias con sus nombres químicos y categorías y mediantela implementación de reglamentos viables de aplicar, basadosen tecnologías de control. Esencialmente, la EPA pasó dedecir:“Paciencia, estamos tratando de identificar algunoscontaminantes peligrosos del aire y sus niveles críticos”, aafirmar: “Estos son los contaminantes peligrosos del aire;aquí están sus fuentes características y la tecnología de controldisponible.¡Reduzcamos en algo las emisiones!” Lastecnologías de control de la contaminación requeridas sedividen en diversas clasificaciones, según los contaminantesy las fuentes.

La Enmienda de 1990proporcionó una lista de189 contaminantespeligrosos del aire.

Antes Ahora

• Estos son los contaminantespeligrosos

• Estas son sus fuentes• Esta es la tecnología de control

disponible• ¡Reduzcamos las emisiones!

¿Cuáles son loscontaminantes

peligrosos?


Se asignó laresponsabilidad del cambioa las fuentes de loscontaminantes.

La creación de la lista de categorías de fuentes constituyóun paso importante en el establecimiento de normas basa-das en tecnologías de control y no en riesgos para la saludasociados a ciertas concentraciones tóxicas. El cambiar elfoco de atención de los contaminantes mismos a las fuentesde los contaminantes descargó a la EPA de la responsabili-dad de presentar pruebas, y la asignó a las industrias querealmente estaban emitiendo sustancias nocivas a la atmós-fera. El Congreso de los Estados Unidos pidió a la EPAque enumerara las categorías de fuentes (por industria) queemitían uno o más de los 188 contaminantes peligrosos delaire y que publicara un programa para reglamentar las ca-tegorías enumeradas.

Otro componente de las Enmiendas de 1990 que fue decisi-vo para que las normas basadas en tecnologías de controlse hicieran más viables que las establecidas en la Ley de1970 fue la consideración de otras variables además de laconcentración de contaminantes y los riesgos para la salud.La Ley del Aire Limpio de 1970 tuvo éxito en lograr quecasi todos los contaminantes criterio quedaran bajo control,lo cual solo se logró a un costo muy alto para algunosnegocios e industrias: algunas empresas tuvieron que ce-rrar. Por el contrario, la legislación de 1990 establece abier-tamente que se debe tomar en cuenta el costo que supone ellogro de la reducción de emisiones, los efectos ambientalesasociados y los requerimientos energéticos.

Máximo de tecnología de control disponible(MACT, por sus siglas en inglés)

Las Enmiendas de 1990 introdujeron una nueva clasificaciónde tecnología de control, máximo de tecnología de controldisponible (MACT, por sus siglas en inglés). Las medidaspara implementar las normas basadas en tecnologías decontrol pueden incluir una o todas las siguientes:

• cambios de procesos;• sustitución de materiales;• modificación de diseño y equipos;• aislamiento de instalaciones y equipos;• modificación de las prácticas laborales;• instalación de equipos de control, y• otros.


La determinación del máximo de tecnología de controldisponible que resulta apropiado para una fuente específicasupone considerar la categoría de la fuente y tomar encuenta si esta es nueva o ya existente en relación con laaprobación de una norma. Para las fuentes ya existentes almomento de la promulgación, se determina por el 12 porciento mejor controlado de fuentes similares. Estas fuentesdeben cumplir la norma lo antes que puedan, pero, a mástardar, tres años después de su promulgación. En cambio,el máximo de tecnología de control disponible de las fuentesnuevas se determina por la fuente semejante mejor controlada(según lo determine la EPA). Estas fuentes deben acatar lanorma inmediatamente después de la promulgación.

Con el Programa de Reducción Temprana, una fuenteprincipal puede obtener una prórroga de seis años paracumplir una futura norma MACT si, antes de que la normasea implementada, reduce voluntariamente sus emisionesde contaminantes peligrosos del aire entre 90 y 95 porciento. Otro programa que presenta importantes incentivoses la comercialización de créditos de emisión, en virtud delo cual las empresas que superan las normas adquierencertificados de emisión que pueden usar posteriormente ovender a las empresas que aún no cumplan con las normas.

