EFECTOS BIOLOGICOS DE LA CONTAMINACION DEL AIRE

¿Cómo afectan los contaminantes tóxicos del aire la manera en que funciona el cuerpo?


Los contaminantes tóxicos del aire pueden clasificarse de diversas maneras. Este curso introduce brevemente los tres esquemas más comunes de clasificación: según las fuentes, según los efectos que tienen en la salud y según sus propiedades químicas. Ya revisamos cómo funciona el cuerpo cuando está saludable, así que veamos primero la clasificación de contaminantes tóxicos según sus efectos en la salud.

Cuando se buscan las causas de muchas enfermedades y condiciones de salud, los investigadores generalmente sospechan que los factores son agentes ambientales no infecciosos. Estos pueden tener la forma de productos químicos, radiación o ciertos fenómenos o materiales físicos, y sus efectos van desde la mera irritación hasta la muerte de las células, los tejidos o incluso del organismo. Los agentes tóxicos pueden ejercer sus efectos en todo el cuerpo de diferentes maneras y en diferentes sistemas. Según sus efectos, los tóxicos se suelen clasificar en las siguientes categorías:

Las sustancias tóxicas tienen una amplia gama de efectos en el sistema corporal del ser humano.

Dado que esta clasificación se basa en los efectos, las diferentes categorías no son mutuamente excluyentes. Las sustancias químicas a menudo afectan a varios órganos, pero también pueden causar diferentes tipos de toxicidad en un solo órgano. Por ejemplo, un mismo tóxico puede ser carcinógeno, mutágeno y, por tanto, entrar también en la clasificación de agentes que producen efectos crónicos; los neurotóxicos generalmente son de efectos tóxicos agudos; etcétera.

Mutágenos

Los mutágenos son sustancias que causan mutaciones o alteraciones en el material genético. Según lo que hemos visto en la sección sobre reproducción celular, el material genético (ADN) es el “anteproyecto” que controla toda la actividad celular, desde la producción de energía hasta su reproducción. La alteración de este “anteproyecto” puede conducir a un funcionamiento inadecuado de la célula. En realidad, las mutaciones constituyen el hecho principal entre diversos tipos de efectos adversos en la salud. Por ejemplo, se cree que la mayoría de tipos de cáncer surgen de un daño provocado sobre un gen que controla la división celular.

Un mutágeno es una sustancia que altera el material genético.

La alteración del material genético de una célula puede adoptar tres formas:

  • cambio en la composición química del ADN;
  • alteración del ajuste físico del ADN, y
  • adición o supresión de todos los cromosomas.

En términos técnicos, solo la primera alteración, el cambio químico, se considera una mutación. Los genetistas clasifican el reajuste físico del ADN como un hecho clastogénico y la presencia de un número anormal de cromosomas en una célula se llama aneuploidea. Los términos nuevos no son lo más importante en esta sección. Para fines de la exposición, considérese cualquier alteración anormal del material genético como una mutación y cualquier agente que causa tal cambio como un mutágeno.

Es importante señalar que la mayoría de células son capaces de reparar el ADN. Siempre que estos mecanismos de reparación estén intactos, se puede confiar en que la mayoría de mutaciones se corregirá antes de que creen un problema. Sin embargo, cuando se comprometen los mecanismos de reparación es probable que un mayor número de mutaciones genere consecuencias adversas. Algunos estudios han indicado que el deterioro del sistema de reparación del ADN es responsable en parte de muchos de los efectos adversos en la salud que generalmente se observan en la edad avanzada.

Por lo general, las células saludables son capaces de reparar el material genético dañado.

