Lección 3 Toxicología ambiental

Inhalación Contacto con la piel o con los ojos Ingesta

Toxicología ambiental • 3-1

Preguntas centrales o o o o o o o

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

Palabras clave o o o o o o o o o o o o

Dosis absorbida Efecto aditivo ADME: farmacocinética Antagonismo Dosis efectiva Exposición Efecto local Potenciación Sinergia Efecto sistémico Tejido diana Tolerancia

3-2 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

Toxicología ambiental La toxicología es el estudio de las sustancias tóxicas o venenos. En esta lección, abordaremos la exposición humana y la absorción de las sustancias tóxicas en el ambiente, en particular en el aire que respiramos. También veremos cómo interactúan los materiales tóxicos entre sí y con el cuerpo en su conjunto, dos factores importantes en la determinación de los efectos adversos de los contaminantes del aire en la salud.

¿Cómo entran al cuerpo los contaminantes tóxicos del aire? Las personas están expuestas a las sustancias tóxicas por diferentes vías. Sin embargo, algunas formas características de exposición, como la ingesta de alimentos y bebidas, son irrelevantes para ser tratadas en una explicación sobre los contaminantes tóxicos del aire. Las principales vías de exposición para los contaminantes del aire, clasificadas según su importancia, son las siguientes: • contacto con la piel o los ojos; • ingesta, e • inhalación.

Contacto con la piel o con

Inhalación

Todos podemos estar expuestos a las sustancias tóxicas por muchas vías.

Ingesta

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Cuando la piel no está dañada, actúa como una barrera eficaz contra la mayoría de sustancias tóxicas.

Generalmente, el primer punto de contacto entre el cuerpo humano y los contaminantes tóxicos del aire es la piel. Sin embargo, a diferencia de las vías respiratorias y el aparato digestivo, esta no está diseñada para la absorción. Cuando su superficie no está dañada, la piel sirve como una barrera eficaz contra la mayoría de sustancias extrañas. De los miles de potenciales contaminantes tóxicos del aire, solo pocos tienen las características químicas necesarias para ser absorbidos fácilmente por la piel. Aunque los ojos son solo una vía menor de exposición, deben ser mencionados. Debido a que poseen muchos vasos sanguíneos diminutos cerca de la superficie y a que carecen de una capa exterior gruesa, absorben las sustancias más fácilmente que la piel. Ciertas sustancias químicas, como el fluoroacetato, se absorben a través de los ojos en cantidades suficientes como para originar un envenenamiento sistémico. La ingesta incluye el paso a través del aparato digestivo, aunque esto no solo se aplica a las sustancias que se comen. Las sustancias transportadas por el aire que entran a las vías respiratorias a través de la boca o la nariz pueden ser retenidas en la capa protectora de la mucosa, transportadas a la faringe e ingeridas.

La inhalación de sustancias tóxicas constituye la vía que supone más problemas. preocupación.

Obviamente, la inhalación por los pulmones es la vía que supone más problemas en lo que a contaminantes tóxicos del aire se refiere. La mayoría de las sustancias que se encuentran en los pulmones tienen acceso fácil a la circulación por el cuerpo y pueden llegar prácticamente a cualquier punto de este.

Diferencias entre exposición y dosis El factor crítico al determinar los efectos adversos para la salud relacionados con los contaminantes tóxicos del aire no es la exposición a una sustancia sino la cantidad de esta sustancia que llega hasta un tejido o célula donde puede ejercer un efecto. La exposición se caracteriza por el contacto entre un agente y un organismo. Ya se produzca en la piel, la boca, el aparato digestivo o en los pulmones, el nivel de exposición es la cantidad disponible de una sustancia para la absorción.