Reglamentos basados en los riesgos

En el marco de la reglamentación de los contaminantespeligrosos del aire basada en tecnologías de control, la EPAse encuentra reformulando la evaluación de riesgos en elproceso de control. Está estableciendo una lista de prioridades

El Programa de ReducciónTemprana dio a las fuentesprincipales la posibilidad deextender el cumplimiento de unanorma MACT.

• Fuente similar mejorcontrolada

• Cumplimiento inmediato

NuevasExistentes

• 12% mejor controlado defuentes similares

• Plazo de tres años


En caso de que la EPA falle enproporcionar normas MACT, el“martillo del MACT” permitirá quelas fuentes principales decontaminantes peligrosos del airesoliciten licencias de emisión.

para la reglamentación por cada categoría de fuente y cadacontaminante peligroso del aire emitido por ellas, según lamagnitud del peligro involucrado. Los factores que se estánconsiderando comprenden no solo la toxicidad y volumen delos productos químicos y el tipo de instalación sino también ladistancia a la población, las condiciones hidrogeológicas y eldestino de los productos químicos. Este enfoque parece contenermayor potencial para reducir los riesgos tóxicos.

Un inconveniente es que este tipo de evaluación de riesgosrequiere ingresar abundante información. Sin embargo, estono ha significado retornar al lento proceso reglamentario ca-racterizado por interminables estudios de laboratorio que cons-tituyó uno de los puntos débiles principales de la Ley de 1970.La mayor parte de la información pertinente se cuantifica confacilidad. Además, resulta mucho más fácil y rápido establecerriesgos relativos de los productos químicos que identificar ries-gos absolutos asociados con niveles críticos de productos quí-micos específicos.

En caso de que la EPA falle en proporcionar normas MACTsegún el cronograma de reglamentación de categorías de fuente,las fuentes principales de contaminantes peligrosos del airedeberán solicitar licencias de emisión de organismos reguladoresestatales o locales. De este modo, las licencias se expediráncaso por caso. Esta disposición se conoce como “martillo delMACT”.

Aunque los reglamentos sobre los contaminantes peligrososdel aire de 1990 se basan en tecnologías de control disponibles,retienen parte del espíritu de la Ley de 1970 al reconocer quesu preocupación máxima es la eliminación de los efectosadversos para la salud. Con el objetivo de hacer que el aire


sea seguro de respirar para todos, la EPA se dedica aevaluar y eliminar cualquier riesgo residual después de quese hayan implementado las normas basadas en tecnologíasde control.

Específicamente, la Enmienda de 1990 requiere a la EPApara que informe al Congreso, dentro de los seis añosposteriores a la promulgación de este instrumento legal,sobre los siguiente temas:

• métodos para calcular cualquier riesgo residual;• importancia del riesgo residual;• efectos reales de los riesgos residuales para la salud;• incertidumbres en los métodos de evaluación de

riesgos, y• posibles consecuencias negativas de los esfuerzos de

reducción de riesgos.

En caso de que se identificara un riesgo residual paracualquier categoría o subcategoría de fuente, la EPA debepromulgar normas basadas en los efectos para la salud enel plazo de los ocho años posteriores a la promulgación delas normas basadas en tecnologías de control. Como unapreparación para cumplir este requisito, la EPA está envías de crear un mecanismo eficaz para implementar normasbasadas en los efectos para la salud.

1. ¿Cuál fue el objetivo principal de la Ley del AireLimpio de 1970?

2. Los contaminantes del aire ambiental para los cualesse establecieron Normas Nacionales de Calidad delAire Ambiental recibieron el nombre de __________.

3. ¿Cuántos contaminantes peligrosos del aire fueronidentificados como causantes de riesgos para la salud?

4. ¿Por qué los reglamentos basados en efectos para lasalud son difíciles de aplicar?

5. ¿Cómo puede una planta industrial obtener unaprórroga para cumplir una futura norma MACT?



1. Proporcionar un mecanismo de reglamentación parareducir las concentraciones de contaminantes nocivosdel aire a niveles que supongan efectos adversos nosignificativos para la salud.

2. Contaminantes criterio.

3. 188.

4. Estos reglamentos son difíciles de aplicar a loscontaminantes peligrosos del aire porque:

• Los contaminantes peligrosos del aire son muydiferentes de los contaminantes criterio.

