1 HIGIENE III Contaminación Ambiental Unidad I Contaminación Ambiental Unos de los problemas capitales y más extensos de la humanidad es la contaminación, la cual es la introducción de un medio cualquiera de un contaminante; es decir, cualquier sustancia o forma de energía con potencial para provocar daños, irreversibles o no en el ambiente. La proliferación de estos residuos supone un desequilibrio grave en el biosistema, cuyas consecuencias no son fácilmente previsibles. Los tipos de contaminación más importantes con los que afectan a los recursos naturales básicos: el aire, los suelos y el agua. Ej: Radioactivos, smog, el efecto invernadero, la lluvia acida, la destrucción de la capa de ozono, la eutrofización de las agua o las mareas negras. Sus efectos sobre la comunidad son: Perdida de los recursos: ya no puede volver a utilizarlos una vez contaminados. Costo para suprimir y controlar la contaminación: se debe pensar cuanto debe gastar para recuperar un ambiente contaminado. Costos de salud: involucran gastos médicos y gastos por pérdida de horas de trabajo. Para solucionar el problema de la contaminación es de urgente necesidad tomar algunas medidas como: 1. El Estado debe preocuparse del problema de contaminación, dando leyes severas, controlando su cumplimiento y sancionando a los transgresores. El problema ambiental afecta al bien común y a la calidad de vida, lo cual involucra la responsabilidad del Estado como representante del bienestar de todos los ciudadanos. 2 2. Incumbe a los gobiernos municipales, responsables directivos de la disposición de basura y aguas servidas, control del parque automotor, ruidos y emisiones de contaminantes en cada jurisdicción. 3. Los ciudadanos deben tomar conciencia del problema. 4. Educar a la población a través de las escuelas y medios de comunicación. Tipos de contaminación Cuadro comparativo TIPO DEFINICION CONTAMINACION Cualquier tipo de DEL AIRE contaminación de la atmosfera que altera la composición física y química del aire. En forma de partículas como el polvo o gases. CONTAMINACION Implica cualquier agua DEL AGUA contaminada, ya sea con productos químicos o materia bacterianas que degradan la calidad del agua y la pureza. Se puede dar en océanos, ríos, lagos y depósitos subterráneos. CONTAMINACION Es la contaminación que DEL SUELO impide el crecimiento natural y el equilibro en la tierra si se utiliza para el cultivo, vivienda o preservar una vida silvestre. FUENTES Hay una amplia variedad de fuentes, las más comunes son los escapes de autos y manufactureras, incendios forestales, erupciones volcánicas, erosión del suelo, construcción y demolición de edificios. Se puede dar por el aumento de sedimentos de la erosión del suelo, inadecuada eliminación de desechos y basura, filtración de la contaminación del suelo en el suministro de agua y la descomposición de material orgánico en el suministro de agua. Sus fuentes son los residuos peligrosos y derrames de aguas residuales, prácticas agrícolas no sostenibles, minería de cielo abierto y el tiradero de basura de los hogares. EFECTOS Aumento de smog Lluvia acida Tasas más altas de asma Calentamiento global Agotamiento de los cultivos Disminuye la cantidad de agua potable disponible, la reducción de los suministros de agua para el riego de cultivo, problemas con la fauna y flora (peces y vida silvestre) Pueden conducir a la falta de crecimiento y disminución de los rendimientos de los cultivos, la perdida de hábitat de la fauna, el agua y la contaminación visual, la erosión del suelo y la desertificación. 3 CONTAMINACION Se refiere a niveles ACUSTICA indeseables de los ruidos causados por las actividades humanas que alteran el nivel de vida en la zona afectada. CONTAMINACION Es rara pero RADIOACTIVA extremadamente perjudicial, incluso mortal. Debido a su intensidad y dificultad de revertir el daño. CONTAMINACION Hace cuestión al exceso de TERMICA calor que genera efectos indeseables durante largos periodos de tiempo. Puede provenir de tráfico, aeropuertos, ferrocarriles, plantas de fabricación, construcción o demolición y conciertos. Accidentes de centrales nucleares o fugas, inadecuada disposición de los residuos nucleares y las operaciones mineras de uranio. Centrales eléctricas, la expansión humana, la deforestación, el efecto invernadero, etc. CONTAMINACION Es la iluminación excesiva Las grandes ciudades, LUMINICA de un área que se considera vallas publicitarias y molesta. publicidad en general, acontecimientos deportivos y entretenimiento nocturno. CONTAMINACION Puede ser causada por Lo producen las líneas VISUAL otros tipos de eléctricas, áreas de contaminación o por las construcción, vistas no deseadas, poco publicidades, áreas atractivas. desatendidas u objetos contaminados (baldíos y edificios abandonados) CONTAMINACION Es la contaminación de Fumar, beber o uso de PERSONAL nuestro cuerpo y estilo de drogas, el abuso vida con acciones emocional o físico, perjudiciales. malas condiciones vida y hábitos y pobres actitudes personales. Puede haber pérdida de audición y trastornos del a vida silvestre. Puede causar defectos en los nacimientos, esterilización, cáncer y otros problemas de salud, al igual que la vida silvestre. (suelo, agua y aire) A medida que aumenta la temperatura también crea cambios climáticos, afectando a la vida silvestre en general. Impide ver las estrellas, interfiere con la visión astronómica y el disfrute personal. Puede degradar la calidad de vida de los residentes. Tiene pocos efectos en la salud o en el ambiente inmediato, pero si afecta al valor de la propiedad, circulación y vista en general. A veces es causada por los cuidadores y en otros casos por acciones voluntarias. Todos los estilos de contaminación están interconectados. Ej: La contaminación lumínica requiere energía para producirse, lo que significa que la planta eléctrica tiene que quemar más combustibles fósiles para suministrar la electricidad. Los combustibles fósiles contribuyen a la contaminación atmosférica, que regresa a la tierra como lluvia acida y la contaminación del agua aumenta. 