3-4 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

La dosis, por otro lado, es la cantidad de una sustancia realmente absorbida por el cuerpo (recuérdese la distinción entre “dentro” y “fuera” del cuerpo). Más específicamente, podemos decir que la dosis absorbida es la cantidad de una sustancia que un organismo ha absorbido, mientras que la dosis efectiva es la cantidad de una sustancia que llega a una parte del cuerpo donde puede originar un efecto adverso. Esta es más complicada de determinar que la primera, porque resulta difícil medir las concentraciones químicas en partes específicas dentro del cuerpo, y este presenta, por otra parte, reacciones diversas frente a los agentes. Por estas razones, generalmente la dosis efectiva se calcula a partir de la dosis absorbida, y esta, a su vez, se determina mediante las concentraciones sanguíneas.

La exposición es la cantidad de una sustancia disponible para la absorción; la dosis es la cantidad de una sustancia realmente absorbida por el cuerpo.

1. Identifique cuatro vías por las cuales las sustancias tóxicas pueden entrar a su cuerpo. 2. ______________ es la cantidad de una sustancia realmente absorbida por el cuerpo. a. La dosis. b. La exposición.

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Descripción de los efectos de los contaminantes tóxicos del aire Todos los efectos adversos para la salud de los contaminantes tóxicos del aire se pueden clasificar como locales o sistémicos. Los efectos locales ocurren en la puerta de entrada; es decir, en el lugar donde se produce la absorción. Puerta de Las sustancias altamente entrada reactivas tienden a ejercer sus efectos localmente, en el primer lugar de contacto; en cambio, los efectos sistémicos ocurren en un lugar distinto, después de que una sustancia ha sido absorbida, distribuida y quizás incluso metabolizada. Los componentes más estables tienen mayores probabilidades de ser transportados por la sangre hasta zonas que presentan una sensibilidad particular a ellos. Algunas sustancias tóxicas, como los plaguicidas organofosforados, pueden originar efectos tanto locales como sistémicos. Sistémico (dolor de cabeza)

Los efectos producidos en la puerta de entrada ocurren en el lugar de la absorción; los efectos sistémicos, en cualquier otro lugar.

¿Qué es un tejido diana? La parte del cuerpo en la que una sustancia química origina efectos adversos se denomina tejido diana. Pero un “tejido” diana puede ser, en realidad, un órgano íntegro, un tejido, una célula o tan solo un componente subcelular. Las mutaciones, por ejemplo, son efectos subcelulares en los que algunas sustancias químicas tóxicas alteran el material genético. Los siguientes conceptos le ayudarán a comprender cómo los contaminantes tóxicos del aire pueden originar efectos adversos en diversos lugares diana dentro del cuerpo: • Una sustancia química puede tener más de un tejido diana. 3-6 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

• El tejido diana de una sustancia química puede cambiar con el transcurso del tiempo, con la magnitud de la dosis o la duración de esta. • Las interacciones químicas y el metabolismo pueden crear sustancias con lugares diana distintos de los que tendría la sustancia química original. • Sistema nervioso. • Hígado. • Sistema hematopoyético (formación de sangre). • Riñones. • Aparato digestivo. • Piel, vías respiratorias.

Clasificación de la actividad entre sustancias químicas Debido a que generalmente las personas están expuestas a más de un contaminante a la vez, las interacciones químicas, al relacionarse con los efectos en la salud, constituyen consideraciones importantes para determinar los riesgos de exposición de individuos y de la población a los contaminantes tóxicos del aire. A menudo, las combinaciones de sustancias químicas originan efectos diferentes de los que se hubiera predicho para las mismas sustancias de manera independiente. Lamentablemente, desconocemos la naturaleza de muchas interacciones. Incluso cuando se conocen los efectos resultantes de la combinación de dos contaminantes, la adición de una tercera variable hace que los efectos finales sean inciertos. Esta compleja área de estudio constituye el tema central de diversas investigaciones toxicológicas desarrolladas en la actualidad.

A menudo, la exposición a combinaciones de sustancias químicas tiene efectos diferentes de los que tendría una exposición independiente a las mismas sustancias.