• Muchos contaminantes peligrosos del aire soncarcinogénicos.

• La falta de datos.• A veces las normas de emisión fueron imposibles

de cumplir.

5. Mediante la reducción voluntaria de las emisiones decontaminantes peligrosos del aire de 90 a 95 porciento antes de que la norma sea implementada.


Reconocimiento de situaciones peligrosas y síntomas de toxicidad • 6-1

Lección 6

Reconocimiento de situacionespeligrosas y síntomas de toxicidad


Preguntas centrales

o ¿Dónde se encuentran los tóxicos transmitidos por el aire con mayor probabilidad?o ¿Cómo contribuyen los consumidores a incrementar la carga tóxica en la atmósfera?o ¿Qué tipos de productos químicos generan riesgos en el aire que respiramos y qué síntomas

agudos causan?

Palabras clave

o Asbestoo Polvoso Halógenoso Metales pesadoso Aerosoleso Compuestos de nitrógenoo Compuestos orgánicoso Plaguicidaso Compuestos radiactivoso Compuestos de azufreo Metales tóxicos


Reconocimiento desituaciones peligrosasy síntomas de toxicidad

Hasta el momento, en este curso hemos tratado sobre di-versos contaminantes tóxicos del aire y cómo pueden per-judicar el funcionamiento del cuerpo humano. Asimismo,hemos revisado las clases de estudios que se han realizadopara identificar los niveles críticos de contaminantes delaire y cómo se usan dichos datos para clasificar los riesgosy ayudar a la implementación de reglamentos. Acabamosde detallar los esfuerzos desplegados por el gobierno norte-americano para reglamentar las emisiones industriales delos contaminantes nocivos del aire y reducir así la exposi-ción a tales tóxicos.

Ahora llegó el momento de aprender qué podemos hacerpara minimizar la exposición a los contaminantes tóxicosdel aire. El reconocimiento de fuentes comunes de conta-minantes del aire es esencial para evitar la exposición oprepararse para ella. Asimismo, el tomar conciencia acercade los primeros síntomas de toxicidad puede ayudar a mini-mizar los efectos adversos una vez producida una exposi-ción.

Debemos ser capaces dereconocer las fuentes comunes detóxicos del aire y los síntomasiniciales de toxicidad.


Estamos rodeados de tóxicos

Como nación, en los Estados Unidos se usan más de 70.000productos químicos diferentes en la industria, la agriculturay el hogar, y este número se está incrementando. No esposible evitar el contacto con algunos de esos agentesquímicos mientras realizamos nuestras actividades diarias.Están en todas partes: en la ropa que vestimos, en losmedicamentos que usamos, en los edificios en que vivimosy trabajamos, en los alimentos que consumimos, en el aireque respiramos... Hay para escoger. Desde luego, no todoslos 70.000 o más productos químicos que existen son tóxicospara los seres humanos, aunque muchos sí lo son. Porejemplo, de los casi 80 elementos químicos clasificados comometales, aproximadamente 30 se encuentran entre loscompuestos que perjudican a los seres humanos.

Es más, no todas las sustancias tóxicas existen en formainhalable, lo que constituye el interés principal de este curso.Recordemos que en las Enmiendas de 1990, el Congresoidentificó 189 productos químicos y grupos de productosquímicos como contaminantes peligrosos del aire. Dichoscontaminantes son las sustancias de mayor preocupación ennuestra búsqueda de fuentes características de tóxicosinhalables.

Generalmente, las fuentes de productos tóxicos en elambiente se agrupan en las siguientes categorías:

• transporte;• procesos industriales;

Los agentes químicos nos rodean.Aunque no todos los productosquímicos resultan nocivos para losseres humanos, muchos sí lo son.


• disposición de residuos;• uso doméstico de bienes y productos, y• minería y extracción de minerales y combustibles

orgánicos.

1. ¿Cuáles son los dos pasos que podemos dar parareducir al mínimo la exposición a los contaminantestóxicos del aire?