4 Contaminantes antropogénicos primarios y secundarios Contaminantes primarios: Estos permanecen en la atmosfera tal y como fueron emitidos por la fuente contaminante entre ellos encontramos: Monóxido de carbono: Sustancia inodora, incolora, insípido muy combustible y altamente toxica que reacciona con la hemoglobina y limita la capacidad de transportar oxígeno. (CO>Enlace covalente) Nitrato orgánico: Reacciona con el oxígeno produciendo dióxido de nitrógeno, causante de la lluvia acida y el smog. Su principal fuente son los automóviles. (NO2) Dióxido de Azufre: es un gas incoloro que se forma por la reacción entre el azufre contenido en los combustibles fósiles el oxígeno. Afecta al sistema respiratorio. (SO2) Hidrocarburos: Compuesto constituido por H y C. Ocasionan perdida de coordinación motora. (HC) Partículas suspendidas: Solidas o liquidas, en forma de polvo, cenizas, hollín o partículas metálicas. Afectan la respiración y la capacidad visual. Contaminantes secundarios: Se caracterizan porque han estado sujetos a cambios químicos o son reacciones de contaminantes primarios. Oxidantes Fotoquímicos: Se originan al reaccionar los óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y oxígeno. Inversión Térmica: Son corrientes de aire, las capas calientes circulan en la parte inferior y menos densa de la atmosfera. Smog: Es un humo-niebla, contaminación urbana, produciendo una masa estática de contaminantes. Lluvia Acida: Se forma cuando los óxidos de azufre y nitrógeno reaccionan con la humedad atmosférica. Afectan de manera progresiva. 5 Unidad II Principios básicos de la toxicología La toxicología es una ciencia que estudia los efectos adversos producidos por agentes químicos, físicos o biológicos sobre los organismos vivos. También establece los mecanismos a través de los cuales se producen dichos efectos, la probabilidad y la forma de prevenir y tratar intoxicaciones. Se puede dividir en tres áreas: Toxicología mecanística: Se ocupa del estudio de los mecanismos (a nivel molecular, bioquímico y celular) por el cual los agentes producen efectos adversos sobre los seres vivos. Toxicología descriptiva: Realiza el estudio del diseño y la realización de los ensayos de toxicidad en animales experimentales, cultivos celulares, etc. Toxicología reguladora: Decide si un producto posee un riesgo aceptable para el hombre y el ambiente. Un xenobiótico es cualquier compuesto ajeno al organismo que generalmente es utilizado como sinónimo de contaminante químico ambiental. Un tóxico es un agente químico o algún tipo de energía (radiación, ruido, etc.) capaz de causar un efecto adverso en un organismo o población bajo determinadas condiciones de exposición. Cuando el agente toxico es producido por un organismo vivo se lo denomina toxina (toxina botulínica, aflatoxinas, etc.) Las magnitudes del riesgo dependen de las características de la exposición y de la peligrosidad del agente. Las vías de ingreso a un xenobiótico pueden ser a través de la respiración, el contacto cutáneo y la ingestión (vía respiratoria, dérmica y oral). Por otro lado, las rutas de exposición pueden ser varias, por el aire, objetos, basura, animales, etc. cualquier cosa que sirva de retención y transporte, hace referencia a la forma de establecer contacto con la población o con el individuo. 6 El tiempo de exposición (tiempo expuesto a un agente) se clasifican en agudas (exposiciones menos de 24hs y en un solo evento), subcrónicas (2 meses y 7 años) y crónicas (más de 7 años). Las exposiciones pueden ser continuas o intermitentes. Dosis se le llama a la cantidad de agente que es ingerido, inhalado o aplicado sobre la piel (dosis potencial o administrada) o que atraviesa los epitelios hasta llegar al torrente sanguíneo (dosis absorbida o dosis interna) Se usa con frecuencia el término blanco para designar a la parte del organismo que recibe el impacto del toxico y manifiesta la respuesta biológica. La peligrosidad o toxicidad de un agente depende de su capacidad de producir efectos adversos en el organismo. La toxicidad está directamente relacionada con el tiempo de permanencia y la cantidad del agente bioactivo en el o los blancos de acción. Principales parámetros para designar la toxicidad aguda de un agente CL50 (DL50): Es la concentración (dosis) del agente que mata al 50% de la población bajo determinadas condiciones de exposición. –Concentración o dosis LETAL- CE50 (DE50): Es la concentración (dosis) del agente que causa un efecto agudo, distinto de mortalidad, al 50% de la población bajo determinadas condiciones de exposición. –Concentración o dosis efectiva- CI50 (DI50): Es la concentración (dosis) del agente que inhibe el 50% de un parámetro biológico (crecimiento, enzima, etc.) de la población bajo determinadas condiciones de exposición. Concentración inhibitoria- NOEL (concentración de efecto adverso no observado): Es la mayor concentración experimental del agente que produce un efecto adverso observable, estadísticamente significativo, sobre los organismos expuestos. LOEL (concentración de efecto adverso observado o menor concentración efectiva): Es la menor concentración experimental del agente que produce un efecto adverso observable, estadísticamente significativo, sobre los organismos expuestos durante todo o parte de su ciclo de vida. 7 Los agentes tóxicos pueden ser clasificados de acuerdo a su estado físico (solido, liquido, gas, etc.), tipo de efecto (neurotóxico, hepatotoxico, carcinogénico, etc.) mecanismo de acción (inhibidor de una enzima, bloqueo de un receptor, etc.), uso (plaguicida, solvente, etc.), estructura química (clorado, aromático, etc.), toxicidad (extremadamente toxico, moderadamente toxico, etc.), entre otras. Dosis umbral es la máxima dosis anterior a provocar un daño en el organismo. Clasificación de los efectos 1. Tiempo de exposición Agudos: Los efectos ocurren rápidamente (24hs o menos) ocurriendo en un solo evento. Crónicos: Se producen como consecuencia de exposiciones repetidas a dosis bajas del agente durante un periodo prolongado de tiempo (2 meses a 7 años). Tardíos: Se producen después de un cierto tiempo en el cual ocurrió una exposición única al agente. 