Contaminación atmosférica: toxicología respiratoria. Dra. María Cano Abad Departamento de Farmacología Facultad de Medicina UAM

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1 Contaminación atmosférica: toxicología respiratoria Dra. María Cano Abad Departamento de Farmacología Facultad de Medicina UAM

2 Prehistoria

3 Antigua Roma El filosofo romano Seneca 61 A.D. escribió: Tan pronto como salí del pesado aire de Roma, del hedor de sus chimeneas, de los pestilentes vapores de los vertidos y del hollín Sentí una alteración en mi interior

4 Revolución industrial La combustión de combustibles fósiles: carbón Aumento la contaminación atmosférica por sulfatos Menos tolerancia en humanos a respirar el hollín ácido Corrosión de las superficies en contacto con el aire sulfato Hasta el primer desastre en Londres en 1952 por el smog

5 Primeras normativas para prevenir vertidos a la atmósfera La Ley del Aire Limpio (Clean Air Act) de 1970 identificó un conjunto específico de contaminantes tóxicos que son comunes en el aire ambiental: los contaminantes criterio. En 1990 se creó un nuevo conjunto de contaminantes tóxicos del aire cuando se enmendó la Ley del Aire Limpio. Las Enmiendas de la Ley del Aire Limpio de 1990 identificaron 189 contaminantes peligrosos del aire, que deben regularse para proteger la salud humana. Proteger de los contaminantes nocivos del aire: O 3 SO 2, oxido de sulfuro partículas en suspensión NO 2, dióxido de nitrógeno CO, monóxido de carbono Pb, plomo Hidrocarburos

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9 Medición y valoración de los efectos adversos en la salud A fin de reglamentar los contaminantes del aire nocivos para los seres humanos, se requiere conocer los niveles críticos de tales sustancias tóxicas. El uso de los datos toxicológicos provenientes de estudios realizados en animales para reglamentar las exposiciones humanas reales a sustancias tóxicas implica tres extrapolaciones problemáticas: del animal al ser humano del laboratorio a la vida real de una dosis alta a una dosis baja No hay ninguna garantía de que los datos recogidos a partir de animales en un ambiente controlado sean válidos para los seres humanos en el mundo real.

10 Composición del aire El aire es uno de los factores determinantes de la vida en la tierra Diariamente nuestros pulmones filtran 15 kg de aire atmosférico al díad Aire está compuesto por: N 2 Nitrógeno 78,1% Oxígeno (0 2 ) 21% Argón (Ar) 0,9% Dióxido de carbono (C0 2 ) 330 ppmv (partes por millón en volumen) Neón (Ne) 18 ppmv Helio (He) 5 ppmv Metano (CH 4 ) 1,5 ppmv Otros en concentraciones menores que 1,0 ppmv

11 Sustancias tóxicas atmosféricas Provienen de las emisiones de la actividad humana 1.Consumo de combustibles fósiles: petróleo, gasolina, gasoil, carbón 2.Actividad industrial: industria metalúrgica, papel 3. Contaminación de los hogares aerosoles, (clorofluorocarbonos-cfc), disolventes 4. Incineración de basura

12 Sustancias tóxicas atmosféricas Derivados de carbono. Monóxido de carbono. COx Óxidos de Nitrógeno NOx Ozono O 3 Óxidos de azufre SOx Smog Sustancias volátiles: ácidos solventes catalizadores Pb (catalizador en gasolinas) clorofluorocarbonos Materia particulada: modifica la entrada de luz solar altera la visibilidad

13 Sustancias tóxicas atmosféricas Monóxido de carbono COx El CO es un gas no irritante, incoloro, inodoro, insípido y tóxico Origen humano: combustión incompleta materia orgánica: madera, carbón y petróleo en una atmósfera con insuficiencia de oxígeno su concentración promedio en la atmósfera es de 0.1 ppm Pero puede alcanzar hasta 115 ppm en colapso de tráfico Origen natural: volcanes, pantanos, minas de carbón 2 C O > 2 CO