El daño genético puede conducir a una serie de efectos, que van desde el funcionamiento celular deficiente a la muerte celular o incluso la muerte del organismo. Veamos:

Un cambio en el ADN puede alterar las proteínas de las células. Qué proteínas se ven afectadas y en qué tipo de células ocurre la alteración son factores importantes para determinar los efectos finales. Cuando la mutación ocurre en una célula del embrión en desarrollo, el resultado puede ser una anomalía reproductiva (aborto espontáneo) o la generación de anormalidades en la descendencia. Si la mutación afecta a una proteína que controla el funcionamiento celular adecuado, el resultado puede ser una enfermedad crónica. Las alteraciones genéticas que afectan la reproducción celular pueden detener la proliferación de una célula y causar su muerte o su proliferación incontrolada, como en un cáncer.

Asimismo es posible que el daño genético no tenga efecto perjudicial alguno. Debe recordarse que cada célula del cuerpo tiene un complemento total de cromosomas; es decir, cada célula contiene toda la información necesaria para la estructura y el funcionamiento adecuado de todo el cuerpo. Obviamente, gran parte del ADN en una célula está inactiva. Por ejemplo, una célula en la planta del pie no usa el plan genético específico para la producción de saliva. Si el gen o los genes codificados para la producción de saliva estuviesen dañados en una de las células del pie, nadie lo notaría, y la salud no se vería afectada; sería una “mutación silenciosa”.

Entre los mutágenos gaseosos o transportados por el aire más comunes están el DDT, la dioxina, el ozono, las sales de plomo, el benceno y el cloruro de vinilo. El cloruro de vinilo puede causar una mutación que por lo general desemboca en una clase particular de cáncer hepático.

  1. Defina brevemente los mutágenos.
  2. Presente dos razones por las cuales una mutación puede no tener un efecto evidente.

Carcinógenos

Los carcinógenos son las sustancias químicas que inducen el cáncer. El cáncer es el crecimiento anormal e incontrolado de células; también se le llama neoplasia o tumor. Actualmente, el cáncer constituye una preocupación central de salud en el mundo. Cerca de 20 por ciento de todas las defunciones acaecidas en los Estados Unidos se relacionan con el cáncer. Además, se calcula que en los Estados Unidos entre 50 y 90 por ciento de todos los tipos de cáncer están relacionados con factores ambientales asociados con el estilo de vida y la exposición industrial. Un buen ejemplo de un factor vinculado con el estilo de vida es el tabaquismo, que ha sido relacionado con el cáncer al pulmón, a la laringe, al páncreas y a la vejiga.

Los carcinógenos son sustancias que causan un crecimiento celular anormal o incontrolado.

Cuatro reacciones que indican una tasa anormal de incidencia de neoplasias son las siguientes:

  • presencia de tipos de tumores no vistos en los controles;
  • mayor incidencia de tipos tumorales observados naturalmente en los controles;
  • aparición temprana de tumores, y
  • mayor número de tumores por individuo en un grupo de exposición, comparado con los miembros del grupo control.

La carcinogénesis —la inducción y formación de un tumor— parece ser un proceso gradual que empieza con un químico. Este hecho inicial es, generalmente, una alteración genética. Sin embargo, debe recordarse que la mayoría de células tiene la capacidad de reparar el ADN; por consiguiente, no todas las células que han pasado por este evento inicial desarrollan el cáncer. La etapa siguiente en la carcinogénesis involucra a una sustancia química promotora. Un promotor es un carcinógeno que trabaja para incrementar la incidencia de cáncer solo después de que ha ocurrido el inicio de la enfermedad. El desarrollo de cáncer requiere, al parecer, exposiciones repetidas por un periodo prolongado y los estudios han indicado que los efectos pueden ser reversibles cuando cesa la exposición. Algunas sustancias químicas tienen la capacidad de ser iniciadores y promotores, y se las denomina apropiadamente carcinógenos completos.

Los iniciadores químicos son necesarios para empezar el proceso de carcinogénesis.

Una sustancia química promotora actúa para incrementar la incidencia de cáncer, pero solo después de que la iniciación ha ocurrido.