2. Escala de medición Graduales: son aquellos que pueden ser medidos en una escala de severidad o intensidad. Cuantales: solo pueden ser expresadas como presentes o ausentes. 3. Lugar donde se producen Sistémicos: Los efectos son producidos en órganos o tejidos lejanos al sitio de contacto o administración. Requiere que el agente sea absorbido y distribuido a través del sistema circulatorio. Ej. Todos los insecticidas orgánicos (clorados, fosforados, carbamatos y piretroides) son neurotóxicos. Locales: Se refiere a los efectos que ocurren en el sitio de contacto con los agentes tóxicos. Sin embargo, muchos compuestos pueden productor tanto efectos sistémicos como locales. 4. Permanencia Reversibles: Son los efectos que no son permanentes y que en general ocurren en tejidos que tienen la capacidad de regenerarse (piel, hígado) 8 Irreversibles: Son los efectos permanentes que en general ocurren en tejidos con poca o nula capacidad de regeneración, o en órganos con capacidad regenerativa luego de intoxicaciones crónicas. 5. Tipo de efecto Inmunológicos: Son alteraciones del sistema inmune. Estos efectos son producidos por agentes químicos como consecuencia de una sensibilización previa al mismo o a otro compuesto de estructura química similar. Ej. Alergias químicas. Mutagénicos: Son los cambios permanentes en el ADN producidos por la exposición a determinados agentes e incluyen desde mutaciones puntuales hasta cambios severos en la estructura o en el número de cromosomas. Carcinogénicos: Se refiere a la formación de tumores malignos causados por la exposición a determinados agentes. Comprenden la modificación de genoma y/o mecanismos de control molecular en la célula blanco. Reproductivos: Son los efectos adversos producidos en el sistema reproductivo (afectando la fertilidad) o durante el desarrollo (desde la concepción hasta la madurez sexual). Teratógenos: refiere a las malformaciones originadas durante el desarrollo embrionario o fetal. Relación Dosis-Respuesta Se refiere a la correlación entre la dosis administrada (o potencial) y la respuesta, siendo ésta última expresada como la proporción de la población expuesta que manifiesta un efecto determinado (repuesta cuantal) o como severidad de un efecto gradual (respuesta gradual). La típica relación dosis-respuesta de una población presenta las siguientes características: La respuesta es una función positiva de la dosis o concentración. Es esperado que a mayor dosis, mayor respuesta. La magnitud de la respuesta es proporcional al logaritmo de la dosis. La sensibilidad a un toxico es organismos seleccionados de forma aleatoria presente, generalmente, una distribución normal. 9 Histograma de frecuencias para una población con distribución normal para un determinado punto final. La evaluación de la relación dosis-respuesta se realiza a través de bioensayos. Éste último se define al método utilizado para evaluar la potencia relativa de un agente químico o biológico sobre los organismos vivos. Sus características son: Exposición al toxico de grupos de organismos pertenecientes a la misma población, similares y buenas condiciones de salud y aclimatados previamente a las condiciones de ensayo. Selección adecuada del número de organismos por grupo. Mantenimiento de los organismos en condiciones ambientales constantes y estandarizadas. Exposición a dosis y concentraciones del tóxico seleccionadas a través del uso de un factor. Grupos controles adecuados. Medición y registro detallado de los efectos biológicos (control). Análisis estadístico apropiado. Donde n es el número total de dosis a utilizar. 10 Toxicocinética (ADME) Es el estudio de la evolución temporal en la disposición de un tóxico. Las fases o etapas de la toxicocinética abreviadas con la sigla ADME, comprende a la absorción, distribución, metabolismo y excreción de un agente. Unos de los objetos de la toxicocinética es relacionar los datos cinéticos con los efectos producidos por el agente parental o sus productos (metabolitos). Este conocimiento es útil en la toxicología clínica para el diagnóstico y pronóstico de una intoxicación. Absorción Es el proceso por el cual el agente atraviesa los epitelios de alguna de las vías de exposición e ingresa al sistema circulatorio. La absorción de contaminantes ambientales, entre ellos los plaguicidas, ocurre principalmente a través de las vías dérmica, digestiva y respiratoria. La absorción cutánea hace referencia a la absorción de la piel, la cual es el órgano más extenso del cuerpo humano, que entre otras funciones, protege de diversos agentes físicos, químicos y biológicos. La piel está compuesto por la epidermis, la dermis y la grasa subcutánea o hipodermis. 