Evaluación toxicológica de PM10 y PM2.5 de la ciudad de Mexicali y su asociación con el contenido de suelo. Un estudio para evaluar y dirigir medidas de control. Universidad Autónoma de Baja California (Mexicali): MA Reyna, M Quintero, J Landeros e I Clark Instituto Nacional de Ecología: L. Rojas, M. Zuk y T. López Facultad de Ciencias, UNAM: J. Serrano Instituto de Física, UNAM: J. Miranda Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM: I. Rosas y A. García Instituto Nacional de Cancerología: A. Osornio, G. Flores, I. Vázquez y C. García Con apoyo de LASPAU 2005-2007 29) Mexicali.....................7.16 Contenido • Antecedentes • Objetivo • Pruebas toxicológicas – Metodología – Resultados • Medidas de control – Metodología – Resultados • Discusión y conclusiones • Recomendaciones Antecedentes y objetivo Geotermoeléctrica de cerro prieto Niveles de PM10 en Mexicali, 2004 • Percentil 98 de los promedios de 24h = 366 μg/m3 Percentil 98 de los promedios de 24 h de PM10 • 500 Promedio anual = 108 μg/m3 90 2004 426 400 407 404 383 366 362 300 300 Norma diaria, 120 μg/m3 200 100 108 2003 0 Norma anual, 50 μg/m3 2002 1997 103 2000 121 1999 106 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Año Días muestreados 2000 59 81 2001 57 83 2002 45 68 2003 50 64 2004 60 75 2005 44 69 86 1997 0 20 40 60 80 Concentración promedio anual de PM10 100 120 2004 Días que se rebasa la norma de PM10 en Mexicali 110 2001 1998 Fuente: Tercer almanaque de datos y tendencias de la calidad del aire en ciudades mexicanas. Instituto Nacional de Ecología. En imprenta. Stress ambiental de la región de Mexicali (1) ¾Condiciones climatológicas • Escasa precipitación pluvial • Clima extremoso • Predominancia de los vientos del sureste y del noroeste • Rachas de viento en invierno que producen tolvaneras por la influencia de los nortes Fuente: Programa para mejorar la calidad del aire de Mexicali 2000-2005 Stress ambiental de la región de Mexicali (2) ¾Actividades humanas con una población de 855,962 habitantes* • Crecimiento urbano e industrial • Actividades agrícolas • Aumento de la actividad comercial con EU • Incremento del tráfico vehicular en 18% de 1980 a 1986** • 10.5% del tránsito vehicular fronterizo*** *INEGI. II Conteo de Población y Vivienda 2005. **Inventario de emisiones de Mexicali http://www.epa.gov/ttn/catc/dir1 ***Datos tabulares del Bureau of Tranportation Statistics http://www.transtats.bts.gov/ Stress ambiental de la región de Mexicali (3) Condiciones climatológicas = + Actividades humanas La mezcla de contaminantes de origen natural y antropogénico Contaminantes primarios Contaminantes secundarios Erosión eólica Fuentes naturales Quema de biomasa Ehecatl Fuentes móviles Fuentes fijas Distribuciones de tamaño, número, área y masa de PM10 Concentración normalizada (1/Ctotal)dC/dlogDp 0.25 Modo de nucleación Partículas finas Dp < 2.5 μm Nanoparticulas Dp < 50 nm 0.2 Partículas Ultrafinas Dp < 100 nm PM10 Dp < 10 μm 0.15 Modo de acumulación 0.1 0.05 Modo grueso 0 1 10 100 1,000 Diámetro (nm) Fuente: Kittelson et al., 2002. Número Superficie Masa 10,000 PM PM2.5 2.5 Partículas con un diámetro aerodinámico promedio menor a 2.5 micras • Fuentes de emisión: actividades de transformación de energía, procesos de combustión – Combustión de carbón, aceite, gasolina, diesel, madera – Reacciones químicas y transformaciones en la atmósfera • Composición – Iones sulfato, nitrato, amonio, hidrógeno, carbón elemental, compuestos orgánicos, metales, microorganismos. • Vida media en la atmósfera – Días a semanas • Distancia recorrida – Cientos a miles de kilómetros http://www.ine.gob.mx/ueajei/publicaciones/gacetas/422/particulas.html PM PM2.5-10 2.5-10 Partículas con un diámetro aerodinámico promedio mayor a 2.5 micras y menor a 10 micras • Fuentes de emisión: actividades mecánicas, abrasivas, erosión y resuspensión – Polvos, suelo, materiales