Lección 3 Toxicología ambiental

Lección 3
Toxicología ambiental
Inhalación
Contacto
con la piel o
con los ojos
Ingesta
Toxicología ambiental • 3-1
Preguntas centrales
o
o
o
o
o
o
o
¿Cómo ingresan al cuerpo los contaminantes tóxicos del aire?
¿Qué se entiende por dosis?
¿Qué es un tejido diana?
¿Cómo pueden interactuar las sustancias químicas para modificar los efectos biológicos?
¿Cuáles son los cuatro principales procesos toxicocinéticos?
¿Cómo afectan los factores toxicocinéticos la interacción entre un agente y el cuerpo?
¿Cómo se clasifica a los contaminantes tóxicos del aire según el tipo de sustancias químicas?
Palabras clave
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Dosis absorbida
Efecto aditivo
ADME: farmacocinética
Antagonismo
Dosis efectiva
Exposición
Efecto local
Potenciación
Sinergia
Efecto sistémico
Tejido diana
Tolerancia
3-2 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire
Toxicología ambiental
La toxicología es el estudio de las sustancias tóxicas o
venenos. En esta lección, abordaremos la exposición humana
y la absorción de las sustancias tóxicas en el ambiente, en
particular en el aire que respiramos. También veremos cómo
interactúan los materiales tóxicos entre sí y con el cuerpo
en su conjunto, dos factores importantes en la determinación
de los efectos adversos de los contaminantes del aire en la
salud.
¿Cómo entran al cuerpo los
contaminantes tóxicos del aire?
Las personas están expuestas a las sustancias tóxicas por
diferentes vías. Sin embargo, algunas formas características de exposición, como la ingesta de alimentos y bebidas,
son irrelevantes para ser tratadas en una explicación sobre
los contaminantes tóxicos del aire. Las principales vías de
exposición para los contaminantes del aire, clasificadas según su importancia, son las siguientes:
• contacto con la piel o los ojos;
• ingesta, e
• inhalación.
Contacto con
la piel o con
Inhalación
Todos podemos estar expuestos a
las sustancias tóxicas por muchas
vías.
Ingesta
Toxicología ambiental • 3-3
Cuando la piel no está dañada,
actúa como una barrera eficaz
contra la mayoría de sustancias
tóxicas.
Generalmente, el primer punto de contacto entre el cuerpo
humano y los contaminantes tóxicos del aire es la piel. Sin
embargo, a diferencia de las vías respiratorias y el aparato
digestivo, esta no está diseñada para la absorción. Cuando
su superficie no está dañada, la piel sirve como una barrera
eficaz contra la mayoría de sustancias extrañas. De los miles
de potenciales contaminantes tóxicos del aire, solo pocos
tienen las características químicas necesarias para ser
absorbidos fácilmente por la piel.
Aunque los ojos son solo una vía menor de exposición,
deben ser mencionados. Debido a que poseen muchos vasos
sanguíneos diminutos cerca de la superficie y a que carecen
de una capa exterior gruesa, absorben las sustancias más
fácilmente que la piel. Ciertas sustancias químicas, como el
fluoroacetato, se absorben a través de los ojos en cantidades
suficientes como para originar un envenenamiento sistémico.
La ingesta incluye el paso a través del aparato digestivo,
aunque esto no solo se aplica a las sustancias que se comen.
Las sustancias transportadas por el aire que entran a las
vías respiratorias a través de la boca o la nariz pueden ser
retenidas en la capa protectora de la mucosa, transportadas
a la faringe e ingeridas.
La inhalación de sustancias
tóxicas constituye la vía que
supone más problemas.
preocupación.
Obviamente, la inhalación por los pulmones es la vía que
supone más problemas en lo que a contaminantes tóxicos
del aire se refiere. La mayoría de las sustancias que se
encuentran en los pulmones tienen acceso fácil a la circulación por el cuerpo y pueden llegar prácticamente a cualquier punto de este.
Diferencias entre
exposición y dosis
El factor crítico al determinar los efectos adversos para la
salud relacionados con los contaminantes tóxicos del aire
no es la exposición a una sustancia sino la cantidad de esta
sustancia que llega hasta un tejido o célula donde puede
ejercer un efecto. La exposición se caracteriza por el contacto
entre un agente y un organismo. Ya se produzca en la piel,
la boca, el aparato digestivo o en los pulmones, el nivel de
exposición es la cantidad disponible de una sustancia para
la absorción.