11 La epidermis es la capa más superficial y delgada y está compuesta de afuera hacia adentro por los estratos corneo, lucido, granuloso, espinoso y basal. Por debajo, se encuentra la dermis constituida de tejido conectivo, colágeno, elastina y estructuras especializadas. Posee baja cantidad para metabolizar compuesto y permite un acceso rápido al sistema circulatorio debido a su alta vascularización. La absorción cutánea de un toxico depende del grosor de la piel en la zona del cuerpo expuesta, este espesor también varía con la edad, siendo más gruesa en los adultos sobre los niños. La absorción gastrointestinal se produce por el tracto gastrointestinal (TGI), constituido por la boca, faringe, esófago, estómago, intestino delgado, intestino grueso y órganos accesorios (dientes, lengua, glándulas salivales, hígado, vesícula biliar y páncreas) Una de las funciones básicas es la absorción de moléculas pequeñas y productos de la digestión a las células epiteliales que revisten la luz del tubo digestivo. La absorción ocurre a lo largo de todo el TGI, desde la boca hasta el recto. Sin embargo, el intestino delgado es el principal órgano de absorción debido a su longitud y superficie incrementado por los pliegues circulares, vellosidades y microvellosidades. La función del hígado es la de almacenamiento, metabolismo y distribución de la sangre y bilis de las sustancias absorbidas por el tubo digestivo. El grado de absorción de un agente depende de su coeficiente de partición octanol-agua, siendo mayor cuanto más liposoluble es el compuesto. 12 La absorción respiratoria está constituido por la nariz, faringe, laringe, tráquea, bronquios y pulmones. Funcionalmente, el aparato respiratorio se divide en una porción de condición y una porción respiratoria. La ventilación pulmonar o respiración es el proceso por el cual se intercambian gases entre la atmosfera y los alveolos pulmonares. A través de la vía respiratoria se absorben numerosos contaminantes ambientales en forma de gases, aerosoles, vapores, humor y partículas. El sitio de absorción dependerá en gran parte, de las propiedades fisicoquímicas del contaminante. Gases y vapores hidrosolubles pueden ser absorbidos por la mucosa nasal. La deposición de las partículas a lo largo del aparato respiratorio depende de su tamaño. Distribución Una vez absorbido el agente, la distribución en el organismo está determinada por el flujo sanguíneo de cada órgano o tejido. La Barrera hematoencefálica es la encargada de restringir el paso numerosas sustancias toxicas y patógenas en sangre hasta el encéfalo. El cerebro recibe en condiciones de reposo el 16% de la sangre bombeada desde el corazón. La Membrana placentaria, o también llamada barrera placentaria, consiste de capas celulares interpuestas entre las circulación maternal y fetal. Permite entre otras cosas el intercambio de nutrientes y desechos entre la madre y el feto, del cual limita numerosos microorganismos y sustancias tóxicas. 13 El almacenamiento consiste en la acumulación de los agentes tóxicos en ciertos tejidos, no necesariamente relacionados con el sitio de acción. El almacenamiento depende básicamente de la afinidad del agente por determinados tejidos. Muchos insecticidas tienden a depositarse en el tejido adiposo. Algunos metales como el plomo y el cadmio son almacenados principalmente en el hígado y el riñón. Por otra parte, el flúor se almacena principalmente en el tejido óseo. Metabolismo El metabolismo de los químicos ocurre principalmente en el hígado y en menor grado en el TGI, riñones, pulmones, placenta, sangre, etc. El metabolismo enzimático ocurre en dos fases, la primera están involucradas en el metabolismo de xenobióticos, las oxidasas de función mixta (OFM). La segunda fase involucra la conjunción de estos grupos funcionales reactivos con una sustancia endógena como ácido glucuronico, glutatión, sulfonato u aminoácidos a través de las enzimas correspondientes. El resultado del metabolismo es la conversión del xenobiótico lipofilico en un compuesto más soluble en agua, el cual puede ser excretado del cuerpo. Excreción Los efectos adversos de un agente que ha sido absorbido serán minimizados si se excreta con rapidez. El organismo puede usar las siguientes vías: Vía renal: El sistema urinario está constituido por dos riñones, dos uréteres, la vejiga urinaria y la uretra. La unidad funcional del riñón son los nefrones que se encargan de filtrar la sangre, retornar al torrente sanguíneo sustancias útiles y eliminar los desechos y parte del agua a través de la orina. Heces: Los xenobióticos o sus metabolitos que ingresaron por vía oral y no fueron absorbidos son eliminados con las heces. También pueden ser metabolizados por la bilis o la vena hepáticas. Vía respiratoria: Se eliminan a través de los capilares pulmonares hacia los alveolos por difusión y son excretados con el aire exhalado. Pelo, piel y uñas: Se pueden excretar elementos como el arsénico, el mercurio y otras sustancias. Leche: Puede excretarse compuestos muy liposolubles. 14 Saliva y transpiración Modelos Toxicocinéticos Estos modelos se clasifican en comportamentales (modelos toxicocinéticos convencionales) y modelos basados en la fisiología (PBPK) Modelos comportamentales: Son los modelos más utilizados por su limpieza. Para utilizar el modelo comportamental más óptimo se procede a la administración del toxico mediante un inyección intravenosa y a la evaluación de las concentraciones plasmáticas del mismo en el tiempo. Modelos PBPK: Los modelos PBPK (physiologically based pharmacokinetic) utilizan la información fisiológica y bioquímica para describir y cuantificar los procesos cinéticos que afectan la disposición de un agente. Toxicodinámica Estudia los efectos producidos por la interacción de los agentes bioactivos con las moléculas o macromoléculas blancos. Los agentes pueden actuar sobre el mismo blancos pero interactuando de forma diferente. Esta interacción se denomina mecanismo de acción. Los mecanismos pueden incluir la inhibición de una enzima, daño en el material genético, bloqueo o estimulación de receptores, peroxidación lipídica, etc. Factores que modifican la toxicidad La toxicidad es una característica intrínseca de cada agente, aunque numerosos factores pueden modificarla. Factores interespecies: La susceptibilidad a un agente toxico varía entre especies. 