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A continuación se describen los tipos generales de interacciones químicas que pueden ocurrir y se brindan algunos ejemplos. Aunque los ejemplos presentados se centran en las interacciones de dos sustancias químicas, los principios discutidos también se aplican a la combinación de cualquier número de sustancias. Recuerde que la preocupación aquí no reside en las interacciones químicas en sí mismas (eso queda para los químicos) sino en la forma como las interacciones alteran los efectos en la salud. A veces 2 + 2 no es 4 Los efectos de la exposición simultánea a una combinación de dos o más sustancias tóxicas se pueden clasificar en alguno de los tres tipos generales que se presentan a continuación: • aditivos (adición); • sinérgicos (sinergia), y • antagónicos (antagonismo). Un efecto aditivo es un efecto combinado de dos o más sustancias químicas que equivale a la suma de los efectos aislados de cada una de ellas. En otras palabras, es simplemente como sumar 2 + 2 = 4. (Estamos suponiendo que los efectos individuales no son directamente contrarios, con lo que tenderían a cancelarse entre sí.) Cada sustancia química realiza sus acciones como si no existiera otra. Este es el efecto observado más común en las exposiciones a sustancias químicas simultáneas. Por ejemplo, los efectos de distintos plaguicidas organofosforados se combinan de manera aditiva. En el sinergismo, dos o más sustancias químicas intensifican los efectos de cada una de ellas.

La sinergia supone un efecto combinado de dos o más sustancias químicas que es mucho mayor que la suma de los efectos de cada sustancia por sí sola; o sea, 2 + 2 = 10. El tetracloruro de carbono y el etanol son un buen ejemplo. La exposición simultánea a estas dos sustancias químicas —ambas hepatotóxicas (tóxicos hepáticos)— produce mucho más daño al hígado del que se hubiera producido de manera aditiva. La potenciación es un tipo particular de sinergia en el que una sustancia que no ejerce efecto alguno en determinada

3-8 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

zona corporal aumenta los efectos tóxicos de otra sustancia en dicha zona. Se podría representar este efecto como 0 + 2 = 10. A manera de ejemplo, el isopropanol, que no es tóxico para el hígado, potencia la hepatotoxicidad del tetracloruro de carbono. La interacción de las partículas de gas en los pulmones es un mecanismo sinérgico importante en la toxicología de la contaminación del aire. A veces, los gases adsorbidos en las partículas pueden penetrar más profundamente en los pulmones (y, por consiguiente, experimentar mayor absorción y ejercer un mayor efecto) que si hubieran sido inhalados en la fase gaseosa. Un caso típico de esta clase de interacción es el gas de fluoruro de hidrógeno adsorbido al aerosol de sulfato de berilio. En el antagonismo, dos o más sustancias químicas interfieren en las acciones de cada una de ellas (o bien una interfiere con la acción de la otra), por lo que el efecto combinado es menor que la suma de los efectos químicos individuales: 2 + 2 = 3. La interacción antagónica constituye la base para la mayoría de antídotos de venenos. Asimismo, el potencial carcinogénico del arsénico es contrarrestado de esta manera por el selenio. Efectos que resultan de la exposición simultánea a dos o más sustancias tóxicas

En el antagonismo, dos o más sustancias químicas contrarrestan sus efectos entre sí.

¿Qué sucede?

Equivale a

Aditivo

El efecto combinado es igual a la suma de los efectos individuales

2 + 2 = 4

Sinérgico

El efecto combinado es mayor que la suma de los efectos individuales

2 + 2 = 10

Antagónico

El efecto combinado es menor que la suma de los efectos individuales

2 + 2 = 3

Existe un caso especial de antagonismo en el que dos sustancias químicas que originan efectos opuestos en la misma función fisiológica terminan cancelándose entre sí. Esta situación puede representarse mediante la siguiente ecuación: -4 + (-4) = 0. Un ejemplo sería la cancelación del efecto de un barbitúrico, sustancia que reduce la presión sanguínea, mediante la administración de un agente vasoconstrictor (constrictor de los vasos sanguíneos) como la norepinefrina. Toxicología ambiental • 3-9

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

La tolerancia es un estado reducido de respuesta a un producto químico.