14 Efecto sobre la salud: Sustancias tóxicas atmosféricas El CO es tóxico por su capacidad para combinarse con la hemoglobina (Hb) =carboxihemoglobina (COHb) El CO y O 2 compiten por el mismo grupo funcional de la hemoglobina. La afinidad química de la Hb por el CO es 220 veces mayor que por el O 2 La COHb es disociable totalmente el CO se excreta por los pulmones CO O 2 Hb <=====> O 2 COHb. El grado de toxicidad del CO depende de la concentración y del tiempo de exposición NIVEL (ppm) EFECTO FISIOLÓGICO 200/ 3 horas Dolor de cabeza 500 /1 hora Mareos, zumbido de oídos, náuseas, palpitaciones 1 500/hora Sumamente peligroso para la vida Colapso, inconsciencia, muerte

15 Sustancias tóxicas atmosféricas Óxidos de Nitrógeno NO x Ozono O 3 Origen: combustión carbón, gasolina y otros combustibles El NO 2 puede irritar los pulmones y predispone a contraer infecciones respiratorias Los óxidos de nitrógeno (NO x ) son importantes contribuyentes de la lluvia ácida CARACTERÍSTICAS DEL GAS: INCOLORO (en grandes concentraciones es café pardo) PRODUCE: irritación en los ojos, nariz y garganta. La exposición prolongada o crónica produce lesiones pulmonares PUEDE PERMANECER EN EL MEDIO HASTA 3 AÑOS

16 Sustancias tóxicas atmosféricas Ozono O 3 Origen: de la industria y vehículos Reacción que genera el ozono perjudicial: NO 2 (G) hv (radiación solar) > NO (G) O (G) O (G) O 2 (G) > O 3 (G) Es un oxidante fuerte Efecto sobre la salud: irritación del tracto respiratorio dolor de pecho tos incapacidad para respirar profundamente propensión a infecciones pulmonares La concentración máxima permisible de ozono es de 0.1 ppm/8h

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19 Óxidos de azufre: SO x ; Smog Origen: industria la metalúrgicas fundición de metales, combustión de carbón Smog deriva del inglés smog (humo) y fog (niebla). Es contaminación visible Mezcla de humos: combustión del carbón + SO x + vapor de agua En 1952, en Londres, el smog + óxidos de azufre + partículas de hollín provocó la muerte de 4000 personas. El SO 2 es un gas incoloro y con sabor ácido picante Es percibido en concentraciones de 3 ppm (0.003 %) a 5 ppm (0.005 %) Niveles 20 ppm produce irritación en ojos, nariz, garganta, crisis asmáticas Los óxidos de azufre tienen un período de residencia de 3 ó 4 días en la atmósfera Los SOx, es causa directa de la lluvia ácida SO 3 + H 2 O -----> H 2 SO 4

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21 ph de las precipitaciones en los EEUU (año 2000).

22 QUÉ EFECTOS PRODUCEN? La deposición ácida ha acelerado la perdida de cationes, tales como el Ca 2+, Mg 2+, K +, empobreciendo por tanto el suelo en nutrientes. Se ha perdido la capacidad de neutralizar más componentes ácidos Efectos sobre los suelo:

23 Efectos sobre los arboles La figura muestra algunas efectos de la acidez sobre los árboles: Pérdida de nutrientes Movilización del Aluminio Descalcificación de hojas y membranas. Debilidad del árbol frente a plagas

24 Efectos sobre los ecosistemas acuáticos La creciente acidificación de los lagos ha causado la muerte de peces y el agotamiento de las reservas. Los efectos negativos se han atribuido a disminuciones repentinas del ph. Acidez prolongada que obstaculiza la reproducción y el desove Descenso en el numero y especies de microorganismos.

25 Gráfica que muestra la tolerancia a la acidez de algunas especies

26 Mapa de deposición de Azufre Fuente : EMEP, modelo Euleriano: unidades: mg/m 2 /año

27 Mapa de deposición de NOx para 1999, Fuente : EMEP, modelo Euleriano: unidades: mg/m 2 /año

28 Mapa de deposición de NH3 Fuente : EMEP, modelo Euleriano: unidades: mg/m 2 /año

29 Sustancias tóxicas atmosféricas Materia particulada modifica la entrada de luz solar altera la visibilidad Origen: fuentes naturales o actividades humanas (combustión de carbón, industria) Tipos: calcio, aluminio, sulfato de amonio, metales pesados Efectos sobre la salud: agravan condiciones respiratorias: asma, bronquitis Polvo de Asbestos: es silicato de magnesio. Se utiliza en la construcción como aislante Efectos sobre la salud: produce asbestosis, cáncer bronquial