15 Factores intraespecies: Existen varios factores capaces de modificar la toxicidad de un agente entre organismos de la misma especie. Estos factores pueden ser los provenientes de la genética, edad, sexo. Factores ambientales: Dosis, frecuencia, tiempo y vía de exposición son de los más importantes. Por otro lado, también influye la dieta, el estilo de vida y las interacciones químicas. Unidad III Dinámica de los contaminantes Los procesos retardadores del transporte de los contaminantes son un conjunto por las cuales disminuye la masa total de sustancia que pueden movilizarse dentro del compartimiento y luego, eventualmente, salir del mismo. Es decir que disminuye la disponibilidad de la sustancia. Los casos pueden darse por que la sustancia se especie en una forma no potencialmente toxica, es decir, se transforma en otra o sino que la sustancia se “fija” a un componente del compartimiento inmovilizándola. El primer caso corresponde al fenómeno de especiación, entendiendo por tal a las diferentes formas químicas que pueden adoptar una sustancia o elemento en el medio. Entre las condiciones importantes del medio que influyen en la especiación se encuentra el pH, la presencia de ciertas sustancias (CO2), la Temperatura, etc. Todas las especias no solubles disminuyen la disponibilidad de la sustancia. La degradación se denomina así a cualquier proceso de trasformación estructural de la sustancia inducida por las condiciones físicas, químicas o biológicas del compartimiento, de tal manera que cambie la identidad de la molécula o sus propiedades. Si la molécula es resistente a cualquier proceso de degradación se la denomina recalcitrante y es una característica molecular, mientras que si es resístete bajo un set de condiciones de alteración de los procesos de degradación del medio se denomina persistente, característica que depende también del medio. La hidrolisis es tal vez la más importante reacción de degradación de los contaminantes, y se produce por reacción con el agua. 16 La oxidación química tiene lugar en presencia del oxígeno disuelto del agua en un proceso a través del cual el oxígeno es reducido y el compuesto orgánico es oxidado. Reacciones Redox Se produce por la reducción de substancias receptoras de electrones, al mismo tiempo que se da la oxidación de contaminantes orgánicos. Entre los procesos más comunes de degradación física se encuentra: La fotodegradación o fotolisis: Es el proceso mediante el cual la molécula absorbe energía proveniente de la luz solar, lo que promueve su transformación. Puede ser directo o indirecto, haciendo que ésta alcance un estado de excitación electrónica. La molécula pierde energía extra a través de la emisión de energía, y así la molécula es convertida a otra molécula a través de distribución electrónica nueva lo cual no coincide con el estado de excitación inicial. El proceso de fotolisis indirecta ocurre cuando una molécula intermedia es energizada y reacciona con el contaminante químico de interés. La descloración: se pierden átomos de cloro por una reacción fotoquímica, lo cual promueven la conversión del ozono estratosférico en oxígeno, promoviendo el adelgazamiento de la capa de ozono. Los procesos más comunes de degradación química se encuentran: La biodegradación: es el proceso de transformación molecular del contaminante inducida biológicamente. Un ejemplo es la transformación biológica es la formación de metilmercurio a partir del mercurio metálico debido a bacterias. La vida media es “el número de días necesario para que la concentración del producto se reduzca a la mitad” Los procesos de sorción están compuestos en primer lugar por el proceso de adsorción o intercambio iónico. Este fenómeno puede definirse como la interacción de una especie de la fase liquida (adsorbato) con la superficie de una fase solida (adsorbente). Es un proceso en el cual la interacción se establece por fuerzas de asociación de muy diverso tipo como enlaces (covalentes, iónicos, fuerzas de van der Waals, puente de hidrogeno, etc. 17 Los procesos facilitadores del transporte hacen referencia a los solutos que no sufren ningún tipo de interacción con algún componente del medio, por ejemplo en procesos de adsorción, se llaman no reactivos. Si además, su masa total en las fases fluida es constante en el tiempo se llaman también conservativos. Existen tres mecanismos básicos de movilización de contaminantes en el medio: Difusión: Es la redistribución de la masa de la sustancia dentro de una ase o compartimiento por movimiento browniano. Las colisiones se dan al azar, la tendencia es desde áreas de mayor a menos concentración. La difusión depende las características moleculares y de la temperatura. Un proceso de difusión es el de la solubilidad. Esta se puede definir como el grado en que las moléculas de un compuesto puro se pueden separar de otras moléculas de ese compuesto para rodearse por otras moléculas de un solvente especifico. El solvente más importante es el agua. Advección (o convección): Es el mecanismo de transporte de sustancias en un medio fluido debido, principalmente, a los proceso de movilidad propios del compartimiento. Dispersión (o mezcla): Es un mecanismo de difusión turbulenta. Se produce por movimientos turbulentos del medio debido o a gradientes térmicos (vientos, corrientes convectivas) o a gradientes mecánicos (pendientes del terreno, morfologías sinuosas de las corrientes), que generan gradientes de velocidad ocasionados por fuerzas de fricción en el medio fluido (cuerpo de agua, atmosfera) Dinámica ambiental de Plaguicidas Los plaguicidas, definidos como cualquier sustancia, preparación u organismo usados para controlar o destruir plagas. Son principalmente utilizados con propósitos agrícolas como insecticidas, herbicidas, fungicidas, reguladores de crecimiento, etc., aunque también tienen usos no agrícolas como control de hierbas en vías de ferrocarril, caminos, aéreas industriales, paseos y control de vectores de enfermedades en salud pública. 