UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Toxicología Ambiental
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE
TOXICOLOGÍA AMBIENTAL
Autor: Ing. MSc. EDWIN CAMELO MARTÍNEZ
BOGOTÁ Julio 5 de 2011 1
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ÍNDICE DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ............................... ................................................. ................................... .................................. ................................. ................ 8 UNIDAD 1. 1 . FUNDAMENTOS FUND AMENTOS DE TOXICOLOGÍA AMBIENTAL ................................. ................................. 11 CAPITULO 1. DEFINICIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS ....................................................... .. 11 Lección 1. Toxicología, toxicología ambiental y ecotoxicología ................................... 11 Lección 2. Sustancias tóxicas ................................................ ........................................ 13 Lección 3. Tipos, rutas y vías de exposición .................................. ............................... 16 Lección 4. Toxicocinética Toxicocinéti ca ...................................................... ........................................ 19 Lección 5. Disponibilidad del tóxico en el ambiente ................................................ .... 25 CAPITULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA RESPUESTA TÓXICA ................................ ........... 29 Lección 6. Clasificación C lasificación de las respuestas tóxicas ........................................................ 29 Lección 7. Genotoxicidad: mutagénesis y carcinogénesis....................... ..................... 31 Lección 8. Factores extrínsecos a la sustancia que afectan la respuesta tóxica .......... 34 Lección 9. Relación dosis – respuesta. ..................................................................... .... 37 Lección 10. Unidades e índices de toxicidad ..................................................... ........... 40 CAPITULO 3. EVALUACIÓN Y ANÁLISIS DE RIESGOS ....................................................... .. 43 Lección 11. Introducción al análisis de riesgos .................................................. ........... 43 Lección 12. Evaluación de riesgo ................................................... ............................... 45 Lección 13. Caracterización del riesgo .......................................... ............................... 48 Lección 14. Manejo de riesgos y comunicación de riesgos ......................................... 52 Lección 15. Estudio de caso Colombia, riesgo ambiental por metales pesados en cultivos ...................................................... ......................................................... ........... 54
UNIDAD 2. PRINCIPALES GRUPOS DE SUSTANCIAS SUSTA NCIAS TÓXICAS ......................... ............................... ...... 59 CAPITULO 4. METALES ...................................................... ................................................ 59 Lección 16. Principales elementos y compuestos ........................................................ 59 Lección 17. Fuentes principales..................................................... ............................... 60 Lección 18. Movilidad en el ambiente..................................................... ..................... 62 Lección 19. Efectos en el medio ambiente ........................................................ ........... 64 Lección 20. Efectos a la salud humana .................................................... ..................... 66 CAPITULO 5. CONTAMINANTES ORGÁNICOS Y ATMOSFÉRICOS ................ ..................... 69 Lección 21. Plaguicidas ...................................................................................... ........... 69 Lección 22. Dioxinas y Furanos...................................................... ............................... 72 Lección 23. PCB (Bifenilos Policlorados) .................................................. ..................... 73 Lección 24. Compuestos BFR (Retardantes de llama bromados) ........... ..................... 75 Lección 25. Contaminantes atmosféricos inorgánicos. ................................................ 78
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ÍNDICE DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ............................... ................................................. ................................... .................................. ................................. ................ 8 UNIDAD 1. 1 . FUNDAMENTOS FUND AMENTOS DE TOXICOLOGÍA AMBIENTAL ................................. ................................. 11 CAPITULO 1. DEFINICIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS ....................................................... .. 11 Lección 1. Toxicología, toxicología ambiental y ecotoxicología ................................... 11 Lección 2. Sustancias tóxicas ................................................ ........................................ 13 Lección 3. Tipos, rutas y vías de exposición .................................. ............................... 16 Lección 4. Toxicocinética Toxicocinéti ca ...................................................... ........................................ 19 Lección 5. Disponibilidad del tóxico en el ambiente ................................................ .... 25 CAPITULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA RESPUESTA TÓXICA ................................ ........... 29 Lección 6. Clasificación C lasificación de las respuestas tóxicas ........................................................ 29 Lección 7. Genotoxicidad: mutagénesis y carcinogénesis....................... ..................... 31 Lección 8. Factores extrínsecos a la sustancia que afectan la respuesta tóxica .......... 34 Lección 9. Relación dosis – respuesta. ..................................................................... .... 37 Lección 10. Unidades e índices de toxicidad ..................................................... ........... 40 CAPITULO 3. EVALUACIÓN Y ANÁLISIS DE RIESGOS ....................................................... .. 43 Lección 11. Introducción al análisis de riesgos .................................................. ........... 43 Lección 12. Evaluación de riesgo ................................................... ............................... 45 Lección 13. Caracterización del riesgo .......................................... ............................... 48 Lección 14. Manejo de riesgos y comunicación de riesgos ......................................... 52 Lección 15. Estudio de caso Colombia, riesgo ambiental por metales pesados en cultivos ...................................................... ......................................................... ........... 54
UNIDAD 2. PRINCIPALES GRUPOS DE SUSTANCIAS SUSTA NCIAS TÓXICAS ......................... ............................... ...... 59 CAPITULO 4. METALES ...................................................... ................................................ 59 Lección 16. Principales elementos y compuestos ........................................................ 59 Lección 17. Fuentes principales..................................................... ............................... 60 Lección 18. Movilidad en el ambiente..................................................... ..................... 62 Lección 19. Efectos en el medio ambiente ........................................................ ........... 64 Lección 20. Efectos a la salud humana .................................................... ..................... 66 CAPITULO 5. CONTAMINANTES ORGÁNICOS Y ATMOSFÉRICOS ................ ..................... 69 Lección 21. Plaguicidas ...................................................................................... ........... 69 Lección 22. Dioxinas y Furanos...................................................... ............................... 72 Lección 23. PCB (Bifenilos Policlorados) .................................................. ..................... 73 Lección 24. Compuestos BFR (Retardantes de llama bromados) ........... ..................... 75 Lección 25. Contaminantes atmosféricos inorgánicos. ................................................ 78
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CAPITULO 6. CONTEXTO GLOBAL PARA LA GESTIÓN GESTI ÓN DE SUSTANCIAS TÓXICAS.............. TÓXICAS.............. 81 Lección 26. El enfoque estratégico SAICM. ....................................................... ........... 81 Lección 27. Los COP y el Convenio de Estocolmo. ............... ........................................ 83 Lección 28. El Sistema Globalmente Armonizado. ................................................... .... 86 Lección 29. Los estándares ambientales y la reducción de uso de sustancias peligrosas. ................................................. ....................................................... ............. 90 Lección 30. El convenio de Basilea y los l os residuos peligrosos ....................................... 94
UNIDAD 3. HERRAMIENTAS DE TOXICOLOGÍA AMBIENTAL APLICADA ................ 99 CAPITULO 7. CLASIFICACIÓN DE RESIDUOS Y SUSTANCIAS TÓXICAS............................... 99 Lección 31. Fichas de seguridad para materiales MSDS. ............................................. 99 Lección 32. Fuentes oficiales de información toxicológica. ....................................... 102 Lección 33. Clasificación de mezclas, sistema GHS. ................................................... 103 Lección 34. Ensayos físico-químicos para toxicidad. ................................................ .. 107 Lección 35. Ensayos para corrosividad .................................................... ................... 110 CAPITULO 8. BIOENSAYOS Y MONITOREO BIOLÓGICO. ............................................... .. 113 Lección 36. Tipos de bioensayos. .................................................................... ........... 113 Lección 37. Ensayos biológicos reglamentados en Colombia para ecotoxicidad. ..... 116 Lección 38. Bioética en el uso de animales para experimentación. ex perimentación. .......................... 121 Lección 39. Monitoreo Biológico ................................................... ............................. 124 Lección 40. Marcadores o indicadores biológicos.................................................... .. 126 CAPITULO 9. ESCENARIOS DE RESIDUOS Y SUSTANCIAS TÓXICAS COTIDIANAS. ........... 129 Lección 41. El humo del cigarrillo. ................................................. ............................. 129 Lección 42. Residuos de Plaguicidas en Alimentos. ................................................... 131 Lección 43. Residuos de medicamentos....................... .............................................. 132 Lección 44. Aparatos eléctricos y electrónicos. ................... ...................................... 136 Lección 45. Pilas primarias. ................................ ........................................................ 138
BIBLIOGRAFÍA ................................ ................................................. .................................. .................................. ................................ ............... 142
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Propiedades físico-químicas que influyen en la toxicidad de una sustancia.......... 15 Tabla 2. Elementos y aspectos importantes en la descripción de una ruta de exposición .. 17 Tabla 3. Selectividad sistémica de algunos agentes tóxicos. ............................................... 22 Tabla 4. Clasificación de las respuestas tóxicas ......................................................... ........... 30 Tabla 5. Ocupaciones que incrementan el riesgo de ciertos tipos de cáncer ...................... 35 Tabla 6. Algunos Factores de Incertidumbre utilizados por la USEPA ............ ..................... 42 Tabla 7. Resultados de índice de riesgo para cultivo de papa ............................................ 56 Tabla 8. Resultados de índice de riesgo para cultivo de cebolla .......................................... 56 Tabla 9. Rango de concentración de algunos metales en el suelo ....................................... 61 Tabla 10. Principales efectos del Cadmio en la salud humana ........................................ .... 66 Tabla 11. Principales efectos del Zinc en la salud humana .................................................. 66 Tabla 12. Principales efectos del Mercurio en la salud humana.......................................... 67 Tabla 13. Principales efectos del Plomo en la salud humana .............................................. 67 Tabla 14. Principales efectos del Manganeso en la salud humana ...................................... 68 Tabla 15. Principales efectos del Arsénico en la salud humana ........................................... 68 Tabla 16. Principales efectos del Cromo en la salud humana .............................................. 68 Tabla 17. Tipos de insecticidas. .......................................... .................................................. 69 Tabla 18. Descripción y ejemplos de los usos de los PCB ................................................. .... 74 Tabla 19. Características y usos de los principales grupos de BFR ....................................... 77 Tabla 20. Sustancias incluidas en el Convenio de Estocolmo............................................... 84 Tabla 21. Avances Plan Nacional de Aplicación COP. ......................................................... .. 86 Tabla 22. ETA para categoría de peligro a la salud por toxicidad aguda. ............................. 89 Tabla 23. Comunicación de peligro, etiquetas correspondientes a toxicidad aguda. ......... 90 Tabla 24. Sustancias peligrosas contenidas en productos y aplicaciones. ........................... 91 Tabla 25. Contenidos máximos permitidos de mercurio en lámparas fluorescentes.......... 93 Tabla 26. Clasificación de características de peligrosidad, toxicidad. .................................. 96 Tabla 27. Contenido de una hoja de seguridad......................................................... ........... 99 Tabla 28. Principio de extrapolación, toxicidad aguda. .................................................... .. 105 Tabla 29. Principio de ponderación. ...................................................... ............................. 106 Tabla 30. Característica de toxicidad, normativa Colombiana. .......................................... 107 Tabla 31. Factores básicos de un bioensayo. .................................................. ................... 119 Tabla 32. Ejemplo de ensayos in vivo con alternativas in vitro.......................................... 123 Tabla 33. Ejemplo de los lugares de muestreo necesarios para evaluar el impacto del plomo generado por el tránsito de los carros. ................................................ ................... 124 Tabla 34. Resultados hipotéticos de 20 muestras de suelo colectadas cerca a una autopista. ................................................. ........................................................ ................... 125 Tabla 35. Principales tipos de biomarcadores con función y descripción. ........................ 127 Tabla 36. Ejemplos de efectos crónicos ocasionados por analgésicos y antiinflamatorios no esteroideos ....................................................... ......................................................... ......... 134 4
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Tabla 37. Ejemplos de efectos crónicos ocasionados por agentes reductores de lípidos en la sangre................................................... ........................................................ ................... 135 Tabla 38. Ejemplos de efectos crónicos ocasionados por componentes neuroactivos. .... 135 Tabla 39. Ejemplos de efectos crónicos ocasionados por antibióticos .............................. 136 Tabla 40. Información sobre ingredientes de una pila Zinc Carbón................................... 139 Tabla 41. Información sobre ingredientes de una pila Alcalina ......................................... 139 Tabla 42. Clasificación de los componentes de pilas primarias ......................................... 140
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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.. Naturaleza multidisciplinaria de la toxicología y su división. ..................................... 12 Figura 2. Sectores que interactúan con la toxicología ambiental en el manejo del medio ambiente. ................................................................................................................................... 12 Figura 3. Estructura química de algunos grupos y sustancias caracterizados por su alta permanencia en el ambiente (A, B y D) o por su alta reactividad (C). ....................................... 16 Figura 4. Ejemplo de la caracterización de una ruta de exposición ........................................... 18 Figura 5. Tipos de transporte en la membrana celular. ............................................................. 20 Figura 6. Ruta de Absorción, Distribución, Metabolismo y Excreción en Vertebrados. ............ 24 Figura 7. Estructura de la hoja. ................................................................................................... 25 Figura 8. Ejemplo del proceso de biomagnificación del DDT. .................................................... 27 Figura 9. Estructura del nucleótido y de la doble cadena en espiral del ADN. .......................... 32 Figura 10. Esquema de los efectos producidos por un genotóxico ........................................... 33 Figura 11. Categorías de exposición y efectos de los agentes tóxicos ....................................... 34 Figura 12. Comportamiento y puntos relevantes de una curva dosis – respuesta .................... 38 Figura 13. Curva dosis – respuesta de dos sustancias. ............................................................... 39 Figura 14. Curvas dosis – respuesta de una sustancia con efectos de diferentes magnitudes . 41 Figura 15. Esquema simplificado del ciclo de análisis de riesgo ................................................ 44 Figura 16. Relaciones costo, nivel de riesgo e incertidumbre .................................................... 47 Figura 17. Efecto de la contaminación por metales en diferentes componentes del medio ambiente .................................................................................................................................... 65 Figura 18. Estructura química de (A) los furanos y (B) de la dioxina TCDD. ............................... 72 Figura 19. Estructura básica de los PCB. ..................................................................................... 74 Figura 20. Estructuras químicas básicas de los principales grupos de BFR. ............................... 76 Figura 21. Ciclo fotolítico del NO 2. ............................................................................................. 79 Figura 22. Efectos tóxicos asociados a Dioxinas ......................................................................... 83 Figura 23. Comunicación de riesgo para sustancias qímicas ..................................................... 87 Figura 24. Ejemplo de etiqueta para productos químicos ......................................................... 89 Figura 25. Normas y estándares de seguridad, eficiencia energética y ambiental .................... 91 Figura 26. Símbolo que indica la recogida selectiva ................................................................... 93 Figura 27. Clasificación de los bioensayos ................................................................................ 114 Figura 28. Microcosmos FIFRA, ejemplo de una unidad experimental muti-especie.............. 116 Figura 29. Principales rasgos morfológicos de Daphnia magna .............................................. 118 Figura 30. Vista microscópica Selenastrum capricornutum (Pseudokirchneriella subcapitata) .................................................................................................................................................. 119 Figura 31. Distribución del carbono 11 en el cuerpo de un fumador y un no fumador. ......... 129 Figura 32. Fuentes y vias de exposición de los residuos de medicamentos en el ambiente. .. 134 Figura 33. Presencia relativa de las clases de medicamentos encontradas en el ambiente ... 135
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ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO
El contenido didáctico del curso académico Toxicología Ambiental fue diseñado por Edwin Camelo Martínez, quien es Ingeniero Químico, Magíster en Ingeniería Ambiental. Se ha desempeñado como consultor para entidades estatales en la gestión integral de residuos peligrosos, de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos y de residuos de consumo masivo. Para citar este material por favor hacerlo de la siguiente manera: Camelo, E. (2011). Toxicología Ambiental . Módulo didáctico. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD.
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INTRODUCCIÓN Si bien el desarrollo tecnológico y científico ha proporcionado al ser humano una gran cantidad de ventajas frente a los demás seres vivos, este mismo desarrollo le ha otorgado la responsabilidad frente a la conservación y preservación de lo que en este planeta existe. Las mejores herramientas, incluso las de uso diario y masivo, han transformado profundamente eso que se percibe como la cotidianidad: miles de teléfonos celulares activos simultáneamente, decenas de productos farmacéuticos en las gavetas de los hogares, toneladas de productos agrícolas, miles de automóviles circulando las ciudades. Aunque estas herramientas no están disponibles para todas las personas, es claro que el acceso, menos obstaculizado por los precios comerciales actuales, ha sido motivado por la percepción de bienestar que se le ha conferido a estos bienes, lo que nos lleva a un escenario de consumo masivo y a una consecuente dinámica de desarrollo de nuevos productos, nuevas necesidades y, por ende, de nuevos clientes. Para algunos sectores de la sociedad es claro que la mayoría de las sustancias contenidas en los nuevos productos, así como aquellas que se han usado para producirlos y, evidentemente, aquellas que se producen como residuo de la producción y el consumo, tienen asociados unos efectos que se consideran adversos o indeseables para el ambiente, así como para la salud humana, que son de obligatoria consideración para la toma de decisiones ambientalmente sostenibles. En este contexto, es necesario abordar los principios y marcos conceptuales de la toxicología ambiental para que los estudiantes del programa de Ingeniería Ambiental puedan analizar, caracterizar y proponer acciones concretas frente a la problemática creciente de la exposición a sustancias tóxicas, como parte de la cadena de actores involucrados en la toma de decisiones sociales, económicas y políticas. Para lograr este objetivo, el módulo se estructura en 3 unidades, equivalente a 9 capítulos y 45 lecciones. A través de su contenido se fomentan competencias relacionadas con la comprensión de los principios básicos y los desarrollos técnicos en la gestión, que desde diferentes niveles de la sociedad han surgido como respuesta a la problemática ambiental asociada a los agentes tóxicos. En la Unidad 1 el curso se enfoca en la descripción y desarrollo de los conceptos básicos para abordar el estudio de la toxicología ambiental. Se hace un breve recorrido por los principios físicos, químicos y biológicos asociados al estudio de las respuestas tóxicas. Posteriormente se determinan las principales respuestas tóxicas observadas, incluyendo aquellos factores que influyen en las mismas y la manera como la comunidad científica las ha descrito.
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En la Unidad 2 se presta atención a los principales grupos de sustancias asociadas con las respuestas tóxicas, dedicándose espacios descriptivos para los efectos a la salud y al ambiente, las fuentes principales y las características físico-químicas de las mismas. Dichas sustancias se contextualizan en las iniciativas globales que han surgido como respuesta a la creciente preocupación por la minimización de los riesgos ambientales asociados al uso de éstas. Finalmente, en la Unidad 3 se circunscriben las herramientas que para un profesional del área ambiental pueda apoyar la toma de decisiones en contextos mucho más específicos del sector productivo, incluyendo una revisión de los escenarios de algunos de los residuos tóxicos cotidianos en los que la toxicología ambiental es aplicada y que le permiten estructurar un análisis más detallado de esos y otros casos de contaminación. En cada una de estas unidades se han estructurado actividades grupales y de participación activa por parte de los estudiantes, buscando generar un espacio de discusión y análisis de las implicaciones que desde el punto de vista ambiental tienen las tendencias tecnológicas asociadas al desarrollo.
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UNIDAD 1 Nombre de la Unidad CAPÍTULO 1
FUNDAMENTOS DE TOXICOLOGÍA AMBIENTAL DEFINICIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS
Lección 1
Toxicología, toxicología ambiental y ecotoxicología
Lección 2
Sustancias tóxicas
Lección 3
Tipos, rutas y vías de exposición
Lección 4
Toxicocinética
Lección 5
Disponibilidad del tóxico en el ambiente
CAPÍTULO 2
CARACTERIZACIÓN DE LA RESPUESTA TÓXICA
Lección 6
Clasificación de las respuestas tóxicas
Lección 7
Genotoxicidad: mutagénesis y carcinogénesis
Lección 8
Factores extrínsecos a la sustancia que afectan la respuesta tóxica
Lección 9
Relación dosis – respuesta
Lección 10
Unidades e índices de toxicidad
CAPÍTULO 3
EVALUACIÓN Y ANÁLISIS DE RIESGOS
Lección 11
Introducción al análisis de riesgos
Lección 12
Evaluación de riesgo (COP2007 y COP2008)
Lección 13
Caracterización del riesgo
Lección 14
Manejo de riesgos y comunicación de riesgos
Lección 15
Estudio de caso Colombia, riesgo ambiental por metales pesados en cultivos.
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UNIDAD 1. FUNDAMENTOS DE TOXICOLOGÍA AMBIENTAL CAPITULO 1. DEFINICIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS Lección 1. Toxicología, toxicología ambiental y ecotoxicología Un tóxico es una sustancia o agente de cualquier origen (natural o artificial) que provoca un efecto adverso sobre los organismos vivos (Vallejo, 1997), dicha sustancia o agente puede ser un elemento puro (Cadmio, Plomo, Mercurio, Cromo, entre otros), o un compuesto (como el Cianuro y los Hidrocarburos), y encontrarse en cualquiera de las tres formas físicas posibles. La toxicología, por ende, es la ciencia que estudia el efecto nocivo y la habilidad del tóxico (toxicidad) para alterar la estructura y respuesta de un organismo vivo dada la exposición al mismo, teniendo en cuenta la ocurrencia, naturaleza, incidencia, mecanismos y factores de riesgo que lo caracterizan. Esta ciencia, tiene gran relevancia y aplicación en la evaluación y prevención de daños en la salud y bienestar de los seres vivos (James, Roberts & Williams, 2000; Vallejo, 1997). La naturaleza multidisciplinaria de la toxicología permite su práctica y lógica división en tres ramas: La Toxicología Médica, Económica y Ambiental (Figura 1). La toxicología ambiental, a diferencia de las otras dos divisiones o disciplinas, le da una mayor importancia a los efectos dañinos producidos en el medio ambiente, sin dejar de destacar las alteraciones en los seres humanos (Loomis & Hayes, 1996), ya que de la interacción del hombre con su entorno también se derivan daños a la salud humana, tal como lo resalta Vallejo (1997) al citar “las enfermedades son la respuesta del individuo a su ambiente y la estructura de estas es un reflejo de las condiciones ambientales de su entorno”.
Así como la toxicología y otras fuentes de conocimiento se retroalimentan, la toxicología ambiental interactúa con diferentes sectores de la sociedad para aportar en conjunto a la comprensión del ambiente y al manejo adecuado de los recursos. Sectores como el de la comunidad científica, el industrial , las instituciones de control y el público en general (Figura 2). La toxicología ambiental y la ecotoxicología son términos que en algunos contextos pueden ser usados indiscriminadamente. No obstante, es importante precisar que la ecotoxicología hace referencia específicamente al efecto de los tóxicos sobre los ecosistemas, es decir que para esta ciencia el sujeto de estudio principal es realmente el conjunto constituido por las poblaciones, la biocenosis y el hábitat, teniendo por tanto que analizar y describir unas condiciones poco controladas y un gran número de interacciones (Woolley, 2003).