La tolerancia es una interacción química comúnmente observada y relacionada con el antagonismo. Es un estado de disminución de los efectos de una sustancia química que resulta de la exposición previa a dicha sustancia o a otra estructuralmente relacionada. Este fenómeno generalmente ocurre con la administración crónica de medicamentos: con el transcurso del tiempo, se requiere una dosis mayor para producir el mismo efecto. La tolerancia con sustancias tóxicas puede permitirle a un individuo resistir niveles que normalmente hubieran sido sumamente tóxicos o incluso letales. Las pruebas indican que ciertas poblaciones del sur de California están desarrollando tolerancia al ozono simplemente por estar expuestas a él en el aire ambiental. Además de la influencia de otras sustancias químicas, como se acaba de explicar, los efectos de una sustancia química en el cuerpo dependen, en gran medida, de los efectos del cuerpo sobre ella. La próxima sección se concentra en el importante tema de la toxicocinética: la absorción, la distribución, el metabolismo y la excreción de las sustancias químicas.

3. ¿Qué sustancias tienen mayores probabilidades de originar efectos sistémicos? a. Reactivas. b. Estables. 4. ¿Cierto o falso? Cada sustancia química tóxica tiene como diana un tejido específico y único. Combine lo siguiente: ___5. Adición

a. 2 + 2 = 10

___6. Antagonismo

b. 2 + 2 = 4

___7. Sinergia

c. 2 + 2 = 3

3-10 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

Toxicocinética: ADME o qué hace el cuerpo con las sustancias que ingresan Como se mencionó anteriormente, el factor crucial para determinar los efectos adversos en la salud que resultan de la exposición a una sustancia química tóxica es la cantidad de esta que llega hasta un tejido diana. Esta dosis efectiva depende, en parte, de cuatro factores, comúnmente resumidos por las siglas ADME: • absorción; • distribución (por determinados lugares de almacenamiento); • metabolismo (biotransformación), y • excreción.

La toxicocinética se ocupa del movimiento de las sustancias químicas hacia, dentro y fuera del cuerpo.

La absorción es el mecanismo natural por el cual las sustancias pasan a través de los recubrimientos del cuerpo para entrar en este. Una vez que son absorbidas, se distribuyen por todo el cuerpo a todas las células o bien a uno o varios lugares de almacenamiento específicos. Toda sustancia absorbida puede experimentar también una transformación metabólica en diversas partes del cuerpo. La excreción es una suerte de proceso opuesto a la absorción: es el traslado de sustancias fuera del cuerpo y los seres humanos tienen varios mecanismos para hacerlo. Al estudiar la toxicidad de las sustancias transportadas por el aire, es importante comprender los mecanismos de destoxificación del cuerpo. La acción biológica de una sustancia tóxica puede terminar en el almacenamiento, la transformación metabólica o la excreción; esta última es la más común. En la figura 3-1 se muestran las distintas vías por las cuales los procesos ADME transportan sustancias por todo el cuerpo.

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

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Ingesta

Contacto dérmico u ocular

Inhalación

s

s Aparato digestivo

Absorción

Pulmones

s

s s

Hígado

s s

s

Fluidos extracelulares

s

ss

s

Sangre y linfa

ss

Bilis

Grasa

Tejidos blandos o huesos

s

s

s Riñones

Órganos

s

Pulmones

s

Distribución

s

Estructuras secretoras

Almacenamiento

s Vejiga

s

s

s

s

Heces

Aire expirado

Orina

Secreciones

Excreción

Figura 3-1. Vías toxicocinéticas

3-12 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

necesita. En el cuerpo humano, las vías respiratorias y el aparato digestivo están especialmente diseñados para hacer eso. Lamentablemente, este eficiente sistema de absorción de nutrientes funciona igualmente bien para la absorción de muchas sustancias tóxicas que entran a los pulmones o al aparato digestivo. Antes de tratar estas dos vías principales de absorción más detalladamente, veamos cómo las sustancias atraviesan las membranas celulares. Las sustancias pueden atravesar las membranas biológicas por cualquiera de dos mecanismos: el transporte activo o pasivo. El transporte pasivo es el traspaso de una membrana sencillamente por leyes básicas de la física: seguir un gradiente de concentración. Siempre que la membrana sea permeable a la sustancia, esta tiende a moverse de áreas de mayor concentración a áreas de concentración inferior. Por otro lado, en el proceso de transporte activo, se emplea la energía para mover una sustancia a través de una membrana, de manera que el gradiente de concentración no es un factor. El transporte activo de algunos elementos traza es fundamental para mantener la vida humana. Lamentablemente, algunas sustancias tóxicas también pueden aprovechar estos mecanismos de transporte beneficioso.