3-4 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire
La dosis, por otro lado, es la cantidad de una sustancia
realmente absorbida por el cuerpo (recuérdese la distinción
entre “dentro” y “fuera” del cuerpo). Más específicamente,
podemos decir que la dosis absorbida es la cantidad de una
sustancia que un organismo ha absorbido, mientras que la
dosis efectiva es la cantidad de una sustancia que llega a
una parte del cuerpo donde puede originar un efecto
adverso. Esta es más complicada de determinar que la
primera, porque resulta difícil medir las concentraciones
químicas en partes específicas dentro del cuerpo, y este
presenta, por otra parte, reacciones diversas frente a los
agentes. Por estas razones, generalmente la dosis efectiva
se calcula a partir de la dosis absorbida, y esta, a su vez, se
determina mediante las concentraciones sanguíneas.
La exposición es la cantidad de
una sustancia disponible para la
absorción; la dosis es la cantidad
de una sustancia realmente
absorbida por el cuerpo.
1. Identifique cuatro vías por las cuales las sustancias
tóxicas pueden entrar a su cuerpo.
2. ______________ es la cantidad de una sustancia
realmente absorbida por el cuerpo.
a. La dosis.
b. La exposición.
Toxicología ambiental • 3-5
Descripción de los efectos de los
contaminantes tóxicos del aire
Todos los efectos adversos para la salud de los
contaminantes tóxicos
del aire se pueden clasificar como locales o
sistémicos. Los efectos
locales ocurren en la
puerta de entrada; es decir, en el lugar donde se
produce la absorción.
Puerta de
Las sustancias altamente
entrada
reactivas tienden a ejercer sus efectos localmente, en el primer lugar de
contacto; en cambio, los
efectos sistémicos ocurren en un lugar distinto, después de
que una sustancia ha sido absorbida, distribuida y quizás
incluso metabolizada. Los componentes más estables tienen
mayores probabilidades de ser transportados por la sangre
hasta zonas que presentan una sensibilidad particular a ellos.
Algunas sustancias tóxicas, como los plaguicidas organofosforados, pueden originar efectos tanto locales como
sistémicos.
Sistémico (dolor
de cabeza)
Los efectos producidos en la
puerta de entrada ocurren en el
lugar de la absorción; los efectos
sistémicos, en cualquier otro
lugar.
¿Qué es un tejido diana?
La parte del cuerpo en la que una sustancia química origina
efectos adversos se denomina tejido diana. Pero un “tejido”
diana puede ser, en realidad, un órgano íntegro, un tejido,
una célula o tan solo un componente subcelular. Las
mutaciones, por ejemplo, son efectos subcelulares en los
que algunas sustancias químicas tóxicas alteran el material
genético.
Los siguientes conceptos le ayudarán a comprender cómo
los contaminantes tóxicos del aire pueden originar efectos
adversos en diversos lugares diana dentro del cuerpo:
• Una sustancia química puede tener más de un tejido
diana.
3-6 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire
• El tejido diana de una sustancia química puede cambiar
con el transcurso del tiempo, con la magnitud de la
dosis o la duración de esta.
• Las interacciones químicas y el metabolismo pueden
crear sustancias con lugares diana distintos de los
que tendría la sustancia química original.
• Sistema nervioso.
• Hígado.
• Sistema hematopoyético (formación de sangre).
• Riñones.
• Aparato digestivo.
• Piel, vías respiratorias.
Clasificación de la actividad entre
sustancias químicas
Debido a que generalmente las personas están expuestas a
más de un contaminante a la vez, las interacciones químicas, al relacionarse con los efectos en la salud, constituyen
consideraciones importantes para determinar los riesgos de
exposición de individuos y de la población a los contaminantes tóxicos del aire. A menudo, las combinaciones de
sustancias químicas originan efectos diferentes de los que
se hubiera predicho para las mismas sustancias de manera
independiente. Lamentablemente, desconocemos la naturaleza de muchas interacciones. Incluso cuando se conocen
los efectos resultantes de la combinación de dos contaminantes, la adición de una tercera variable hace que los efectos finales sean inciertos. Esta compleja área de estudio
constituye el tema central de diversas investigaciones
toxicológicas desarrolladas en la actualidad.
A menudo, la exposición a
combinaciones de sustancias
químicas tiene efectos diferentes
de los que tendría una exposición
independiente a las mismas
sustancias.