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Figura 1.. Naturaleza multidisciplinaria de la toxicología y su división.
Fuente: Adaptado de Loomis, T. A & Hayes, W. (1996). Loomis’s essential of toxicology (4a Ed.). USA: Academic Press.
Figura 2. Sectores que interactúan con la toxicología ambiental en el manejo del medio ambiente. Fuente: Adaptado de Landis, W. G & Yu M. (2003). Introduction to environmental toxicology: Impacts of chemicals upon ecological systems (3a Ed.). Florida: Lewis Publishers.
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Podría considerarse que la ecotoxicología es una ciencia más específica que la toxicología ambiental, en cuanto a su sujeto de estudio, pero que fundamentalmente tienen el mismo objetivo y estructuración, proveniente de la definición de toxicología. En una era industrial, mecanizada y atómica, la toxicología y en especial la toxicología ambiental, se ha potencializado, convirtiéndose en una ciencia dinámica, responsable de evaluar las consecuencias de la producción masiva de nueva sustancias y de nuevas formas de contaminación. Una herramienta fundamental para apoyar las decisiones frente a la conservación de los recursos naturales y los seres vivos, con miras al crecimiento, desarrollo y bienestar de la sociedad humana.
Lección 2. Sustancias tóxicas La presencia o el exceso en la concentración de una sustancia o agente (físico, químico o biológico) en un determinado medio con alteraciones dañinas se considera contaminación (Vallejo, 1997). Es importante resaltar que la mayoría de efectos nocivos son consecuencia del exceso en la presencia de un determinado agente. Por ejemplo, los metales hacen parte de los elementos que conforman el suelo, siendo algunos de ellos micronutrientes esenciales para plantas y animales, como el Cobre, que es constituyente de proteínas y enzimas y que regula además procesos tan importantes para las plantas como la formación de tejidos estructurales a través del proceso de lignificación (Bonilla, 2000). Sin embargo, en altas concentraciones el cobre puede inhibir la actividad fotosintética, y en mamíferos rumiantes ocasionar daños en el hígado y anemia (Bjerregaard & Andersen, 2007) La contaminación biológica se produce cuando un virus, bacteria, parásito o especie invasora, aumenta su presencia o se adueña de un nuevo sustrato, generando en uno o varios organismos efectos negativos. La contaminación física por su parte, se refiere a un cambio significativo en formas de energía (ruido, temperatura o radiación) que igualmente causan alteraciones a niveles neurológicos y sensoriales (Vallejo, 1997) Las sustancias químicas, de origen natural o sintético, capaces de modificar negativamente al medio ambiente y al ser humano, son los tóxicos principalmente estudiados por la toxicología ambiental, por tanto constituyen la base de los temas y ejemplos que serán desarrollados en este curso.
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Sustancias químicas contaminantes Fuentes Son producidas por la industria. Según el registro CAS 1 actualmente se comercializan 51.667.003 sustancias químicas, un número elevado de sustancias que son procesadas, manipuladas, usadas y posteriormente desechadas sin el adecuado conocimiento de su toxicidad. Las emisiones industriales constituyen el 39% de los contaminantes atmosféricos liberados por año, haciendo su mayor aporte las industrias metalúrgicas y de petróleo. Vallejo (1997) reporta como el 0.1 % del petróleo transportado por vía marítima es arrojado al mar, contaminando con taminando los cuerpos de agua. Principales sustancias Agentes químicos de mayor uso y toxicidad: metales, hidrocarburos, compuestos orgánicos volátiles, dioxinas, furanos, plaguicidas, fertilizantes, bifenilos policlorados y compuestos bromados retardantes de llama. Sustancias en las que se profundizará en los capítulos 4 y 5, respectivamente. La toxicidad es la capacidad de una sustancia para producir una alteración dañina en un organismo vivo. Esta cualidad del tóxico depende de factores inherentes a la sustancia, factores del organismo expuesto y de las condiciones ambientales en las que se encuentra el individuo (Vallejo, 1997). Entrando en los factores inherentes a la sustancia encontramos que sus propiedades físicas y químicas son determinantes en la toxicidad que producen (Tabla 1). 1). Con respecto a la estructura química, la presencia de ciertos grupos funcionales dentro de la molécula, le otorga a ésta ciertas cualidades que determinan su toxicidad, se pueden citar:
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Alta reactividad: La molécula es capaz de reaccionar con grupos endógenos del organismo, aumentando aumentando la capacidad del tóxico de alterar procesos metabólicos. metabólicos. Ejemplo de ello es la oxidación, por parte de los grupos nitro (NO2) y amino (NH2), del ion ferroso que contiene la hemoglobina de la sangre. Esta interacción impide el transporte eficiente de oxígeno en el individuo y puede provocarle grandes grandes daños. Otros grupos de alta reactividad son los alquilos de azufre o de fósforo.
Registro de la Chemical Abstract Service, una división de la American Chemical Society. 14
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Tabla 1. Propiedades físico-químicas que influyen en la toxicidad de una sustancia.
Estabilidad en el medio: Por otro lado, si una molécula no es soluble en agua y además su estructura tiene un predominio de enlaces químicos muy estables, es una sustancia poco reactiva y, por ende, se convierte en un agente fácilmente acumulable dentro de un individuo o ecosistema. El DDT, un agroquímico organoclorado conocido por su alta toxicidad, es degradado en un 50% en un periodo de 2 a 15 años, dependiendo del tipo de suelo (ATSDR, 2002). La presencia de halógenos y de anillos aromáticos en las moléculas brindan a las sustancias las características de permanencia descritas (Figura 3). 3). Fácil degradación o eliminación: Los tóxicos solubles en agua son fácilmente excretados por el cuerpo, los grupos hidroxilos y carboxilos, presentes en cadenas abiertas de pocos carbonos, son los responsables de darle a la sustancia tal característica. Dichos grupos unidos a anillos aromáticos otorgan polaridad a la molécula, lo que favorece su solubilidad y su degradación.
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Figura 3. Estructura química de algunos grupos y sustancias caracterizados por su alta permanencia en el ambiente (A, B y D) o por su alta reactividad (C). Nota. (A) (A) Benceno. (B) Naftaleno. (C) Trinitrotolueno. (D) DDT –diclorodifeniltricloroetano-
Teniendo en cuenta que la identificación de las características de una molécula están relacionados con su comportamiento físico y químico, resulta de mucha utilidad poder predecir cuál o cuáles serán los efectos que una sustancia conocida puede tener. En este contexto, el QSAR (Quantitative Structure Activity Relationship) se propone como un método de estimación de la toxicidad de un agente, basado en los efectos observados para sustancias con propiedades físicas y estructurales parecidas a aquella objeto de estudio. QSAR es una herramienta útil que tiene en cuenta el aporte de cada característica de la estructura molecular, permitiendo calcular su toxicidad potencial. Este método permite la selección de sustancias químicas de menor impacto en el medio ambiente, que igual cumplen con las propiedades deseadas a nivel industrial (Landis & Yu, 2003) Otros factores inherentes a los agentes químicos y que determinan su toxicidad son: Las vías de ingreso al organismo, la magnitud a la exposición y la toxicocinética de la sustancia. Estos temas serán abordados y profundizados en las próximas lecciones. Lección 3. Tipos, rutas y vías de exposición En términos de la toxicología, la Exposición se entiende como el contacto, de un organismo o una población, con un agente tóxico (Peña, Carter & Ayala-Fierro, 2001), considerándose como el estado estado inicial de la manifestación de la toxicidad. Los tipos de exposición se clasifican de acuerdo a: (1) la concentración del tóxico asociada a la dosis, (2) al tiempo de exposición y (3) a la aparición de los efectos, obteniendo tres categorías principales (Vallejo, 1997): Aguda o instantánea instantánea En la cual la exposición está dada por una dosis, en un solo evento, generando efectos a corto plazo, es decir inmediatos o dentro de las 24 horas siguientes.
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Subcrónica o repetida por periodos cortos: Es una exposición en dosis bajas que se produce en varios eventos, está asociada a las actividades del individuo, especialmente a las jornadas laborales en los seres humanos. La respuesta o alteración dañina depende del grado de exposición. Crónica o continua por periodos largos: Se produce por exposiciones a muy bajas concentraciones del tóxico, en periodos largos o vitalicios, generando efectos tardíos que pueden aparecer después de meses o años. Está asociada a la cotidianidad y está principalmente relacionada a contaminación del agua, aire y/o los alimentos. Dos aspectos adicionales y de importancia son la ruta y la vía de exposición, estos términos participan en la caracterización y evaluación del estado inicial de la toxicidad. La ruta de exposición hace referencia al proceso del tóxico desde el lugar de emisión hasta el contacto con el individuo o población, constando así de cuatro principales elementos: la fuente de liberación, el mecanismo de transporte, el punto de contacto con el individuo o población, y la vía de ingreso o de exposición al organismo (Peña et al ., 2001). Para describir la ruta se tienen en cuenta los cuatro elementos, asociados a aspectos importantes tal y como se observa en la Tabla 2. Tabla 2. Elementos y aspectos importantes en la descripción de una ruta de exposición
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Figura 4. Ejemplo de la caracterización de una ruta de exposición Fuente: Peña, C. E., Carter D.E & Ayala-Fierro F. (2001). Toxicología Ambiental: Evaluación de Riesgos y Restauración Ambiental .
La vía de exposición al ser el elemento final, es un término de gran importancia, dado que determina la entrada del tóxico al organismo. Este ingreso puede darse principalmente de tres formas (Loomis & Hayes, 1996; Vallejo, 1997): Vía inhalatoria: Mecanismo de ingreso de tóxicos en forma gaseosa, y de partículas y fibras que no superen 10 µm de tamaño. La contaminación atmosférica es común en ambientes industriales y en áreas urbanas con alta densidad poblacional, lo que ha hecho que entidades de vigilancia y control establezcan y supervisen las concentraciones permitidas de compuestos químicos emitidos a la atmósfera, por las chimeneas de las industrias como Dioxinas y Furanos, o por tubos de escape de vehículos, como los óxidos de azufre o plomo. Vía Oral: Vía de ingreso de las sustancias tóxicas que sean ingeridas. Las condiciones de pH y los fluidos particulares del tracto digestivo, hacen que la respuesta al tóxico sea particular al mismo, es decir, existen algunos tóxicos, como los fenoles, que a determinadas concentraciones dañan solamente las mucosas que recubren el aparato digestivo, llegando a una necrotización o muerte del tejido. Cuando los tóxicos son absorbidos por las mucosas y pasan a otros órganos se producen alteraciones que pueden resultar sistémicas. Una variable adicional a la toxicidad iniciada por ésta vía es la interacción del tóxico con las secreciones gástricas, biliares y pancreáticas, y el contenido preexistente del estómago, puesto que la toxicidad puede aumentar o disminuir acorde a dicha interacción.
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Vía Cutánea: Aunque la piel es un órgano eficiente de aislamiento y protección, existen tóxicos especialmente liposolubles capaces de producir reacciones adversas al tener contacto con la piel, como por ejemplo el ácido fórmico, que logra alterar la integridad de la piel rompiendo su capa superficial. Por lo general, la respuesta inicia en el lugar de la exposición, no obstante esta puede extenderse y convertirse en sistémica. Los principales factores que determinan la capacidad de una sustancia para atravesar la piel son el pH, el tamaño molecular, la liposolubilidad y el lugar del cuerpo donde hizo contacto. Lección 4. Toxicocinética La Toxicocinética estudia el proceso que sufre un tóxico desde el ingreso a un organismo hasta su eliminación. Dada la exposición, la sustancia genera toxicidad siempre y cuando supere las estrategias de protección a los tejidos diana (inmovilización, inactivación y eliminación), que el organismo le presenta (Peña et al ., 2001). Este proceso ha sido dividido en cuatro etapas principales: Absorción, Distribución, Metabolismo y Excreción, por lo que es conocido como ADME. Absorción: Es la etapa inicial, el paso del exterior a la circulación dentro del organismo. El tóxico debe traspasar en ésta etapa las barreras y membranas biológicas, lo cual realiza a través de mecanismos de transporte como:
Difusión simple, para moléculas polares de bajo peso, preferiblemente hidrófobas, que depende del gradiente positivo entre el medio contaminado y la sangre (o sistema circulatorio del organismo). La Difusión facilitada, en la cual se requieren de proteínas especializadas para transportar moléculas hidrofílicas. Transporte Activo, en el que las proteínas transportan solutos de alto peso molecular en contra del gradiente de concentración, consumiendo energía (Curtis y Barnes, 2000).
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Figura 5. Tipos de transporte en la membrana celular. Fuente: Curtis, H & Barnes, N.S. (2000). Biología (6a Ed.). Buenos Aires: Editorial Medica Panamericana.
Los tejidos que recubren el tracto gastrointestinal y el aparato respiratorio, así como la piel, son las superficies más comunes de absorción, dado que estas son las principales vías de exposición. Estos tejidos además de estar particularmente expuestos a tóxicos, son aquellos responsables del intercambio de sustancias vitales para el organismo, siendo eficientes en este proceso, gracias a su alta irrigación sanguínea, al aumento en la superficie de absorción (ej. Vellosidades del intestino), al bajo espesor de la membrana (ej. Los alvéolos pulmonares) y a un periodo prolongado de exposición (O’ Flaherty, 2000; Peña et al ., 2001). Dentro de los mecanismos de protección o defensa contra la absorción de contaminantes desarrollados por estos tejidos encontramos:
Para el tracto gastrointestinal: pH bajo, degradación y/o transformación por la actividad enzimática y microbiana (flora intestinal). En el aparato respiratorio: Filtrado de los vellos nasales, expulsión física (estornudo), producción de moco nasal. En la piel: Baja permeabilidad, disposición de varias capas, baja irrigación sanguínea en las capas externas, ausencia de transporte activo.
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Distribución: En ésta etapa el tóxico deja de estar en el sistema circulatorio para pasar a ubicarse en otros tejidos y órganos del cuerpo. Los compartimentos de destino pueden ser órganos de almacenamiento o el blanco del tóxico. Algunos contaminantes tienen afinidad por ciertos tejidos, lo cual influye en su distribución, como es el caso de los hidrocarburos aromáticos policíclicos y su especificidad hacia la melanina del ojo, o de algunos metales que se fijan a las proteínas hepáticas para posteriormente depositarse en huesos y dientes, otros ejemplos citados por Vallejo (1997) se observan en la Tabla 3. Los mecanismos de defensa en esta fase, que logran proteger a órganos más susceptibles e importantes del cuerpo, están dados por la acumulación en órganos especializados y por la existencia de membranas o barreras de exclusión que impiden la entrada del tóxico. Teniendo en cuenta las propiedades físicas y químicas antes mencionadas, el contaminante puede estar almacenado temporalmente o ser rápidamente eliminado (Landis & Yu, 2003). Los órganos de depósito son principalmente los pulmones, los riñones, el hígado, el tejido óseo y el adiposo. En el caso de los riñones y el hígado, debido al predominante mecanismo de transporte activo y su alta irrigación, se favorece la tendencia a la acumulación del tóxico y por ende su susceptibilidad a una intoxicación. En el tejido adiposo pueden quedar atrapados contaminantes hidrofóbicos, no obstante esta acumulación no es permanente y permite que el tóxico vuelva a circular en el cuerpo, ligado a los lípidos que se movilizan en la sangre, producto de una actividad prolongada del organismo. En el tejido óseo específicamente, se tiene el depósito de potasio y el sitio de acción de los fluoruros (Peña et al ., 2001). Como ejemplo de las barreras de exclusión, está la barrera cerebro-sangre o BBB (BloodBrain Barrier), cuyo mecanismo de protección consiste en una membrana constituida por células capilares estrechamente unidas que no permiten la difusión pasiva, dada la ausencia de poros o espacios, una capa adicional de células gliales, y una baja concentración de proteínas transportadoras de lípidos (Barile, 2008).
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Toxicología Ambiental Tabla 3. Selectividad sistémica de algunos agentes tóxicos.
Nota. Fuente: Vallejo, M. (1997). Toxicología ambiental: Fuentes, cinética y efectos de los contaminantes. Bogotá: Fondo Nacional Universitario.
Metabolismo: Es el conjunto de biotransformaciones que sufre el tóxico dentro del organismo, que tienen por objetivo reducir su efecto (detoxificación) y pasar de un complejo liposoluble a uno hidrosoluble, facilitando su eliminación. Esta etapa está dada por lo general, pero no exclusivamente, en el hígado (Vallejo, 1997) y es mediada en su totalidad por enzimas. La biotransformación de los contaminantes se divide en dos fases (Landis & Yu, 2003):
Fase I: Se caracteriza por la introducción de un grupo polar (hidrofílico) al contaminante, a través de reacciones de oxidación, reducción o hidrólisis, obteniendo un metabolito primario. Fase II: Son reacciones de conjugación, en las que el metabolito primario, producido en la Fase I, es combinado con sustancias endógenas para formar un complejo más hidrosoluble. Los sustratos endógenos utilizados en la conjugación son el ácido glucorónico (gluconidación), ácido sulfúrico (sulfatación) y el glutatión.
Es importante decir que algunos contaminantes durante las fases de biotransformación pasan a su forma activa (bioactivación), o logran vencer las defensas del organismo, generando una respuesta tóxica.
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Excreción: Etapa final del proceso en la que el contaminante es expulsado del organismo. El tóxico puede ser eliminado en su forma original o como el metabolito resultante de las fases de biotransformación (Barile, 2008). La excreción se da por:
La orina: Los riñones son el órgano más importante en la eliminación de tóxicos, puesto que remueven los contaminantes de la sangre. La excreción por este medio es posible gracias al bajo pH de la orina y al aumento de la solubilidad en agua del tóxico, producto del metabolismo. Heces: Los tóxicos transformados en el hígado, los no absorbidos, los acumulados en la flora intestinal y los que pasan por difusión pasiva de la sangre al intestino, son eliminados a través de la materia fecal. Vía pulmonar: Algunos gases y líquidos volátiles son expulsados por difusión simple a través de la exhalación, su eliminación por este medio es inversa a la solubilidad de estos en la sangre, así por ejemplo el dióxido de etileno al ser poco soluble en la sangre es fácilmente exhalado, contrario al cloroformo y al etanol. Secreciones de la glándula mamaria: La leche producida durante la época de lactancia es una sustancia acuosa con un elevado componente lipídico, lo que conlleva al paso sin mayor restricción de cualquier sustancia tanto hidrofílica como hidrofóbica a la leche, constituyéndose en un factor de riesgo para los consumidores de la misma. Otras secreciones: Las lágrimas, la saliva, el sudor y los folículos del cabello, son otros mecanismos de eliminación de contaminantes.
En plantas la toxicocinética es similar, dada la exposición a un contaminante atmosférico, el ingreso del mismo al organismo vegetal está determinado inicialmente por la forma, orientación y características de la epidermis de las hojas. La siguiente barrera está mediada por el aparato estomático (Abertura de la epidermis de las hojas y tallos, rodeada de células oclusivas que regulan el intercambio gaseoso). Una vez el tóxico entra a la hoja se desplaza por el espacio intercelular donde puede permanecer en su forma original o cambiar a un estado de mayor actividad, si el tóxico entra a las células puede ser acumulado, en tejidos como el parénquima, o causar daños directamente en las membranas, enzimas y organelos de las células, alterando procesos tan importantes como el de la fotosíntesis. No obstante, la planta a través de sustancias endógenas, como el ascorbato, logra neutralizar algunos contaminantes. La excreción puede darse por el aparato estomático y/o por medio de secreciones (Landis & Yu, 2003).
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Las etapas y el proceso ADME son análogos en un ecosistema, tomando a éste como un organismo. El contaminante puede llegar a un ecosistema por medio del aire y/o las descargas de desechos domésticos e industriales a los cuerpos de agua. Una vez se da la exposición, el tóxico puede distribuirse libremente a través de los compartimientos del ecosistema (aire, agua, suelo, flora, fauna) y ser secuestrado por alguno de estos (ej. Suelos arcillosos), retrasando así sus efectos (Woolley, 2003). De las características del contaminante, del medio en el que se encuentra y de la magnitud de la exposición, depende la expansión, permanencia o fácil eliminación del mismo.
Figura 6. Ruta de Absorción, Distribución, Metabolismo y Excreción en Vertebrados. Fuente: Landis, W. G & Yu M. (2003). Introduction to environmental toxicology: Impacts of chemicals upon ecological a systems (3 Ed.). Florida: Lewis Publishers.
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Figura 7. Estructura de la hoja. a
Fuente: Curtis, H & Barnes, N.S. ( 2000). Biología (6 Ed.). Buenos Aires: Editorial Medica Panamericana.
Lección 5. Disponibilidad del tóxico en el ambiente Como parte de la descripción del proceso que sufre un tóxico dentro de un determinado ambiente, se encuentran fenómenos de bioacumulación, bioconcentración, biomagnificación y persistencia. Términos de la toxicología ambiental asociados a la disponibilidad final que alcanza el agente contaminante dentro del ambiente infectado y que por ende, influyen en su toxicidad. Bioacumulación Se entiende Bioacumulación como el aumento de la concentración del tóxico dentro de los organismos respecto a la concentración del tóxico en el ambiente (Landis & Yu, 2003). La Bioacumulación se evalúa como consecuencia del conjunto de las vías de exposición (inhalación, cutánea y oral). Para analizar la proporción en la que se está acumulando el agente, se usa el factor de bioacumulación (BAF por sus siglas en inglés), el cual relaciona la concentración del tóxico en el organismo (C 1) y la del medio (C m) de acuerdo a la expresión: 25
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BAF = C1 / Cm En la literatura puede encontrarse el término Bioconcentración para describir también el incremento en la concentración del agente, no obstante, en un sentido estricto, al hablar de bioconcentración no se tiene en cuenta la dieta, es decir, la exposición oral dada por la ingesta de alimentos contaminados (Mackay & Fraser, 2000). DeForest, Brix & Adam (2007) en una investigación en ambientes acuáticos evaluando diferentes metales, encontraron que el factor de Bioacumulación (BAF) excede al factor de bioconcentración (BCF) de 100 a 1.000 veces, mostrando la importancia de la dieta en la exposición. Adicionalmente, hallaron una correlación negativa entre los factores y la concentración de exposición en el agua, para la mayoría de especies evaluadas, la cual relacionaron con mecanismos metal-especie específicos, como regulación interna, sistema de absorción saturable y la existencia previa de metales presentes en el organismo. No obstante, encontraron también algunas especies con mecanismos deficientes de protección y/o excreción, es decir con tasas de absorción proporcionales a la concentración del medio. Por tanto, el análisis adecuado de los fenómenos de acumulación debe tener en cuenta las características de la especie objeto de estudio, y estar basado, tanto en los resultados de los factores BAF o BCF, como en la concentración de exposición del tóxico en el ambiente, Cm. Biomagnificación La biomagnificación es la transferencia de un agente contaminante a través de la dieta, obteniendo una mayor concentración en el organismo que en la fuente o alimento del mismo (Connell, 1989 citado en Gray, 2002). En el análisis de éste fenómeno se utiliza principalmente como objeto de estudio las cadenas alimenticias o redes tróficas (Figura 8). El factor de biomagnificación (BMF, por sus siglas en inglés) es la relación entre la concentración del organismo o la de un tejido determinado (C 1) y la de su alimento (C 2). Dicho factor también es conocido como factor de transferencia trófica (TTF por sus siglas en inglés) (DeForest et al ., 2007) calculado de acuerdo a la expresión: BMF ó TTF = C 1 / C2 No obstante, el uso de ésta herramienta es limitado, teniendo en cuenta que un solo individuo tiene varias fuentes de alimento, cada una con concentraciones diferentes del agente (Mackay & Fraser, 2000), lo que hace necesario el uso de condiciones controladas 26
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dentro de un laboratorio, o el empleo de modelos particulares para cada objeto de estudio.