También deberíamos familiarizarnos con algunos otros términos referentes a la carcinogenicidad. Un carcinógeno primario es una sustancia que por el solo hecho de estar en el ambiente produce cáncer. Por otro lado, un procarcinógeno se convierte en carcinógeno solo después de una conversión a partir de una forma benigna. La mayoría de los carcinógenos ambientales son de este tipo. Los cocarcinógenos, aunque no son carcinogénicos en sí mismos, incrementan la potencia del efecto carcinogénico de otras sustancias químicas.

Los carcinógenos ambientales se tornan nocivos, en su mayor parte, solo después de su conversión a partir de alguna forma inofensiva.

Aunque en los últimos años se ha aprendido mucho acerca del inicio y desarrollo de cáncer, todavía es difícil establecer relaciones claras de causa y efecto para posibles carcinógenos. Una dificultad para identificar carcinógenos específicos es su prolongado periodo de latencia, comúnmente de 15 a 40 años entre la exposición y la manifestación de la enfermedad. No obstante, los investigadores redoblan sus esfuerzos para advertirnos acerca de los carcinógenos potenciales. Debido a la estrecha relación entre carcinogenicidad y mutagénesis se usan algunas pruebas de corto plazo sobre mutagenicidad como pruebas de tamizaje para la carcinogenicidad. Sin embargo, actualmente ninguna de estas pruebas es suficiente para hacer un juicio definitivo acerca de la carcinogenicidad. La evidencia más concreta generalmente proviene de los estudios epidemiológicos realizados con seres humanos.

El cuadro 2-3 presenta una lista parcial de los carcinógenos humanos comprobados y de los probables, junto con los principales lugares del cuerpo donde ejercen su toxicidad.

Cuadro 2-3. Algunos carcinógenos humanos y sus ámbitos corporales de toxicidad

Compuesto químico Ámbitos carcinogénicos
A-Aminobifenil Vejiga
Asbesto Pulmones, mesotelio
Benceno Médula ósea
Bencina Vejiga
Berilio Pulmones
Cromo Vías respiratorias
Radionucleidos Médula ósea, pulmones
Cloruro de vinilo Hígado

Los radionucleidos son una clase particular de mutágenos y carcinógenos. Ya en el siglo XVI, la radiación causaba una enfermedad mortal al pulmón en los mineros europeos. A inicios del siglo XX, esta enfermedad se asoció con el radón.

Las mutaciones y el cáncer son los principales problemas de salud relacionados con la exposición a la radiación.

La radiación ionizante se diferencia de la luz visible y de otras radiaciones de bajo nivel en el hecho de que puede desprender electrones a partir de átomos. Cuando este tipo de radiación transfiere su energía a una célula y desprende los electrones orbitales que integran a los átomos en moléculas, la célula puede morir o sobrevivir dañada. La mutación resultante puede iniciar el cáncer o transmitirse a la descendencia.

Los estudios realizados en Japón con los sobrevivientes de la bomba atómica —que sirven de base para las normas actuales de exposición a la radiación— indicaron que la leucemia mieloide, un cáncer a la médula ósea, fue el único que resultó de la exposición a la radiación. Recientes estudios han revelado que la exposición ocupacional a la radiación ionizante de bajo nivel aumenta el riesgo de cáncer en los tejidos respiratorios, digestivos y los que forman la sangre.

Tóxicos del desarrollo

En la sección anterior sobre mutágenos se mencionó que algunas mutaciones pueden causar anormalidades en la descendencia. Los agentes que dañan directamente al feto en dosis que no afectan a la madre se clasifican como teratógenos. Estos son solo un tipo de sustancias tóxicas del desarrollo. Entre los efectos teratogénicos se pueden mencionar: órganos o estructuras tisulares anormales, funcionamiento metabólico o químico deficiente y retardo mental. Algunas anormalidades teratogénicas y disfunciones pueden ser tan sutiles como para no tener prácticamente efecto alguno sobre el organismo.

Los teratógenos son sustancias que dañan al feto pero no a la madre.