Toxicología ambiental • 3-7
A continuación se describen los tipos generales de
interacciones químicas que pueden ocurrir y se brindan
algunos ejemplos. Aunque los ejemplos presentados se
centran en las interacciones de dos sustancias químicas, los
principios discutidos también se aplican a la combinación
de cualquier número de sustancias. Recuerde que la
preocupación aquí no reside en las interacciones químicas
en sí mismas (eso queda para los químicos) sino en la forma
como las interacciones alteran los efectos en la salud.
A veces 2 + 2 no es 4
Los efectos de la exposición simultánea a una combinación
de dos o más sustancias tóxicas se pueden clasificar en
alguno de los tres tipos generales que se presentan a
continuación:
• aditivos (adición);
• sinérgicos (sinergia), y
• antagónicos (antagonismo).
Un efecto aditivo es un efecto combinado de dos o más
sustancias químicas que equivale a la suma de los efectos
aislados de cada una de ellas. En otras palabras, es
simplemente como sumar 2 + 2 = 4. (Estamos suponiendo
que los efectos individuales no son directamente contrarios,
con lo que tenderían a cancelarse entre sí.) Cada sustancia
química realiza sus acciones como si no existiera otra. Este
es el efecto observado más común en las exposiciones a
sustancias químicas simultáneas. Por ejemplo, los efectos
de distintos plaguicidas organofosforados se combinan de
manera aditiva.
En el sinergismo, dos o más
sustancias químicas intensifican
los efectos de cada una de ellas.
La sinergia supone un efecto combinado de dos o más
sustancias químicas que es mucho mayor que la suma de
los efectos de cada sustancia por sí sola; o sea, 2 + 2 = 10.
El tetracloruro de carbono y el etanol son un buen ejemplo.
La exposición simultánea a estas dos sustancias químicas
—ambas hepatotóxicas (tóxicos hepáticos)— produce mucho
más daño al hígado del que se hubiera producido de manera
aditiva.
La potenciación es un tipo particular de sinergia en el que
una sustancia que no ejerce efecto alguno en determinada
3-8 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire
zona corporal aumenta los efectos tóxicos de otra sustancia
en dicha zona. Se podría representar este efecto como
0 + 2 = 10. A manera de ejemplo, el isopropanol, que no
es tóxico para el hígado, potencia la hepatotoxicidad del
tetracloruro de carbono.
La interacción de las partículas de gas en los pulmones es
un mecanismo sinérgico importante en la toxicología de la
contaminación del aire. A veces, los gases adsorbidos en
las partículas pueden penetrar más profundamente en los
pulmones (y, por consiguiente, experimentar mayor absorción y ejercer un mayor efecto) que si hubieran sido inhalados
en la fase gaseosa. Un caso típico de esta clase de interacción
es el gas de fluoruro de hidrógeno adsorbido al aerosol de
sulfato de berilio.
En el antagonismo, dos o más sustancias químicas interfieren en las acciones de cada una de ellas (o bien una interfiere con la acción de la otra), por lo que el efecto combinado es menor que la suma de los efectos químicos individuales: 2 + 2 = 3. La interacción antagónica constituye
la base para la mayoría de antídotos de venenos. Asimismo, el potencial carcinogénico del arsénico es contrarrestado de esta manera por el selenio.
Efectos que resultan de la
exposición simultánea a
dos o más sustancias
tóxicas
En el antagonismo, dos o más
sustancias químicas contrarrestan
sus efectos entre sí.
¿Qué sucede?
Equivale a
Aditivo
El efecto combinado es igual a
la suma de los efectos
individuales
2 + 2 = 4
Sinérgico
El efecto combinado es mayor
que la suma de los efectos
individuales
2 + 2 = 10
Antagónico
El efecto combinado es menor
que la suma de los efectos
individuales
2 + 2 = 3
Existe un caso especial de antagonismo en el que dos
sustancias químicas que originan efectos opuestos en la
misma función fisiológica terminan cancelándose entre sí.
Esta situación puede representarse mediante la siguiente
ecuación: -4 + (-4) = 0. Un ejemplo sería la cancelación
del efecto de un barbitúrico, sustancia que reduce la presión
sanguínea, mediante la administración de un agente
vasoconstrictor (constrictor de los vasos sanguíneos) como
la norepinefrina.
Toxicología ambiental • 3-9
Una forma de antagonismo entre sustancias químicas es
precisamente la contraria a la potenciación. En ese caso,
una sustancia que no origina ningún efecto en un órgano
particular o sistema disminuye la toxicidad de otra
(0 + 4 = 1).
La tolerancia es un estado
reducido de respuesta a un
producto químico.