18 El transporte global en la atmosfera está dado por vientos, áreas de aire descendiente, y aire ascendiente en regiones de baja presión atmosférica y en la hidrosfera por ríos, circulación de agua en lagos, corrientes superficiales y sub-superficiales de los océanos. Los plaguicidas son generalmente aplicados en estado líquido con la técnica de pulverizado sobre el cultivo y/o suelo. Propiedades fisicoquímicas Éstas permiten caracterizar su comportamiento, una vez liberado al ambiente. En ellas están la volatilidad, la solubilidad, la hidrofobicidad, la persistencia y el potencial de adsorción del plaguicida al suelo. Volatilidad: Representa la tendencia del plaguicida a pasar a la fase gaseosa, desde otro comportamiento ambiental. En algún grado depende de su presión de vapor, de la velocidad de difusión a la superficie de evaporación y de la temperatura ambiente. Las mayores pérdidas por volatilización se producen en el periodo inmediatamente posterior a la aplicación del plaguicida a las plantas o al suelo. Solubilidad en agua: La solubilidad describe la máxima cantidad de plaguicidas que será capaz de disolverse en una cantidad conocida de aguan. Depende de la temperatura y del pH. Cuanto mayor es la solubilidad del plaguicida en el agua, mayor es su potencial movilidad en el medio ambiente. Hidrofobicidad: Un criterio que se emplea en la estimación del comportamiento ambiental de una sustancia es el valor del coeficiente K. Persistencia: Puede ser definida como la tendencia de un determinado compuesto a conservar su integridad molecular, sus características químicas, físicas y funcionales, en el medio a través del cual es transportado y distribuido, una vez introducido en el ambiente. Los plaguicidas pueden clasificarse como ligeramente persistentes (días a semanas), moderadamente persistentes o muy persistentes (años). Adsorción: Es la interacción del plaguicida (adsorbato) con la superficie de las partículas del suelo (adsorbente), es considerada como el proceso más importante en la atenuación del movimientos 19 de compuestos químicos a través del suelo. Un coeficiente de distribución bajo indica que una fracción elevada del plaguicida se encuentra en solución, un valor alto indica una fuerte adsorción al suelo. El principal efecto de la adsorción es la inmovilización, que si bien disminuye el efecto de estos tóxicos conllevan, al mismo tiempo, convierte a los plaguicidas en compuestos más recalcitrantes a la degradación microbiana. Así como el proceso de adsorción suele ser rápido pudiendo alcanzar el equilibrio en menos de una hora, la velocidad de desorción puede ser menor y muchas veces una fracción del adsorbato puede quedar irreversiblemente unida. Características del medio Las características externas que condiciones el comportamiento ambiental de los plaguicidas se relacionan fundamentalmente con la naturaleza del suelo, el clima, las labores agrícolas y la topografía del terreno. En referencia a la naturaleza del suelo, la dispersión de un compuesto químico se ve influenciado por la estructura y la textura del suelo a medida que percola a través del tiempo. En suelos arenosos cuanta más gruesa es la textura, mayor es la capacidad de infiltración y el resultado es que una mayor cantidad de un cierto compuesto químico se mueve cerca del frente de agua. En suelos arcillosos con una estructura sustancial, consistente en agregados y terrones, la propagación o dispersión horizontal de plaguicidas es importante debido a la retención en los poros pequeños dentro de los agregados y solo hay una muy pequeña difusión a los principales canales de flujo de agua. El contenido de materia organiza afecta desde dos aspectos el destino de los plaguicidas. Por un lado, es una fuente de energía para los microorganismos, a mayor cantidad de materia organiza mayor bioactividad y, por ende, la degradación se ve favorecida. La adsorción de los plaguicidas se incrementa con el contenido de materia orgánica disminuyendo su disponibilidad para ser degradado o transferido a otro compartimiento. En los suelos no agrícolas la materia orgánica está concentrada en los niveles más superficiales, puesto que procede de la composición de los restaos de organismos que allí se acumulan. En los suelos agrícolas la materia orgánica se distribuye uniformemente en todo el espesor, debido precisamente a la homogenización que producen las labores aplicadas. 20 La climatología y las labores agrícolas poseen parámetros que, directa o indirectamente, influyen sobre el destino final de los plaguicidas en el ambiente, y ellos son la temperatura, la humedad relativa del aire, el viento y su velocidad. En zonas lluviosas debe considerarse la cantidad y modalidad de las precipitaciones para comprender los posibles mecanismos de transporte. En zonas no lluviosas, es el agua proveniente del riego el que adquiere relevancia en la evaluación de este transporte y debe tenerse en cuanto no solo la cantidad de aguan incorporada sino también la metodología de riego. La humedad afecta la adsorción que es reducida si el suelo es seco. La disminución de la temperatura reduce los procesos de degradación y volatilización de los plaguicidas. Las aplicaciones aéreas de plaguicidas son a menudo el método más abordable desde el punto de vista económico. La caracterización del acuífero revela los factores más importantes en la potencial contaminación del acuífero en función de su vulnerabilidad: la profundidad del nivel de agua subterránea, la recarga neta que recibe el acuífero, la conductividad hidráulica, el tipo de suelo subyacente, la topografía y el material del que está constituido el acuífero. Profundidad a la superficie freática: A mayor profundidad, el plaguicida tarda más tiempo en alcanzar el acuífero y posibilita los procesos de degradación. Recarga: Este factor considera el agua de lluvia y la de riego. Cuanto más es la recarga, más cantidad de plaguicida podrá ser transportado hacia el acuífero. Medio del acuífero: Se refiere al medio material, en el cual se asienta el acuífero. A mayor tamaño de grano y más fracturas en el medio, mayor será la permeabilidad y la probabilidad de contaminación del agua subterránea. Suelo: Cuanto mayor sea el contenido de arcillas, más fina su textura y mayor el contenido de carbono orgánico menor será la posibilidad de contaminación del agua subterránea. Topografía: Se refiere a la pendiente del terreno. Impacto de la zona no saturada: es aquella que se encuentra por encima de la superficie del agua subterránea y por dejamos del nivel del suelo propiamente dicho. Conductividad hidráulica del acuífero: Alta conductividad es sinónimo de una vulnerabilidad alta, ya que el contaminante se mueve más rápido de un punto a otro de una vez que se ha introducido en el acuífero. 