Figura 8. Ejemplo del proceso de biomagnificación del DDT. Fuente: Greenpeace España. (2004). El DDT en España, un caso único en Europa. España.
Investigaciones en cadenas alimenticias de ambientes acuáticos muestran como el fenómeno de magnificación está influenciado por variables como edad, sexo, cantidad de tejido adiposo, posición en la cadena alimenticia, tiempo (estaciones) y espacio (gradientes de la concentración de exposición). McIntyre & Beauchamp (2007) estudiaron el fenómeno de biomagnificación del Mercurio y de algunas sustancias organocloradas, asociándolo a la red trófica del Lago Washington. La investigación encontró que la edad y la posición dentro de la red son las variables de mayor influencia en la magnificación de los tóxicos evaluados. La edad no es un aspecto muy común en este tipo de análisis, no obstante a través del estudio de McIntyre & Beauchamp (2007) se demuestra que predadores de mayor edad tienen una tasa de biomagnificación mayor que los predadores juveniles. La cantidad de lípidos en el organismo es una variable normalmente asociada a una mayor acumulación, especialmente de tóxicos liposolubles, en éste caso las sustancias organocloradas; sin embargo, el estudio no encontró relaciones significativamente fuertes que muestren una relación causal entre la proporción de tejido adiposo y la magnificación de los contaminantes analizados, mostrando así que cada ambiente es un objeto de estudio particular a describir.
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Persistencia La persistencia de un contaminante en el ambiente, es un fenómeno relacionado con la resistencia de la sustancia a ser degradada por procesos, químicos o biológicos, que se dan de forma natural en el ambiente. Muchas investigaciones sobre el fenómeno están asociadas concretamente al estudio de los agroquímicos utilizados como pesticidas, especialmente los que pertenecen a los organoclorados (DDT, HCH, Endosulfan, entre otros). El Endosulfan, pese a su restricción, es uno de los pesticidas más utilizados en los países en vía de desarrollo, gracias a su bajo costo y amplio rango de acción. Tal como lo menciona Jayashree & Vasudevan (2007), algunos trabajos reportan los efectos genotóxicos, neurotóxicos, y las alteraciones sobre el ambiente acuático y las gónadas de los mamíferos, ocasionados por el pesticida. La persistencia en el ambiente es medida a través del monitoreo de la sustancia o del metabolito resultante. El endosulfan, por ejemplo, está constituido por la mezcla de dos isómeros: el α-endosulfan y el β-endosulfan. En estudios sobre cultivos arroceros de la India, la concentración de β-endosulfan en el suelo recién aplicado el pesticida fue de 6.39 mg/kg, disminuyéndose a 0.8 mg/kg en un periodo de 150 días (Jayashree & Vasudevan, 2007). El sulfato de endosulfan, resultante del proceso de oxidación que realizan hongos y algunos microorganismos, es el metabolito más persistente del pesticida, éste fue precisamente encontrado por Jayashree & Vasudevan (2007) en la cascarilla (0.09 mg/kg) y en el grano de arroz (2.2 mg/kg) de los cultivos con aplicación del pesticida. El monitoreo de la concentración de los agentes contaminantes en los diferentes componentes del ambiente, es importante para conocer la tasa de degradación y eliminación del tóxico, así como el periodo de acción y la concentración que permanece a través de la ruta de exposición.
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CAPITULO 2. CARACTERIZACIÓN DE LA RESPUESTA TÓXICA Lección 6. Clasificación de las respuestas tóxicas La exposición a un agente contaminante y su posterior proceso dentro del organismo (ADME), genera en el individuo o en el objeto de estudio un conjunto de efectos negativos o respuestas tóxicas (intoxicación). La caracterización de las respuestas tóxicas está asociada, en primer lugar, al tipo de contacto con el contaminante, es así como tenemos parámetros de clasificación similares para la exposición y para las intoxicaciones. Intoxicación aguda: Alteraciones en el organismo inmediatas, o en un periodo máximo de 24 horas, dadas por una dosis, generalmente sobredosis, de un agente tóxico Intoxicación Subaguda: Respuestas tóxicas que se manifiestan a mediano plazo, siendo originadas por exposiciones repetitivas o en varias dosis. Asociada frecuentemente en humanos a su ocupación y jornada laboral. Intoxicación Crónica: Se presentan efectos tardíos o a largo plazo, producidos por exposiciones a muy bajas concentraciones del tóxico, en periodos largos o durante todo el ciclo de vida del organismo. Además de la clasificación por el tipo de exposición, Vallejo (1997) menciona clases de efectos determinadas por alcance, duración y tiempo de manifestación, tal como se muestra en la Tabla 4. Es importante resaltar que un mismo efecto puede clasificarse en varias clases, por ejemplo, la quemadura con un agente químico por lo general ocasiona efectos locales, reversibles e inmediatos. Por ende, la caracterización de la respuesta tóxica es la combinación adecuada de las categorías. Las respuestas sistémicas más comunes se dan en los riñones, en el hígado y en el sistema nervioso, debido a sus estructuras y funciones, así pues la capacidad de inducir daños en dichos órganos se denominan: nefrotoxicidad, hepatoxicidad y neurotoxicidad, respectivamente. Nefrotoxicidad Según Middendorf & Williams (2000), los riñones son los principales órganos de excreción del cuerpo. Su función principal es filtrar la sangre, removiendo los residuos y eliminándolos a través de la orina. Los daños en estos órganos se pueden manifestar inicialmente a través del incremento en el contenido de proteínas en la orina y cambios en el volumen de la misma. Los mecanismos de acción de los agentes nefrotóxicos, son:
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La vasoconstricción (reducción del volumen del vaso sanguíneo), que disminuye, tanto la cantidad de sangre a filtrar como la entrega de oxígeno al órgano, El daño directo a las estructuras especializadas en la filtración dentro de los riñones (glomérulos, túbulos proximal y distal, asa de Henle), causando un desbalance en la regulación de las sustancias importantes para el cuerpo (glucosa, amino ácidos) y las que deben ser eliminadas (tóxicos).
Los principales nefrotoxicos son: cadmio, mercurio, plomo y cloroformo. Tabla 4. Clasificación de las respuestas tóxicas
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Neurotoxicidad El sistema nervioso es una red intercomunicada de neuronas que se distribuye por todo el cuerpo. Su función de regulación y control está ligada al resto de sistemas del organismo, por lo que las alteraciones neurotóxicas se pueden manifestar en cambios en las frecuencias cardiaca y respiratoria, en la percepción sensorial, coordinación y hasta en niveles cognitivos y comportamentales, lo que dificulta muchas veces su adecuada identificación, cuantificación y manejo. Los mecanismos de acción de los neurotóxicos se basan principalmente en la interrupción de la red neuronal, a través del daño de las células, de la síntesis o función de los neurotransmisores, y la alteración de enzimas reguladores del proceso de neurotransmisión (Donkin & Williams, 2000). Hepatoxicidad El hígado es el órgano del cuerpo encargado de filtrar la sangre proveniente del tracto gastrointestinal, encargándose del almacenamiento y metabolismo de carbohidratos, de la formación de la bilis y de la urea, del metabolismo de grasas y hormonas, y de la biotransformación de los agentes extraños posiblemente tóxicos. Dadas sus funciones, el hígado es un paso obligado de los contaminantes, especialmente aquellos que ingresaron por la vía oral. Si el proceso de biotransformación ocasiona la activación del agente o la formación de metabolitos tóxicos, es el hígado el órgano que inicialmente recibe el impacto del mismo, haciéndose susceptible a intoxicaciones. Los mecanismos de acción son principalmente intracelulares, afectando los organelos de las células hepáticas, lo que deriva en la degeneración y necrosis (muerte de un conjunto de células) de los tejidos o del órgano en conjunto. Los daños celulares ocasionan alteraciones en las funciones hepáticas, las cuales se manifiestan en daños vasculares, cirrosis, hígado graso, colestasis y formación de tumores (Roberts, James & Franklin, 2000). Lección 7. Genotoxicidad: mutagénesis y carcinogénesis El ácido desoxirribonucleico (ADN) es una molécula conformada por dos cadenas de nucleótidos entrelazados que forman una doble hélice (Figura 9). El ADN contiene la información que codifica y determina la expresión de las proteínas del cuerpo (Griffiths, Gelbart, Miller & Lewontin, 2000).
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En la actualidad, un gran rango de agentes naturales y sintéticos es capaz de inducir alteraciones en el ADN (Genotoxicidad), generando cambios en la estructura y por ende en la información contenida en la molécula (mutación).
Figura 9. Estructura del nucleótido y de la doble cadena en espiral del ADN.
Fuente: Curtis, H & Barnes, N.S. ( 2000). Biología (6a Ed.). Buenos Aires: Editorial Medica Panamericana.
La mutagénesis (generación de cambios en el ADN) puede afectar células somáticas o germinales (Figura 10). En las células somáticas (cualquier célula del cuerpo) la mutación puede transmitirse por división celular ocasionando degeneraciones, como el cáncer, o muerte celular. En las células germinales (óvulo, espermatozoide) causa disminución en la fertilidad, abortos espontáneos, y defectos en las progenie, estas alteraciones pueden ser dominantes o recesivas, es decir manifestarse o no en la primera generación (Teaf & Middendorf, 2000). Los daños en las células somáticas embrionarias, causados después de la concepción y antes del nacimiento, es decir durante el desarrollo del feto, se denomina teratogénesis, este tipo de alteraciones se producen cuando la hembra en gestación se expone a un agente tóxico. La teratogénesis es consecuencia de diferentes tóxicos, no sólo aquellos asociados a genotoxicidad (Vallejo, 1997; Philp, 2001).
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Figura 10. Esquema de los efectos producidos por un genotóxico Fuente: Teaf, C & Middendorf, P. J. (2000). Mutagenesis and Genetic Toxicology. En P. L. Williams, R. C. James & S. M. Roberts (Eds.), Principles of toxicology: Environmental and industrial applications (pp 239 - 265). New York: John Wiley & Sons, Inc.
Los mecanismos a través de los cuales se producen las mutaciones, son clasificados por Philp (2001) en:
Mutaciones puntuales: Alteración de unas pocas pares de bases, a través de la deleción, adición, o sustitución de pares de bases. Aneuploidización: Cambio en el número de cromosomas. Clastogénesis: Daños en el cromosoma dados por fragmentación y/o translocaciones en la estructura del mismo.
La carcinogénesis es la proliferación anormal de células, consecuente a una mutación, que induce la producción de tumores malignos, los cuales destruyen los tejidos adyacentes y se distribuyen (metástasis) a través de la sangre (Vallejo, 1997). La inducción de cáncer ha sido descrita en tres pasos principales, tal como los describe Philp (2001). 1. 2.
3.
Iniciación: la interacción del agente genotóxico con el ADN, Promoción: Es el incremento en la tasa de crecimiento de los tumores o la reducción de su estado de latencia, a través de agentes promotores que no interactúan con el ADN. Algunas sustancias además de promotores pueden ser co-carcinógenos (agentes que junto a los carcinógenos aumentan la producción de tumores). Progresión: Desarrollo particular de la enfermedad. 33
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Conociendo los tipos y vías de exposición, y ahora los efectos o respuestas tóxicas, podemos entonces identificar las asociaciones más comunes entre estos términos, tal como lo hace Vallejo (1997) a través de la Figura 11.
Figura 11. Categorías de exposición y efectos de los agentes tóxicos Fuente: Vallejo, M. (1997). Toxicología ambiental: Fuentes, cinética y efectos de los contaminantes . Bogotá: Fondo Nacional Universitario.
Lección 8. Factores extrínsecos a la sustancia que afectan la respuesta tóxica Recordemos que la toxicidad, y por ende la respuesta tóxica, dependen de factores inherentes a la sustancia (referidas en lecciones anteriores), de factores del organismo expuesto y de las condiciones ambientales en las que se encuentra el individuo. Los aspectos relacionados con el organismo y su ambiente son factores extrínsecos a las sustancias que alteran significativamente los efectos que ésta produce. Dentro de los factores ambientales tenemos: Condiciones climáticas Las características de una región, lugar o estación (presión atmosférica, humedad y temperatura), influyen en las propiedades, movilización y eliminación de un determinado agente tóxico (Vallejo, 1997). Por ejemplo, en regiones con climas cálidos (o en el verano) vías de eliminación como el sudor se incrementan, facilitando la eliminación de algunos tóxicos.
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País de residencia (cultura – tradiciones) Estudios epidemiológicos demuestran, que la población de un determinado país es más propensa a cierta enfermedad, que los habitantes de otro país. A través de estudios y estadísticas, se ha descartado una explicación genética y se ha fortalecido el argumento cultural y geográfico, puesto que personas que residen en un país distinto al de su residencia, por lo general, tienen la misma probabilidad de los residentes nativos (Peña et al ., 2001). Las particularidades de índole geográfico y cultural de una región o país, determinadas por la dieta, el grado de industrialización, la cotidianidad, el marco legislativo, entre otros aspectos, determinan las características de exposición de la población allí residente a agentes contaminantes. Ocupación El tipo de ocupación o actividad laboral desarrollada por el individuo, influye en la exposición a materiales tóxicos, tanto en el tipo de sustancia, como en el periodo de exposición a la misma. Peña et al . (2001) muestra algunos ejemplos de ocupaciones que incrementan el riesgo de sufrir cáncer (Tabla 5). Tabla 5. Ocupaciones que incrementan el riesgo de ciertos tipos de cáncer
Nota. Fuente: Peña, C. E., Carter D.E & Ayala-Fierro F. (2001). Toxicología ambiental: Evaluación de riesgos y restauración ambiental .
Los factores que dependen del organismo receptor del agente tóxico son: Edad En los extremos de la vida de un individuo (ej. niñez y vejez) algunos procesos, como la biotransformación y la excreción de sustancias, se hacen menos eficientes. En neonatos, 35
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el desarrollo completo del sistema enzimático se cumple entre los 6 y 12 meses de edad, incrementando el riesgo de intoxicaciones en bebes con edad inferior. La composición del organismo cambia con la edad, a medida que se va envejeciendo el cuerpo disminuye su proporción de agua, pasando de un 75% a un 50%, y aumenta el de grasas, lo que ocasiona una recepción y acumulación diferencial entre tóxicos con alta o baja liposolubilidad (Philp, 2001). Sexo La desigualdad en la respuesta a un tóxico entre géneros, está fundamentada en las diferencias en el tamaño corporal, contenido de grasa, tasa metabólica basal, y presencia y expresión hormonal (Philp, 2001). La producción de estrógeno, por ejemplo, favorece la síntesis enzimática, no obstante y acorde a la sustancia del caso, las enzimas generadas pueden activar o eliminar al agente contaminante, evidenciando mayor susceptibilidad o resistencia en hembras (Vallejo, 1997). Factor genético Los procesos de biotransformación están regulados por varios genes, la diferencia en uno de ellos determina la variabilidad en la respuesta a nivel poblacional o individual en su proceso ADME, puesto que la variación puede derivar en efectos distintos entre organismos para una misma sustancia (Peña et al ., 2001). Enfermedades Una patología que represente daños en órganos importantes dentro de la biotransformación, acumulación y eliminación de los contaminantes (hígado, riñones), o que haya dejado secuelas en el funcionamiento de los mismos, aumenta la toxicidad del agente. Algunas enfermedades alteran mecanismos de protección, como el daño en la barrera sangre-cerebro o BBB causado por la meningitis, generando el paso de sustancias que generalmente serían retenidas (Philp, 2001) La enfermedad y la posterior intoxicación sobre un órgano pueden ocasionar la pérdida total de sus funciones, lo que como consecuencia lleva al detrimento de la vida del individuo o a su muerte inmediata. Estado nutricional El régimen nutricional influye en la toxicidad de una sustancia, la interacción del tóxico con alimentos, antes o después de su ingesta, altera los efectos del mismo. Es así como, por ejemplo, la deficiencia de proteínas y de ácidos grasos, y el exceso de carbohidratos 36
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afectan la fase II de la Biotransformación (ver lección 4), al limitar tanto la disponibilidad de sustratos, como la síntesis de enzimas importantes para las reacciones de ésta etapa (Peña et al ., 2001). Las flavonas, las xantinas y los indoles son compuestos que al tener una participación importante dentro de la dieta, favorecen e incrementan en el organismo las rutas metabólicas de oxidación y salida de los contaminantes, demostrando que una alimentación rica en ciertas sustancias puede proporcionar al organismo mayor resistencia a intoxicaciones.
Lección 9. Relación dosis – respuesta. Conociendo los tipos de respuesta y las variables asociadas a la naturaleza del agente tóxico, del organismo y del medio que intervienen en la misma, se profundizará en esta lección acerca de la relación entre la cantidad de sustancia por unidad de peso corporal (dosis) y la magnitud del efecto que se produce. Curva dosis – respuesta Una forma clara y práctica de describir, entender y representar la respuesta de una enzima, un organismo, población o comunidad biológica a un rango de concentración de un agente tóxico, es una gráfica conocida como curva dosis – respuesta (Landis & Yu, 2003). El efecto a analizar puede estar a cualquier nivel (molecular, órgano, organismo, poblacional), lo importante es que sea medible y tenga un valor de cero cuando la dosis sea cero (Peña et al ., 2001). La curva se puede construir midiendo, a diferentes dosis o concentraciones de agente tóxico, un efecto asociado. Es decir que los efectos observados se modelan como una curva continua ubicando en el eje X del logaritmo de la dosis, y en el eje Y el porcentaje acumulado de la respuesta, obteniendo generalmente una curva sigmoidea o en forma de “S” (Figura 12). Como se observa en la Figura 12 la curva inicia en el origen o punto cero, continúa con una región en la que no se observa respuesta a pesar del suministro de tóxico, una vez se llega a la dosis en la que empieza a observarse efecto, que es equivalente a la dosis máxima a la que no se tiene efecto se denomina NOAEL (No Observed Adverse Effects Level – Dosis de efectos adversos no observados). Posteriormente, al ir aumentando la dosis se comienza a manifestar levemente el efecto (aumento gradual en la pendiente de la curva), punto conocido como LOAEL (Lowest Observed Adverse Effects Level), llegando a un valor máximo en la pendiente en el que la respuesta es directamente proporcional a la dosis
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(región de la curva en línea recta). Finalmente, a dosis mayores la pendiente comienza a decrecer hasta llegar a cero, punto en el cual el efecto es máximo (E max). En la curva se pueden identificar dos puntos o parámetros importantes en la descripción del tóxico analizado: 1. 2.
La dosis o concentración en la que el efecto es del 50%, junto con la pendiente que tiene la curva en dicho punto. La cantidad de sustancia a la que la respuesta es máxima (E max). El primer parámetro puede ser nombrado como DL 50, CL50, CI50 y CE50, dependiendo del tipo de experimento y respuesta evaluada (Landis & Yu, 2003).
Figura 12. Comportamiento y puntos relevantes de una curva dosis – respuesta
Para evaluar efectos letales: DL50 : Dosis que causa la muerte al 50% de los individuos evaluados. CL50: Concentración a la cual mueren el 50% de los individuos de la muestra. En análisis de efectos no letales: CI50: Concentración que inhibe en un 50% la respuesta normal de un individuo. DE50: Dosis que tiene un efecto en el 50% de los individuos. CE50: Concentración que tiene un efecto en el 50% de los individuos. Una de las utilidades de la curva dosis – respuesta es la descripción y comparación entre tóxicos, manejando los parámetros anteriormente definidos y la medida de potencia. La Potencia se refiere al rango de concentración en la que el agente es capaz de producir un efecto creciente (Hughes, 1996), es decir la región de la curva donde la respuesta aumenta con la dosis, un agente es más potente que otro si dicha región está más cerca al 38
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origen de la gráfica, puesto que esto indica su capacidad de causar efectos adversos a concentraciones menores (Figura 13). La eficacia se mide a través de la respuesta máxima (E max), una sustancia es más eficaz que otra si el porcentaje de respuesta es mayor (Hughes, 1996; Peña et al ., 2001). En la Figura 13 se observa la curva dosis – respuesta de dos sustancias, la curva roja (sustancia A) describe a un agente potente pero menos eficiente, y la curva azul (sustancia B) a un agente eficaz pero menos potente. Generalmente, la comparación entre sustancias se hace teniendo en cuenta únicamente el parámetro de la concentración que produce el 50% del efecto, medida de comparación útil, pero que puede subestimar la toxicidad de una sustancia.
Figura 13. Curva dosis – respuesta de dos sustancias.
En la Figura 13 se observa la comparación de la sustancia A con la B, según el parámetro LD50 tienen una toxicidad similar, no obstante, la sustancia A tiene una pendiente inferior, y como se observa en la gráfica tiene un efecto mayor a bajas dosis, lo que le da relevancia en escenarios, como el medio ambiente, donde por lo general, los tóxicos se hallan en concentraciones bajas. Si la comparación se realiza sólo por el parámetro DL 50 se subestima la toxicidad de la sustancia A bajo ciertas condiciones, por lo que se hace necesario tener en cuenta varios parámetros y la observación de la gráfica, para describir y comparar adecuadamente una sustancia. La exactitud y precisión de los estimadores de los parámetros hallados a través del gráfico o la curva dependen de características del ensayo como: el uso de una población representativa y el número de réplicas. Existen otros métodos estadísticos para analizar la relación dosis – respuesta y hallar los estimadores, estos son: (1) Método Probit, (2) 39
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Método de Litchfield-Wilcoxon, y (3) Método de Sperman-Karber. La selección del método a ejecutar depende del experimento y de los datos obtenidos, tal como lo explica Díaz Báez, Bulus & Pica (2004). Lección 10. Unidades e índices de toxicidad Los estimadores hallados a través de la relación dosis – respuesta (DL 50, CL50, CI50, CE50 y Emax, entre otros) están asociados a la caracterización de la toxicidad de una sustancia, que a su vez, da la posibilidad de compararlas entre sí. No obstante, en el medio ambiente se presentan mezclas de los agentes tóxicos, generando interacciones (Sinergismo, Antagonismo, Adición) que modifican su toxicidad individual, similar a lo que sería un efecto conjunto. La Unidad Tóxica (TU, por sus siglas en inglés) es uno de los métodos de aproximación que buscan establecer la toxicidad de cada uno de los componentes de una mezcla. La TU, propuesta por Sprague (1970), estima la toxicidad individual de una sustancia (subíndice i ) a través de la relación entre su concentración (ci ) y el efecto medido o determinado (EC xi ). La expresión matemática para la TU de una sustancia i se define como:
La toxicidad de la mezcla en conjunto TU mix, según el método, será la sumatoria de las TU individuales, manteniendo, por supuesto, el mismo porcentaje de efecto para todos los componentes, resultando la siguiente expresión, donde n es el número de componentes de la mezcla (i = 1,2, 3... n):
El método es empleado con éxito en casos donde los componentes tienen un mecanismo de acción similar, como es el caso de algunos pesticidas, aunque es preciso decir que, bajo condiciones de mecanismos diferenciales, la estimación está por encima o por debajo en un factor de 2.6 (Junghans, Backhaus, Faust, Scholze & Grimme, 2006), lo que hace necesario el empleo de otros métodos más complejos de estimación. Algunos de los índices de toxicidad más comunes son el margen de seguridad (MS), la dosis de referencia (RfD) o concentración de referencia (RfC), la ingestión diaria aceptable (ADI), y la ingestión tolerable (TI), utilizados o referenciados según el país o la institución.