Las sustancias pueden cruzar las membranas biológicas mediante el transporte activo o pasivo.

Otro factor que interviene en el transporte de sustancias a través de las membranas es la composición de la membrana en sí. Las membranas biológicas contienen lípidos y, por consiguiente, son sumamente permeables a las moléculas solubles de lípidos y muy impermeables a todas las moléculas solubles en agua, excepto las más pequeñas.

La piel La presentación anterior sobre las vías de exposición humana a los contaminantes tóxicos del aire demostró que algunas sustancias transportadas por el aire pueden atravesar la barrera de la piel. La mayoría de sustancias químicas absorbidas de esta manera pasan a través de la piel misma, las células epidérmicas. Las glándulas sudoríferas y los folículos del pelo, a pesar de proporcionar acceso fácil al cuerpo, son muy pocos y se encuentran muy distanciados como para producir alguna consecuencia.

Toxicología ambiental • 3-13

La absorción a través de la piel depende de varios factores: • Las propiedades de la sustancia química misma. • El espesor de la capa exterior de la piel. • La difusividad de la capa exterior. Por ejemplo, las sustancias tóxicas cruzan fácilmente la piel del escroto, la cual es sumamente delgada y tiene alta difusividad. (¿Recuerda la gran incidencia de cáncer del escroto entre los limpiadores de chimeneas en la Inglaterra del siglo XIX, de la que hablamos en una lección anterior?) En contraste, las sustancias tóxicas atraviesan la planta del pie con mucha dificultad: a pesar de que esta área presenta la mayor difusividad, también tiene la capa exterior más gruesa de la piel. • Estado de la capa exterior (es decir, si está intacta o dañada). • Contenido de agua de la capa exterior (la alta hidratación incrementa la absorción). A pesar de la gran incidencia de contacto entre la piel y los contaminantes tóxicos del aire, muy pocas sustancias químicas tienen las propiedades necesarias para entrar al cuerpo por esta vía.

La absorción de los contaminantes tóxicos del aire ocurre mayormente en los pulmones.

Pulmones Como se hubiera esperado, la mayor cantidad de absorciones de contaminantes tóxicos del aire ocurre en los pulmones. La captación de productos químicos que se inhalan depende de algunos factores: • propiedades químicas y físicas de las sustancias; • la anatomía y función respiratoria y cardiovascular de la persona; • la tasa y profundidad de respiración. La tasa de absorción de un gas depende, en gran parte, de la presencia de gas en la sangre y de la solubilidad de este. Para los gases de la sangre con baja solubilidad, la tasa de absorción depende principalmente del flujo sanguíneo a través de los pulmones. En otras palabras, si una unidad de sangre puede tan solo absorber determinada cantidad de una sustancia, la manera de aumentar dicha absorción será poniéndola en contacto con más sangre. La tasa de absor-

3-14 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

ción de gases de la sangre con alta solubilidad depende principalmente de la tasa y la profundidad de la respiración. O, dicho de otra forma, si la sangre absorbiera un suministro ilimitado de un gas, entonces la clave para aumentar la cantidad absorbida sería poner en contacto mayor cantidad de este gas con la sangre que se encuentra en los alvéolos de los pulmones. El lugar donde se depositarán las partículas inhaladas, ya sean líquidas o sólidas, dependerá principalmente de su tamaño. Como señalamos en la lección 2, el movimiento mucociliar del aparato respiratorio está diseñado para mantener las vías respiratorias inferiores libres de partículas extrañas y realiza esta tarea con gran eficiencia. En cambio, al no estar diseñado para impedir que el cuerpo absorba las sustancias, no es muy eficiente para ello. De hecho, la mayoría de partículas que se inhalan quedan atrapadas por una cobertura de mucosa móvil y son expulsadas al aparato digestivo, que está especialmente diseñado para absorber las partículas sólidas y líquidas.