de construcción y demolición, combustión de carbón y aceite, brisa marina, actividad volcánica, residuos biogénicos, etc. • Composición – Elementos tales como calcio, potasio, sodio, silicatos, manganeso, hierro, aluminio, así como, polen, esporas, fragmentos de plantas o animales • Vida media en la atmósfera – Minutos a horas • Distancia recorrida – Menos de 10 kilómetros http://www.ine.gob.mx/ueajei/publicaciones/gacetas/422/particulas.html Inventario de emisiones de PM10 Año base 2004 - ajustado por modelación inversa Tasas de mortalidad asociada a fibrosis pulmonar disponible en http://sigsalud.insp.mx/naais/ Osornio-Vargas A. et ál,1991. Lung cell toxicity Experimentally Induced by a Mixed Dust from Mexicali, Baja California, México. Environmental Research 56, 31-47. Objetivos • Identificar dos zonas de Mexicali con diferentes fuentes de emisión de PM • Obtener muestras, analizar su composición elemental y evaluar la toxicidad de PM10 y PM2.5 • Evaluar la asociación entre la composición y las posibles fuentes de emisión de PM10 y PM2.5 • Generar evidencia que contribuya a identificar y priorizar las medidas de control más eficientes para abatir los niveles de PM • Analizar el impacto de medidas de control para PM asociadas con emisiones de fuentes móviles y provenientes del suelo • Estimar los beneficios en la salud de la población potencialmente expuesta a PM por la instrumentación de medidas de control Compartir experiencia y transferir conocimiento a investigadores de la Universidad de Baja California y a autoridades locales y federales Pruebas toxicológicas Sitios de monitoreo de PM2.5 y PM10 –UABC en el centro de Mexicali, con uso de suelo predominantemente urbano –CONALEP en el sureste de la ciudad, con uso de suelo predominantemente agrícola NORTH NORTH 20% 20% 16% 16% 12% 12% 8% 8% 4% WEST 4% EAST SOUTH Época invernal WEST EAST SOUTH Época calurosa PobUABC= 56,583 y PobCONALEP= 4,729 Método Muestreo realizado de octubre de 2005 a marzo de 2006 24 h, 3 por semana, agrupado por mes 16 elementos Hemólisis CONALEP PIXE PM2.5 UABC PM10 Componentes principales Degradación de ADN Inhibición de la proliferación de células Análisis multivariado TNFα & producción de IL-6 ANOVA Efectos biológicos Indicador Efecto potencial asociado Hemólisis Disrupción de la membrana celular Fibrosis pulmonar Inhibición de la proliferación celular Muerte celular / daño genético Retraso en el crecimiento Trastornos en la reparación Producción de TNFα Iniciación de inflamación Enfermedades pulmonares Pruebas toxicológicas Producción de IL-6 Inflamación sostenida Enfermedades sistémicas (ej. cardiovasculares) Degradación de ADN Daño genético Cáncer Resultados Component Plot in Rotated Space 1.0 Zn Cu Mn Component 2 0.5 S Ni P Cr 0.0 Fe K V Cl Ti Ca Mg Si Al Mg Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni S Mn Cu Zn -0.5 -1.0 PM10 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 Component 1 Component Plot 1.0 S Cu S Cu Zn K 0.5 Mn Component 2 Mg Al Si P Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Zn P Cl Fe V Ti 0.0 Cr Al Mg Ca Si -0.5 PM2.5 -1.0 -1.0 -0.5 0.0 Component 1 Principal Components by por sizefracción de PM Componentes principales 0.5 1.0 Asociación de los componentes 1 y 2 a fuentes potenciales de emisión de PM Comp. 2 Comp. 1 Fuente: Fraser, Matthew P. 2005. Emissions of organic compounds and trace metals in fine particulate mattrer from motor vehicles: a tunnel study in Houston, Texas. Journal of Air & Wate Managment. Resultados CONALEP UABC Efectos toxicológicos PM10 PM2.5 PM10 PM2.5 Hemólisis ++ 0 + 0 Inhibición de la proliferación de células ++ ± + ± Degradación del ADN ++ 0 ++ 0 Producción de la TNFa + + ++ ++ Producción de la IL-6 + + ++ + Citotóxico Pro-inflamatorio Efectos biológicos Mortalidad General por Enf. Ap. Respiratorio. 