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El margen de seguridad (MS) relaciona las curvas de respuesta tóxica y respuesta leve de un agente, entre más alto sea el valor del índice, más seguro es utilizar la sustancia (James et al ., 2000). Para hallar el índice se utilizan, generalmente, las dosis que producen un efecto del 50% en las respectivas curvas, tal como lo muestra la Figura 14.
Figura 14. Curvas dosis – respuesta de una sustancia con efectos de diferentes magnitudes Nota. SD: curva de efectos leves (irritación leve en ojos y nariz), TD: curva de efectos tóxicos (daño en órganos), y LD: curva de efectos letales. Fuente: James, R. C., Roberts, S. M. & Williams, P. L. (2000). General principles of toxicology. En P. L. Williams, R. C. James & S. M. Roberts (Eds.), Principles of toxicology: Environmental and industrial applications (pp 3 – 7). New York: John Wiley & Sons, Inc.
Para el caso observado en la Figura 14 el MS se expresaría: MS= TD50 / SD50 Los demás índices toxicológicos estiman el nivel de exposición diaria que no genera respuestas negativas en poblaciones humanas, incluyendo subpoblaciones sensibles (Instituto Nacional de Ecología & SEMARNAT, 2003; Peña et al ., 2001). En la obtención de los índices se tiene en cuenta el tipo y vía de exposición, el efecto evaluado, los datos obtenidos de la relación dosis – respuesta (NOAEL o LOAEL) y los factores de incertidumbre (FI). Los FI son inherentes a la extrapolación de los datos obtenidos. La aplicación de los FI se da para tener en cuenta la variabilidad de la población, para proteger poblaciones más sensibles (niños, ancianos), y cuando los datos se quieren extrapolar a otras especies diferentes a las utilizadas en la obtención de los datos (Peña et al ., 2001). El valor de los FI
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lo asignan los investigadores acorde a evidencias empíricas y a las condiciones de sus investigaciones. En la Tabla 6 se muestran algunos FI utilizados por la USEPA (United States Environmental Protection Agency). Tabla 6. Algunos Factores de Incertidumbre utilizados por la USEPA
Nota. Fuente: Adaptado de México, Instituto Nacional de Ecología & Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales – SEMARNAT-. (2003). Introducción al análisis de riesgos ambientales. México.
Los índices son el cociente entre la dosis máxima a la cual no se observan efectos tóxicos (NOAEL) y la multiplicación de los FI. Como ejemplo de lo anterior, se tomará la RfC del cloruro de vinilo hallada por la USEPA y reportada por el Instituto Nacional de Ecología & SEMARNAT (2003): El cloruro de vinilo es un tóxico capaz de producir quistes en las células hepáticas de ratón, así los investigadores, al extrapolar los resultados de estudios en ratón a seres humanos, encontraron una concentración NOAEL de 2.5 mg/m 3. Los FI establecidos fueron: Un factor de protección a poblaciones sensibles (FI S) de 10 y un factor de extrapolación de animal al ser humano (FI H) de 3. Entonces, la RfC para el cloruro de vinilo es:
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CAPITULO 3. EVALUACIÓN Y ANÁLISIS DE RIESGOS Lección 11. Introducción al análisis de riesgos Inicialmente es pertinente definir lo que es el riesgo y sus elementos principales. Según Tarazona (2003) la definición de riesgo incluye como elementos básicos la probabilidad y la severidad de un efecto adverso, sea sobre el ser humano o sobre el ambiente, como consecuencia de una exposición a un agente causal. En el contexto de la toxicología ambiental esto significa que, frente a la presencia de una sustancia o agente tóxico, existe la probabilidad de observar efectos adversos, evaluada su severidad, sobre uno o más de los organismos que estén expuestos al agente. Señala INE (2003) que los riesgos nos rodean en la vida cotidiana, existiendo en varios niveles o con diferentes grados de severidad, en actividades de diversas índoles como conducir un vehículo, tomar medicamentos o invertir dinero. Para el caso de riesgos asociados a la salud INE (2003) incluye una diferenciación entre aquellas exposiciones voluntarias, en las que media una intención de realizar la actividad con conocimiento de sus posibles consecuencias, como el caso del hábito de fumar, frente a aquellas exposiciones involuntarias, cuyo caso más relevante es la contaminación ambiental. De lo anterior se infiere que el riesgo dependerá de todos aquellos factores, tanto intrínsecos del agente causal, como externos a la sustancia misma y de la forma como éste actúa en cada organismo, es decir, en otros términos riesgo es el conjunto resultante de peligro y de exposición. Teniendo en cuenta que en lecciones anteriores se abordó con detalle la exposición y sus elementos, solo resta aclarar lo que en este contexto se considera peligro. El peligro que se asocia a un agente, tóxico en nuestro contexto, gira en torno a establecer si dicho agente puede causar efectos adversos en la salud humana o sobre el medio ambiente. De aquí que INE (2003) señala que la identificación del peligro no contempla una cuantificación sino que se basa en la revisión de la información disponible (epidemiológica – toxicológica) para dicho agente en particular, lo que resulta en una característica tipo presencia – ausencia. Una vez se determina el peligro (presente) y se identifican los elementos asociados a la exposición, debe incluirse un tercer elemento: Uno o más sujetos (receptor). Estos tres elementos son indispensables en los escenarios que tienen implícito la determinación del riesgo. El procedimiento que permite estimar el riesgo, como resultado de la interacción entre peligro y exposición sobre el receptor, es la evaluación de riesgo. La evaluación del riesgo se constituye en una herramienta de la que disponen los actores en la toma de decisiones, en muchos campos de la gestión, no solamente científicos, pues como señala Tarazona (2003) involucra la totalidad de los campos científicos, que resultan 43
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fundamentales en los ámbitos de decisión sobre salud humana, seguridad alimentaria y protección del medio ambiente. La evaluación de riesgo es uno de tres pasos o fases del de análisis del riesgo, cada uno de los cuales serán abordados en una lección particular de éste capítulo, dichas fases incluyen además la gestión del riesgo y la comunicación del riesgo, como se presenta en la Figura 15. Además de lo anterior, puede considerarse como fase de partida, para un proceso de análisis de riesgo, la formulación o identificación del problema, que se constituye en un filtro que determinará el alcance y la perspectiva con la que se analizarán los riesgos y las condiciones o limitaciones de dicho análisis. Vale la pena mencionar que la evaluación del riesgo es la fase que mayor cantidad de herramientas de base científica tiene. Como señala MAVDT (2007a), este hecho permite que el conocimiento científico se incorpore en la toma de decisiones aportando en claridad y transparencia a las bases de la evaluación y de la incertidumbre de la misma, separándola de los demás criterios que median la toma de decisión, como la viabilidad económica, el impacto social, entre otros. Del análisis de riesgo se derivan las posibles medidas o acciones que deberán tomarse para prevenir, mitigar o reducir los riesgos que han sido identificados. Dentro de estas acciones deberán contemplarse las alternativas disponibles en cada contexto, contemplando factores sociales y económicos, para soportar la decisión más adecuada.
Figura 15. Esquema simplificado del ciclo de análisis de riesgo Fuente: MAVDT (2007a).
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Lección 12. Evaluación de riesgo Según el MAVDT (2008) la evaluación de riesgos es un proceso por el cual se analiza la información disponible para estimar la probabilidad de que se produzcan efectos como consecuencia de una acción o actividad y la magnitud de los mismos. De acá que la información que se tenga disponible sobre los factores involucrados: el agente causal, las vías de exposición, la presencia de organismos receptores, es determinante para asegurar el nivel de incertidumbre de la estimación, aunque es preciso señalar que las menores incertidumbres generalmente están asociadas a los mayores costos de estudio. En este sentido, cuando se trata de establecer cuál es la probabilidad y magnitud de posibles efectos adversos sobre un ecosistema, tal como señala MADVT (2008), es fundamental definir adecuadamente cuales efectos serán considerados adversos y ecológicamente relevantes. No obstante, como señala Tarazona (2003), el hecho que no se prevean efectos sobre los individuos (sobre supervivencia, crecimiento y tasa de reproducción) no implica directamente que no se tendrán efectos sobre poblaciones ni comunidades, pues factores no determinados inicialmente en los individuos, como la variación en la relación macho/hembra de nacimientos al interior de la población podrá llevar a observar efectos sobre la tasa global de reproducción de dicha población. De otra parte, dado que el desarrollo de una evaluación de riesgo requiere una gran cantidad de información, de una naturaleza técnico-científica en su mayoría, es importante establecer una metodología que optimice los recursos que se inviertan a su consecución. Por tanto, MAVDT (2008) señala los niveles en la evaluación de riesgos que serán descritos mas adelante. Una etapa inicial y necesaria en la evaluación del riesgo, de nivel bajo o alto, es el planteamiento y descripción del problema. La definición del problema, como propone INE (2003), comprende los factores causantes de estrés ambiental, los efectos ecológicos potenciales y las características de los ecosistemas involucrados (en riesgo). El proceso de definición o descripción del problema requiere de información que describa las condiciones del sitio, a nivel geográfico, hidrogeológico, ecológico, así como el tipo de uso que las poblaciones le han asignado. Esto determina, entre otras, las condiciones de dispersión de los agentes tóxicos, las vías de exposición para los receptores y además, el tipo de medidas de manejo que pueden ser consideradas para mitigar los efectos. Un ejemplo de modelo conceptual está en la Figura 4, donde se muestra la fuga en un tanque de almacenamiento de una sustancia. En este ejemplo se observa que no se dispone de una descripción detallada del sitio, que permita evaluar la pertinencia de considerar una o más vías de exposición como prioritarias y, además, solo considera como receptores a la población humana.
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Evaluación de riesgo de bajo nivel Las evaluaciones de riesgo de bajo nivel (o nivel I), toman como referencia valores propuestos por normatividad específica aplicable al sitio que se está considerando. Dado que en muchos casos, como el de Colombia, esta normatividad específica aplicable no ha sido consolidada o está en proceso de ser expedida, pueden ser usadas normas o niveles de referencia de otros países o regiones. Generalmente se usan Directivas Europeas y normas o estándares norteamericanas (EEUU y Canadá). En general, como describe MAVDT (2007a), los modelos conceptuales base para la evaluación a este nivel son simplificados, se asignan valores fijos a cada compartimiento considerado (agua, aire, suelo, alimentos) y se determina la concentración más alta esperada en cada uno de éstos a la hora de estimar la exposición de los receptores. Así mismo, para evaluar la magnitud de los efectos, se usan ensayos toxicológicos estándar, propuestos en normativas o estándares internacionales, que usan organismos muy sensibles de cada grupo taxonómico relevante, para tomar como punto de referencia aquel que resulte más sensible. Como puede observarse, este proceso tiene un alto nivel de seguridad al cubrir “los peores casos teóricam ente posibles”, aunque puede resultar, como señala MAVDT (2008) “poco real”, sobreestimando el riesgo, y llevando a tomar medidas extremadamente
cautelosas y por ende más costosas. Frente a estos casos, MAVDT (2008) recomienda tomar medidas de mitigación de riesgos como primera opción, y realizar una evaluación de riesgo de mayor nivel, sustituyendo los modelos conceptuales y las estimaciones de exposición y de efectos tóxicos. En conclusión, puede decirse que al encontrar un riesgo alto en este nivel de evaluación se puede incurrir en una sobreestimación, pero si por el contrario, se obtiene como resultado de la evaluación un bajo riesgo, ésta puede ser de entrada y con seguridad la finalización del proceso. Evaluación de riesgo de alto nivel Para desarrollar una evaluación de riesgo de alto nivel se requiere una mayor y mejor información técnica-científica, lo que corresponde a un modelo conceptual mucho más detallado y depurado que el previsto anteriormente. Esto está directamente relacionado con los costos de la evaluación, dado que el personal encargado y los medios tecnológicos usados para medición son especializados. No obstante, al obtener una estimación mucho más real, los costos de remediación o mitigación, como señala MAVDT (2008), pueden ser menores por aplicarse tecnologías más económicas o llegar más rápido a la meta de remediación.
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Las técnicas para mejorar o refinar las estimaciones en cada etapa del proceso de evaluación de riesgo, pueden ser tan específicas y complejas como se quiera, así mismo las estimaciones se acercarán mucho más a la situación real del sitio considerado. Además de lo anterior, estos métodos tienen unos niveles de incertidumbre asociados, que pueden calcularse de forma precisa, y ser reportados con claridad, para que aquellos encargados de la toma de decisión puedan contemplarla de igual forma. La ilustración del proceso de refinación propuesta por MAVDT (2007a), presentada en la Figura 16, contempla los costos asociados a la evaluación de riesgo en diferentes niveles. De allí puede observarse que para un nivel bajo el riesgo estimado puede corresponder a la sobreestimación dada la elevada incertidumbre, por desconocimiento de datos en la mayoría de los casos. Luego, a medida que se hace más refinado el modelo, niveles más altos de evaluación, la incertidumbre se reduce gracias a las herramientas desarrolladas por la ciencia, haciendo la estimación del riesgo más cercana a la realidad, aunque en general la reducción de la incertidumbre no corresponde al aumento del costo de la evaluación, sobre todo en los niveles más altos de evaluación.
Figura 16. Relaciones costo, nivel de riesgo e incertidumbre Fuente: MAVDT (2008)
Los actores sociales involucrados en la toma de decisión frente a los resultados de la evaluación de riesgos juegan un papel importante, sobretodo, en la gestión del riesgo y en la comunicación del mismo, pero deberán tener claramente definido el nivel al que se 47
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puede aceptar el riesgo, aceptabilidad que depende en gran medida del criterio científico que respalda la evaluación, además de factores sociales y económicos relativos a sus competencias. Lección 13. Caracterización del riesgo La caracterización del riesgo es, como propone MAVDT (2007a), la comparación de los niveles de exposición (concentraciones o dosis estimadas o determinadas) frente a los efectos esperados para el agente causal. Por ende, como insumo para la caracterización del riesgo es preciso conocer, por un lado, el comportamiento de la sustancia que determina la exposición y, por otro lado los efectos tóxicos esperados o previstos para el agente causal, para determinar con certeza, como señala INE (2003), qué tan significativos son esos efectos que se pronostican dadas las condiciones de exposición. Exposición Se deberán tener en cuenta los elementos descritos previamente sobre las rutas de exposición, pero como complemento importante se encuentra el uso de modelos matemáticos desarrollados para la estimación de dispersión de sustancias en los diferentes compartimientos ambientales (agua, aire, suelo) y que ofrecen datos cuantitativos sobre la cantidad esperada de las sustancias en función del tiempo y de la posición. Estos métodos tienen unos niveles de incertidumbre que pueden ser medidos o determinados a partir de ensayos de calibración en campo. Ejemplo de estos modelos, para el caso de calidad del agua, son OTIS (http://water.usgs.gov/software/OTIS/ http://water.usgs.gov/software/OTIS/)) y QUAL2K (http://www.epa.gov/athens/wwqtsc/html/qual2k.html), que son modelos matemáticos de simulación simulación usado para describir describir la dispersión de sustancias en corrientes corrientes de agua. Las ventajas, limitaciones, supuestos y/o requerimientos de información para aplicar los modelos matemáticos, así como la incertidumbre incertidumbre asociada, asociada, deben ser plenamente conocidas por el experto del equipo técnico encargado. Los modelos para predecir la dispersión de contaminantes en otros medios o compartimientos pueden ser complejos o no estar documentados, por ejemplo, la determinación de la cantidad de plaguicida residual en hojas, flores y frutos, la adsorción de metales en el material particulado que arrastra el aire, entre otros. No obstante, puede recurrirse a un criterio técnico para establecer la cantidad (concentración, dosis) de agente y así proseguir con la caracterización del riesgo. El resultado de esta etapa etapa será la estimación estimación de la concentración que, que, en un momento y un sitio determinado, se espera para la sustancia de interés, para de esta forma poder 48
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compararla o contrastarla con las concentraciones de referencia según el efecto adverso esperado y las vías de exposición consideradas c onsideradas (inhalatoria, (inhalatoria, oral o dérmica). Estimación del efecto tóxico En el proceso de evaluación de riesgo, como ya se ha mencionado, es fundamental disponer de datos sobre los efectos adversos, en nuestro contexto la toxicidad, que pueden presentarse presentarse como como consecuencia de la exposición a un agente causal. causal. Esta información puede provenir, en general, de bases de datos o recopilaciones de estudios realizados previamente por entidades públicas o privadas. Existen muchos artículos científicos, publicados en revistas especializadas, que describen con detalle los efectos observados para especies sometidas a condiciones de ensayo particulares. Además de lo anterior, como ejemplo MAVDT (2007a) propone tres fuentes de información provenientes de la USEPA, que aún a 2011 están disponibles para consulta en línea: 1.
2.
3.
El Sistema IRIS (Integrated Risk Infomration System) disponible en http://www.epa.gov/iris/ es un programa de evaluación en salud humana que dispone de información sobre riesgo que puede resultar de la exposición a contaminantes en el ambiente. Las tablas HEAST (Health Effects Assessments Summary Tables) cuya información está disponible en http://cfpub.epa.gov/ncea/cfm/recordisplay.cfm?deid=2877 http://cfpub.epa.gov/ncea/cfm/recordisplay.cfm?deid=2877,, Se publican anualmente en el marco de programas de la USEPA en materia de gestión de sitios contaminados (programa Superfund) que proveen una lista li sta de evaluaciones de riesgo que contemplan exposición a sustancias químicas por vías inhalatoria y oral. La ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) es una agencia de salud pública en los EEUU, publica las hojas informativas sobre sustancias químicas, describiendo propiedades toxicológicas y efectos potenciales sobre la salud asociados a dichas sustancias. Estas hojas están disponibles para consulta en español en http://www.atsdr.cdc.gov/es/toxfaqs/es_toxfaqs_index.html http://www.atsdr.cdc.gov/es/toxfaqs/es_toxfaqs_index.html..
Además de las anteriores, pueden encontrarse múltiples referencias y datos de interés toxicológico, relacionados con los efectos adversos en múltiples especies animales a través del sistema ESIS (European Chemical Substance Information System), que dispone de una recopilación de múltiples bases de datos relacionadas y a las que puede accederse directamente a través del vínculo http://ecb.jrc.ec.europa.eu/esis/ http://ecb.jrc.ec.europa.eu/esis/,, su contenido está en inglés y deberá además conocerse el nombre de la sustancia o el número CAS (Chemical Abstracts Service) que es único para cada sustancia conocida.
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Para evaluaciones de riesgo de un nivel más alto, como señala INE (2003), la determinación de los umbrales de concentración de las sustancias y los efectos que producen debería hacerse usando las especies nativas del sitio, incluso aplicando pruebas in-situ, lo que implica no solo un gran despliegue técnico, sino que deriva en unos costos muy altos. En consecuencia, la mayoría de los casos se usan especies de organismos con pruebas estándar, asumiendo que las poblaciones nativas tienen un comportamiento similar a éstos y considerando, por consiguiente, la incertidumbre asociada a la extrapolación de los efectos de una especie a otra, además de aquella debida a las diferencias en los factores externos a la sustancia característicos del sitio considerado. De estas estimaciones y bases de datos se obtienen los valores de Concentraciones y Dosis que se usarán como base para la caracterización del riesgo, generalmente CE 50, CL50 y DL50, asociadas a la cantidad de agente que produce los efectos adversos que previamente se han determinado como relevantes. rel evantes. Metodologías de caracterización del riesgo De igual forma que en la evaluación de riesgos, pueden darse niveles en la caracterización, que están determinados por el grado de refino que tengan las estimaciones y suposiciones. Así, un primer nivel en la caracterización del riesgo es aquella cualitativa, que se basa en la comparación del valor estimado de exposición frente al nivel mínimo para el que se esperan efectos. De esta comparación se decide si habrá un riesgo aceptable para el receptor cuando se expone éste a la concentración (o dosis) estimada. En este sentido MAVDT (2007a) propone que, en aras de armonizar los criterios para decidir cuándo un nivel de agente se considera como de riesgo aceptable, puede considerarse la metodología que algunas normativas proponen y es comparar la cantidad (concentración) estimada del contaminante, frente a las referencias para toxicidad aguda y crónica, tal que, si la concentración de agente es 1.000 veces menor que la toxicidad aguda y 100 veces menor que la toxicidad crónica para la especie de receptor más sensible, el riesgo se considera aceptable. Esta comparación se conoce como Cocientes de peligro, según la ecuación propuesta en INE (2003):
Donde Q es el cociente de peligro, la CAE es la concentración ambiental estimada y la CTE es la concentración toxicológicamente efectiva. Vale la pena señalar que este cociente es adimensional, por lo que las unidades en las que se expresan ambos miembros de la fracción deben ser iguales.
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Para la CAE se pueden presentar tres posibles expresiones, descritas por MAVDT (2007a): 1.
2.
3.
Concentración: cantidad de sustancia presente en el compartimiento (agua, suelo, aire, sedimento) a la que se produce la exposición. A este caso corresponderá una CTE expresada como la cantidad de sustancia presente en el medio de ensayo toxicológico. Dosis externa: Cantidad de sustancia recibida por el organismo receptor, expresada en mg/kg, a la que se compara con ensayos donde se reporta la cantidad administrada. Dosis Interna: En este caso se tienen datos de concentración en órganos o tejidos del receptor, para ser comparados con ensayos toxicológicos que hayan determinado cantidad de sustancia, igualmente en órganos o tejidos de los animales usados como unidades experimentales.