2. Describa algunas formas de exposición a lassustancias tóxicas.

Transporte

Probablemente, el transporte es la fuente de contaminantesdel aire predominante. En efecto, todos los contaminantescriterio están asociados directa o indirectamente con la com-bustión de fósiles necesarios para el funcionamiento dedistintos medios de transporte. Asimismo, las actividadesde transporte liberan a la atmósfera muchas sustancias lista-das entre los contaminantes peligrosos del aire, bien porvolatilización luego de que los productos químicos han sidovertidos, bien por el uso de combustibles fósiles. Nuestrasociedad ha optado por arrojar los desperdicios de la com-bustión en la atmósfera, con las nefastas consecuencias delagotamiento de la capa de ozono estratosférico y el calenta-miento global, además de los efectos adversos para la saludy el ambiente atribuibles a los distintos gases y sustanciasparticuladas.

La mayoría de tóxicos en el aireestá relacionada con eltransporte.

Todos los contaminantes criterioestán relacionados, ya sea directao indirectamente, con el uso decombustibles fósiles necesariospara el funcionamiento de losdistintos medios de transporte.


Existe un ángulo irónico de la descarga en la atmósfera detóxicos provenientes de la combustión de gasolina. Hastahace poco, era normal añadirle a la gasolina compuestos deplomo con radicales alquílicos por sus propiedadesantidetonantes. Esta práctica quedó paulatinamente desfasadacuando el plomo fue identificado como un contaminantecriterio y, hoy en día, el plomo es prácticamente inexistenteen la atmósfera. El aditivo antidetonante que reemplazó alplomo es una mezcla de compuestos basados en el benceno,el cual se encuentra en la lista de los contaminantes peligro-sos del aire y podría resultar tan tóxico como su predece-sor.

Procesos industriales

Los procesos industriales abarcan todas las actividades com-prendidas en la fabricación de bienes, productos y energía.Esto incluye desde el refinamiento de petróleo y el procesa-miento de productos químicos, metales y madera, hasta lasoperaciones de producción de alimentos. En dichos proce-sos, los productos químicos tóxicos se pueden liberar endistintas etapas, ya sea involuntariamente —como sucedeen las fugas de válvulas, tanques y tuberías—, ya seaintencionalmente —como en las emisiones de las chime-neas—.

Disposición de residuos

La disposición de residuos industriales y domésticos intro-duce millones de toneladas de productos químicos tóxicosen el ambiente. Cuando la disposición de residuos tóxicosse hace sin cuidado, esta puede originar una seria amenazade largo plazo y de ello son testigos miles de sitios delimpieza establecidos por el programa del Superfondo.Durante el tratamiento de estos sitios, la liberación de con-taminantes tóxicos en el aire constituye una preocupación

Los productos químicos tóxicospueden liberarse en diversasetapas de distintos procesosindustriales.


La disposición adecuada de losdesechos radiactivos de bajo niveles una preocupación creciente.

Los plaguicidas y los fertilizantescontribuyen a la contaminacióntóxica del aire debido a su usogeneralizado en la agriculturacomercial.

especial. Incluso cuando la disposición está planificada pre-viamente y bien controlada, tiende a presentar problemas.Actualmente, un tema que genera gran preocupación en losEstados Unidos es determinar cuáles son los medios ade-cuados para disponer la gran cantidad de desechosradiactivos de bajo nivel que se acumulan en ese país.

La proliferación de incineradores de residuos urbanos esotro factor que aumenta la carga de gases tóxicos y partículasen la atmósfera.

Uso doméstico de bienes y productos

Los productos de cuidado personal y de limpieza, las pinturasy solventes, las sustancias adhesivas, los plaguicidas y losfertilizantes son solo algunas entre miles de sustancias cuyouso puede introducir sustancias tóxicas en la atmósfera.Según su volumen, los plaguicidas y fertilizantes sonprobablemente las sustancias más dañinas de esta clase,principalmente debido a su uso generalizado en entornosagrícolas comerciales. Por otra parte, recuerde que muchassustancias que generan preocupación, al igual que loscontaminantes tóxicos del aire, son partículas y no gases, locual es particularmente cierto en el caso de los plaguicidas,que se inhalan principalmente como polvos (partículassólidas) y aerosoles (partículas líquidas).