El tamaño de una partícula inhalada determina el lugar donde se dispondrá.

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

Una vez que una sustancia se inhala, generalmente alcanza la circulación por uno u otro medio.

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

Aparato digestivo El intestino delgado es la zona principal donde ocurre la absorción de partículas en el aparato digestivo.

Debido a que las sustancias atrapadas por la cobertura de mucosa del aparato respiratorio pueden ser ingeridas con el tiempo, el aparato digestivo constituye una vía posible de exposición para los contaminantes tóxicos del aire bajo la forma de partículas (líquidas o sólidas). La absorción puede realizarse a lo largo de todo el aparato digestivo, incluida la boca y el recto, pero el intestino delgado es la zona principal donde ella puede ocurrir. En el intestino delgado, así como en las partes más profundas de los pulmones, la zona superficial se maximiza y la distancia hacia la circulación general se minimiza. Aunque la mayor parte de la absorción ocurre por difusión sencilla, algunas sustancias tóxicas se absorben activamente por medio de mecanismos de transporte intestinal diseñados para la captación de nutrientes fundamentales, como el hierro y el calcio. Todo lo absorbido a través del intestino delgado se desplaza primero al hígado para ser procesado, con lo cual este se convierte en un enlace vital para otros procesos toxicocinéticos de distribución, metabolismo y excreción. Los procesos que puede iniciar el hígado posteriormente incluyen los siguientes: • almacenamiento; • secreción dentro de la bilis; • descarga en la circulación general. 8. En el cuerpo humano, la absorción ocurre principalmente en __________ y __________ 9. Generalmente, ¿dónde terminan las partículas atrapadas en las vías respiratorias?

Una vez que una sustancia es absorbida, se puede distribuir a distintas partes del cuerpo de diversas maneras. Ahora centremos nuestra atención en el segundo proceso toxicocinético de distribución.

3-16 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

Distribución Una vez que una sustancia es absorbida dentro del torrente sanguíneo, puede alcanzar virtualmente cualquier parte del cuerpo. Sin embargo, todavía deberá dejar el torrente sanguíneo y entrar en las células corporales. La tasa de distribución a un tejido depende principalmente de dos factores: • El flujo sanguíneo a través del tejido. • La facilidad con que la sustancia química atraviesa la membrana capilar y penetra las células del tejido (es decir, la capacidad que tiene para atravesar las membranas celulares). Generalmente, la alta liposolubilidad es buena conductora para efectuar el transporte a través de membranas biológicas.

La distribución de una sustancia en el cuerpo depende del flujo sanguíneo y de las propiedades químicas de dicha sustancia.

Algunas sustancias no atraviesan fácilmente las membranas celulares (a menos que sean transportadas activamente) y, por consiguiente, tienen una distribución limitada. Las sustancias que pasan fácilmente a través de las membranas celulares se distribuyen por todo el cuerpo. A menudo, después de la exposición, la distribución de una sustancia varía con el tiempo. Por ejemplo, poco después de la absorción, la mayor parte del plomo inorgánico se localiza en el hígado, los riñones y los glóbulos rojos. Sin embargo, dos horas después, 50 por ciento se encuentra en el hígado y un mes después, 90 por ciento del plomo restante en los huesos. Eso trae a colación el tema del almacenamiento. Algunas sustancias presentan afinidades a ciertos tejidos o componentes tisulares. El almacenamiento a menudo ocurre cuando la tasa de absorción de una sustancia es mayor que su tasa de metabolismo o excreción. El siguiente cuadro indica en qué momento diversas sustancias químicas tienden a acumularse en el cuerpo y dónde tienden a ejercer sus efectos tóxicos. Un lugar de almacenamiento puede o no ser el lugar donde ocurre la acción tóxica. Si no lo es, el almacenamiento se puede considerar un mecanismo protector, porque generalmente cuando un contaminante circula libremente origina