La CTE puede ser estimada por extrapolación a partir de valores de referencia encontrados en bases de datos como las toxicidades aguda y crónica anteriormente mencionadas por MAVDT (2007a). No obstante, se debe tener en cuenta que este es un cálculo que servirá como criterio cualitativo: un cociente elevado, mayor que 1, indica que a ese nivel de exposición pueden, con cierta certeza, presentarse efectos adversos. En niveles más altos de caracterización de riesgo se requieren modelos matemáticos que incluyan distribuciones probabilísticas, tanto de la cantidad de sustancias presentes en el ambiente, como de las respuestas de los organismos presentes en el sitio considerado para el análisis de riesgo. En este contexto se hace necesario, como plantea MAVDT (2007a), una distribución de la sensibilidad de muchas especies animales, para determinar cuál es la cantidad considerada como segura para cierto porcentaje de dichas especies, teniendo en cuenta la estructura y funcionalidad del ecosistema. Para algunas sustancias este tipo de aproximación es adecuada y se disponen de muchos estudios toxicológicos previamente realizados, pero para otras no es así, por lo que resultará mejor estimar probabilísticamente la cantidad de sustancia presente (exposición) fijando los efectos adversos esperados y analizando con mayor detalle el tipo de efectos y sus consecuencias dentro del ecosistema. De acá que INE (2003) propone considerar la variabilidad intrínseca de los organismos y de los ecosistemas, para identificar aquellos cambios relevantes que se dan naturalmente y no como consecuencia de la exposición a un agente tóxico, señala además que en muchas ocasiones se deben tomar decisiones con pocos datos o con información poco clara, por lo que es fundamental el criterio del técnico, apoyado en evidencias y basado en la experiencia.
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Lección 14. Manejo de riesgos y comunicación de riesgos Si bien los resultados de una evaluación del riesgo pueden conducir a conclusiones respecto a la seguridad que en un escenario establecido se tiene frente a la exposición a un agente tóxico, las decisiones finales sobre el qué hacer y cuándo hacerlo no son del todo técnicas, por lo que la evaluación de riesgos es una sola de las herramientas para decidir. Según (Peña, Carter & Ayala-Fierro, 2001) la diferencia entre la evaluación del riesgo y el manejo del riesgo no es muy clara, dado que no es fácil que la evaluación esté libre de los juicios y valores que corresponden al manejo de riesgos. Ante una evidencia clara de un riesgo no aceptable, asociado a una sustancia, las medidas de gestión del riesgo pueden extenderse incluso más allá del sitio estudiado, permeando otros niveles de decisión, económica, política y social. Los enfoques del manejo de riesgos, según INE (2003), están planteados en cuatro grupos: 1.
“comando y control”, expedición de una normatividad específica y el seguimiento a
2. 3. 4.
su cumplimiento. Incentivos económicos basados en el mercado. Programas voluntarios. De? información y educación.
No obstante, se pueden plantear diversas miradas o enfoques, la medida más clara para hacer frente a un riesgo ocasionado por la exposición a un agente tóxico es reducir la presencia de dicho agente en el medio. Un caso descrito con buen nivel de detalle en MAVDT (2007a) es el manejo de riesgos asociados a COP, en el marco de la implementación del convenio de Estocolmo. Es importante resaltar que para el caso de sustancias que han sido sujeto de estudios en materia de contaminación ambiental, como el DDT, las medidas de manejo han llegado hasta la prohibición de su fabricación (prevención), la restricción del uso (minimización) y la intervención de sitios que han sido detectados como contaminados (tratamiento). Estos términos, coinciden con las etapas de gestión de residuos peligrosos, que están jerarquizadas y cuya aplicación incide en todas los niveles de la sociedad de consumo. Aunque se puede pensar que las medidas de prohibición de fabricación y uso son las más efectivas en el manejo de riesgos ambientales, pueden generar impactos considerables. MAVDT (2008) propone que las medidas de prohibición y restricción de uso han generado sitios con almacenamiento de grandes cantidades de sustancias, lo que ha llevado al deterioro de estos sitios, dado que las condiciones de almacenamiento, empaque y uso no son siempre las más adecuadas. 52
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Hay que recordar que no es pertinente hablar de riesgo sin uno de los tres elementos de riesgo no está presente, el agente, la vía de exposición y el receptor. Es por esto que las medidas para mitigar riesgos no solamente son la remediación del sitio, sino que pueden incluir otras, que aunque no resultan efectivas en el tiempo, como el confinamiento o aislamiento, pueden evitar o mitigar problemas de salud pública a costos razonables. La comunicación del riesgo es una parte importante del análisis de riesgo, no solamente en el manejo y la implementación de las medidas para mitigarlo, sino también, como señala MAVDT (2007a), en las etapas de evaluación, dado que para los actores involucrados en la elaboración de los insumos técnicos científicos es fundamental que exista una comunicación, en aras de concertar y definir el modelo conceptual en el que se basará la evaluación y, posteriormente, el plan de presentación de los resultados a los demás actores. En la presentación de la caracterización del riesgo es importante que aquellos actores involucrados en la evaluación tengan claramente definido el tipo de información que aquellos encargados del manejo del riesgo esperan recibir. MAVDT (2007a) señala al respecto que no tiene sentido presentar reportes, con datos probabilísticos y análisis de variabilidad e incertidumbre, cuando los actores encargados de la gestión del riesgo esperan una evaluación cualitativa que diga si el nivel de riesgo es o no aceptable. Teniendo en cuenta que existen muchos actores involucrados en el manejo del riesgo, de los cuales la sociedad civil hace parte, es preciso establecer un plan de comunicación que esté dirigido a un público general, que en la mayoría de los casos no es experto en temas ambientales y de salud. En INE (2003) se han citado siete “reglas cardinales” propuestas por Covello y Allen en
1988, que corresponden a: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Aceptar e involucrar al público como un socio legítimo, Planear cuidadosamente y evaluar el desempeño, Escuchar a la audiencia, Ser honesto, franco y abierto, Coordinarse y colaborar con otras fuentes con credibilidad, Conocer las necesidades del medio, y Hablar claramente y con compasión.
Es importante mencionar que, tal como reconoce MAVDT (2007a), la comunicación de riesgos a la comunidad es uno de los elementos más recientes dentro de la gestión del riesgo. A este punto es preciso agregar que aun cuando la información que organizaciones ambientalistas puedan proveer sobre los riesgos ambientales a los que estamos 53
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expuestos, no siempre tienen una base científica que los respalde, por lo que pueden provocar reacciones adversas de índole social en la comunidad involucrada, obstaculizando incluso las acciones de remediación, mitigación o manejo propuestas por las entidades encargadas de dichas acciones. Lección 15. Estudio de caso Colombia, riesgo ambiental por metales pesados en cultivos En el 2010, el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial mediante convenio con la Universidad Nacional de Colombia, desarrolló un estudio sobre el riesgo ambiental por plaguicidas y metales pesados en dos cultivos (papa y cebolla) ubicados en el departamento de Boyacá. El propósito en esta lección es describir la metodología del estudio, paso a paso, y su relación con los resultados encontrados. La información descrita a continuación tiene como fuente el informe final de dicho estudio, (MAVDT, 2010). La metodología usada por MAVDT & UN (2010) se divide en caracterización del riesgo, Evaluación del riesgo y finalmente un programa de capacitación y comunicación de los resultados, dirigido a agricultores y Autoridades Ambientales. Fase I. Caracterización del riesgo Inicialmente se describe la metodología para la recolección de información, el objetivo general es determinar las condiciones físicas, químicas, geológicas, sociales y económicas que interactúan en el sitio de estudio. Se diseñaron formatos para la recolección de información en campo y se recolectaron muestras de suelo, agua de riego, fertilizantes más frecuentemente usados en los cultivos así como de material vegetal. Fase II. Evaluación del riesgo Para determinar el riesgo por exposición a metales pesados, se asumió como receptor al producto agrícola, cebolla y papa, haciendo alusión a la variedad cultivada, dado que según el estudio el comportamiento de la planta frente a la fitoacumulación de metales pesados depende de la especie y la variedad. Para ambas especies se describieron los sitios de muestreo, en función de los parámetros: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Cultivo (papa o cebolla) Variedad de la especie Tipo de suelos Tipo de paisaje Tipo de fertilización (química u orgánica) Cercanía de actividades de siderurgia o minería, especificando el tipo de material 54
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extraído Una vez descrito el sitio de estudio, se describen las fuentes de contaminación consideradas como relevantes: 1.
2.
Actividades humanas que puedan generar emisiones con contenidos relevantes de metales pesados. Para lo anterior, se realizó la determinación de la cantidad de metales pesados presentes en muestras de suelo, que se compararon con los estándares propuestos por la Directiva Europea 86/278. Fertilizantes agrícolas utilizados. Se determinó la cantidad de metales contenida en diferentes productos, comparándolos con los contenidos máximos permitidos por la Norma Técnica Colombiana 5167.
Las vías de exposición consideradas para el estudio son dos, el suelo y el agua de riego. 1.
2.
Para el suelo se describen las propiedades físico-químicas de las muestras tomadas, analizando principalmente los factores pH y contenido de materia orgánica, que según el estudio determinan la biodisponibilidad de los metales en el suelo. Esto para cada cultivo. En el caso del agua de riego, se determinan los contenidos de metales pesados.
Finalmente, para describir a los organismos considerados como receptores se analizaron las concentraciones de metales pesados en el material vegetal obtenido en el muestreo, comparándose los resultados con referencias internacionales como el Codex Alimentarius. Una vez obtenidos los valores de concentración, se procedió a calcular los índices de riesgo. Este índice se calculó como la relación entre la cantidad encontrada en cada muestra vegetal y la cantidad máxima reportada en fuentes internacionales. De allí que el criterio de evaluación corresponde al de los cocientes de peligro revisados en la lección 13. Los resultados del estudio se presentan en la Tabla 7 para el caso de la papa y en la Tabla 8 para el caso de la cebolla.
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Tabla 7. Resultados de índice de riesgo para cultivo de papa
Nota. Fuente: Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT), Universidad Nacional de Colombia – UN-. (2010). Evaluación del riesgo Ambiental por plaguicidas y metales pesados en dos cultivos ubicados en el departamento de Boyacá. Informe final. Bogotá D.C.
Tabla 8. Resultados de índice de riesgo para cultivo de cebolla
Nota. Nota. Fuente: Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT), Universidad Nacional de Colombia –UN-. (2010). Evaluación del riesgo Ambiental por plaguicidas y metales pesados en dos cultivos ubicados en el departamento de Boyacá. Informe final. Bogotá D.C.
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Comunicación de riesgo En el curso diseñado para Autoridades Ambientales, según MAVDT & UN (2010) el objetivo general tiene como eje los aspectos básicos sobre el análisis de riesgo ambiental (ARA) y su aplicación mediante metodologías adecuadas a la producción agrícola nacional. De acuerdo a lo anterior, el curso tiene un espíritu de formación en análisis de riesgo teniendo como referencia dos grupos de agentes tóxicos, los plaguicidas y los metales pesados, aplicados al contexto nacional. En este curso se presentaron los aspectos teóricos relacionados con el Análisis de riesgo Ambiental, los plaguicidas y los metales pesados. Además de lo anterior, se presentaron módulos aplicados, el ARA en la producción agrícola y una presentación de la metodología propuesta por MAVDT & UN (2010) para el presente estudio, incluyendo salidas técnicas. El material didáctico diseñado por MAVDT & UN (2010) tuvo dos productos, una cartilla dirigida a productores hortofrutícolas y un material divulgativo dirigido a las Autoridades Ambientales. Respecto a la cartilla dirigida a productores se deben señalar dos aspectos fundamentales: la gran cantidad de espacio destinado a gráficas explicativas y material visual y el lenguaje usado específico para el grupo poblacional y su respectivo nivel educativo. Para el material destinado a las autoridades ambientales MAVDT & UN (2010) utilizaron un lenguaje técnico, dirigido a público con nivel educativo profesional y con experiencia en la temática desarrollada por la cartilla. El espacio para el texto es amplio y el formato corresponde al de un material de consulta.
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UNIDAD 2 Nombre de la Unidad
PRINCIPALES GRUPOS DE SUSTANCIAS TÓXICAS
CAPÍTULO 4
METALES
Lección 16
Principales elementos y compuestos
Lección 17
Fuentes principales
Lección 18
Movilidad en el ambiente
Lección 19
Efectos en el medio ambiente
Lección 20
Efectos a la salud humana
CAPÍTULO 5
CONTAMINANTES ORGÁNICOS Y ATMOSFÉRICOS
Lección 21
Plaguicidas
Lección 22
Dioxinas y Furanos
Lección 23
PCB (Bifenilos Policlorados)
Lección 24
Compuestos BFR (Retardantes de Llama Bromados)
Lección 25
Contaminantes atmosféricos inorgánicos
CAPÍTULO 6
CONTEXTO GLOBAL PARA LA GESTIÓN DE SUSTANCIAS TÓXICAS
Lección 26
El Enfoque Estratégico SAICM
Lección 27
Los COP y el Convenio de Estocolmo
Lección 28
El Sistema Globalmente Armonizado
Lección 29
Los estándares Ambientales y la reducción del uso de sustancias peligrosas
Lección 30
El Convenio de Basilea y los Desechos Peligrosos
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UNIDAD 2. PRINCIPALES GRUPOS DE SUSTANCIAS TÓXICAS CAPITULO 4. METALES Lección 16. Principales elementos y compuestos Los metales son elementos que en estado sólido se caracterizan por propiedades físicas y químicas como alta reflectividad, alta conductividad eléctrica y térmica, resistencia, ductilidad y la conversión en cationes (al perder uno o más electrones), propiedades que influyen en su proceso ADME y por consiguiente en su disponibilidad en el ambiente. Con relación a la degradación que los metales pueden sufrir en el ambiente, es preciso señalar que en general no se conocen procesos biológicos que puedan degradar el metal y por ende solo se pueden considerar las transformaciones entre especies del elemento: forma elemental, compuestos orgánicos o sales inorgánicas. En la tabla periódica se encuentran clasificados los elementos en tres grandes categorías: metales, metaloides y no metales. Los metaloides son elementos que comparten propiedades con los metales y con los no metales, ejemplo de ello es su capacidad de convertirse tanto en cationes como en aniones (Wright & Welbourn, 2002). En la toxicología de metales son incluidos metaloides que han demostrado toxicidad, como es el caso del Arsénico. Los metales que tienen una participación benéfica en los organismos, y por tanto deben ser consumidos a dosis bajas o controladas, se denominan esenciales. Por ejemplo, los metales importantes en el funcionamiento de enzimas (Magnesio, Manganeso, Molibdeno y Zinc), o en su conformación (Cobre). Los no esenciales son metales que no tienen una importancia biológica conocida (Berilio, Cadmio, Plomo, Mercurio, Titanio, Talio y Uranio) y que, al igual que los metales esenciales a altas concentraciones, son reconocidos como agentes tóxicos (Donkin, Ohlson & Teaf, 2000). La toxicidad de los metales radica en la interferencia que estos producen en los procesos bioquímicos de los organismos, especialmente en el sistema enzimático, al competir o suplantar deficientemente al metal que realmente cumple dicha función. Un ejemplo común, observado tanto en plantas como en animales, es la deficiencia de Zinc causada por una sobreexposición al Cadmio (Cornelis & Nordberg, 2007). Una categorización común es la de metales pesados, una clasificación denominada ambigua por algunos autores, dado que las propiedades físicas y químicas que la fundamentan varían con cada investigador, y por ende varía también los elementos que la conforman. No obstante lo anterior, algunas de las propiedades que se les asocian son la densidad superior a 7 g/cm 3, el número atómico superior a 11 y la facilidad para formar jabones con ácidos grasos (Cornelis & Nordberg, 2007; Wright & Welbourn, 2002). A pesar 59
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de la ambigüedad el término “metal pesado” es ampliamente utilizado y asociado a
metales tóxicos. Los compuestos conformados por metales, tal como lo describe (Cornelis & Nordberg, 2007) pueden ser inorgánicos, orgánicos o complejos:
Compuesto inorgánico: Los de mayor importancia son los sulfuros (ej. MoS 2) y los óxidos (ej. MgO). Los sulfuros son la principal forma en la que los metales se encuentran en la naturaleza, conformando las menas (minerales de los que se pueden extraer elementos). Los óxidos metálicos componen los aerosoles producidos por procesos metalúrgicos. Compuesto orgánico: Constituido por uno o más átomos metálicos unidos a carbones de grupos orgánicos. Se clasifican anteponiendo el prefijo del compuesto orgánico al nombre del metal, por ejemplo el tetraetíl plomo usado como antidetonante en la gasolina. Complejo: Conformado por la asociación de un átomo o ion metálico a un compuesto orgánico (ligando o agente quelante). Dicha unión, que está determinada por la afinidad del metal al compuesto para formar un complejo soluble (quelato), es utilizada para procesos de detoxificación. Por ejemplo el EDTA (ácido etilendiaminotetraacético) se une fácilmente a metales como el Plomo y el Mercurio, constituyendo un complejo soluble en agua que puede ser expulsado por el organismo.
Lección 17. Fuentes principales Las principales fuentes de los metales se pueden clasificar en Naturales y Antropogénicas: Fuentes Naturales El material parental, sustrato inicial para la formación del suelo, es la principal fuente natural de los metales. La proporción en la que cada metal está presente en un determinado suelo depende de variables como el clima, la ubicación geográfica y la historia de uso de dicho suelo. En la Tabla 9 se puede apreciar, tanto la variación en la concentración de un mismo metal para diferentes tipos de suelo (ej. Cobre 2 – 250 mg/kg), como la variación en la composición de varios metales en el mismo suelo (ej. Aluminio 700 – 100.000 mg/kg contra Cadmio <1 mg/kg).
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Toxicología Ambiental Tabla 9. Rango de concentración de algunos metales en el suelo
Nota. Fuente: Donkin, S. G., Ohlson D. L & Teaf C. M. (2000). Properties and effects of metals. En P. L. Williams, R. C. James & S. M. Roberts (Eds.), Principles of toxicology: Environmental and industrial applications (pp 325 – 345). New York: John Wiley & Sons, Inc.