Minería, extracción de minerales y biomasa

Algunos tóxicos potenciales ocurren naturalmente solo endepósitos minerales o yacimientos de biomasa, donde estánrelativamente aislados de los organismos vivos; por ejemplo,los metales tóxicos (como el plomo y el mercurio) y lassustancias cuyos productos de combustión son tóxicos (comoel carbón y el petróleo). Dichas sustancias no son peligrosashasta que se las explota y extrae de la tierra y se ponen encontacto con los seres humanos. Entre los metales, laspartículas sólidas diminutas constituyen la preocupaciónprincipal, así como las sustancias tóxicas del aire, mientrasque entre los combustibles fósiles, la amenaza principalproviene tanto de los productos de combustión gaseososcomo de los particulados.

3. Los compuestos de _________, un contaminantepeligroso del aire, han reemplazado a los compuestosde plomo como los agentes antidetonantes presentesen la gasolina.

4. Identifique algunos problemas actuales de disposiciónde residuos en los Estados Unidos.

Las sustancias nocivastransportadas por el aire en la mira

Esta sección identifica las fuentes más comunes de lassustancias tóxicas del aire tratadas en este curso. Seconsideran todas las clasificaciones de fuentes que se hanabordado, desde la minería y los procesos industriales, hastael transporte, los usos domésticos y la disposición de residuos.La discusión se organiza de acuerdo con las siguientescategorías de contaminantes:

Generalmente, los metalestóxicos no son peligrosos hastaque se los extrae y entran encontacto con los seres humanos.


• los metales y sus compuestos;• los plaguicidas;• el asbesto;• los compuestos de azufre;• los compuestos orgánicos;• los compuestos de nitrógeno;• los halógenos y sus compuestos, y• los compuestos radiactivos.

Los metales y sus compuestos

Los metales de mayor importancia en lo concerniente a losefectos tóxicos para la salud son los metales pesados:arsénico, cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio, níquel,plata y zinc. Aunque el berilio no es un metal pesado,también se lo considera como un tóxico potente en el grupode metales. Los únicos metales que se pueden emitir comogases en concentraciones cuantificables son el mercurio yel selenio, mientras que para los combustibles fósiles lainquietud principal reside en las partículas suspendidas enel aire. La fuentes más comunes de metales en el aire sonlas minas y las plantas de procesamiento de minerales, lasfundiciones, diversas fábricas y la combustión de fósiles.

Los plaguicidas

Debido a que los plaguicidas son diseñados para ser tóxicosa los sistemas vivientes, no debe sorprender que muchos deellos sean nocivos para los seres humanos. Se encuentranen el aire principalmente en forma de gas, polvo y aerosol,así como en las plantas químicas donde se elaboran o en laslocalidades donde se aplican.

El asbesto

El asbesto, mal conductor de la electricidad, es un mineralfibroso y no combustible. Estas cualidades lo convirtieronen un elemento ideal para diversos mate-riales de construcción (por ejemplo, dis-positivos de aislamiento de habitaciones,fieltros para techos, tejamaniles y produc-tos de cemento), recubrimientos de frenosy hasta ropa. El asbesto es doblemente

El mercurio y el selenio son losúnicos metales que se puedenemitir como gases enconcentraciones cuantificables.

Durante la demolición deestructuras que contienen asbesto,se debe tomar precauciones paraprevenir la inhalación departículas.


peligroso, ya que no solo constituye un potente tóxicopulmonar sino que también ejerce un fuerte efectopotenciador de otros factores carcinogénicos. La exposi-ción al asbesto es más común en su extracción y procesa-miento, así como en el uso de materiales de construcción ydemolición de estructuras que lo contienen.

Los compuestos de azufre

El azufre, al ser un componente clave de tres aminoácidos,es esencial para la vida humana. Sin embargo, muchos desus compuestos orgánicos son tóxicos. Algunos compuestosde azufre, incluyendo el sulfato y el sulfuro de cobre, sonefectivos como plaguicidas y fungicidas. El disulfuro decarbono, un líquido volátil relacionado con enfermedadescardiacas, se usa en la producción de rayón, celofán ytetracloruro de carbono. También se emplea como solvente,plaguicida y preservante de frutas frescas.