La tolerancia es una interacción química comúnmente observada y relacionada con el antagonismo. Es un estado de
disminución de los efectos de una sustancia química que
resulta de la exposición previa a dicha sustancia o a otra
estructuralmente relacionada. Este fenómeno generalmente
ocurre con la administración crónica de medicamentos: con
el transcurso del tiempo, se requiere una dosis mayor para
producir el mismo efecto. La tolerancia con sustancias tóxicas puede permitirle a un individuo resistir niveles que
normalmente hubieran sido sumamente tóxicos o incluso
letales. Las pruebas indican que ciertas poblaciones del sur
de California están desarrollando tolerancia al ozono simplemente por estar expuestas a él en el aire ambiental.
Además de la influencia de otras sustancias químicas, como
se acaba de explicar, los efectos de una sustancia química
en el cuerpo dependen, en gran medida, de los efectos del
cuerpo sobre ella. La próxima sección se concentra en el
importante tema de la toxicocinética: la absorción, la
distribución, el metabolismo y la excreción de las sustancias
químicas.
3. ¿Qué sustancias tienen mayores probabilidades de originar efectos sistémicos?
a. Reactivas.
b. Estables.
4. ¿Cierto o falso? Cada sustancia química tóxica tiene como diana un tejido específico
y único.
Combine lo siguiente:
___5. Adición
a. 2 + 2 = 10
___6. Antagonismo
b. 2 + 2 = 4
___7. Sinergia
c. 2 + 2 = 3
3-10 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire
Toxicocinética: ADME o qué hace
el cuerpo con las sustancias que
ingresan
Como se mencionó anteriormente, el factor crucial para
determinar los efectos adversos en la salud que resultan de
la exposición a una sustancia química tóxica es la cantidad
de esta que llega hasta un tejido diana. Esta dosis efectiva
depende, en parte, de cuatro factores, comúnmente resumidos por las siglas ADME:
• absorción;
• distribución (por determinados lugares de
almacenamiento);
• metabolismo (biotransformación), y
• excreción.
La toxicocinética se ocupa del
movimiento de las sustancias
químicas hacia, dentro y fuera del
cuerpo.
La absorción es el mecanismo natural por el cual las sustancias pasan a través de los recubrimientos del cuerpo para
entrar en este. Una vez que son absorbidas, se distribuyen
por todo el cuerpo a todas las células o bien a uno o varios
lugares de almacenamiento específicos. Toda sustancia absorbida puede experimentar también una transformación
metabólica en diversas partes del cuerpo. La excreción es
una suerte de proceso opuesto a la absorción: es el traslado
de sustancias fuera del cuerpo y los seres humanos tienen
varios mecanismos para hacerlo.
Al estudiar la toxicidad de las sustancias transportadas por
el aire, es importante comprender los mecanismos de
destoxificación del cuerpo. La acción biológica de una sustancia tóxica puede terminar en el almacenamiento, la
transformación metabólica o la excreción; esta última es la
más común.
En la figura 3-1 se muestran las distintas vías por las cuales
los procesos ADME transportan sustancias por todo el
cuerpo.
Absorción
Para que un organismo se mantenga vivo, debe tener la
capacidad de tomar de su alrededor los nutrientes que
Toxicología ambiental • 3-11
Ingesta
Contacto
dérmico u
ocular
Inhalación
s
s
Aparato
digestivo
Absorción
Pulmones
s
s
s
Hígado
s
s
s
Fluidos
extracelulares
s
ss
s
Sangre y linfa
ss
Bilis
Grasa
Tejidos blandos
o huesos
s
s
s
Riñones
Órganos
s
Pulmones
s
Distribución
s
Estructuras
secretoras
Almacenamiento
s
Vejiga
s
s
s
s
Heces
Aire
expirado
Orina
Secreciones
Excreción
Figura 3-1. Vías toxicocinéticas
3-12 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire
necesita. En el cuerpo humano, las vías respiratorias y el
aparato digestivo están especialmente diseñados para hacer
eso.
Lamentablemente, este eficiente sistema de absorción de
nutrientes funciona igualmente bien para la absorción de
muchas sustancias tóxicas que entran a los pulmones o al
aparato digestivo. Antes de tratar estas dos vías principales
de absorción más detalladamente, veamos cómo las sustancias
atraviesan las membranas celulares.