21 Durante la permanencia del plaguicida en cada compartimiento, y mientras ocurre estas potencialidades transferencias, el compuesto en estudio puede caracterizarse por su disponibilidad. Se trata de una fracción de plaguicida apta para ser degradada por los microorganismos del suelo o para ser transferida. La atmosfera: Los plaguicidas pueden volatilizarse desde el suelo, el agua o la superficie de las plantas a través de un cambio de fase. Depende fundamentalmente de sus propiedades fisicoquímicas, aunque también influyen otros factores como las propiedades del suelo y los meteorológicos. Infiltración vs. Escurrimiento: Una vez que el plaguicida es aplicado sobre un determinado objetivo, su disponibilidad de movimiento depende del modo en que ha sido aplicado, de su solubilidad, de su persistencia en el sistema suelo-agua y de su asimilación con las plantas. Cuanto más altamente erosionable es un suelo, mayor es la probabilidad de que se produzca el escurrimiento superficial y, en consecuencia, menor infiltración y transporte de residuos al agua subterránea. Las aguas superficiales son consideradas como las más susceptibles debido a que interaccionan con la atmosfera, el suelo, el agua subterránea y también con los océanos a través de los estuarios. La erosión del suelo y el escurrimiento son considerados los principales fenómenos por los cuales los plaguicidas pueden entrar a corrientes de agua, lagunas o lagos. Los agroquímicos igualmente alcanzan las aguas superficiales a partir de la aplicación a campo y por vía de vertidos puntuales de los efluentes de galpones de empaque que contienen agroquímicos. Estos residuos acceden en primera instancia a los desagües cuyo destino final son los ríos de la región. (Alto Valle de Rio Negro y Neuquén) Suelo: El compartimiento de los plaguicidas en suelo está determinado por distintos procesos: la degradación por los microorganismos del suelo y la degradación química; la adsorción de los componentes orgánicos y minerales del suelo; la captación por las raíces de las plantas y, en menor proporción, la volatilización y los efectos de dilución. Generalmente, la degradación y la velocidad en que lo hace están determinada por la temperatura y la humedad del suelo. La adsorción de plaguicidas al suelo reduce su movilidad y la extensión de esa reducción depende de las propiedades físicas y químicas del suelo y de las características moleculares del compuesto químico. La captación por las raíces de las plantas es una fuente mayoritaria de introducción de posible contaminantes lipofílicos en la cadera alimenticia y una importante ruta de exposición para humanos y animales. 22 El sistema suelo-agua subterránea se refiere al movimiento de los plaguicidas a través del suelo, pudiendo sintetizarse en un doble proceso: flujo de masa y difusión. El flujo de masa está condicionado por la velocidad con que el compuesto puede difundir hacia y desde los agregados del suelo. Por otro lado, la difusión, aunque lenta para los compuestos orgánicos, es la que le permite al compuesto ponerse en contacto con organismos, donde podría volatilizarse, adsorberse fuertemente o degradarse fotoquímicamente. El riego incrementa el grado de lixiviación y un exceso de riego, especialmente si éste responde al sistema de inundación, puede llegar a inyectar directamente los contaminantes en el acuífero. El agua subterránea es la contaminación del agua subterránea, no es fácil de detectar y se caracteriza por procesos de reversibilidad lentos. Es uno de los problemas ambientales más críticos en la actualidad. Los sistemas de flujo subterráneo se clasifican en pequeños (locales) o grandes (regionales). A medida que decrece la distancia entre la superficie y el acuífero freático, el agua subterránea se considera más joven. La extensión de esta posible contaminación depende fundamentalmente de las propiedades fisicoquímicas del plaguicida y de las características del suelo, factor decisivo en la atenuación de la transferencia debido a los posibles fenómenos de adsorción. Cadena alimentaria Muchos plaguicidas tienden a acumularse en diferentes organismos, incluso en los humanos. Bioconcentración: Pueden alcanzar concentraciones mayores en un organismo que en el agua, ya que se comporta distinto en un sistema acuoso en relación al orgánico, pudiendo estimarse a través del coeficiente octanol-agua. Bioacumulación: Se produce cuando la concentración de una sustancia aumenta en el organismo expuesto en función del tiempo, dado que el grado de absorción del mismo supera la capacidad de su eliminación. Biomagnificación: Algunas sustancias pueden concentrarse sucesivamente en cada eslabón de la cadena trófica. Es decir, en los organismos que esta al final de dichas cadenas, la concentración de la sustancia es más elevada que en los organismos de la base. 23 Evaluación del impacto de los plaguicidas en el ambiente La aplicación de plaguicidas en el campo implica, su ventilado al ambiente. El grado de movilidad y actividad biológica de los agroquímicos es muy amplio y se pueden encontrar opciones de uso, de costo y efectividad similar. Indiscutiblemente el muestro y monitoreo ambiental constituye una contribución