Los compuestos orgánicos

Los compuestos orgánicos, compuestos que contienencarbón, están entre las sustancias más tóxicas que se conocen.Por lo general, son tóxicos sistémicos que interfieren conlas reacciones enzimáticas, el metabolismo del oxígeno y elfuncionamiento neuronal. Los compuestos orgánicos tienencientos de usos; por ejemplo, aparecen en productos comoplásticos, solventes, pinturas y barnices, colorantes,plaguicidas y sustancias fumigadoras, entre muchas otras.También se usan en el lavado al seco y se encuentran en losefluentes residuales de muchas industrias. Las sustanciasorgánicas características comprenden la acroleína, elbenceno, el cloroformo, el tetracloruro de carbono, el DDT,el formaldehído, el percloroetileno, el tolueno y eltricloroetileno.

Los compuestos de nitrógeno

El nitrógeno es otro elemento fundamental para la vidahumana y constituye un componente esencial de todos losaminoácidos, elementos fundamentales de las moléculasproteicas. Como sucede con los compuestos de azufre,

Los compuestos de nitrógeno mástóxicos son el amoniaco, elcianuro y los cianatos.


muchos compuestos de nitrógeno son tóxicos para el sistemahumano. Entre las sustancias más tóxicas está el amoniaco,cuyo olor es tan característico que es difícil pasar por altola exposición; el cianuro y los cianatos. Los compuestos denitrógeno son ingredientes habituales en los fertilizantes ytambién se usan mucho en la producción química.

Los halógenos y sus compuestos

Los elementos clasificados como halógenos son el flúor, elcloro, el bromo y el yodo. A menudo se combinan con elcarbón para formar la clase de compuestos orgánicoshalogenados, un grupo de productos químicos sumamentediverso y tóxico, con diversos usos industriales y domésticos.Los productos finales incluyen plásticos, plaguicidas,solventes y otros productos químicos. Algunos de loscompuestos halogenados más comunes son el tetraclorurode carbono, el cloroformo, el fluoruro de hidrógeno, elpercloroetileno, el fosgeno, el tricloroetileno y el clorurode vinilo.

Los compuestos radiactivos

Los compuestos radiactivos se caracterizan por poseer nú-cleos atómicos inestables que emiten partículas sumamentecargadas de energía capaces de alterar otros átomos. Últi-mamente, el radón es la sustancia radiactiva que estárecibiendo mayor atención porque, de manera natural, seencuentra muy generalizado; se filtra desde las rocas y latierra que subyacen a los edificios y también emana de losmateriales de construcción hechos de roca, como el cemen-to, la argamasa y las tablas de yeso. Sin embargo, elplutonio, el radio, el estroncio, el tritio y el uranio sonigualmente capaces de causar toxicidad radiactiva. Todasestas sustancias presentan problemas de exposición para lostrabajadores de las minas y de las plantas de extracción.Asimismo, las máquinas de rayos X, los televisores, losdetectores de humo y los microscopios electrónicos sonalgunos entre varios dispositivos mediante los cuales el pú-blico general está expuesto a la radiación ionizante. El motivoprimordial para la oposición a la energía nuclear reside ensu potencial para generar problemas de exposiciónradiactiva.

El radón es el compuestoradiactivo que se encuentra másgeneralizado de manera natural.


5. ¿Qué metales (mencione dos) se encuentrancomúnmente en forma gaseosa?

6. Mencione dos razones por las cuales el asbesto esmotivo de tanta preocupación para la salud.

7. Por lo general, ¿cómo generan toxicidad loscompuestos orgánicos?

8. Cite al menos cuatro compuestos radiactivoscomunes.

El cuadro 6-1 es una lista alfabética de contaminantes tóxicosdel aire conocidos, junto con sus fuentes características.

Cuadro 6-1. Fuentes características de contaminantes peligrosos del aire

* La fabricación de productos químicos orgánicos sintéticos es fuente de casi todos los contaminantes peligrosos del airey no ha sido considerada en el cuadro.