Un factor importante que influye en la toxicidad de los teratógenos, además de los factores estándar de toxicidad —magnitud y duración de la exposición— es el tiempo en que ocurre la exposición durante el desarrollo del feto. Cada sistema corporal en desarrollo pasa por un periodo crítico durante el cual es particularmente sensible al desarrollo anormal químicamente inducido. En los seres humanos, la mayoría de estos períodos de desarrollo crítico se presentan entre la tercera y la duodécima semana de desarrollo del feto. Por lo general, las anomalías producidas por la exposición después de este periodo son menos graves.

Un factor crítico en la teratogenicidad es la etapa de desarrollo del feto en la que ocurre la exposición.

Otras sustancias tóxicas que afectan el desarrollo pueden ejercer sus efectos durante los primeros años de vida, antes de que todos los sistemas del cuerpo terminen de desarrollarse. Un ejemplo es el plomo, que puede impedir el crecimiento del sistema nervioso central y causar discapacidades permanentes en el aprendizaje si los niños lo consumen o inhalan. Otros teratógenos químicos supuestos o conocidos incluyen la dioxina, el mercurio orgánico, el arseniato de sodio y el humo del cigarrillo.

  1. Describa brevemente el cáncer.
  2. Un carcinógeno promotor no puede causar cáncer hasta que sea activado por un __________.
  3. ¿Qué es un teratógeno?

Neurotóxicos

La toxicidad puede ocurrir en diversos puntos del sistema nervioso.

  • cerebro;
  • otros cuerpos de células nerviosas;
  • fibras nerviosas;
  • vainas de mielina que cubren las fibras nerviosas;
  • uniones de nervio a nervio y de nervio a músculo.

Las células nerviosas tienen una tasa metabólica alta y, por consiguiente, requieren más oxígeno que otras células corporales. Dado que un suministro adecuado de oxígeno es esencial para un buen funcionamiento cerebral, cualquier sustancia que comprometa el flujo sanguíneo al cerebro (el cianuro, por ejemplo) puede causar graves daños.

El plomo es un neurotóxico típico, muy conocido por sus efectos perjudiciales. Algunos historiadores creen que la caída del Imperio Romano puede haberse debido, en parte, a los efectos adversos del plomo en las cañerías. La potencia extrema del plomo se atribuye, parcialmente, a sus diversos mecanismos de acción. Puede afectar el funcionamiento neuronal al degenerar los axones, destruir la vaina de mielina e interferir con los neurotransmisores químicos en la sinapsis.

El plomo ataca el sistema nervioso de diversas formas.

Los insecticidas organofosforados (por ejemplo, el malatión y el paratión) también interfieren con la función química de neurotransmisión del sistema nervioso, comúnmente causan debilidad y parálisis y a veces la muerte. Otros ejemplos de productos neurotóxicos son la acrilamida, el DDT y algunas formas de mercurio.

Hepatotóxicos (tóxicos del hígado)

Como se indicó anteriormente, los efectos tóxicos en el hígado incluyen la acumulación de grasa, la ictericia, la muerte celular, la cirrosis y el cáncer. Además, las sustancias químicas que incrementan o disminuyen los niveles de enzimas metabólicas en el hígado pueden afectar la toxicidad de otros compuestos mediante la alteración de su meta-bolismo.

El tetracloruro de carbono es un hepatotóxico prominente.

El tetracloruro de carbono, probablemente el hepatotóxico más conocido, no es tóxico para el hígado en su forma no metabolizada. Esta es una de esas sustancias químicas cuya toxicidad se ve incrementada por el hígado en lugar de disminuida. Además, se sabe que los efectos tóxicos del tetracloruro de carbono en el hígado (que incluyen casi todos los extremos tóxicos mencionados anteriormente) se intensifican cuando se exponen previamente al alcohol.

Otros hepatotóxicos comunes son el berilio, el cloroformo, el tricloroetileno y el cloruro de vinilo. El berilio produce necrosis; el cloroformo y el tricloroetileno producen necrosis e hígado graso; los vapores de cloruro de vinilo pueden causar cáncer hepático.

Tóxicos pulmonares

Los efectos tóxicos en los pulmones incluyen la irritación y constricción de las vías respiratorias, la necrosis, el edema (retención excesiva de líquido), la fibrosis (cambios en el tipo o la composición de las células) y el cáncer. Los resultados finales varían desde el malestar hasta la asfixia y la muerte. Aunque los efectos irritantes generalmente son reversibles, la exposición crónica a un irritante puede conducir al daño celular permanente.

El asbesto, el arsénico y la radiación son tres de las causas más comunes de cáncer de pulmón. El asbesto también puede causar fibrosis, tal como otros agentes minerales. La sensibilización alérgica y su posterior irritación y edema son los resultados comunes de la exposición a los compuestos como el diisocianato de tolueno.

  1. Describa cuatro formas en que las toxinas pueden afectar el sistema nervioso.
  2. Identifique seis consecuencias de la toxicidad en el hígado.
  3. Los efectos irritantes en los pulmones son irreversibles... ¿siempre, a veces, nunca?

Agentes que causan disfunciones reproductoras

Los contaminantes tóxicos del aire que causan disfunciones reproductoras pueden clasificarse en tres tipos generales:

  • aquellos que reducen la fecundidad;
  • aquellos que reducen las oportunidades de que el embrión o feto sobreviva, y
  • aquellos que causan efectos teratogénicos.

Ya hemos abordado los teratógenos —productos químicos que causan defectos congénitos— en la clasificación de los tóxicos que afectan el desarrollo.

Los agentes que reducen la fecundidad pueden actuar en los mecanismos reproductores del hombre o de la mujer. La toxicidad en los ovarios se puede observar mediante la quimioterapia con la radiación. Además, los investigadores han informado que algunos hidrocarburos poliaromáticos (PAH, por sus siglas en inglés) afectan directamente a los oocitos. Algunos de estos compuestos, como el benzopireno y el dimetil-benzantraceno, son productos de combustión. En cuanto al sistema masculino, ya se ha establecido claramente que el dibromocloropropano, un insecticida, es un compuesto antiespermatogénico.

Otros agentes tóxicos que provocan efectos agudos o crónicos

Algunos tóxicos no aparecen en las siete clasificaciones anteriormente presentadas. Estos se clasifican de manera más sencilla según la duración de exposición requerida para provocar una respuesta tóxica. Algunos agentes son intensamente tóxicos y provocan una respuesta solo después de una exposición de corto plazo. El formaldehído es un agente tóxico que produce efectos agudos como irritación de los ojos, de la piel y de los revestimientos respiratorios. Otras sustancias requieren una exposición de largo plazo o en forma repetida para tener un efecto. Se dice que dichas sustancias presentan una toxicidad crónica.

Aunque el asbesto también es tratado como un tóxico pulmonar, es un ejemplo típico de tóxico que produce efectos crónicos. El hecho de que cause escaso o ningún efecto agudo hace que el asbesto sea mucho más insidioso. Obsérvese que, generalmente, algunos agentes presentan toxicidad tanto aguda como crónica en diferentes tejidos.

Los efectos tóxicos en el sistema inmunológico incluyen tanto la estimulación como la inhibición.

Algunos contaminantes tóxicos del aire pueden inhibir o suprimir el sistema inmunológico. La estimulación ocurre mediante uno de varios mecanismos: la producción de una respuesta alérgica o desencadenando la producción de sustancias químicas como el interferón, un intermediario de la respuesta alérgica. Las sustancias tóxicas que inhiben el sistema inmunológico pueden aumentar la sensibilidad a la infección y a veces abren las puertas a la carcinogénesis.

  1. ¿Cuáles son los tres tipos generales de disfunción reproductora?
  2. Las sustancias tóxicas que inhiben el sistema inmunológico pueden aumentar las probabilidades de que el cuerpo desarrolle _________ y _________.