Procesos naturales, como erupciones volcánicas, procesos de erosión y la formación y congregación de menas, causan el incremento de las concentraciones de los metales en el suelo (Vallejo, 1997), llegando a niveles tóxicos. Ejemplo de ello, es la alta concentración de Arsénico en las aguas subterráneas de las áreas volcánicas y la existencia en el trópico de suelos ácidos con concentraciones elevadas de Aluminio (Bjerregaard & Andersen, 2007). Además de los procesos naturales que aumentan la disponibilidad de los metales, los ciclos biogeoquímicos se encargan de movilizarlos a través de todos los componentes del ecosistema, un proceso que es importante para la nutrición y mantenimiento del sistema, pero que de igual forma participa en la disponibilidad de metales tóxicos o en la sobreexposición a metales esenciales. A los ciclos biogeoquímicos encontramos ligados otros procesos que intervienen también en la disponibilidad de los metales como los son las cadenas tróficas (bioacumulación), y la transformación de los agentes tóxicos dentro de los organismos (biotransformación). Estos ciclos toman mayor importancia como fuentes de contaminación, cuando estos contaminantes se caracterizan por una alta persistencia en al ambiente, como es el caso de los metales (Donkin, Ohlson & Teaf, 2000). Fuentes antropogénicas Los seres humanos han modificado y manipulado los ciclos biogeoquímicos de los elementos, extrayendo los metales de sus fuentes naturales para utilizarlos dentro de los procesos industriales. El término fuente antropogénica, hace referencia a los productos o
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residuos resultantes de la actividad humana, que están asociados a la exposición a los metales, ya sea en su etapa de producción o de uso. Los metales extraídos y utilizados retornan al ambiente a través de fuentes antropogénicas emitidas en el aire (combustibles fósiles, quema de basuras, y fundición de metales), el agua (actividad minera, residuos industriales, y productos utilizados directamente sobre los cuerpos de agua o lixiviados), y el suelo (deposición atmosférica y agroquímicos) (Bjerregaard & Andersen, 2007). Una vez los metales se encuentran en alguno de los componentes del medio ambiente, se integran a sus procesos (ciclos biogeoquímicos, cadenas tróficas, entre otros), aumentando así su disponibilidad, y potencial toxicidad. Un ejemplo interesante es la enfermedad de Minamata, una patología neuronal que afectó a los pobladores de la ciudad de Minamata en Japón, evidenciada inicialmente en dos niñas en 1956. La causa de la enfermedad resultó ser la descarga de residuos industriales que contenían metilmercurio, sobre el mar Yatsushiro, por parte de la corporación Chisso, fabricante de componentes para equipos electrónicos. El metilmercurio fue bioacumulado por peces y mariscos, ocasiononando la biomagnificación del tóxico y por ende la intoxicación en los pobladores consumidores de dichos animales (National Institute for Minamata Disease, 2001). Lección 18. Movilidad en el ambiente La movilidad está dada por las diferentes formas que el metal adquiere, a través de su paso por los diferentes componentes del ambiente. Tal como lo describe Donkin, Ohlson & Teaf (2000), las transformaciones están sujetas a condiciones abióticas y biológicas. Condiciones abióticas Comprenden las propiedades físicas y químicas del medio (aire, agua o suelo) en el que se encuentra el metal y que determinan su patrón de distribución. El proceso que más influye en la movilización del metal es su ionización (generalmente en metales, la formación de cationes por la pérdida de uno o más electrones), un proceso determinado principalmente por el pH, las condiciones oxido reductoras, la temperatura y la presencia en el medio de otros iones o partículas con carga eléctrica. La cantidad de electrones cedidos al medio establecen las características del ion metálico, puesto que entre los estados de ionización del mismo metal existen variaciones en su toxicidad. Ejemplo de ello es el Cromo y sus características en sus estados trivalente Cr (III) y hexavalente Cr (VI). Shanker, Cervantes, Loza-Tavera & Avudainayagam (2005) en una 62
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amplia revisión sobre los efectos de la intoxicación por Cromo en plantas, reportan como el Cr (VI) al ser el estado iónico más inestable y al encontrarse unido al oxígeno en forma de cromato o dicromato, tiene mayor movilidad y toxicidad que el estado trivalente, siendo aquel el causante de las alteraciones negativas en la actividad enzimática de la planta, y en el crecimiento de hojas y raíces. El Cr (III) es estable y se encuentra principalmente unido a materia orgánica del suelo o de ambientes acuáticos, por lo que tiene una menor movilidad. Las características de los dos estados iónicos del Cromo hacen que los efectos dañinos, causados por dicho metal, sean casi en su totalidad, consecuencia de la exposición al Cr (IV). Los cationes metálicos fácilmente se unen a aniones (cloruros, carbonatos, sulfatos, nitratos y acetatos) así cada compuesto formado adquiere unas características de toxicidad diferentes, frente a la toxicidad del metal en su estado elemental o ionizado. El medio en el que se encuentra el metal también tiene una gran influencia. El cobre, por ejemplo, forma principalmente compuestos orgánicos, si dicho compuesto se encuentra en un cuerpo de agua se precipita, disminuyendo su movilidad y potencial tóxico con respecto a la columna de agua; sin embargo, si el compuesto está presente en el suelo, por lo general, se deposita en las capas superiores, facilitando su paso a otros componentes del ambiente (Donkin, Ohlson & Teaf, 2000) como lo son las plantas. Condiciones biológicas Hacen referencia al organismo y a los mecanismos de éste para transformar al metal. Los microorganismos, por ejemplo, pueden utilizar compuestos metálicos como sustrato de algunos procesos metabólicos, generando cambios en el compuesto mismo, por lo que se obtienen otros compuestos o elementos con mayor o menor toxicidad. Es el caso del Mercurio, determinadas bacterias son capaces de convertir el metal de su forma iónica a su estado elemental, restringiendo su movilidad hacia otros seres vivos. No obstante, existen otros microorganismos que metilan el ión mercurio, generando metilmercurio y dimetil mercurio, compuestos que debido a la facilidad que tienen para ingresar y acumularse en la biota se consideran como altamente tóxicos. A propósito del Mercurio, estudios en el estuario de Seine en Francia muestran como las condiciones anóxicas de los sedimentos promueven la actividad de microorganismos sulfato reductores, capaces de producir metilmercurio. Aunque en el estuario se encuentra Mercurio en estado elemental, iónico y en compuestos, la concentración de metilmercurio es mayor, especialmente cuando los efluentes cargados de mercurio biodisponible y materia orgánica, provenientes de una planta de tratamiento de agua cercana, son arrojados al cuerpo de agua (Ramond, Petit, Quillet, Ouddane & Berthe, 63
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2011). El caso del estuario es un claro ejemplo de la interacción entre las condiciones abióticas y biológicas, y de cómo estas influyen en la movilidad del metal. Lección 19. Efectos en el medio ambiente Los principales efectos en el medio ambiente se miden a través de la respuesta observada en el componente biótico. Es decir, la contaminación de un agente puede darse en la parte abiótica (suelo, agua, aire), pero las repercusiones se pueden observar en los seres vivos que habitan y dependen de recursos abióticos. En cuerpos de agua, la contaminación por metales conlleva a la reducción en la biodiversidad y actividad de los organismos que se alimentan y habitan en ella, tal como lo reporta Besser et al., (2009) para el Plomo. En el caso de los invertebrados acuáticos, las larvas de insectos son uno de los grupos más susceptibles, tanto con la contaminación con Mercurio (Boening, 2000) como con Arsénico (Canivet, Chambon & Gibert, 2001). El Cromo, por su parte, produce daños letales y subletales por altas acumulaciones en crustáceos y, además, efectos sobre el zooplancton, que incluyen inhibición del crecimiento, supresión del consumo de oxígeno, alteraciones en la reproducción y muda de caparazón, así como un aumento de malformaciones (Gagneten, 2002). Para los vertebrados acuáticos, especialmente para los peces, se reportan acumulaciones en el hígado y en las branquias de metales como el Manganeso (Baden, Pihl & Rosenberg, 1990), el Mercurio (Raldúa, Díez, Bayona & Barceló, 2007), y el Plomo (Alves, Glover & Wood, 2006), ocasionando patologías hepáticas e hipoxia. En el suelo, como se mencionó en una lección anterior, la contaminación por metales puede tener una causa natural (ciclo biogeoquímico, erupciones volcánicas, proceso de erosión), o provenir de la actividad humana (Vallejo, 1997). Al ser el suelo un medio tan dinámico y con una composición química y biológica dependiente de aspectos como: la región, las condiciones climáticas y por supuesto, de su historia de uso; la respuesta y la susceptibilidad a la contaminación por un metal puede llegar a ser particular para cada tipo de suelo. No obstante, las respuestas de los microorganismos y macroinvertebrados del suelo podrían generalizarse en la reducción de su biodiversidad (Nahmani, Capowiez & Lavelle, 2005), y en la alteración negativa de su metabolismo, actividad y resistencia. Efectos reportados para concentraciones elevadas de Zinc (Lahr, Kools, van der Hout & Faber, 2008), Mercurio (Boening, 2000) y Arsénico (Heikens, Panaullah & Meharg, 2007). En general, podría afirmarse que el efecto de un meta en exceso en el suelo, es el detrimento de la calidad de éste, entendiendo calidad como la capacidad del suelo para 64
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funcionar dentro de un ecosistema natural o intervenido, sosteniendo la productividad biológica, manteniendo la calidad ambiental y promoviendo la salud de plantas y animales (Soil Science Society of America, 1997). Los efectos en las plantas pueden ser ocasionados, indirectamente (baja calidad del suelo) o directamente (absorción del metal a través de las raíces o contacto por vía aérea). La respuesta comúnmente encontrada bajo condiciones de contaminación por metales es la retardación en el crecimiento y desarrollo de las plantas, efectos que logran a través de ciertos mecanismos. El Cadmio, por ejemplo, inhibe el cierre estomático, causando modificaciones en el balance hídrico, y produce daños, tanto en enzimas sensibles a dicho metal, como en el aparato fotosintético (Clemens, 2007). El Zinc, modifica la estructura normal del cloroplasto, alterando la síntesis de clorofila y la fotosíntesis (Doncheva, Stoynova & Velikova, 2001). El Plomo, cambia la estructura y permeabilidad de las membranas alterando el balance de agua y nutrientes minerales, daños que se pueden evidenciar por la apariencia oscura de las raíces (Sengar et al , 2008) y el Mercurio, deforma los tejidos vasculares y parenquimáticos (Rodríguez, et al . 2009). Un mecanismo común entre los metales, es la interferencia en la toma de nutrientes esenciales, efecto generalmente evidenciado por la clorosis en hojas (coloración verde – amarilla o amarilla pálida en el follaje). El Manganeso influye en la deficiencia de nutrientes como el Hierro, Magnesio y Calcio, produciendo además de clorosis, lesiones necróticas. El Arsénico, disminuye macronutrientes como el Fósforo, Potasio, Calcio y Magnesio, y micronutrientes como el Boro, Cobre, Hierro y Manganeso (Carbonell et al ., 1998). El medio ambiente es un sistema interconectado, los efectos en uno de los componentes tiene repercusiones directas o indirectas en los demás, tal como se observa en la Figura 17.
Figura 17. Efecto de la contaminación por metales en diferentes componentes del medio ambiente Fuente: Llugany, M., Tolrà, R., Poschnrieder, C. & Barceló J. (2007). Hiperacumulación de metales: ¿una ventaja para la planta y para el hombre?. Ecosistemas 16: 4-9.
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Lección 20. Efectos a la salud humana Los efectos de los metales sobre la salud de los seres humanos han sido, en la mayoría de los casos, descubiertos y estudiados en otras especies de animales, es por ello que las respuestas tóxicas derivadas de la exposición a son comunes para animales, especialmente mamíferos, y para el ser humano. Como se ha señalado en lecciones anteriores, los metales con característica de toxicidad son bastantes, no obstante lo anterior, los que han tenido mayor protagonismo, dada su participación en actividades humanas o la magnitud de la respuesta que generan, son siete (Cadmio, Zinc, Mercurio, Plomo, Manganeso, Arsénico y Cromo). A continuación se presentan resumidos los efectos documentados en órganos o sistemas específicos, para cada uno de los siete metales mencionados. Tabla 10. Principales efectos del Cadmio en la sa lud humana
Tabla 11. Principales efectos del Zinc en la s alud humana
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Toxicología Ambiental Tabla 12. Principales efectos del Mercurio en la salud humana
Tabla 13. Principales efectos del Plomo en la salud humana
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Toxicología Ambiental Tabla 14. Principales efectos del Manganeso en la salud humana
Tabla 15. Principales efectos del Arsénico en la salud humana
Tabla 16. Principales efectos del Cromo en la salud humana
Nota. Es importante destacar que el Cromo está presente en el cigarrillo (390 g/kg), lo que ha incrementado la exposición al metal y por ende la f recuencia y magnitud de sus efectos dañinos (Langård & Costa, 2005).
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CAPITULO 5. CONTAMINANTES ORGÁNICOS Y ATMOSFÉRICOS
Lección 21. Plaguicidas Los plaguicidas son sustancias producidas con la intención de ahuyentar o matar organismos no deseados. Según su función pueden ser clasificados en: Insecticidas Controlan y destruyen artrópodos. Son sustancias neurotóxicas que interrumpen el impulso nervioso, ocasionando debilidad, contracciones corporales, parálisis y la muerte (Hughes, 1996). Los principales tipos de insecticidas, tal como los describe Vallejo (1996), se presentan en la Tabla 17: Tabla 17. Tipos de insecticidas.
Nota: Nota : (Volat).Propiedad de Volatilizarse. (Biodeg) Biodegradación. (Bioacum) Bioacumulación.
Herbicidas Destruyen plantas de manera general o selectiva, interfiriendo con el sistema hormonal de la planta, bloqueando la fotosíntesis, o promoviendo la pérdida de agua (Hughes, 1996). Por su composición química los herbicidas, según Vallejo (1996) se dividen en: -
Bipiridilos: No selectivo, útil para herbáceas anuales. Su principal representante es el PARAQUAT (1-1’-dimetil-4-4’ bipiridilo dicloruro), herbicida volátil, soluble en agua y poco persistente (fotodescomposición e inactivación por microorganismos del suelo); utilizado para la erradicación de plantaciones ilícitas.
-
Fenoxiacéticos: No selectivos, utilizados en malezas de hojas grandes. Son 69
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herbicidas de acción semejante a la de algunas hormonas vegetales, con volatilidad variable (depende del compuesto) y altamente estables en el ambiente. Los principales representantes son el 2,4 D ácido, el 2,4,5 T (prohibido en Colombia por contener como impureza una dioxina) y el agente naranja (mezcla de 2,4 D y 2,4,5 T utilizada en la guerra del Vietnam con consecuencias altamente tóxicas). -
Otros herbicidas derivados amídicos o propiamente de las anilinas son el Propanil, empleado en cultivos de arroz con efectos hepatóxicos, y el Amitrol, un agente antitiroideo (capaz de producir cáncer de tiroides) que tiene una fórmula estructural similar a las triazinas.
Rodenticidas Son plaguicidas que matan ratas y otros roedores. Estas sustancias son anticoagulantes, inhibidores de la respiración celular, vasoconstrictores y diabetogénicos (Hughes, 1996). La presentación de este plaguicida se da para aplicación por fumigación o en cebos preparados con sales orgánicas o inorgánicas (Vallejo, 1996): -
Fumigantes: Cianuros (ácido cianhídrico, cianuro de calcio) y Bromuro de metilo.
-
Inorgánicos: Sulfato de Talio (ej. Zelio, Matasiete, Instantáneo), Anhídrido arsenioso, fosfuros metálicos (fosfuro de aluminio, fosfuro de zinc).
-
Orgánicos: Cumarinas (warfarina), Indandionas (pindonas, difacinona).
Fungicidas Controlan y destruyen hongos. Son sustancias que alteran el metabolismo del hongo, alterando su crecimiento, desarrollo y reproducción, dentro de éstas se encuentran toxinas producidas por otros hongos (fungitoxinas) (Hughes, 1996). Según Vallejo (1996) por estructura y conformación química, los fungicidas se clasifican en: Sales de Cobre, Ditiocarbamatos (ej. Maneb y Zineb), Clorofenoles (ej. Pentaclorofenol), Nitrofenoles (ej. dinitrocresol, dinitrofenol), y Compuestos mercuriales y arsenicales inorgánicos (prohibidos en Colombia). La movilización de los plaguicidas en el medio ambiente se da principalmente por procesos como: la infiltración en el suelo, el transporte por el viento o por escorrentía, y la lixiviación a aguas subterráneas que terminan penetrando cuerpos de agua (FAO, 2000).
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Todos estos mecanismos de propagación, junto con las propiedades y el propósito descrito para cada tipo de plaguicida, llevan a que en general dicho agente pueda contaminar todos los compartimientos del ecosistema. Al tener una presencia potencial en el ecosistema, los plaguicidas siguen cumpliendo su función biocida de forma no controlada, matando poblaciones de artrópodos benéficos (polinizadores, depredadores: controladores biológicos naturales), de aves, de peces y de otros animales terrestres, como el hombre. Incidentes con plaguicidas La exposición a plaguicidas puede ocasionar intoxicaciones agudas, caracterizadas por dolor de cabeza, náusea, vómito, mareo, temblores, convulsiones, alteraciones en el sistema respiratorio y el sistema nervioso central, coma, e incluso la muerte si no se recibe una atención médica oportuna. Las intoxicaciones crónicas se manifiestan en mutaciones, cáncer, alteraciones en la fertilidad y teratogénesis (Bejarano, 2004). Como se describió anteriormente, los plaguicidas organoclorados tienen una baja degradación, una alta acumulación y participan en procesos de biomagnificación, lo que aumenta los efectos dañinos que implican su uso. Dichas características llevaron a que gran parte de ellos fueran incluidos dentro del Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP), en la categoría Plaguicidas COP, y luego fueran prohibidos. En Colombia, La Consolidación del Inventario Nacional de Plaguicidas COP, desarrollado en el marco del convenio de Estocolmo, consolidó los datos actuales de sitios de almacenamiento y enterramiento, así como lugares contaminados con plaguicidas COP encontrando:
160.732 kg de DDT almacenado (único plaguicida perteneciente al convenio del que se encuentran existencias almacenadas), procedimiento que contaminó aproximadamente 5m 3 de suelo. El municipio de Codazzi y las ciudades de Cartagena y Barranquilla son los lugares con mayores sitios de enterramiento de plaguicidas COP en el país, contaminando 88.160 m3 de suelo aproximadamente. Los lugares contaminados por mal uso, derramamientos o fugas, suman un total aproximado de 464 m 3 de suelo.
La información obtenida permite dimensionar la situación nacional frente a este contaminante, dando las bases para el establecimiento de acciones que permitan restringir el peligro que representa el mal manejo de los plaguicidas COP al ambiente y a la salud humana (MAVDT, 2007b). 71
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Lección 22. Dioxinas y Furanos Las dioxinas y furanos hacen parte de la familia de los Compuestos Orgánicos Persistentes (COP) no intencionales, es decir que son contaminantes que se producen de manera involuntaria (Bejarano, 2004). Son grupos de éteres aromáticos que incluyen policlorados, polibromados y mezclas policlorobromados, constituyendo un total de 5.020 compuestos con estructuras y propiedades similares (MAVDT, 2007c). Dentro de este grupo los compuestos más conocidos son los PCDD (policlorodibenzo-pdioxinas) y los PCDF (policlorodibenzo-furanos). El TCDD (2,3,7,8-tetraclorodibenzo-pdioxina) es un PCDD altamente estudiado por su reconocido grado de toxicidad. En la Figura 18 se observan sus estructuras químicas.
Figura 18. Estructura química de (A) los furanos y (B ) de la dioxina TCDD.
Los PCDD/PCDF se forman involuntariamente a partir de la manufactura de sustancias químicas y en procesos térmicos (incineración de desechos), liberándose en compartimientos del medio ambiente (aire, agua, suelo), en productos de consumo y en residuos, tal como lo describe MAVDT (2007c). Movilidad en el medio ambiente En el aire son liberados los PCDD/PCDF a través de cuatro procesos industriales: (1) producción y fundición de metales, (2) combustión, (3) secado, calentamiento y cocción, y (4) Plantas térmicas industriales. El aire es un medio que favorece la dispersión en largas distancias, por lo que se pueden detectar dioxinas y furanos en lugares lejanos a su fuente de liberación. Al agua pueden llegar por cuatro vías: (1) Descarga de aguas residuales, especialmente aquellas que provienen de industrias que producen papel o que utilizan preservantes y colorantes, (2) Descargas de lixiviados originados en rellenos sanitarios o botaderos, (3) cercanía a sitios contaminados y (4) aplicación no controlada de productos químicos contaminados, como los pesticidas. En el suelo las fuentes de contaminación con PCDD/PCDF, son tres: (1) Productos contaminados con dichos compuestos que son aplicados directamente, (2) residuos de
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procesos químicos que son abandonados o aplicados al suelo y (3) procesos medioambientales que depositan PCDD/PCDF en este compartimiento. Productos de consumo y residuos La producción y uso de productos químicos organoclorados y del cloro en su estado elemental, generan la contaminación con PCDD/PCDF, fenómeno que está asociado especialmente a la industria de la pasta y del papel. Con respecto a los residuos, los mecanismos de liberación de los contaminantes son muy variados, por lo que resulta más práctico y sencillo identificar los tipos de residuos con alta probabilidad de tener PCDD/PCDF, esto son: (1) Residuos resultantes de la incineración de desechos municipales, industriales, peligrosos y hospitalarios, (2) desechos de procesos térmicos y de combustión, como cenizas u hollín, y (3) lodos, plaguicidas obsoletos y aceite usado de transformadores eléctricos. Los estudios de la toxicidad de dioxinas y furanos se han concentrado en el compuesto TCDD, puesto que éste ha demostrado ser un agente capaz de producir varias alteraciones como mutaciones, efectos teratogénicos y la promoción de la aparición del cáncer. En este sentido, Philp (2001) hace referencia a un accidente ocurrido en 1949 con 754 empleados de la multinacional Monsanto, quienes estuvieron expuestos a niveles altos de TCDD, los efectos observados fueron Cloracné (descrito en el siguiente capítulo) y el aumento en el padecimiento de cáncer, por parte de los trabajadores que también estuvieron expuestos al carcinógeno 4-aminobifenol, lo que lleva a inferir que el TCDD actúa como co-carcinógeno o promotor. En el Inventario Nacional de Fuentes y Liberaciones de Dioxinas y Furanos en Colombia, desarrollado como parte del cumplimiento del Convenio de Estocolmo, se muestra como del total de PCDD/PCDF liberados, el aire es el que recibe la mayor descarga (60.67%), seguido por los residuos (30.32%), los productos (4.15%), el agua (2.53%) y el suelo (2.32%). En el aire, como se nombró anteriormente, la combustión es una de las fuentes de liberación, siendo los procesos de combustión no controlada (incendios de vertederos, viviendas, fábricas y de residuos agrícolas) la categoría que más aportó (55.13%) al total nacional (MAVDT, 2007c).
Lección 23. PCB (Bifenilos Policlorados) Los compuestos Bifenilos Policlorados (PCB por sus siglas en inglés) son compuesto clorados, cuya estructura química está conformada por la unión de dos anillos de benceno (bifenil), unidos por un enlace carbón-carbón, y la sustitución de uno o más átomos de
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cloro en uno de los 10 carbonos disponibles (policlorados), como se observa en Figura 19. De la variedad en la sustitución del cloro se obtienen 209 isómeros y congéneres, todos con una alta liposolubilidad (Wright & Welbourn, 2002).
Figura 19. Estructura básica de los PCB.
Los PCB son compuestos muy estables, resistentes a la degradación térmica, química y biológica. Tienen propiedades aislantes, longevidad, y no son inflamables, por lo cual fueron utilizados ampliamente. Tal como lo describe MAVDT (2007d) y Bejarano (2004), el uso de los PCB puede clasificarse en sistemas cerrados, parcialmente cerrados o abiertos, dependiendo de la facilidad con la que el compuesto pueda escapar al medio ambiente (Tabla 18). Tabla 18. Descripción y ejemplos de los usos de los PCB
Fuente: PNUMA (1999) citado en MAVDT, 2007d.
Otras fuentes de PCB, además de su producción industrial, son procesos que los generan de forma involuntaria, como lo son: la manufactura de PVC y Magnesio, la incineración de residuos
peligrosos, la quema de aceites contaminados, llantas y otros residuos clorados en hornos de cemento, entre otros (Bejarano, 2004). Los PCB pertenecen al grupo de Compuestos Orgánicos Permanentes (COP), caracterizándose como todos los demás integrantes, por su liposolubilidad y alta 74
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persistencia en el ambiente. Una vez que los PCB entran en contacto con el ambiente, a través de fugas o emisiones, pueden ser transportados por el aire y por el agua. Una vez entran en contacto con un organismo son acumulados y biomagnificados, a través no sólo de las cadenas tróficas, como es lo usual, sino también a través de las generaciones, puesto que se ha encontrado su presencia en huevos, placenta y leche materna (Bejarano, 2004). Los efectos tóxicos generados por la exposición a PCB han sido analizados en animales y humanos, por medio de accidentes de intoxicación masiva y casos de trabajadores que están sometidos a exposiciones crónicas del contaminante. Masuda (2009) reporta respuestas tóxicas generadas por el accidente de Yusho, en Japón, que terminaron con el paso de varios años (cloroacné, cambios en la pigmentación y secreciones oculares), y respuestas que han perdurado más de 30 años (desorden en las inmunoglobulinas, decrecimiento en la fertilidad, alteraciones en los dientes, altos niveles de triglicéridos y alteraciones en los niveles de aprendizaje). Para los trabajadores con intoxicaciones crónicas se ha reportado aumento en la probabilidad de sufrir de cáncer de cerebro e hígado, y de otros tumores malignos. Los daños en la función intelectual, la coordinación psicomotora, la memoria y el reconocimiento visual, de niños expuestos a PCB durante su etapa de gestación (teratogénesis) o de lactancia (leche materna contaminada), son los efectos que más preocupan a la comunidad científica, puesto que significan el paso y la permanencia del agente de generación en generación (Bejarano, 2004). A nivel nacional, el Inventario Preliminar de Compuestos Bifenilos Policlorados (PCB) existentes en Colombia, llevado a cabo dentro del Convenio de Estocolmo, muestra como las condiciones de almacenamiento (a la intemperie, sin sistemas de contención) y manejo utilizadas en el país son inadecuadas, y como el grado de desinformación aún es muy alto. A nivel de cifras, el estudio encontró un rango total de existencias de PCB de 10.073 a 13.199 Ton, que se comparan con las de otros países como Venezuela (6.500 Ton a 10.000 Ton), Brasil (80.000 Ton) y Uruguay (4.150 Ton) (MAVDT, 2007d).
Lección 24. Compuestos BFR (Retardantes de llama bromados) Los retardantes de flama bromados (BFR por sus siglas en inglés), son compuestos aplicados o adicionados a materiales inflamables (plástico, madera, papel y textiles) con el fin de hacerlos más resistentes al fuego. La gran demanda de polímeros en la industria, la mayoría de ellos derivados del petróleo, hizo que el uso de BFR se incrementara en aras de proteger y reducir los incendios (Alaee et al ., 2003).
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Las estructuras químicas básicas de los principales grupos de BFR son presentados en la Figura 20, y sus características y usos en la Tabla 19. Los residuos arrojados a cuerpos de agua, provenientes de empresas fabricantes de BFR, de polímeros retardantes de llama o de productos plásticos, son las principales fuentes de contaminación por dichos compuestos. Otras fuentes que aportan en menor grado son: la incineración de residuos municipales, hospitalarios y peligrosos, y las emisiones producidas en los lugares de disposición final de equipos electrónicos en desuso (Watanabea & Sakai, 2003).
Figura 20. Estructuras químicas básicas de los principales grupos de BFR. Nota: (a) éteres bifenílicos polibromados. (b) Hexabromociclododecano (c). Tetrabromobisfenol A y (d). Bifenilos Polibromados. Tomado de Barrera, Castro & Gavilán (2004).