Sustancia Fuente(s) característica(s)*

Acroleína Motores fijos de combustión interna, fundiciones de hierro

Aluminio Plantas refinadoras de bauxita (mineral con aluminio)

Amoniaco Producción de amoniaco, fabricación de fertilizantes

Arsénico Calderas industriales, fundiciones de hierro, fabricación de cemento portland,incineradores de residuos peligrosos, fabricación y uso de plaguicidas

Asbesto Minería, construcción, construcción de barcos, fabricación de productos que contienenasbesto

Benceno y bencenoscon radicalesalquílicos

Calderas industriales, motores fijos de combustión interna, distribución de gasolina,rellenos sanitarios municipales, procesamiento y asfaltado, refinación de petróleo,incineradores de residuos peligrosos, fundiciones de hierro

Berilio Calderas industriales, incineradores de residuos peligrosos, extracción de minerales

Cadmio Calderas industriales, fundición de plomo elemental, fabricación de cemento portland,refinerías de petróleo, incineradores de residuos peligrosos

Tetracloruro decarbono

Emisiones provenientes de actividades de tratamiento de propiedad pública (publicly owned treatment works: POTW, por sus siglas en inglés)

Cloro Fabricación de aluminio y acero inoxidable, emisiones provenientes de actividades detratamiento de propiedad pública (POTW), fabricación de pulpa y papel, fabricaciónde asfalto para techos

Cloroformo Emisiones provenientes de actividades de tratamiento de propiedad pública (POTW),fumigación, fabricación de solventes

Cromo Calderas industriales, fundición de plomo elemental fundiciones de hierro, fabricaciónde cemento portland, incineradores de residuos peligrosos, producción de cuero


Cuadro 6-1. Fuentes características de contaminantes comunes del aire (cont.)

* La fabricación de productos químicos orgánicos sintéticos es fuente de casi todos los contaminantes peligrosos del airey no se ha considerado en el cuadro.

Sustancia Fuente(s) característica(s)*

DDT Fabricación y uso de insecticidas

Formaldehído Calderas industriales, motores fijos de combustión interna, fabricación de productosde arcilla, refinerías de petróleo, rellenos sanitarios municipales, fundiciones de hierro

Ácido clorhídrico Incineración de residuos peligrosos

Fluoruro dehidrógeno

Refinación de petróleo, fabricación de películas fotográficas, fabricación de solventesy productos de plástico

Manganeso Calderas industriales, fundición de plomo elemental, fundiciones de hierro, fabricaciónde cemento portland

Mercurio Calderas industriales, fundición de plomo elemental, fabricación de cemento portland,refinación de petróleo, incineración de residuos peligrosos

Bromuro de metilo Fabricación y uso de plaguicidas

Níquel Calderas industriales, fundición de plomo elemental, fundiciones de hierro, fabricaciónde cemento portland, refinerías de petróleo

Pentaclorofenol Fabricación y uso de preservantes de la madera

Percloroetileno Lavado al seco, removedores de grasa, fumigación de granos

Fosgeno Producción de plásticos, fabricación y uso de plaguicidas

Radiación Producción y uso de materiales de construcción, extracción de uranio y otrosmateriales radiactivos

Selenio Calderas industriales, fundición de plomo elemental, fundiciones de hierro, fabricaciónde cemento portland, refinerías de petróleo

Tolueno Calderas industriales, fundiciones de hierro, procesamiento y asfaltado, distribuciónde gasolina, refinerías de petróleo, rellenos sanitarios municipales, fabricación deplásticos

Tricloroetileno Emisiones provenientes de actividades de tratamiento de propiedad pública (POTW)

Cloruro de vinilo Rellenos sanitarios municipales, producción de plásticos

Xilenos Rellenos sanitarios municipales, motores fijos de combustión interna, fundiciones dehierro, refinerías de petróleo, distribución de gasolina


Síntomas originados por exposiciónaguda

La mayoría de compuestos tóxicos que hemos tratado originaalgún tipo de efecto adverso relacionado con la exposicióncrónica. Sin embargo, resulta más útil conocer los síntomascaracterísticos de la exposición aguda a un tóxico. Con estainformación, quizás usted pueda prevenir las exposicionescrónicas y sus consiguientes problemas de salud. Por lomenos, en caso de que sea necesario, podrá buscar atenciónmédica inmediata y alertar a otras personas sobre las zonasde peligro tóxico potencial.