Las sustancias pueden atravesar las membranas biológicas
por cualquiera de dos mecanismos: el transporte activo o
pasivo. El transporte pasivo es el traspaso de una membrana sencillamente por leyes básicas de la física: seguir un
gradiente de concentración. Siempre que la membrana sea
permeable a la sustancia, esta tiende a moverse de áreas de
mayor concentración a áreas de concentración inferior. Por
otro lado, en el proceso de transporte activo, se emplea la
energía para mover una sustancia a través de una membrana, de manera que el gradiente de concentración no es un
factor. El transporte activo de algunos elementos traza es
fundamental para mantener la vida humana. Lamentablemente, algunas sustancias tóxicas también pueden aprovechar estos mecanismos de transporte beneficioso.
Las sustancias pueden cruzar las
membranas biológicas mediante el
transporte activo o pasivo.
Otro factor que interviene en el transporte de sustancias a
través de las membranas es la composición de la membrana
en sí. Las membranas biológicas contienen lípidos y, por
consiguiente, son sumamente permeables a las moléculas
solubles de lípidos y muy impermeables a todas las moléculas
solubles en agua, excepto las más pequeñas.
La piel
La presentación anterior sobre las vías de exposición humana a los contaminantes tóxicos del aire demostró que
algunas sustancias transportadas por el aire pueden atravesar la barrera de la piel. La mayoría de sustancias químicas
absorbidas de esta manera pasan a través de la piel misma,
las células epidérmicas. Las glándulas sudoríferas y los
folículos del pelo, a pesar de proporcionar acceso fácil al
cuerpo, son muy pocos y se encuentran muy distanciados
como para producir alguna consecuencia.
Toxicología ambiental • 3-13
La absorción a través de la piel depende de varios factores:
• Las propiedades de la sustancia química misma.
• El espesor de la capa exterior de la piel.
• La difusividad de la capa exterior. Por ejemplo, las
sustancias tóxicas cruzan fácilmente la piel del escroto, la cual es sumamente delgada y tiene alta
difusividad. (¿Recuerda la gran incidencia de cáncer del escroto entre los limpiadores de chimeneas
en la Inglaterra del siglo XIX, de la que hablamos
en una lección anterior?) En contraste, las sustancias tóxicas atraviesan la planta del pie con mucha
dificultad: a pesar de que esta área presenta la mayor difusividad, también tiene la capa exterior más
gruesa de la piel.
• Estado de la capa exterior (es decir, si está intacta o
dañada).
• Contenido de agua de la capa exterior (la alta
hidratación incrementa la absorción).
A pesar de la gran incidencia de contacto entre la piel y los
contaminantes tóxicos del aire, muy pocas sustancias
químicas tienen las propiedades necesarias para entrar al
cuerpo por esta vía.
La absorción de los contaminantes
tóxicos del aire ocurre
mayormente en los pulmones.
Pulmones
Como se hubiera esperado, la mayor cantidad de absorciones
de contaminantes tóxicos del aire ocurre en los pulmones.
La captación de productos químicos que se inhalan depende
de algunos factores:
• propiedades químicas y físicas de las sustancias;
• la anatomía y función respiratoria y cardiovascular
de la persona;
• la tasa y profundidad de respiración.
La tasa de absorción de un gas depende, en gran parte, de
la presencia de gas en la sangre y de la solubilidad de este.
Para los gases de la sangre con baja solubilidad, la tasa de
absorción depende principalmente del flujo sanguíneo a través de los pulmones. En otras palabras, si una unidad de
sangre puede tan solo absorber determinada cantidad de
una sustancia, la manera de aumentar dicha absorción será
poniéndola en contacto con más sangre. La tasa de absor-
3-14 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire
ción de gases de la sangre con alta solubilidad depende
principalmente de la tasa y la profundidad de la respiración. O, dicho de otra forma, si la sangre absorbiera un
suministro ilimitado de un gas, entonces la clave para aumentar la cantidad absorbida sería poner en contacto mayor
cantidad de este gas con la sangre que se encuentra en los
alvéolos de los pulmones.
El lugar donde se depositarán las partículas inhaladas, ya
sean líquidas o sólidas, dependerá principalmente de su
tamaño. Como señalamos en la lección 2, el movimiento
mucociliar del aparato respiratorio está diseñado para mantener las vías respiratorias inferiores libres de partículas
extrañas y realiza esta tarea con gran eficiencia. En cambio, al no estar diseñado para impedir que el cuerpo absorba las sustancias, no es muy eficiente para ello. De hecho,
la mayoría de partículas que se inhalan quedan atrapadas
por una cobertura de mucosa móvil y son expulsadas al
aparato digestivo, que está especialmente diseñado para
absorber las partículas sólidas y líquidas.
El tamaño de una partícula
inhalada determina el lugar donde
se dispondrá.
A pesar de los mecanismos de defensa mencionados, creados
en las vías respiratorias, algunas partículas muy pequeñas
(generalmente menores que un micrómetro de diámetro)
logran llegar a los alvéolos y puede tomar meses o incluso
años despejar los pulmones de ellas. Algunas, con el tiempo,
pueden alcanzar el sistema de circulación general mediante
la absorción en el sistema linfático.
Una vez que una sustancia se
inhala, generalmente alcanza la
circulación por uno u otro medio.
Toxicología ambiental • 3-15
La siguiente figura ilustra las diversas vías por las cuales
las sustancias inhaladas pueden alcanzar la circulación.
Aparato digestivo
El intestino delgado es la zona
principal donde ocurre la
absorción de partículas en el
aparato digestivo.
Debido a que las sustancias atrapadas por la cobertura de
mucosa del aparato respiratorio pueden ser ingeridas con el
tiempo, el aparato digestivo constituye una vía posible de
exposición para los contaminantes tóxicos del aire bajo la
forma de partículas (líquidas o sólidas). La absorción puede realizarse a lo largo de todo el aparato digestivo, incluida
la boca y el recto, pero el intestino delgado es la zona
principal donde ella puede ocurrir. En el intestino delgado,
así como en las partes más profundas de los pulmones, la
zona superficial se maximiza y la distancia hacia la circulación general se minimiza. Aunque la mayor parte de la
absorción ocurre por difusión sencilla, algunas sustancias
tóxicas se absorben activamente por medio de mecanismos
de transporte intestinal diseñados para la captación de
nutrientes fundamentales, como el hierro y el calcio.
Todo lo absorbido a través del intestino delgado se desplaza primero al hígado para ser procesado, con lo cual este
se convierte en un enlace vital para otros procesos
toxicocinéticos de distribución, metabolismo y excreción.
Los procesos que puede iniciar el hígado posteriormente
incluyen los siguientes:
• almacenamiento;
• secreción dentro de la bilis;
• descarga en la circulación general.
8. En el cuerpo humano, la absorción ocurre
principalmente en __________ y __________
9. Generalmente, ¿dónde terminan las partículas
atrapadas en las vías respiratorias?
Una vez que una sustancia es absorbida, se puede distribuir
a distintas partes del cuerpo de diversas maneras. Ahora
centremos nuestra atención en el segundo proceso
toxicocinético de distribución.
3-16 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire
Distribución
Una vez que una sustancia es absorbida dentro del torrente
sanguíneo, puede alcanzar virtualmente cualquier parte del
cuerpo. Sin embargo, todavía deberá dejar el torrente
sanguíneo y entrar en las células corporales. La tasa de
distribución a un tejido depende principalmente de dos
factores:
• El flujo sanguíneo a través del tejido.
• La facilidad con que la sustancia química atraviesa
la membrana capilar y penetra las células del tejido
(es decir, la capacidad que tiene para atravesar las
membranas celulares). Generalmente, la alta liposolubilidad es buena conductora para efectuar el transporte a través de membranas biológicas.
La distribución de una sustancia
en el cuerpo depende del flujo
sanguíneo y de las propiedades
químicas de dicha sustancia.
Algunas sustancias no atraviesan fácilmente las membranas
celulares (a menos que sean transportadas activamente) y,
por consiguiente, tienen una distribución limitada. Las
sustancias que pasan fácilmente a través de las membranas
celulares se distribuyen por todo el cuerpo.
A menudo, después de la exposición, la distribución de una
sustancia varía con el tiempo. Por ejemplo, poco después
de la absorción, la mayor parte del plomo inorgánico se
localiza en el hígado, los riñones y los glóbulos rojos. Sin
embargo, dos horas después, 50 por ciento se encuentra en
el hígado y un mes después, 90 por ciento del plomo restante
en los huesos.
Eso trae a colación el tema del almacenamiento. Algunas
sustancias presentan afinidades a ciertos tejidos o componentes tisulares. El almacenamiento a menudo ocurre cuando la tasa de absorción de una sustancia es mayor que su
tasa de metabolismo o excreción. El siguiente cuadro indica
en qué momento diversas sustancias químicas tienden a acumularse en el cuerpo y dónde tienden a ejercer sus efectos
tóxicos.
Un lugar de almacenamiento puede o no ser el lugar donde
ocurre la acción tóxica. Si no lo es, el almacenamiento se
puede considerar un mecanismo protector, porque generalmente cuando un contaminante circula libremente origina
Toxicología ambiental • 3-17
Cuadro 3-1. Acumulación de sustancias químicas en el cuerpo
Sustancia química
Lugar de
almacenamiento
Zonas principales
de toxicidad
Cadmio
Monóxido de carbono
DDT
Dieldrín (insecticida)
Fluoruro
Plomo
Paraquat
Estroncio
Riñones, tejido
Sangre
Sangre
Grasa
Hueso
Hueso
Pulmón
Hueso
Riñones, pulmones
Sangre
Tejidos nerviosos
Desconocidas
Hueso
Tejidos blandos
Pulmón
Hueso
los efectos más perjudiciales. Las sustancias químicas almacenadas pueden permanecer en el cuerpo durante años sin
efecto adverso evidente (por ejemplo, el DDT), o bien su
acumulación puede producir efectos adversos de desarrollo
lento, como la intoxicación crónica por cadmio.
Metabolismo (biotransformación)
El metabolismo también se conoce
como biotransformación.
El tercer proceso de la secuencia ADME, el metabolismo,
también es conocido —quizá más descriptivamente— como
biotransformación. Comprende la suma de los procesos
por los cuales un organismo vivo somete a una sustancia
extraña a un cambio químico. La biotransformación de
sustancias tóxicas en el cuerpo busca que las sustancias
lipofílicas sean más hidrofílicas o solubles en agua. Los
seres humanos cuentan con un arsenal variado de procesos
enzimáticos que promueven esta conversión beneficiosa,
que ayuda a la excreción de las sustancias nocivas.
Algunos puntos básicos relacionados con la biotransformación son los siguientes:
El órgano principal de la
biotransformación es el hígado.
• El compuesto de origen se puede integrar o
descomponer para formar nuevos compuestos
llamados metabolitos.
• Los metabolitos pueden ser más o menos tóxicos
que el compuesto de origen.
• El órgano principal de la biotransformación es el
hígado; también ocurre, vía reacción enzimática, en
el plasma de la sangre, los riñones, los pulmones, el
aparato digestivo, la piel, las gónadas y la placenta.
3-18 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire
• Algunas sustancias químicas (por ejemplo, los insecticidas organoclorados como el DDT, ciertos herbicidas y diversos hidrocarburos poliaromáticos
[PAH, por sus siglas en inglés] como el benzopireno)
aumentan la cantidad y actividad de las enzimas
microsómicas. Como resultado, estos inductores químicos incrementan su propio metabolismo, lo cual
podría ser protector si dicho metabolismo fuera
destoxificante, pero podría ser perjudicial si el metabolismo aumentara la toxicidad (por ejemplo, el incremento de toxicidad del tetracloruro de carbono
que sigue a la inducción enzimática por el DDT).
• Algunas sustancias químicas (por ejemplo, los insecticidas organofosfatados, el tetracloruro de carbono, el ozono y el monóxido de carbono) inhiben
las enzimas microsómicas. Esta inhibición puede dar
lugar a la persistencia de alguna sustancia que, en
condiciones normales, se metabolizaría.
Excreción
Las sustancias pueden salir del cuerpo o excretarse de
diferentes maneras. Las cantidades reducidas de sustancias
se pueden eliminar mediante las secreciones de sudor,
lágrimas, saliva y leche; sin embargo, así como la piel es
una vía insignificante de absorción, las mencionadas
secreciones constituyen vías menores para la excreción de
sustancias tóxicas.
Una vía algo más significativa son los pulmones, que
constituyen la vía principal de eliminación para las sustancias
que se encuentran en forma gaseosa a la temperatura del
cuerpo. El tetracloruro de carbono, incluso cuando se ingiere
en forma líquida, se puede excretar parcialmente por los
pulmones bajo la forma de vapor.
Como se mencionó anteriormente, el hígado se encuentra
en primera línea en la eliminación de las sustancias tóxicas
porque procesa toda la sangre que proviene directamente
del intestino delgado. Los tóxicos se pueden secretar en la
bilis dentro del intestino delgado para eliminarse en las
heces. Esta es la vía primaria de excreción para muchos
metales traza como el cadmio, el mercurio y el plomo, y
para ciertas moléculas grandes, como los plaguicidas.
Toxicología ambiental • 3-19
Los riñones son los órganos
principales para la remoción de
las sustancias tóxicas de la
sangre.
Los riñones son los órganos principales en la remoción de
las sustancias tóxicas del torrente sanguíneo. El proceso
comprende la filtración, la difusión y la secreción activa, al
igual que con el procesamiento de los productos finales del
metabolismo. Como hemos visto, generalmente la biotransformación convierte los tóxicos en sustancias más solubles
en agua, las cuales no tienden a reabsorberse y son más
fácilmente excretables por los riñones.