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

Lugar de almacenamiento

Zonas principales de toxicidad

Cadmio Monóxido de carbono DDT Dieldrín (insecticida) Fluoruro Plomo Paraquat Estroncio

Riñones, tejido Sangre Sangre Grasa Hueso Hueso Pulmón Hueso

Riñones, pulmones Sangre Tejidos nerviosos Desconocidas Hueso Tejidos blandos Pulmón Hueso

los efectos más perjudiciales. Las sustancias químicas almacenadas pueden permanecer en el cuerpo durante años sin efecto adverso evidente (por ejemplo, el DDT), o bien su acumulación puede producir efectos adversos de desarrollo lento, como la intoxicación crónica por cadmio.

Metabolismo (biotransformación) El metabolismo también se conoce como biotransformación.

El tercer proceso de la secuencia ADME, el metabolismo, también es conocido —quizá más descriptivamente— como biotransformación. Comprende la suma de los procesos por los cuales un organismo vivo somete a una sustancia extraña a un cambio químico. La biotransformación de sustancias tóxicas en el cuerpo busca que las sustancias lipofílicas sean más hidrofílicas o solubles en agua. Los seres humanos cuentan con un arsenal variado de procesos enzimáticos que promueven esta conversión beneficiosa, que ayuda a la excreción de las sustancias nocivas. Algunos puntos básicos relacionados con la biotransformación son los siguientes:

El órgano principal de la biotransformación es el hígado.

• El compuesto de origen se puede integrar o descomponer para formar nuevos compuestos llamados metabolitos. • Los metabolitos pueden ser más o menos tóxicos que el compuesto de origen. • El órgano principal de la biotransformación es el hígado; también ocurre, vía reacción enzimática, en el plasma de la sangre, los riñones, los pulmones, el aparato digestivo, la piel, las gónadas y la placenta.

3-18 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

• Algunas sustancias químicas (por ejemplo, los insecticidas organoclorados como el DDT, ciertos herbicidas y diversos hidrocarburos poliaromáticos [PAH, por sus siglas en inglés] como el benzopireno) aumentan la cantidad y actividad de las enzimas microsómicas. Como resultado, estos inductores químicos incrementan su propio metabolismo, lo cual podría ser protector si dicho metabolismo fuera destoxificante, pero podría ser perjudicial si el metabolismo aumentara la toxicidad (por ejemplo, el incremento de toxicidad del tetracloruro de carbono que sigue a la inducción enzimática por el DDT). • Algunas sustancias químicas (por ejemplo, los insecticidas organofosfatados, el tetracloruro de carbono, el ozono y el monóxido de carbono) inhiben las enzimas microsómicas. Esta inhibición puede dar lugar a la persistencia de alguna sustancia que, en condiciones normales, se metabolizaría.

Excreción Las sustancias pueden salir del cuerpo o excretarse de diferentes maneras. Las cantidades reducidas de sustancias se pueden eliminar mediante las secreciones de sudor, lágrimas, saliva y leche; sin embargo, así como la piel es una vía insignificante de absorción, las mencionadas secreciones constituyen vías menores para la excreción de sustancias tóxicas. Una vía algo más significativa son los pulmones, que constituyen la vía principal de eliminación para las sustancias que se encuentran en forma gaseosa a la temperatura del cuerpo. El tetracloruro de carbono, incluso cuando se ingiere en forma líquida, se puede excretar parcialmente por los pulmones bajo la forma de vapor. Como se mencionó anteriormente, el hígado se encuentra en primera línea en la eliminación de las sustancias tóxicas porque procesa toda la sangre que proviene directamente del intestino delgado. Los tóxicos se pueden secretar en la bilis dentro del intestino delgado para eliminarse en las heces. Esta es la vía primaria de excreción para muchos metales traza como el cadmio, el mercurio y el plomo, y para ciertas moléculas grandes, como los plaguicidas.

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Los riñones son los órganos principales para la remoción de las sustancias tóxicas de la sangre.