Aunque la exposición aguda a los contaminantes tóxicosdel aire puede tener consecuencias graves para la salud—hasta la muerte—, generalmente tales efectos solo se pro-ducen cuando se encuentran concentraciones sumamentealtas. Por lo general, la exposición aguda a bajas concen-traciones tiene efectos relativamente menores, como lairritación de los ojos o la piel, reacciones alérgicas, dificul-tad respiratoria leve o náuseas.

El cuadro 6-2 presenta una lista representativa de losproductos químicos tóxicos que hemos abordado en estecurso y de los síntomas más comunes originados por laexposición aguda a ellos.

Debemos conocer los síntomasrelacionados con la exposicióntóxica aguda.


Cuadro 6-2. Contaminantes peligrosos del aire más comunes y síntomasoriginados por la exposición aguda a ellos

Producto químico Síntomas agudos

Acroleína Irritación de los ojos y de las membranas mucosas del tracto respiratorio

Aluminio Tos

Amoniaco Irritación inmediata del tracto respiratorio superior e inferior y edema

Arsénico Bronquitis

Asbesto Ninguno, lo cual lo hace más insidioso y dañino

Benceno y bencenoscon radicales alquílicos

Depresión del sistema nervioso central, inconsciencia, a menudo mortal (solobajo altas concentraciones)

Berilio Edema pulmonar, neumonía

Cadmio Tos, neumonía

Tetracloruro de carbono Disfunción hepática

Cloro Tos, traqueobronquitis, bronconeumonía

Cloroformo Mareo, molestias en el aparato digestivo, inconsciencia (bajo altasdosis)

Cromo Irritación nasal, bronquitis

DDT Picazón en la lengua, labios y cara; mareos, temblores

Formaldehído Irritación de los ojos, de la nariz y del tracto respiratorio superior

Ácido clorhídrico Edema pulmonar, irritación de los ojos

Fluoruro de hidrógeno Irritación del aparato respiratorio, edema pulmonar hemorrágico

Manganeso Neumonía aguda (a menudo mortal)

Mercurio Excitabilidad, temblores, gingivitis

Bromuro de metilo Edema pulmonar, cefalea, náuseas, vómitos

Níquel Edema pulmonar (dos días luego de la exposición)

Pentaclorofenol Neurotoxicidad

Percloroetileno Edema pulmonar

Fosgeno Edema pulmonar

Radiación Fibrosis pulmonar, enfermedad por radiación

Selenio Mal aliento, náuseas, mareo

Tolueno Bronquitis aguda, espasmo bronquial, edema pulmonar

Tricloroetileno Toxicidad hepática

Cloruro de vinilo Hipertensión portal

Xilenos Edema pulmonar



1. Aprender a reconocer las fuentes comunes de lostóxicos del aire; ser capaces de identificar losprimeros síntomas de toxicidad.

2. Ropa, medicamentos, alimentos, edificios, aire.

3. Benceno.

4. Los sitios fijados por el programa del Superfondo;residuos de bajo nivel radiactivo.

5. Mercurio y selenio.

6. Se encuentra comúnmente en los materiales deconstrucción; es un elemento potenciador de otrosfactores carcinogénicos.

7. Al interferir con las reacciones enzimáticas, alteranel metabolismo del oxígeno y el funcionamientoneuronal.

8. Radón, plutonio, radio, estroncio, tritio y uranio.


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Palabras finales

Sin lugar a dudas, las sustancias químicas peligrosas están aquí para quedarse, forman parte de latrama del estilo de vida moderno. A pesar de que no podemos eliminarlas totalmente, sí estamos encapacidad de restringir su uso y reducir al mínimo nuestra exposición. Estos constituyen esfuerzosesenciales para mejorar la salud humana y proteger la calidad ambiental.

Este curso estuvo diseñado para ampliar su visión y sus conocimientos sobre los tóxicos presentesen el aire y sobre sus posibles efectos en la salud. Si el curso lo ha impulsado a iniciar el camino dela reducción del uso de productos químicos (o lo ha ayudado a avanzar en ese camino) y lo hamotivado a tomar precauciones a fin de minimizar la exposición a las sustancias químicas, entoncesha tenido el efecto previsto.





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