10. ¿Cierto o falso? Un lugar de almacenamiento para una sustancia química no puede
ser una zona de acción tóxica para ella.
11. El órgano principal de la biotransformación es __________.
12. La mayoría de sustancias tóxicas es removida del torrente sanguíneo por __________.
Clasificación de los contaminantes
tóxicos del aire según su tipo
químico
En la lección 2, aprendimos cómo diferenciar los
contaminantes tóxicos del aire por sus efectos adversos,
que van desde la irritación hasta la mutación. Esta sección
presenta un esquema de clasificación basado en el tipo
químico.
Respecto a las sustancias que originan efectos adversos en
la salud, es importante recordar que una sustancia química
no tiene que estar en forma gaseosa para originar un
problema de salud como un contaminante tóxico del aire.
Las partículas sólidas pequeñas, las neblinas y los vapores
pueden ser fácilmente absorbidos a través del tracto
respiratorio o aparato digestivo.
En general, todos los compuestos orgánicos de nitrógeno,
azufre, fósforo y los halógenos (excepto los fluorocarburos)
son potencialmente tóxicos para los seres humanos. Muchos compuestos inorgánicos de estas sustancias químicas
también pueden ser tóxicos. Asimismo, los metales pesados
son tóxicos virtualmente en cualquier forma inhalable. De
los metales, solo el mercurio y el selenio ocurren en concentraciones cuantificables como gases, pero muchos procesos industriales liberan en el aire diversos metales
particulados.
3-20 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire
El cuadro 3-2 presenta diversas categorías químicas para
las sustancias tóxicas del aire. Obviamente, no es una lista
exhaustiva pero sí identifica y clasifica muchas de las
sustancias químicas más tóxicas. Debe notarse que las
categorías presentadas no necesariamente se excluyen
mutuamente. El tetracloruro de carbono, por ejemplo, es
un compuesto orgánico y también un compuesto de halógeno.
Las partículas sólidas pequeñas,
las neblinas y vapores, así como
los gases, pueden inhalarse y
originar efectos tóxicos.
En la lección 2 revisamos los efectos adversos en la salud
que estas sustancias tóxicas pueden originar. En la lección
6, estudiaremos más acerca de las fuentes características de
estas sustancias químicas.
Cuadro 3-2. Clasificación química de las sustancias tóxicas del aire
Categoría
Ejemplos
Metales pesados y sus compuestos
Arsénico, berilio, cadmio, plomo, mercurio, níquel,
selenio, óxido de zinc
Minerales de silicato
Asbesto
Compuestos de halógeno
Dioxinas, ácido clorhídrico, fluoruro de hidrógeno,
fosgeno, cloruro de vinilo, tetracloruro de carbono
Compuestos de nitrógeno
Aminas, amoniaco, cianuro, nitratos, óxido nítrico,
nitritos, urea
Compuestos orgánicos
Aldehídos (por ejemplo, acroleína, formaldehído)
Alcoholes alifáticos (por ejemplo, alcohol etílico,
metanol)
Hidrocarburos aromáticos (por ejemplo, benceno)
Disulfuro de carbono
Hidrocarburos alifáticos clorados (por ejemplo,
tetracloruro de carbono y cloroformo)
Glicoles
Compuestos de fósforo orgánico (por ejemplo, varios
plaguicidas)
Compuestos de azufre
Disulfuro de carbono, sulfuro de hidrógeno,
mercaptanos, sulfatos, sulfitos, ácido sulfúrico
Compuestos radiactivos
Actinios (por ejemplo, plutonio y uranio)
Elementos de tierra alcalina (por ejemplo, radio y
estroncio)
Yodo
Lantánidos (por ejemplo, cerio)
Radón y sus productos radiactivos sólidos (radon
daughters)
Tritio
Toxicología ambiental • 3-21
13. ¿Cierto o falso? En general, los halógenos son
peligrosos para los seres humanos expuestos a ellos.
Respuestas a las preguntas de autoevaluación
1. La piel, los ojos, la inhalación, la ingesta.
2. a
3. b
4. Falso.
5. b
6. c
7. a
8. Los pulmones o las vías respiratorias; los intestinos
o el aparato digestivo.
9. En el aparato digestivo.
10. Falso.
11. El hígado.
12. Los riñones.
13. Cierto.
3-22 • Introducción a la toxicología de la contaminación del aire