Los riñones son los órganos principales en la remoción de las sustancias tóxicas del torrente sanguíneo. El proceso comprende la filtración, la difusión y la secreción activa, al igual que con el procesamiento de los productos finales del metabolismo. Como hemos visto, generalmente la biotransformación convierte los tóxicos en sustancias más solubles en agua, las cuales no tienden a reabsorberse y son más fácilmente excretables por los riñones.

10. ¿Cierto o falso? Un lugar de almacenamiento para una sustancia química no puede ser una zona de acción tóxica para ella. 11. El órgano principal de la biotransformación es __________. 12. La mayoría de sustancias tóxicas es removida del torrente sanguíneo por __________.

Clasificación de los contaminantes tóxicos del aire según su tipo químico En la lección 2, aprendimos cómo diferenciar los contaminantes tóxicos del aire por sus efectos adversos, que van desde la irritación hasta la mutación. Esta sección presenta un esquema de clasificación basado en el tipo químico. Respecto a las sustancias que originan efectos adversos en la salud, es importante recordar que una sustancia química no tiene que estar en forma gaseosa para originar un problema de salud como un contaminante tóxico del aire. Las partículas sólidas pequeñas, las neblinas y los vapores pueden ser fácilmente absorbidos a través del tracto respiratorio o aparato digestivo. En general, todos los compuestos orgánicos de nitrógeno, azufre, fósforo y los halógenos (excepto los fluorocarburos) son potencialmente tóxicos para los seres humanos. Muchos compuestos inorgánicos de estas sustancias químicas también pueden ser tóxicos. Asimismo, los metales pesados son tóxicos virtualmente en cualquier forma inhalable. De los metales, solo el mercurio y el selenio ocurren en concentraciones cuantificables como gases, pero muchos procesos industriales liberan en el aire diversos metales particulados. 3-20 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire

El cuadro 3-2 presenta diversas categorías químicas para las sustancias tóxicas del aire. Obviamente, no es una lista exhaustiva pero sí identifica y clasifica muchas de las sustancias químicas más tóxicas. Debe notarse que las categorías presentadas no necesariamente se excluyen mutuamente. El tetracloruro de carbono, por ejemplo, es un compuesto orgánico y también un compuesto de halógeno.

Las partículas sólidas pequeñas, las neblinas y vapores, así como los gases, pueden inhalarse y originar efectos tóxicos.

En la lección 2 revisamos los efectos adversos en la salud que estas sustancias tóxicas pueden originar. En la lección 6, estudiaremos más acerca de las fuentes características de estas sustancias químicas. Cuadro 3-2. Clasificación química de las sustancias tóxicas del aire Categoría

Ejemplos

Metales pesados y sus compuestos

Arsénico, berilio, cadmio, plomo, mercurio, níquel, selenio, óxido de zinc

Minerales de silicato

Asbesto

Compuestos de halógeno

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

Compuestos de nitrógeno

Aminas, amoniaco, cianuro, nitratos, óxido nítrico, nitritos, urea

Compuestos orgánicos

Aldehídos (por ejemplo, acroleína, formaldehído) Alcoholes alifáticos (por ejemplo, alcohol etílico, metanol) Hidrocarburos aromáticos (por ejemplo, benceno) Disulfuro de carbono Hidrocarburos alifáticos clorados (por ejemplo, tetracloruro de carbono y cloroformo) Glicoles Compuestos de fósforo orgánico (por ejemplo, varios plaguicidas)

Compuestos de azufre

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

Compuestos radiactivos

Actinios (por ejemplo, plutonio y uranio) Elementos de tierra alcalina (por ejemplo, radio y estroncio) Yodo Lantánidos (por ejemplo, cerio) Radón y sus productos radiactivos sólidos (radon daughters) Tritio

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

Respuestas a las preguntas de autoevaluación 1. La piel, los ojos, la inhalación, la ingesta. 2. a 3. b 4. Falso. 5. b 6. c 7. a 8. Los pulmones o las vías respiratorias; los intestinos o el aparato digestivo. 9. En el aparato digestivo. 10. Falso. 11. El hígado. 12. Los riñones. 13. Cierto.

3-22 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire