Contaminación atmosférica: toxicología respiratoria

Contaminación atmosférica:
toxicología respiratoria
Dra. María Cano Abad
Departamento de Farmacología
Facultad de Medicina
UAM
Prehistoria
Antigua Roma
El filosofo romano “Seneca” 61 A.D. escribió:
“Tan pronto como salí del pesado aire de Roma,
del hedor de sus chimeneas,
de los pestilentes vapores de los vertidos y del hollín
Sentí una alteración en mi interior”
Revolución industrial
La combustión de combustibles fósiles: carbón
Aumento la contaminación atmosférica por sulfatos
Menos tolerancia en humanos a respirar el hollín ácido
Corrosión de las superficies en contacto con el aire sulfato
Hasta el primer desastre en Londres en 1952 por el smog
Primeras normativas para prevenir vertidos a la atmósfera
La Ley del Aire Limpio (Clean Air Act) de 1970 identificó un
conjunto específico de contaminantes tóxicos que son
comunes en el aire ambiental: los contaminantes criterio.
En 1990 se creó un nuevo conjunto de contaminantes tóxicos del
aire cuando se enmendó la Ley del Aire Limpio. Las Enmiendas
de la Ley del Aire Limpio de 1990 identificaron 189
contaminantes peligrosos del aire, que deben regularse para
proteger la salud humana.
Proteger de los contaminantes nocivos del aire:
O3
SO2, oxido de sulfuro
partículas en suspensión
NO2, dióxido de nitrógeno
CO, monóxido de carbono
Pb, plomo
Hidrocarburos
Medición y valoración de los
efectos adversos en la salud
A fin de reglamentar los contaminantes del aire nocivos para los
seres humanos, se requiere conocer los niveles críticos de tales
sustancias tóxicas.
El uso de los datos toxicológicos provenientes de estudios realizados en
animales para reglamentar las exposiciones humanas reales a sustancias
tóxicas implica tres extrapolaciones problemáticas:
• del animal al ser humano
• del laboratorio a la vida real
• de una dosis alta a una dosis baja
No hay ninguna garantía de que los datos recogidos a partir de animales en
un ambiente controlado sean válidos para los seres humanos en el mundo
real.
Composición del aire
• El aire es uno de los factores determinantes de la vida en la tierra
• Diariamente nuestros pulmones filtran 15 kg de aire atmosférico al día
• Aire está compuesto por:
N2 Nitrógeno 78,1%
Oxígeno (02) 21%
Argón (Ar) 0,9%
Dióxido de carbono (C02) 330 ppmv
(partes por millón en volumen)
Neón (Ne) 18 ppmv
Helio (He) 5 ppmv
Metano (CH4) 1,5 ppmv
Otros en concentraciones menores que 1,0 ppmv
Sustancias tóxicas atmosféricas
Provienen de las emisiones de la actividad humana
1.Consumo de combustibles fósiles:
petróleo, gasolina, gasoil, carbón
2.Actividad industrial: industria metalúrgica, papel
3. Contaminación de los hogares
aerosoles, (clorofluorocarbonos-CFC), disolventes
4. Incineración de basura
Sustancias tóxicas atmosféricas
Derivados de carbono. Monóxido de carbono.
COx
Óxidos de Nitrógeno
NOx
Ozono O3
Óxidos de azufre
SOx
Smog
Sustancias volátiles:
ácidos
solventes
catalizadores Pb (catalizador en gasolinas)
clorofluorocarbonos
Materia particulada:
modifica la entrada de luz solar
altera la visibilidad
Sustancias tóxicas atmosféricas
Monóxido de carbono
COx
El CO es un gas no irritante, incoloro, inodoro, insípido y tóxico
Origen humano:
combustión incompleta materia orgánica:
madera, carbón y petróleo
en una atmósfera con insuficiencia de oxígeno
su concentración promedio en la atmósfera es de 0.1 ppm
Pero puede alcanzar hasta 115 ppm en colapso de tráfico
Origen natural:
2 C
volcanes, pantanos, minas de carbón
O2 -----> 2 CO
Sustancias tóxicas atmosféricas
Efecto sobre la salud:
El CO es tóxico por su capacidad para combinarse con la hemoglobina
(Hb) =carboxihemoglobina (COHb)
El CO y O2 compiten por el mismo grupo funcional de la hemoglobina.
La afinidad química de la Hb por el CO es 220 veces mayor que por el O2
La COHb es disociable totalmente el CO se excreta por los pulmones
CO O2Hb <=====> O2 COHb.
El grado de toxicidad del CO depende de la concentración y del tiempo
de exposición
NIVEL (ppm)
EFECTO FISIOLÓGICO
200/ 3 horas
Dolor de cabeza
500 /1 hora
Mareos, zumbido de oídos, náuseas, palpitaciones
1 500/hora
Sumamente peligroso para la vida
4 000
Colapso, inconsciencia, muerte
Sustancias tóxicas atmosféricas
Óxidos de Nitrógeno
NOx
Ozono O3
Origen: combustión carbón, gasolina y otros combustibles
El NO2 puede irritar los pulmones y predispone a contraer infecciones respiratorias
Los óxidos de nitrógeno (NOx) son importantes contribuyentes de la lluvia ácida
CARACTERÍSTICAS DEL GAS:
INCOLORO (en grandes concentraciones es café pardo)
PRODUCE: irritación en los ojos, nariz y garganta.
La exposición prolongada o crónica produce lesiones pulmonares
PUEDE PERMANECER EN EL MEDIO HASTA 3 AÑOS
Sustancias tóxicas atmosféricas
Ozono O3
Origen: de la industria y vehículos
Reacción que genera el ozono perjudicial:
NO2
(G)
O(G) O2
hv (radiación solar) -------> NO(G) O(G)
(G)
--------> O3 (G)
Es un oxidante fuerte
Efecto sobre la salud:
•irritación del tracto respiratorio
•dolor de pecho
•tos
•incapacidad para respirar profundamente
•propensión a infecciones pulmonares
•La concentración máxima permisible de ozono es de 0.1 ppm/8h
Óxidos de azufre: SOx; Smog
Origen: industria la metalúrgicas fundición de metales,
combustión de carbón
Smog deriva del inglés smog (humo) y fog (niebla).
Es contaminación visible
Mezcla de humos: combustión del carbón + SOx + vapor de agua
En 1952, en Londres, el smog + óxidos de azufre + partículas de hollín
provocó la muerte de 4000 personas.
El SO2 es un gas incoloro y con sabor ácido picante
Es percibido en concentraciones de 3 ppm (0.003 %) a 5 ppm (0.005 %)
Niveles 20 ppm produce irritación en ojos, nariz, garganta, crisis asmáticas
Los óxidos de azufre tienen un período de residencia de
3 ó 4 días en la atmósfera
Los SOx, es causa directa de la lluvia ácida
SO3+ H2O -----> H2SO4
pH de las precipitaciones en los EEUU (año 2000).
¿QUÉ EFECTOS PRODUCEN ?
Efectos sobre los suelo:
• La deposición ácida
ha acelerado la
perdida de cationes,
tales como el Ca2+,
Mg2+, K+ ,
empobreciendo por
tanto el suelo en
nutrientes.
•Se ha perdido la
capacidad de
neutralizar más
componentes ácidos
Efectos sobre los arboles
La figura muestra algunas
efectos de la acidez
sobre los árboles:
•Pérdida de nutrientes
•Movilización del
Aluminio
•Descalcificación de hojas
y membranas.
•Debilidad del árbol
frente a plagas
Efectos sobre los ecosistemas acuáticos
La creciente acidificación de los lagos ha causado la
muerte de peces y el agotamiento de las reservas.
Los efectos negativos se han atribuido a disminuciones
repentinas del pH.
Acidez prolongada que obstaculiza la reproducción y el
desove
Descenso en el numero y especies de microorganismos.
Gráfica que muestra la tolerancia a la acidez
de algunas especies
Mapa de deposición de Azufre
Fuente : EMEP, modelo Euleriano: unidades: mg/m2/año
Mapa de deposición de NOx para 1999,
Fuente : EMEP, modelo Euleriano: unidades: mg/m2/año
Mapa de deposición de NH3
Fuente : EMEP, modelo Euleriano: unidades: mg/m2/año
Sustancias tóxicas atmosféricas
Materia particulada
modifica la entrada de luz solar
altera la visibilidad
Origen: fuentes naturales o actividades humanas
(combustión de carbón, industria)
Tipos: calcio, aluminio, sulfato de amonio, metales pesados
Efectos sobre la salud: agravan condiciones respiratorias:
asma, bronquitis
Polvo de Asbestos: es silicato de magnesio.
Se utiliza en la construcción como aislante
Efectos sobre la salud: produce asbestosis, cáncer bronquial
Radioactividad
Accidente nuclear de Chernobil
Nube radiactiva
Efectos sobre la salud humana:
mutagénesis y teratogénesis
PATOLOGÍAS TÓXICAS DE LA FUNCIÓN PULMONAR
El pulmón es diana de xenobioticos de procedencia variada:
1. Vía de entrada de:
gases: CO2, O2, CO
sustancias liposolubles: éter, benceno, etanol
irritantes: NH4, alógenos, SOx, NOx
2. Contacto con sustancias que circulan en sangre:
paraquat (herbicida), metabolitos xenobioticos
ANATOMIA DEL SISTEMA RESPIRATORIO
Nariz
Traquea
Árbol bronquial
Bronquiolos
Alvéolos y sacos alveolares:
contienen dipalmitato de lecitina, es un tensoactivo,
que evita la fusión de las paredes alveolares.
Detergentes, hidrocarburos y aceites destruyen dicho tensoactivo =
neumonitis lipídica disminución de la capacidad respiratoria
Todo el árbol respiratorio menos bronquiolos y alvéolos
posee epitelio ciliado vibrátil
ANATOMIA DEL ALVEOLO
El epitelio está formado por tres tipos de células:
-neumocitos tipo I, pequeños y abundantes
-neumocitos tipo II, grandes y redondeados
-neumocitos tipo III
Proteína insoluble: colágeno, elastina, proteoglicanos
Fagocitos: defensa
Células contráctiles
Fibroblastos
Células Clara: actividad secretora y metabólica.
El pulmón es un órgano detoxificante parecido al hígado,
debido a que está en contacto constantemente con xenobioticos.
Defensa física pulmonar
¿Donde?
-Traquea
-Grandes bronquios
Moco escalador: se secreta en glándulas situadas
en la traquea y grandes bronquios.
Sustancias irritantes: NH3, SOx, O3,
aumentan la secreción de moco
Células ciliadas: arrastran partículas extrañas y macrófagos
al exterior
Lesiones tóxicas pulmonares
1. Afectan a vías aéreas:
irritante estimula el nervio vago y se produce una fuerte constricción
por ejemplo asma
Bronquios/bronquiolos:
tóxicos SO2: aumenta la secreción de moco con mayor densidad
= dificultad respiratoria con broncoconstricción.
Sustancias ciliotóxicas: SOx, NOx, formaldehído, tabaco
poseen acción oxidante fuerte dañando los cilios,
en consecuencia no capacidad de expulsión de partículas extrañas.
2. Afectan al tejido pulmonar
alveolitis irritativas, producidas por: ClH, O3, son oxidantes fuertes,
producen pequeños agujeros en la membrana epitelial,
originando paso de liquido de la sangre y en consecuencia
EDEMA-FIBROSIS.
ASMA
Dificultad respiratoria por constricción de la musculatura bronquial
ASMA IRRITATIVA
Producida por: gases, vapores, aerosoles cosméticos
Provocan reflejo vagal = Ach = contracción musculatura lisa bronquial
ASMA ALERGICA
además se pone en marcha el sistema inmune:
vasodilatación, rinitis, broncoespasmo, edema, moco,
infiltración de eosinófilos
FIBROSIS
Asociado con inhalación crónica de polvo de sílice, asbestos.
Los procesos fibróticos generan un grupo de enfermedades intersticiales
denominadas enfermedades profesionales (neumoconiosis)
Fibra
asbestos
aluminio
sílice
Enfermedad
asbestosis
aluminosis
silicosis
la partícula extraña se aísla con colágeno.
Aumenta la pared alveolar y en consecuencia se pierde superficie de
intercambio de gases.
ENFISEMA
Se produce por bronconeumopatias crónicas obstructivas.
Consiste en la aparición de espacios aéreos por dilatación de los alvéolos.
Destrucción de la pared del alveolo
Causa: por la inhalación de gases tóxicos crónicamente tabaco
El tabaco es un irritante atrae a los macrófagos
fagocitos alveolares
aumenta la elastasa = come pared
el tejido conectivo alveolar desaparece
CANCER
Asociado con fumar tabaco e inhalación de fibras de asbestos, metales:
arsénico, berilio, cromo y cadmio.
Mecanismo: daño al ADN por especies reactivas de oxigeno
y otros radicales libres