2004 Nacional 8.65% (40,936 de 473,417 casos) % 9.5 a 10.4 8.9 a 9.3 8.0 a 8.8 7.5 a 7.9 6.7 a 7.3 Mortalidad General por Enf. Ap. Respiratorio en < 25años. 2004 Nacional 12.8% (5,236 de 40,936 casos) % 24.8 a 13.3 12.0 a 10.1 9.7 a 9.0 8.9 a 6.7 6.4 a 3.7 Respiratory System Mortality Mexico, 2004 20 18 16 14 MEXICO 12 % 10 Baja California 8 6 4 2 0 All 25 -34 35 - 44 Age Group 45 - 64 Medidas de control Evaluación de medidas de control Evaluación toxicológica Medidas de control: •Selección •Caracterización •Evaluación Identificación de los sitios de muestreo ΔE Muestreo de PM10 y PM2.5 Determinación de concentraciones ambientales PM10 y PM2.5 Modelación de la calidad del aire ΔC Pruebas toxicológicas efectos biológicos Estimación de los impactos en la salud Riesgos relativos Literatura nacional e internacional Resultados de las pruebas citotóxicas y proinflamatorias Valoración de los beneficios en la salud Casos evitados de mortalidad y morbilidad Caracterización de la toxicidad diferencial de PM10 y PM2.5 Priorización de medidas de control Medidas de control seleccionadas Medida 1. Pavimentación de calles 2. Medidas para el transporte público de pasajeros 2a. Renovación 2b. Renovación y retro-adaptación 3. Control de la quema de desechos de los campos agrícolas de la región Programas existentes Programa Integral de Pavimentación y Calida del Aire (PIPCA), de los tres órdenes de gobierno Plan maestro de transporte del gobierno local - Caracterización de las medidas Medida 1 Pavimentación de calles Medida 2a. Renovación de los autobuses de pasajeros 2b. Renovación y retro-adaptación de la flota vehicular del transporte público de pasajeros Medida 3 Control de la quema de desechos agrícolas Supuestos • 20%1 de PM10 proviene de calles no pavimentadas • Pavimentar 73% de las vialidades (PIPCA) • 1.7%1 de PM10 proviene de autobuses • Sustitución del 100%, con autobuses 20022 •Trampas de partículas y con UBA (< 15 ppm) •90% de reducción3 •7.6%1 de PM10 proviene de la quema de desechos agrícolas •20% de eficiencia en la reducción de las emisiones de PM10 1 Conforme al inventario de emisiones de Mexicali 2004 generado en este estudio 2 A falta de información, los factores de emisión se tomaron del Inventario de emisiones 2002 de la Zona Metropolitana del Valle de México (GDF-SMA, 2005) 3 Proyecto Retrofit en el Distrito Federal - Por tu salud, un transporte más limpio Evaluación de las medidas de control i ΔE = ΔC Modelación de la calidad del aire Cp = ∑C i × Ni N Ajuste del inventario Reducción de las concentraciones 5 4 I = RR × T × ΔC × P 3 3 Modelación de los impactos en la salud % change in daily mortality/10 ug/m increase in PM10 Modelos MCCM y MM5 2 1 0 -1 -2 -3 - - - - - - - - - W o r ld w id e lite r a tu r e - - - - - - - P o o le d w o r ld w id e e s tim a te M e xic o C ity s tu d i e s Casos evitados de mortalidad y morbilidad Riesgos relativos (literatura nacional e internacional) i j IM T ($) = ∑ (Vi ($ / caso ) ×∑ ( I i ( casos ) )) Valoración económica Valoración contingente (Disponibilidad a pagar) Año base de cálculo 2004 Costos en la salud por la contaminación del aire Priorización de las medidas de control Estimación de los impactos en salud (2) Impactos en salud considerados Mortalidad • Muerte por enfermedad cardiopulmonar • Muerte por cáncer en pulmón • Muerte infantil respiratoria • Síndrome de la muerte infantil súbita Morbilidad • Bronquitis crónica* • Días de actividad restringida menores* • Días de trabajo perdidos* * Factores de concentración-respuesta para PM10 Fuente: Stevens (2005) Resultados Reducción porcentual de las emisiones de PM10 y PM2.5 16 1.6 Reducción de las PM2.5 (%) 14.2 Reducción de las PM10 (%) Reducción de las emisiones (%) 14 12 10 8 6 4 2 0 1. Pavimentación de calles 1.2 1.4 1.5 1.3 1.5 1.5 2a. Renovación de los 2b. Renovación y 3. Control de la quema autobuses pasajeros retro-adaptación de la de desechos