sustancial a la evaluación del impacto ambiental de plaguicidas, pero es una vía reconocida como muy costosa. Una herramienta indicadora de riesgo de la calidad del agua fue desarrollada recientemente en CSIRO Land and Water, Australia. Se trata de un modelo de evaluación de riesgo, Pesticide Impact Rating Índex (PIRI), que permite la evaluación de impacto por movilidad y toxicidades en agua superficiales y subterráneas. Su estructura analiza tres cosas fundamentales: la fuente de riego, las vías de transporte y el valor del recurso. Minimizando el impacto del uso de plaguicidas sobre el ambiente Entre los mecanismos para minimizar el impacto son: Dosis controladas Tiempos de aplicación adecuados Selección de compuestos que conllevan al menor riesgo Considerar aspectos climatológicos (ej. Viento) Control del tamaño de la gota en las pulverizaciones Prevención de derrames accidentales Disposición final adecuada de los envases Unidad IV El planeta está formado por tres capas: atmosfera, geosfera e hidrosfera. Buenas prácticas agrícolas 24 La atmosfera corresponde a la capa gaseosa que envuelve a la tierra. También la lamamos aire. Es transparente e impalpable. El aire puro, que se caracteriza por no tener sabor, olor ni calor. Sus componentes son: Anhídrido carbónico o dióxido de carbono: Necesario para la fotosíntesis. Los seres vivos retornan este gas al ambiente a través de la respiración. Permite retener el calor en la atmosfera. Oxigeno: Permite la vida en el planeta sea posible. Permite la combustión, es fuente de purificación del aire y de las aguas, entre otras. Nitrógeno: Forma excelentes fertilizantes que permiten el crecimiento de vegetales. Su rol más importante es hacer respirable el oxígeno ya que lo diluye. Vapor de agua: Formador de nubes. Retiene el calor en la atmosfera. Ozono: sirve de filtro de la radiación solar, absorbiendo la radiación ultravioleta. (O3) Asimismo hay también gases inertes, en cantidades muy pequeñas. Nitrógeno (N2) 72% Oxigeno (O2) 20% Gases nobles 1% (argón, neón, criptón, helio) Las capas de la atmosfera son según su composición y su temperatura. En una variación vertical de la atmosfera existen: Homosfera: Hasta los 80km de altura. Heterosfera: Sobre los 80km, la atmosfera no es uniforme. Según su temperatura, las capas son: Troposfera Estratosfera Mesosfera Termosfera Esosfera 25 La troposfera es la superficie terrestre, donde se desarrolla la vida. La temperatura disminuye con la altura ya que cambia en el especio y el tiempo, a esto se lo conoce como gradiente ambiental de temperatura. La troposfera es la capa donde se producen los fenómenos del tiempo y clima, contiene casi todas las nubes y precipitación, que producen las tormentas. Contiene casi toda la contaminación. El ozono se encuentra entre la troposfera y la estratosfera, absorbiendo los rayos UV. Contaminación del Aire Es la impurificación de la atmosfera por inyección y permanencia temporal en ella de materias gaseosas, liquidas o solidas o radiaciones ajenas a su composición natural o en proporción superior a aquellas. Las fuentes contaminantes pueden ser: Natural: erupciones volcánicas, fuegos, meteoritos, etc. Artificial o antropogénica: provocada por actividades humanas, fundamentalmente el transporte, las combustiones y procesos industriales. Fuentes de contaminación natural Compuestos orgánicos: Alrededor del 85% de los hidrocarburos en la atmosfera es de origen natural y se debe al metano (CH4), producido en la descomposición anaeróbica de la materia orgánica. Además, produce la descomposición amoniaco (NH3), sulfuro de hidrogeno (H2S) y sulfuro de carbono (CS2) Compuesto inorgánicos: Son las erupciones volcánicas, los distintos procesos de combustión y los fenómenos de erosión. Las erupciones volcánicas son responsables de la emisión de importantes cantidades de compuestos azufrados (SO2, H2S y COS), incendios forestales y los océanos. Partículas: Generan los llamados aerosoles marinos, formados por cloruro de sodio y sulfatos, contaminación debido al polen de las plantas, bacterias y virus presentes en todo tipo de atmosfera natural. 26 Fuentes de contaminación antropogénica o artificial Fuentes móviles: Todo tipo de vehículos de motor utilizado para transporte. Fuentes fijas: Localizadas en un punto determinado. Ejemplos de contaminación: Generación de electricidad por vía térmica convencional y cogeneración, combustión comercial, institucional y residencia, procesos industriales sin combustión, extracción y distribución de combustibles fósiles, uso de disolventes, transporte por carretera, tratamiento y eliminación de residuos, agricultura y naturaleza. Las expresiones de las medidas de contaminación son: Unidades volumen/volumen, cm3/m3 (ppm) o mm3/m3 (ppb) Unidades masa/volumen, mg/m3 o ug/m3 Emisión: Es la concentración de contaminantes que vierte un foco determinado, se mide a la salida del foco emisor. Inmisión: es la concentración de contaminantes presentes en el seno de una atmosfera determinada. Los contaminantes de naturaleza química (pueden haber también mecánicos o microbiológicos) pueden sufrir transformaciones químicas que alteren su naturaleza. Los contaminantes primarios son aquellos agentes que se emiten de forma directa a la atmosfera, mientras que el término secundarios se engloban aquellas especies que no se emite como tales directamente a la atmosfera, sino que se forman en ellas por interacciones entre contaminantes primarios. Contaminantes primarios: Monóxido de carbono (CO), Óxido de nitrógeno (NOx, NO y NO2), óxido de azufre (SOx, especialmente SO2), hidrocarburos o compuestos orgánicos volátiles (COV), partículas y otros como el amoniaco (NH3), sulfuro de hidrogeno (H2S), halógenos (X2), dióxido de carbono (CO2), monóxido de dinitrógeno (N2O). Contaminantes secundarios: Ozono (O3), Oxidantes fotoquímicos, sulfatos, nitratos, etc. 27 Carga térmica kkkkk