La movilización en el medio ambiente para los BFR puede generalizarse según la cantidad de bromo del compuesto. Los compuestos más bromados son menos solubles en agua, menos volátiles y tienen una fuerte absorción con los sedimentos, es por esto que son menos móviles y se encuentran preferiblemente en altas concentraciones cerca a la fuente, que acumulados en organismos. Los compuesto menos bromados, tienen una mayor volatilidad y solubilidad en el agua, por lo que se distribuyen con mayor facilidad, siendo bioacumulados y biomagnificados (Watanabea & Sakai, 2003).
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Tabla 19. Características y usos de los principales grupos de BFR
Fuente: Alaee et al ., 2003; Barrera, Castro & Gavilán (2004).
Los efectos tóxicos que generan los BFR fueron inicialmente detectados en el accidente ocurrido en el estado de Michigan en EE.UU., donde un producto comercial, el ‘‘Fire Master BP-6’’, que contenía PBB fue mezclado con la comida de los animales de granja, generando contaminación en el ganado y en los productos alimenticios derivados. Los efectos tóxicos reportados fueron fatiga, pérdida de peso, dolor abdominal, dolor e hinchamiento de las articulaciones y alteraciones en las funciones hepáticas (revisión de Sjödina, Patterson & Bergman, 2003). 77
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Con respecto a los PBDE, la USEPA (2006) resume las investigaciones que se han hecho con mamíferos expuestos al contaminante, bajo condiciones de laboratorio, en las que se han encontrado alteraciones hepáticas, neurotoxicidad, daños endocrinos relacionados con la tiroides, retrasos en el desarrollo reproductivo y posibles efectos cancerígenos. Dado que la inclusión de este grupo de sustancias a la lista de COP del convenio de Estocolmo es reciente, en Colombia no se dispone de un inventario nacional de existencias, además de esto, la cantidad de productos electrónicos de consumo masivo que los contiene hace que la estimación sea mucho más compleja que los demás grupos de COP. Lección 25. Contaminantes atmosféricos inorgánicos. Los principales agentes inorgánicos gaseosos, contaminantes del aire, son los óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NO x), ozono (O3) y el monóxido de carbono (CO). Óxidos de azufre (SO x ) El dióxido de azufre (SO 2) y el trióxido de azufre (SO 3) son los compuestos que conforman esta categoría. No obstante, se profundizará sólo en el SO 2, dado su alto nivel de producción y contaminación. El SO2 es un compuesto soluble en agua, que es emitido como resultado de la ignición de combustibles fósiles (carbón y aceites) y del proceso de fundición. Una vez el SO 2 se encuentra en la atmósfera interactúa con el vapor de agua formando ácido sulfúrico (H2SO4), compuesto que retorna a la tierra en forma de lluvia ácida (ATSDR, 2007). Ya sea por el viento o por escorrentía el ácido puede ser transportado largas distancias, lo que aumenta su distribución. En plantas expuestas a bajos niveles de SO 2 se han reportado alteraciones en las células guarda del sistema estomático, y en procesos vitales como la fotosíntesis y la transpiración. Si el nivel de exposición se incrementa la planta presenta hojas con clorosis y lesiones necróticas. En animales, se tienen respuestas leves (irritación de ojos y nariz, aumento de la frecuencia respiratoria) bajo las concentraciones normalmente dadas. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la presencia del ácido sulfúrico incrementa las respuestas observadas, por lo que se debe conocer la concentración de ambas especies químicas, tanto del SO 2 como del H2SO4 resultantes de la combinación con el agua atmosférica (Landis & Yu, 2003).
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Óxidos de Nitrógeno (NO x ) De los seis óxidos de nitrógeno existentes, el NO 2 por su predominio en el aire y su toxicidad, es el principal representante. En la troposfera los óxidos de nitrógeno interactúan, llevando a cabo varias reacciones, entre estas, el ciclo fotolítico del NO 2 (Figura 21), y la formación de ácido nítrico (HNO 3) que, al igual que el H 2SO4 interactúa con el vapor de agua para formar la lluvia ácida (ATSDR, 2007). En las plantas los síntomas de intoxicación por NO 2 son similares a los obtenidos para SO 2, pero se necesitan concentraciones mayores para visualizarlos. Los NO x tienen la capacidad de interferir en procesos vegetales como la fotosíntesis, la biosíntesis de lípidos y la oxidación de ácidos grasos insaturados. En animales expuestos a concentraciones mayores a las presentadas en la atmosfera, se obtienen daños en los pulmones, en las vías respiratorias y la muerte si la exposición es alta y prolongada (Landis & Yu, 2003).
Figura 21. Ciclo fotolítico del NO 2. Fuente: Landis & Yu (2003). Introduction to environmental toxicology: Impacts of chemicals upon ecological systems (3a Ed.). Florida: Lewis Publishers.
Ozono (O3 ) Aunque es un constituyente natural de la atmosfera, es un compuesto que es producido por equipos que producen descargas estáticas o radiaciones ionizantes y ultravioletas (purificadores de aire, cabinas aeroespaciales y cabinas submarinas), así como por el ciclo fotolítico del NO2, lo que aumenta su presencia y favorece la formación de otros contaminantes atmosféricos secundarios, que en conjunto conforman el smog (O 3 en un 90%, NO2 en un 10%, peroxiacil nitrato 0.6% y otros compuestos orgánicos) (Landis & Yu, 2003). El O3 en plantas es un fitotóxico capaz de alterar el crecimiento, disminuir la cantidad y calidad de frutos, incrementar la permeabilidad de las membranas, inhibir la actividad enzimática de procesos tan importantes como la movilización del almidón de reserva y alterar la susceptibilidad a agentes estresantes (Fuhrer, Skärby & Ashmore, 1997).
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En humanos, la exposición a un rango de 0.6 a 0.8 ppm de O 3 genera dolor de cabeza y náuseas, rangos de 0.7 a 0.9 ppm ocasionaron en animales experimentales, susceptibilidad a infecciones bacteriana y dolores de pecho (Landis & Yu, 2003). Además, la exposición diaria (< 82 ppb) puede generar deficiencias respiratorias graduales (Brauer & Brook, 1997) Monóxido de Carbono (CO) Es un compuesto incoloro, inodoro y sin sabor, que en áreas urbanas se encuentra en altas concentraciones. Su principal fuente es la emisión por combustión, asociada al desarrollo industrial y a la demanda de automóviles. En seres humanos la exposición a elevadas concentraciones de CO se da principalmente por la cercanía a áreas industriales o de alto tráfico, el consumo de cigarrillo, y la actividad laboral (bomberos, policías de tráfico, mineros, trabajadores de fundiciones, entre otros) La toxicidad del CO radica en su capacidad para unirse a ciertas proteínas y alterar su función. Es el caso de la hemoglobina, el CO se une a ella gracias a su afinidad 220 veces mayor que la del oxígeno, formando Carboxihemoglobina, lo que ocasiona daños en el transporte de oxígeno a los tejidos. Respuestas a dicha intoxicación son náuseas, cefaleas, posibles parálisis de miembros inferiores y edemas cerebrales (Ramos & Córdoba).
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CAPITULO 6. CONTEXTO GLOBAL PARA LA GESTIÓN DE SUSTANCIAS TÓXICAS Lección 26. El enfoque estratégico SAICM. De la preocupación que a nivel global se ha despertado sobre el manejo dado a los productos químicos que consumen las actividades productivas se logró que, en el marco de la Cumbre Mundial sobre Desarrollo Sostenible desarrollada en Johannesburgo en 2002, se incluyera el compromiso de promover una Gestión Racional de los Productos Químicos. Sobre esta base, en el 2006 el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), propuso en el Enfoque estratégico para la Gestión de Productos Químicos a Nivel Internacional (SAICM, por sus siglas en inglés) como una herramienta para alcanzar esta meta propuesta en la Cumbre Mundial de 2002. Este Enfoque fue aprobado por el Consejo de Administración de PNUMA, en Dubái (Emiratos Árabes Unidos) durante la primera sesión realizada en Febrero de 2006. Debe señalarse que SAICM no es un instrumento jurídico que tenga un carácter vinculante, es decir que no es de obligatorio cumplimiento para los países, sin embargo es un compromiso político por parte de los gobiernos y, como lo menciona Weinberg (2008), es un marco internacional para la formulación de políticas en materia de gestión de sustancias químicas. Uno de los aspectos a resaltar, mencionado por Weinberg (2008) y considerado en PNUMA (2010), respecto de los objetivos de SAICM, es el considerado como objetivo mayor: “lograr el manejo correcto de las sustancias químicas a lo largo de todo su ciclo de
vida, de modo que hacia el año 2020, las sustancias químicas sean usadas y producidas en formas que tiendan hacia la minimización de los efectos adversos significativos sobre la salud humana y el medio ambiente”.
De otra parte, el alcance propuesto en el texto de SAICM describe como amplio (PNUMA, 2007), dado que abarca, además de los aspectos ambientales, aquellos económicos, sociales, laborales y de salud, que se relacionan con la seguridad química y además incluye los productos químicos para aplicaciones agrícolas e industriales, incluidos también los productos que finalmente los contengan. De esto es importante resaltar la inclusión de los productos que contengan sustancias, un hecho que muestra el ambicioso alcance de SAICM. Los objetivos específicos, propuestos por PNUMA (2010) para lograr el objeto general de SAICM, giran en torno a cinco ejes principales, descritos a partir de los aspectos mencionados en Weinberg (2008):
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1. Reducción del riesgo: Entendido como todas las actividades dirigidas a proteger la salud humana y el medio ambiente de la exposición a sustancias químicas 2. Conocimiento e información: Establece que la información sobre riesgos y seguridad asociada a sustancias químicas, además de estar disponible para cualquier parte involucrada, debería considerar todo el ciclo de vida de la sustancia, su uso en productos y el destino final que tendría en el medio ambiente. 3. Gobernabilidad: Describe y precisa las características de los mecanismos, que desde los gobiernos se requieren para promover la gestión racional de las sustancias químicas. Esto incluye los marcos normativos y las leyes relevantes. 4. Construcción de capacidad y cooperación técnica: Se hace énfasis en las necesidades de los países en desarrollo y con economías en transición, a través de mecanismos como cooperación técnica y de estímulos para los países por la implementación de modelos en gestión racional de sustancias químicas, previamente establecidos por otros países y por organismos internacionales. 5. Tráfico ilícito internacional: Propone, además de la prohibición del tráfico de sustancias químicas peligrosas, el fortalecimiento de la capacidad para prevención y control de tráfico ilícito, incluyendo los mecanismos multilaterales establecidos a nivel de tráfico internacional ilegal. En los contextos de países en vía de desarrollo, pequeños estados insulares en desarrollo y con economías en transición, SAICM ha un Programa de Inicio Rápido (QSP por sus siglas en inglés) que, como señala Weinberg (2008), contiene un fideicomiso voluntario y temporal, además de posibilidad de ayuda bilateral y multilateral, entre otras formas de cooperación. En este QSP se han definido prioridades estratégicas y disposiciones institucionales, señaladas en PNUMA (2007), entre las que se menciona la elaboración o actualización de perfiles nacionales de productos químicos. En Colombia se dispone de un perfil de sustancias realizado en 1998, que está en proceso de actualización, en el marco del proyecto de Fortalecimiento de la gobernabilidad nacional para la implementación de SAICM. El perfil de sustancias, que contiene información extensiva sobre los actores involucrados en la gestión de sustancias químicas, busca, entre otras cosas, como señala UNITAR (2008) dar un mayor entendimiento respecto a los problemas existentes relacionados con sustancias químicas, mostrando además los posibles mecanismos para afrontarlos. Teniendo en cuenta que SAICM se presenta como un marco de políticas, jurídicamente no vinculante y que este proceso está en fase de implementación en Colombia, resulta de particular importancia describir el contexto de los convenios internacionales relacionados, Estocolmo y Basilea, así como de esfuerzos globales en materia de reducción de uso de sustancias peligrosas, indicando de igual forma general su contexto y alcance, así como el estado de avance y las implicaciones previstas para el país.
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Lección 27. Los COP y el Convenio de Estocolmo. Los Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP) que actualmente son reconocidas como un grupo de sustancias de interés ambiental y sanitario, han sido el producto de lo que se ha descrito por Bejarano (2004) como una larga lucha internacional por documentar y exponer los efectos adversos relacionados a productos, de amplio uso agrícola e industrial, así como de las sustancias que resultan de una liberación en principio no intencional, debido a reacción química en procesos como la quema o incineración. Las sustancias denominadas COP son, en general, compuestos orgánicos halogenados que tienen propiedades comunes, clasificadas por Weinberg (2009) en cuatro categorías: 1. Resistentes a la degradación física, química y biológica 2. Lipofílicos, acumulándose en tejidos corporales alcanzando concentraciones más altas que las del medio circundante. 3. Pueden ser transportados fácilmente por corrientes de aire, agua o especies migratorias. 4. Exhiben efectos negativos en la salud y en el ambiente, como el cloracné, descrita por Bejarano (2004) como una enfermedad dolorosa, que produce erupciones, quistes y pústulas. Uno de los casos más famosos es el del Presidente de Ukrania Victor Yushchenko, diagnosticado con esta enfermedad asociada a envenenamiento por dioxinas en 2004, presentado en la Figura 22.
Figura 22. Efectos tóxicos asociados a Dioxinas Victor Yushchenko antes (julio 6 de 2004) y después (10 de diciembre de 2004) de la Intoxicación Fuente: Imagen tomada del Periódico página 12, domingo 12 de diciembre de 2004.
Dados los esfuerzos internacionales por demostrar los efectos adversos de múltiples productos, incluido el DDT, la comunidad internacional firmó en Estocolmo un instrumento jurídicamente vinculante para la restricción de la producción y del uso de las sustancias consideradas COP, que aunque el mundo tenía antecedentes de convenios similares, en los que se propuso la eliminación gradual de sustancias, como señala Bejarano (2004) este es el primer convenio que establece mecanismos concretos de asistencia técnica y financiera destinados a países en desarrollo y con economías en transición.
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Inicialmente el convenio incluyó 12 sustancias COP, entre plaguicidas órgano-clorados, productos de uso industrial y sustancias emitidas no intencionalmente por procesos industriales o de la combustión. Recientemente (2009) se incluyeron nueve sustancias adicionales, luego de demostrar que por sus características debían ser incluidas como COP. El total de sustancias incluidas es de 21 y se presentan en la Tabla 20. Tabla 20. Sustancias incluidas en el Convenio de Estocolmo
Fuente: Compilado por Quintero (2010).
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Como obligaciones derivadas de la ratificación del Convenio, recopiladas en CAEMA (2005), se tienen dos grupos básicos: (1) Medidas para reducir o eliminar las liberaciones derivadas de la producción y utilización intencionales y (2) Medidas para reducir o eliminar las liberaciones derivadas de existencias y desechos. En este sentido Quintero (2010) precisa las medidas específicas que contribuyen a la consecución de las obligaciones derivadas del Convenio, como: 1. Identificar las existencias, fuentes y liberaciones de COP 2. Prohibir su uso y eliminar las existencias de las sustancias del anexo A (en el caso de PCB el plazo es el 2025 para dejar de usarlos y 2028 para su eliminación) 3. Reducir las liberaciones de los COP del Anexo C, mediante la implementación de las Mejores Prácticas Ambientales y las Mejores Tecnologías Disponibles (BAT/BEP, por sus siglas en inglés). En Colombia, mediante la Ley 1196 de 2008, fue ratificado el Convenio de Estocolmo y por ende se constituye en un instrumento de obligatorio el cumplimiento. De otra parte, desde la firma del convenio (2001) el Gobierno nacional, en el marco de la implementación, ha desarrollado múltiples estudios y recopilaciones de información relacionada con COP, buscando ampliar el conocimiento y crear conciencia sobre la necesidad del trabajo conjunto, frente a la exposición a estas sustancias. En consonancia con lo anterior, se debe mencionar que en 2010 fue presentado ante las partes del Convenio, el Plan Nacional de Aplicación - PNA, cuyos avances señala Quintero (2010) y se resumen en la Tabla 21.
Los documentos generados por el Ministerio de Ambiente pueden ser consultados a través del vínculo http://web2006.minambiente.gov.co:81/Cop/SUSTANCIA/Sitios_De_Interes.aspx.
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Toxicología Ambiental Tabla 21. Avances Plan Nacional de Aplicación COP.
Fuente: Resumido de Quintero (2010).
Lección 28. El Sistema Globalmente Armonizado. Cuando se aborda la problemática del riesgo por el uso de las sustancias químicas, se debe considerar la forma como los riesgos son comunicados, por parte de los fabricantes de dichas sustancias, hacia todos los actores que están involucrados en la cadena de distribución y consumo de los productos. A nivel mundial se disponen de múltiples sistemas para comunicar los riesgos, lo que UNECE (2009) asocia a las definiciones de peligro en diferentes países, por lo que una misma sustancia puede ser considerada cancerígena en un país, pero no en otro, con las implicaciones de seguridad y de comercio que pueden implicar estas diferencias.
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Un ejemplo de lo anterior es la Figura 23, donde puede verse un pictograma usado por Naciones Unidas (Agente Oxidante Clase 5.1) dirigido a la actividad de transporte, así como el correspondiente para el sistema NFPA con cuatro categorías de peligro dirigido al personal encargado de atención a incendios (Health 2, Flammability 0, Reactivity 3 y Personal Protection W), además de múltiples señales de advertencia frente a riesgos específicos comunicados con pictogramas y texto. De aquí que uno de los objetivos fundamentales, recogidos en la Cumbre de Johannesburgo de 2002, fue el desarrollo de un sistema Armonizado de clasificación y etiquetado de sustancias químicas, que como meta inicial se propuso a los países implementarlo para 2008. Este Sistema Globalmente Armonizado (GHS, por sus siglas en inglés) corresponde a un instrumento de carácter no vinculante, es decir que no es de obligatorio cumplimiento para los países, de igual forma que el SAICM, descrito anteriormente, por lo que se requiere sea adoptado por los países dentro de sus marcos regulatorios para ser exigido.
Figura 23. Comunicación de riesgo para sustancias qímicas Fuente: Tomada de Serigraphic Screen Print.
En este sentido, la UNECE (2009) señala que la disponibilidad de información sobre los productos, enfocado a la comunicación del peligro hacia la comunidad, ayudará a la elaboración de programas nacionales para la gestión racional de productos químicos, lo que a su vez conducirá a unas condiciones más seguras para la población y el ambiente, favoreciendo el comercio internacional de sustancias y permitiendo que las mismas puedan seguir siendo usadas de forma sostenible.
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Los objetivos precisos del GHS, señalados en un documento preparado en el Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el trabajo de España (INSHT, 2010), donde proponen que se espera que el Sistema: 1. Incremente la protección de las personas y el medio ambiente al facilitar un sistema entendible en el ámbito internacional para la comunicación del peligro. Se establecen unas bases coherentes para la clasificación de peligros y su comunicación, facilitando la comprensibilidad para el público al que va dirigido. 2. Proporcione una base reconocida internacionalmente sobre la que los países sin capacidad propia de establecimiento de un sistema puedan actuar. 3. Reduzca la necesidad de realizar ensayos y evaluaciones de los productos químicos. 4. Facilite el comercio internacional de productos químicos, puestos que ya han sido evaluados e identificados siguiendo una norma establecida a nivel internacional. De una lectura de los objetivos, es importante señalar que su consecución favorecerá la reducción de las brechas técnicas y científicas que existen entre los países, facilitando la promoción del uso seguro de sustancias química, como parte de las etapas de la gestión relacionadas con SAICM, además de una mirada ambientalmente adecuada de los ensayos de caracterización de respuestas tóxicas sobre organismos vivos. El esquema de clasificación del GHS está propuesto por módulos, que corresponden a las clases de peligros identificadas para las sustancias químicas. Esta clasificación responde a la disponibilidad de información física, química, toxicológica y ecotoxicológica de los productos, considerando los peligros físicos, los peligros a la salud y los peligros para el ambiente. Dentro de los peligros para la salud, las categorías definidas en el GHS están en función de los efectos observados, incluyendo toxicidad aguda, toxicidad crónica y lesiones específicas (oculares, sensibilización respiratoria, toxicidad específica a órganos diana). Estas categorías, además de las propuestas para los riesgos al ambiente, son las que están más directamente relacionadas con este curso y aunque no serán descritas con mayor detalle, desarrollará un ejemplo con una categoría para describir el sistema de clasificación. El capítulo 3.1 del texto GHS (UNECE, 2009) corresponde a “Toxicidad Aguda”, dentro de la clase “Peligros para la salud”. Inicialmente se define Toxicidad Aguda como aquellos
efectos adversos observados bajo dos condiciones: 1. Vía de exposición oral o cutánea, con una sola dosis o múltiples dosis, durante un tiempo de 24 horas. 2. Vía de exposición por Inhalación, durante un tiempo de 4 horas. 88
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Posteriormente el Sistema desagrega las toxicidades agudas en cinco categorías, de acuerdo a los valores de DL 50 o CL 50, de acuerdo a la Tabla 22. Para el caso de mezclas, si no se dispone de información adicional, el GHS propone una metodología de ponderación a partir de las propiedades de los componentes, que será desarrollada en la Unidad 3 de este curso. Tabla 22. ETA para categoría de peligro a la salud por toxicidad aguda.
Fuente: Adaptado de Comisión Económica de las Naciones unidas para Europa (UNECE), (2009). Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos. Tercera edición revisada. Ginebra, Suiza
Finalmente, luego de clasificada la sustancia, producto o mezcla, en alguna de las categorías de la clase de peligro, el GHS determinará el tipo de comunicación de peligro que corresponde a dicha categoría, al que corresponde un pictograma y una palabra de advertencia, que para el caso de peligro por toxicidad aguda se presenta en la Tabla 23.
Figura 24. Ejemplo de etiqueta para productos químicos Fuente: Tomada de http://www.dr-software.com
Así las cosas, una etiqueta que cumple con los requisitos propuestos por GHS se presenta en la Figura 24. Allí pueden observarse los pictogramas para comunicación de peligro (sensibilización inhalatoria, peligro para el medio ambiente), además de incluir el
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pictograma relacionado con el transporte, líquidos inflamables (clase 3) y número de UN 1263. Tabla 23. Comunicación de peligro, etiquetas correspondientes a toxicidad aguda.
Fuente: Adaptado de Comisión Económica de las Naciones unidas para Europa (UNECE), (2009). Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos. Tercera edición revisada. Ginebra, Suiza
Lección 29. Los estándares ambientales y la reducción de uso de sustancias peligrosas. Para muchas de las aplicaciones electrónicas de uso cotidiano, computadores de escritorio, computadores portátiles, bombillos, máquinas de afeitar, el principal criterio de compra ha sido el reconocimiento de la calidad asociado a la marca o a un modelo específico de máquina. Esta condición del mercado no ha bastado para que los consumidores tuvieran la seguridad del buen funcionamiento, por lo que algunas normas técnicas y estándares de funcionamiento comenzaron a aplicarse. Algunas de las normas que comúnmente incluyen los aparatos en sus etiquetas o carcasas aparecen en la Figura 25.