agrícolas flota vehicular del transporte público de pasajeros Reducciones de la concentración ponderada por población de PM10 y PM2.5 Reducción de las concentraciones (μg/m3) 15 Reducción de PM2.5 0.7 10 Reducción de PM10 11.6 5 0 1. Pavimentación de calles 0.6 1.0 0.7 0.7 1.2 1.3 2. Renovación de los autobuses de pasajeros 2b. Renovación y retro-adaptación de la flota vehicular del transporte público de pasajeros 3. Control de la quema de desechos agrícolas Casos de mortalidad evitados por la reducción de la fracción PM2.5 y PM10 Muertes evitadas Medida de control Coeficiente de PM2.5 Coeficiente de PM10 1. Pavimentación de calles 2 41 2a. Renovación de la flota vehicular del transporte público de pasajeros 2 3 2b. Renovación y retro-adaptación flota vehicular del transporte público de pasajeros 2 4 3. Control de la quema de desechos de los campos agrícolas de la región 2 5 Casos de mortalidad y morbilidad evitados por la reducción de las PM2.5 Efecto en salud Muerte por enfermedad cardiopulmonar Bronquitis Crónica Días de actividad restringida menores Días de trabajo perdidos 1. Pavimentación de calles 2 6 9,839 1,671 2. Renovación de la flota vehicular del transporte público de pasajeros 2 5 7,548 1,282 2b. Renovación y retro-adaptación flota vehicular del transporte público de pasajeros 2 6 9,569 1,625 3. Control de la quema de desechos de los campos agrícolas de la región 2 6 8,761 1,488 Medida de control Efectos biológicos Beneficios monetarios por el control de emisiones de PM2.5 en 2004 Pavimentación $1,999,996 Control de quema $1,945,202 $1,780,819 Renovación y retro-adaptación Renovación flota-transporte $0 $500,000 $1,534,244 $1,000,000 $1,500,000 Dólares americanos $2,000,000 $2,500,000 Ideas finales Conclusiones CONALEP UABC Efectos toxicológicos PM10 PM2.5 PM10 PM2.5 Hemólisis ++ 0 + 0 Inhibición de la proliferación de células ++ ± + ± Degradación del ADN ++ 0 ++ 0 Producción de la TNFa + + ++ ++ Producción de la IL-6 + + ++ + Citotóxico Pro-inflamatorio Pavimentación $1,999,996 Control de quema Renovación y retro-adaptación Renovación flota-transporte $1,945,202 $1,780,819 $1,534,244 Dólares americanos Los resultados toxicológicos muestran que tanto las PM de origen geológico, como las de origen antropogénico son tóxicas y su mezcla resulta en una mayor toxicidad Esto se confirma con los resultados del análisis de beneficios por control de fuentes de emisión. Recomendaciones (1) • Los resultados toxicológicos confirman los resultados de los beneficios en salud – En cuanto a la fracción asociada con suelo • La medida de pavimentación tiene los mayores beneficios en la salud de la población (reducción aproximada del 50% de mortalidad asociada con los impactos analizados) – En cuanto a la fracción asociada con la actividad vehicular • La instrumentación conjunta de las medidas de renovación y retro-adaptación de autobuses. Recomendaciones (2) • Analizar la posibilidad de establecer barreras naturales (con especies nativas), forestación y preservación de zonas arboladas y con vegetación para reducir la resuspensión de PM • Controlar las emisiones de partículas mediante la planeación de la quema de los campos de cultivo Áreas de oportunidad (1) • Evaluar más medidas de control – Mejorar el inventario de emisiones para afinar la contribución de otras fuentes de PM10 y PM2.5. • Fuentes móviles: medición de emisiones y caracterización de la flota • Fuentes fijas: mejorar estimaciones Áreas de oportunidad (2) • Mejorar la información para la evaluación de medidas – Red de monitoreo atmosférico • Evaluar la representatividad espacial de las estaciones • Ampliar la cobertura de medición de las PM2.5 – Indicadores de salud en Mexicali Agradecimientos Gracias por su atención Contactos M. en C. Verónica Garibay Bravo [email protected] Dra. Leonora Rojas Bracho [email protected] Dr. Alvaro Osornio [email protected]