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32 Radioactividad Accidente nuclear de Chernobil Nube radiactiva Efectos sobre la salud humana: mutagénesis y teratogénesis

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37 PATOLOGÍAS TÓXICAS DE LA FUNCIÓN PULMONAR El pulmón es diana de xenobioticos de procedencia variada: 1. Vía de entrada de: gases: CO 2, O 2, CO sustancias liposolubles: éter, benceno, etanol irritantes: NH 4, alógenos, SO x, NO x 2. Contacto con sustancias que circulan en sangre: paraquat (herbicida), metabolitos xenobioticos

38 ANATOMIA DEL SISTEMA RESPIRATORIO Nariz Traquea Árbol bronquial Bronquiolos Alvéolos y sacos alveolares: contienen dipalmitato de lecitina, es un tensoactivo, que evita la fusión de las paredes alveolares. Detergentes, hidrocarburos y aceites destruyen dicho tensoactivo = neumonitis lipídica disminución de la capacidad respiratoria Todo el árbol respiratorio menos bronquiolos y alvéolos posee epitelio ciliado vibrátil

39 ANATOMIA DEL ALVEOLO El epitelio está formado por tres tipos de células: -neumocitos tipo I, pequeños y abundantes -neumocitos tipo II, grandes y redondeados -neumocitos tipo III Proteína insoluble: colágeno, elastina, proteoglicanos Fagocitos: defensa Células contráctiles Fibroblastos Células Clara: actividad secretora y metabólica. El pulmón es un órgano detoxificante parecido al hígado, debido a que está en contacto constantemente con xenobioticos.

40 Defensa física pulmonar Donde? -Traquea -Grandes bronquios Moco escalador: se secreta en glándulas situadas en la traquea y grandes bronquios. Sustancias irritantes: NH 3, SOx, O 3, aumentan la secreción de moco Células ciliadas: arrastran partículas extrañas y macrófagos al exterior

41 Lesiones tóxicas pulmonares 1. Afectan a vías aéreas: irritante estimula el nervio vago y se produce una fuerte constricción por ejemplo asma Bronquios/bronquiolos: tóxicos SO 2 : aumenta la secreción de moco con mayor densidad = dificultad respiratoria con broncoconstricción. Sustancias ciliotóxicas: SOx, NOx, formaldehído, tabaco poseen acción oxidante fuerte dañando los cilios, en consecuencia no capacidad de expulsión de partículas extrañas. 2. Afectan al tejido pulmonar alveolitis irritativas, producidas por: ClH, O 3, son oxidantes fuertes, producen pequeños agujeros en la membrana epitelial, originando paso de liquido de la sangre y en consecuencia EDEMA-FIBROSIS.

42 ASMA Dificultad respiratoria por constricción de la musculatura bronquial ASMA IRRITATIVA Producida por: gases, vapores, aerosoles cosméticos Provocan reflejo vagal = Ach = contracción musculatura lisa bronquial ASMA ALERGICA además se pone en marcha el sistema inmune: vasodilatación, rinitis, broncoespasmo, edema, moco, infiltración de eosinófilos

43 FIBROSIS Asociado con inhalación crónica de polvo de sílice, asbestos. Los procesos fibróticos generan un grupo de enfermedades intersticiales denominadas enfermedades profesionales (neumoconiosis) Fibra asbestos aluminio sílice Enfermedad asbestosis aluminosis silicosis la partícula extraña se aísla con colágeno. Aumenta la pared alveolar y en consecuencia se pierde superficie de intercambio de gases.

44 ENFISEMA Se produce por bronconeumopatias crónicas obstructivas. Consiste en la aparición de espacios aéreos por dilatación de los alvéolos. Destrucción de la pared del alveolo Causa: por la inhalación de gases tóxicos crónicamente tabaco El tabaco es un irritante atrae a los macrófagos fagocitos alveolares aumenta la elastasa = come pared el tejido conectivo alveolar desaparece

45 CANCER Asociado con fumar tabaco e inhalación de fibras de asbestos, metales: arsénico, berilio, cromo y cadmio. Mecanismo: daño al ADN por especies reactivas de oxigeno y otros radicales libres

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