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Figura 25. Normas y estándares de seguridad, eficiencia en ergética y ambiental Fuentes: Imágenes tomadas © 2010, Energy Star, UL, EPEAT y RoHS Compliance.
De las iniciativas que revisan y enfrentan el problema de las sustancias tóxicas presentes en los equipos electrónicos, la Directiva Europea 95/2002/CE denominada directiva RoHS (Restricción del uso de sustancias peligrosas) es un instrumento normativo de carácter vinculante, promulgada en 2002 por la Unión Europea, que va ligado a la implementación de la Directiva 96/2002/CE sobre el control de los Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos RAEE. Aunque las Directivas constituyen una herramienta de gestión y control sobre los productos, que posteriormente serán residuos, es importante identificar qué tipo de aplicaciones o qué tipo de aparatos contienen sustancias consideradas peligrosas. En este sentido, Premier Farnell (2011) presenta un listado resumido de aplicaciones y sustancias presentes, de las cuales se presenta un resumen en la Tabla 24. Tabla 24. Sustancias peligrosas contenidas en productos y aplicaciones.
Fuente: Premier Farnell (2011). Introducción a los requisitos de la Directiva RoHS 2002/95/CE
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Directiva RoHS A partir de la entrada en vigor de la Directiva (julio de 2006), los productores de ciertas categorías de aparatos eléctricos y electrónicos no pueden comercializar productos que contengan una serie de sustancias prohibidas. El listado de sustancias está en el artículo cuarto de la Directiva, incluye: plomo, mercurio, cadmio, cromo hexavalente, polibromobifenilos (PBB) o polibromodifeniléteres (PBDE). Los aparatos que se consideran incluidos en el ámbito de aplicación de la Directiva RoHS están agrupados en ocho de las diez categorías establecidas por la Directiva 96/2002/CE (Directiva RAEE), comprenden los aparatos más comúnmente usados y, de forma específica, a las bombillas y luminarias de los hogares. Para aclarar lo anterior, el artículo quinto de la Directiva RoHS establece las condiciones en las que se adaptará la medida conforme se avanza en conocimientos técnicos y científicos. Estas condiciones incluyen: 1. Establecer valores máximos permisibles de las sustancias que pueden estar presentes en materiales y componentes específicos. 2. Excluir ciertos materiales y componentes de los aparatos, cuando la sustitución o eliminación de las sustancias peligrosas sea técnicamente o científicamente imposible o, cuando resulte perjudicial para la salud y el ambiente, así como para la seguridad del consumidor. Las excepciones, según la National Measurement Office (NMO, s/f) del Reino Unido, son más de 39 e incluyen las aplicaciones del cromo, cadmio, mercurio y el plomo, especialmente en luminarias, tubos de rayos catódicos y LED. Aunque las pilas usadas no están incluidas como residuos de aparatos eléctricos y electrónicos, están cubiertas por la Directiva Europea 2006/66/CE, que en un sentido muy similar a RoHS reglamentó el contenido máximo de metales pesados que estos productos pueden contener. El enfoque para pilas está en torno a dos metales pesados mercurio y cadmio entrando en vigencia a más tardar en Enero de 2009. Además de lo anterior es importante señalar que esta Directiva, de la misma forma que la Directiva RAEE, incluye un símbolo específico que deberá incluirse en los productos que contienen metales pesados y requieren recolección selectiva, que está reglamentado por las Directivas mencionadas. El símbolo incluido en las Directivas se presenta en la Figura 26.
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Figura 26. Símbolo que indica la recogida selectiva Fuentes: Directiva Europea 2006/66/CE
Iniciativas nacionales de restricción a sustancias peligrosas Dado que las casas matrices de muchas de las marcas comerciales de los productos que ingresan al país están radicadas en Europa, es común encontrar aparatos que cumplen con esta Directiva. No obstante, en Colombia no es de obligatorio cumplimiento en su conjunto. De otra parte, se debe señalar que el Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público RETILAP, adoptado por Resolución 181331 de agosto de 2009 del Ministerio de Minas y Energía, fue modificado por dicho Ministerio, en colaboración con el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, entre otros, incluyendo estándares ambientales en la composición de las bombillas. El anexo general del Reglamento, según la Resolución 180540 de marzo de 2010, se establece que, como fecha límite Enero 1 de 2013, los contenidos máximos de mercurio que se muestran en la Tabla 25. Tabla 25. Contenidos máximos permitidos de mercurio en lámparas fluorescentes.
Fuente: Resolución 180540 de marzo de 2010 del Ministerio de Minas y Energía.
En materia de pilas no hay en Colombia un reglamento técnico que incluya las restricciones de cantidad de metales pesados que posee la Directiva 2006/66/CE. Dadas las condiciones de comercio internacional, en nuestro país se pueden encontrar productos marcados con éste símbolo, presentado en la Figura 26, aunque en la reglamentación nacional sobre recolección selectiva de residuos de productos, el símbolo no haya sido un requisito de obligatorio cumplimiento.
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Lección 30. El convenio de Basilea y los residuos peligrosos Marco general del convenio En términos generales el Convenio tiene por objeto reducir el intercambio de residuos peligrosos, con el fin de proteger la salud humana y el medio ambiente estableciendo un sistema de control de los movimientos transfronterizos de residuos peligrosos así como su eliminación. No obstante, es necesario definir lo que se considera un movimiento transfronterizo. Según el artículo segundo del Convenio, se requiere un movimiento de desechos que involucre las zonas que correspondan a la jurisdicción de al menos dos Estados, por ende se incluyen importaciones, exportaciones y tránsito. Teniendo en cuenta que el Convenio está enfocado en el ámbito de los residuos peligrosos, cada país parte debe definir lo que en su marco legal o normativo considera como residuo peligroso, además de los establecidos por el mismo Convenio, pues en esa medida se aplicarán los compromisos y mecanismos de control propuestos por éste. Si bien la primera década, como lo señala la misma Secretaría del Convenio (2011), se enfocaron los esfuerzos en el mecanismo de control a los movimientos transfronterizos, en la segunda década de su implementación el esfuerzo se amplía a la minimización de la generación, reconociendo que en últimas la solución al almacenamiento de residuos peligrosos es la minimización de la generación. Una de las directrices para las actividades del Convenio durante esta década incluye la Promoción activa y el uso de tecnologías y métodos de producción más limpios, que está directamente relacionado con iniciativas como las descritas en la lección anterior. Además de esto, dado que el objetivo del convenio es la protección de la salud humana y del ambiente, deben mencionarse las sinergias que se prevén con los demás convenios internacionales, Estocolmo y Rotterdam, que contemplan el manejo seguro de sustancias químicas en distintas etapas de su ciclo de vida, para el caso Basilea, productos al final de su vida útil. La clasificación de los residuos o desechos peligrosos La metodología de clasificación de los residuos o desechos, en el marco del convenio de Basilea, está basada en la aplicación de listados. El texto del convenio no incluye pruebas o ensayos de laboratorio específicos para cada categoría y prevé que los Estados apliquen las pruebas reglamentadas a nivel nacional para determinar si un residuo debe considerarse como peligroso o como no peligroso.
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El listado de los residuos, que a la luz del convenio de Basilea se deben controlar, está presentado de acuerdo a la corriente de desechos a los que corresponde y a la composición de los mismos. Este listado se conoce como lista Y, que incluye 45 categorías de desechos, 18 de acuerdo al origen y 27 de acuerdo a la composición. Además del listado Y, se tienen dos listados “espejo”, que presentan los desechos
considerados como peligrosos (lista A) y aquellos considerados no peligrosos (lista B). Estos listados tienen una estructura similar al listado Y en el sentido de clasificar los residuos, inicialmente de acuerdo a su composición y posteriormente al proceso que lo genera. La inclusión de residuos en cada corriente está sujeta a la determinación de las características de peligrosidad, pues está definido que un residuo incluido en la lista Y o en la lista A será considerado peligroso a menos que la caracterización físico-química muestre que el desecho no posee las características de peligrosidad. Las características de peligrosidad en el convenio de Basilea están listadas en el Anexo III, corresponden a un listado H, que clasifica en torno a los peligros físicos, a la salud y al ambiente, basado en la numeración de clases de peligro propuesta en el “Libro Naranja”
de las Naciones Unidas que contiene las recomendaciones relativas al transporte por carretera de mercancías peligrosas. Las características de peligrosidad que están relacionadas con la Toxicidad están listadas en la Tabla 26, tomándose la descripción presentada por el texto del convenio para precisar el tipo de efectos adversos relacionados a cada categoría. Los desechos radiactivos quedan excluidos por definición del convenio. Es evidente que, en últimas, un desecho se considera peligroso cuando las evidencias científicas así lo demuestran. No obstante, es claro que en armonía con los objetivos del Sistema Globalmente Armonizado, se deberían reducir al máximo los ensayos toxicológicos sobre especies vivas.
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Toxicología Ambiental Tabla 26. Clasificación de características de peligrosidad, toxicidad.
Fuente: Texto del convenio de Basilea. www.basel.int/
Implementación en Colombia Mediante la Ley 1253 de 1996 Colombia adoptó el convenio de Basilea y sus mecanismos de control adquirieron la connotación de obligatorios. Teniendo en cuenta que el ámbito de aplicación del convenio establece con claridad la diferenciación entre desechos peligrosos y “otros desechos”, la normatividad nacional incluyó los listados, Anexos I y II
del convenio de Basilea como parte del Decreto 4741 de 2005 del Ministerio de Ambiente, 96
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Vivienda y Desarrollo Territorial, estableciendo además la obligación para el IDEAM de reglamentar los ensayos de caracterización físico-química para la determinación de las características de peligrosidad. Con lo anterior queda definido para Colombia lo que se considera como residuo o desecho peligroso, según el artículo séptimo del Decreto 4741 de 2005, incluyendo los ensayos de laboratorio reglamentarios, establecidos por la Resolución 62 de 2007 expedida por el IDEAM. Posterior a la definición de este marco normativo, la Ley 1252 de 2008 desarrollada como una iniciativa parlamentaria, estableció la prohibición de introducir al país residuos o desechos peligrosos, pues previamente en el artículo 81 de la constitución política se había dejado solamente para desechos tóxicos y radiactivos. En este sentido el mecanismo de control de los movimientos transfronterizos que involucran al territorio jurisdicción del estado Colombiano se hacen viables en una sola vía, la exportación, habilitada cuando en el país no se cuenta con la capacidad para el manejo ambientalmente adecuado de los residuos, de acuerdo a los principios del convenio de Basilea. Finalmente, es importante mencionar que la décima conferencia de las partes del convenio de Basilea, a realizarse en octubre de 2011, tendrá como sede la ciudad de Cartagena. Esta conferencia estará dedicada a fortalecer las estrategias orientadas a la prevención, minimización y aprovechamiento de los residuos, como solución sostenible a la problemática de los residuos peligrosos. El texto completo del convenio puede encontrarse en el vínculo http://www.basel.int/text/con-s.pdf , en el sitio web del convenio se encuentran disponibles para consulta las guías técnicas para el manejo ambientalmente adecuado de residuos o desechos peligrosos, incluidos los tóxicos y ecotóxicos.
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UNIDAD 3 Nombre de la Unidad
HERRAMIENTAS DE TOXICOLOGÍA AMBIENTAL APLICADA
CAPÍTULO 7
CLASIFICACIÓN DE RESIDUOS Y SUSTANCIAS TÓXICAS
Lección 31
Hojas de seguridad de los materiales MSDS
Lección 32
Fuentes oficiales de información toxicológica
Lección 33
Clasificación de mezclas, sistema GHS
Lección 34
Ensayos físico-químicos para Toxicidad
Lección 35
Ensayos para Corrosividad
CAPÍTULO 8
BIOENSAYOS Y MONITOREO BIOLÓGICO
Lección 36
Tipos de Bioensayos
Lección 37
Ensayos biológicos reglamentados en Colombia para ecotoxicidad
Lección 38
Bioética en el uso de animales para experimentación
Lección 39
Monitoreo Biológico
Lección 40
Marcadores o indicadores biológicos
CAPÍTULO 9
ESCENARIOS DE SUSTANCIAS Y RESIDUOS TÓXICOS COTIDIANOS
Lección 41
El humo de cigarrillo
Lección 42
Residuos de plaguicidas en alimentos
Lección 43
Residuos de medicamentos
Lección 44
Aparatos eléctricos y electrónicos
Lección 45
Pilas primarias
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UNIDAD 3. HERRAMIENTAS DE TOXICOLOGÍA AMBIENTAL APLICADAS CAPITULO 7. CLASIFICACIÓN DE RESIDUOS Y SUSTANCIAS TÓXICAS Lección 31. Fichas de seguridad para materiales MSDS. La Hoja de Seguridad de materiales, MSDS por sus siglas en inglés, es un documento, que como ICONTEC (1998) lo señala en la Norma Técnica Colombiana 4435, describe los riesgos que presenta un material, para que pueda almacenarse, usarse y manipularse de forma segura respecto a la salud humana y al ambiente. Los dos usos principales, identificados por ICONTEC (1998) se asocian con la información (entrenamiento y referencia) de los trabajadores y con la atención a situaciones de emergencia. En ese sentido, el lenguaje que se usa en una hoja de seguridad deberá ser lo más amplio posible, ser claro y concreto, pues en muchos casos se realiza su consulta durante una emergencia, por lo que la falta de claridad no puede obstaculizar una adecuada y pronta atención a la situación. La hoja de seguridad debe contener la información necesaria para comunicar adecuadamente el riesgo que las sustancias o productos conllevan. No obstante, cada sección de una hoja de seguridad puede tener diferentes personas objetivo, desde los operarios de una planta, hasta un encargado del área ambiental, la gerencia o el personal de atención a incendios. Las secciones que contiene una hoja de seguridad, así como la descripción del contenido de cada una de éstas se presenta en la Tabla 27. Sección 1
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3
4
Tabla 27. Contenido de una hoja de seguridad. Título de la sección Descripción del contenido Nombre del producto, tal como está en la Identificación del producto y etiqueta, relacionándolo con los datos de la compañía básicos del productor. Describe la apariencia del material y brinda la información más relevante respecto a los Identificación de peligros peligros para la salud y el ambiente, asociados al producto. Identificación de los componentes del producto, especialmente los que Composición, información contribuyen con las características sobre los componentes peligrosas, indicando límites de exposición a cada sustancia y los datos de identificación de las mismas. Incluye instrucciones paso a paso para actuar antes que un personal médico especializado, en situaciones en las que el Medidas de primeros auxilios contacto con el producto produce efectos tóxicos que requieren tratamiento inmediato.
Audiencia Todo público
Todo público
Todo público
Todo público, aunque puede incluir nota para los médicos.
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Título de la sección
5
Medidas para extinción de incendios
6
7
8
9
Medidas para escape accidental
Manejo y almacenamiento
Controles de exposición, protección personal
Propiedades físicas y químicas
10
Estabilidad y reactividad
11
Información toxicológica
12
Información ecológica
Descripción del contenido Describe los peligros resultantes del fuego y las propiedades explosivas del producto, incluyendo los medios de extinción más adecuados y equipos de protección personal para afrontar estas situaciones.
Incluye las medidas para responder frente a derrames, goteos o escapes. Incluye precauciones para el personal, para el ambiente y los medios de contención y limpieza de derrames.
Guía práctica para almacenar y manipular las sustancias para prevenir situaciones de contacto que provoquen efectos adversos sobre la salud o el ambiente. Incluye los parámetros de exposición (umbrales o límites máximos), elementos de ingeniería para disminuir los riesgos físicos o químicos (e.g. ventilación, extracción) y equipos de protección personal coherentes con dichos riesgos. Identifica las principales propiedades del producto.
Describe el grado de estabilidad o inestabilidad del producto, así como las consecuencias de las reacciones químicas que pueden presentarse. Incluye estabilidad química, condiciones a evitar, materiales incompatibles y productos de descomposición peligrosos por reacción. Provee información toxicológica (datos y/o su interpretación) de carácter complementaria a la sección 2 de identificación de peligros. Incluye información para soportar la evaluación de impacto ambiental en caso de liberación del producto. Es de carácter complementario a la sección 2. Identificación de peligros. Puede
incluir
resultados
de
Audiencia Empleadores, empleados, brigadistas de emergencia y profesionales de salud ocupacional. Empleadores, empleados, brigadistas de emergencia y profesionales de salud ocupacional. Empleados, profesionales de la salud ocupacional y clientes. Empleados, profesionales de la salud ocupacional y respondientes frente a emergencias. Personal encargado del manejo del producto Empleados, profesionales de la salud ocupacional y respondientes frente a emergencias. Profesionales de atención en salud y/o seguridad, toxicólogos.
Profesionales del Ambiente.
ensayos
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14
15
Título de la sección
Consideraciones sobre la disposición del producto
Información sobre el transporte
Información reglamentaria
Descripción del contenido ecotoxicológicos, persistencia/degradabilidad, Movilidad en el ambiente y otros efectos adversos relevantes. Provee información para la disposición segura y ambientalmente adecuada de los del producto (así como sus residuos). Puede incluir referencias a la normatividad vigente en la materia en el país de elaboración del documento. Indica las principales consideraciones para la clasificación del producto para embarque. Puede hacer alusión a normas o estándares de transporte en diferentes vías, carretera, aéreo y marítimo. Incluye información sobre el estado reglamentario (nacional o internacional) del producto y/o sus componentes, así como los usos controlados del mismo.
Audiencia
Profesionales del Ambiente encargados del manejo de residuos. Personal encargado del manejo y transporte del producto. Personal encargado del cumplimiento reglamentario a distintos niveles.
Los reglamentos pueden incluir entidades como Ministerios, Consejo Nacional de Estupefacientes, ICA, entre otros. Información complementaria que el 16 Información adicional productor considere relevante comunicar al Todo público usuario. Fuente: Resumen de ICONTEC (1998). Norma Técnica Colombiana 4435: Transporte de Mercancías. Hojas de seguridad para materiales. Preparación. Bogotá, Colombia.
Teniendo en cuenta que no siempre los proveedores de los productos disponen de la hoja de seguridad, es necesario conseguirlas de las fuentes de información disponibles. Es preciso señalar que no todas las hojas de seguridad contienen la información presentada en la Tabla 27 o ésta puede estar incompleta o ser incoherente entre las secciones. Frecuentemente las hojas de seguridad que grandes casas fabricantes ofrecen no están disponibles en español y pueden contener referencias normativas o reglamentarias de sus países de origen. En este contexto es importante que el profesional encargado de la gestión ambiental de la organización (cliente) haga una labor de verificación y adaptación de estos documentos, de tal forma que aquellas personas que están en contacto permanente con los productos dispongan de la información adecuada. Algunas fuentes de hojas de seguridad (MSDS por sus siglas en inglés) se agrupan con motores de búsqueda en sitios como http://www.msdssearch.com/dblinksn.htm. Allí 101
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incluso se ofrecen motores de búsqueda para productos de uso doméstico o masivo como aceites para motor, blanqueadores, productos para limpieza, entre otros. Otros sitios para descargar hojas de seguridad de productos químicos está relacionado con los fabricantes como: -
Panreac: http://www.panreac.es/es/fds, Merck Chemicals: http://www.merck-chemicals.com.co/msdssearch/c_r_ab.s1O_d4AAAEl7otx3CaA, Avantor: http://www.avantormaterials.com/search.aspx?searchtext=msds, Dow Chemical: http://www.dow.com/webapps/msds/msdssearch.aspx,
-
Lección 32. Fuentes oficiales de información toxicológica. Aunque las hojas de seguridad en principio proveen la información necesaria y suficiente para soportar las decisiones que los encargados de la gestión de riesgos en las empresas requieren, es común encontrarse con falencias o carencias en éstos documentos. Por lo que se debe proceder a consultar fuentes de información complementarias. Fuentes de información toxicológica En las hojas de seguridad, específicamente en las secciones de identificación de peligros a la salud (toxicológicos y ecotoxicológicos) para los productos (secciones 2, 11 y 12) la información requerida hace referencia a resultados de ensayos en animales, estudios epidemiológicos o pruebas in vitro, que permitan establecer el nivel de peligro por toxicidad del producto. En este contexto, existen fuentes de carácter oficial (nacionales o internacionales) que permiten acceder a una gran cantidad de información confiable. Como se mencionó en la lección 13, el sistema de información ESIS (European Chemical Substance Information System) http://ecb.jrc.ec.europa.eu/esis/ permite acceder a múltiples categorías de información, reglamentaria en Europa, que incluyen además el sistema de clasificación para transporte y GHS. Para acceder a los contenidos es necesario conocer alguno de los siguientes parámetros que son de uso global:
Nombre (en inglés) de la sustancia, Fórmula molecular, Número CAS,
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Dado que algunos productos o sustancias tienen muchas denominaciones, según el contexto y la región, el uso del nombre es limitado y puede hacer pensar que no existe la información. Por tal motivo puede ser más efectivo y preciso el uso del número CAS. El Chemical Abstracts Service, como una división de la American Chemical Society, provee una de los más completos sistemas de clasificación de sustancias químicas, incluyendo más de 59 millones de registros de sustancias. El número CAS de las sustancias debería estar incluido en la hoja de seguridad, sección 3, no obstante puede encontrarse a través de búsquedas simples en internet, usando los nombres comerciales o técnicos que contenga la etiqueta del producto. En EEUU, la Agencia de Protección Ambiental unificó algunas bases de datos ecotoxicológicas en un sistema denominado ECOTOX®, disponible en http://cfpub.epa.gov/ecotox/, donde pueden buscarse datos para sustancias específicas, bajo los parámetros mencionados para ESIS, es decir el número CAS y el nombre (en inglés) de las sustancia. Allí se encuentran datos obtenidos en estudios científicos reportados en literatura especializada, sobre efectos adversos en múltiples especies animales (acuáticas y terrestres) así como en plantas. Lección 33. Clasificación de mezclas, sistema GHS. El continuo desarrollo de la industria química, soportado en el avance técnico científico, hace que la cantidad de sustancias que se utilizan, bien sea como materias primas o como productos de mantenimiento y limpieza, crezca de una forma igualmente continua y por consiguiente plantee la necesidad de conocer naturalezas cambiantes, que entrañan riesgos para aquellos que las manipulan o que están expuestos durante los procesos productivos. En algunos casos los fabricantes de las sustancias proveen la información, incluyendo datos toxicológicos o físico-químicos, en las hojas técnicas de los productos para a partir de estos datos construir la ficha de seguridad de los productos. En los demás casos, es el propio cliente quien deberá clasificar y comunicar el peligro que entrañan sus materias primas y sus residuos. Dado que los ensayos físico-químicos, aún más los biológicos, son costosos y no siempre hay laboratorios que los puedan ejecutar, deben contemplarse otras alternativas para llevar a cabo, de forma precisa y sustentada, las clasificaciones y comunicaciones de peligro. En este contexto, el Sistema Globalmente Armonizado, GHS, propone una metodología para la clasificación de las mezclas de acuerdo a las categorías de peligros, que en nuestro 103