La Naturaleza

La materia orgnica del suelo consiste de plantas parcialmente degradadas,organismos microscpicos y humus, resultante de la accin de hongos y bacteriassobre los materiales lignocelulsicos.

VEGETACIN

HORIZONTE A

HORIZONTE B

HORIZONTE C

ROCA MADRE

FIGURA 3.12: PERFIL ESQUEMTICO DE UN SUELO

Erosin de suelos

La erosin es un proceso natural donde la accin del viento, el agua y otrosagentes metericos, tiende a modificar el relieve estructural y, finalmente, a destruirlo. El agente principal de erosin es el agua corriente, debido a su altacapacidad como solvente, como medio para transporte de material de energa.Los factores que condicionan la erosin son:

El clima, ya que determina las cantidades de agua que circulan por el suelo,as como los regmenes de viento.

Las condiciones estructurales de un terreno, que fijan las pendientes e influyen sobre la direccin de escurrimiento del agua.

La naturaleza de las rocas sobre las que ejerce la accin, el agua y el aire.

INTRODUCCIN A LA INGENIERA AMBIENTAL PARA LA INDUSTRIA DE PROCESOSC. A. ZAROR Z.

3-49

La erosin del suelo genera una reduccin de su capacidad productiva potencial,ya que se elimina el soporte que permite la supervivencia de las comunidadesbiticas terrestres. Generalmente, los suelos comienzan a erosionarse debido a la eliminacin de su cubierta vegetal protectora, como resultado de procesosnaturales o acciones humanas (incendios forestales, tala abusiva, deforestacinintencional, pastoreo abusivo, agotamiento y abandono de tierras agrcolas,actividades industriales y mineras, etc.). La recuperacin de un suelo erosionado,es difcil y lenta, requiriendo cientos o miles de aos para que se formen unospocos centmetros de suelo. En este sentido, la reforestacin intensiva de reaserosionadas ha demostrado ser muy efectiva para detener los procesos erosivos y recuperar terrenos improductivos.

TABLA 3.9: TIPOS DE SUELOS DE ACUERDO A SUS CARACTERSTICAS

TIPO DE SUELO CARACTERSTICAS

Podzol Abundante material vegetal en el horizonte A, arenoso y cido, con alto predominio de humus (color oscuro). El horizonte B es rico en material coloidal, que son arrastradoshacia las zonas profundas. Caracterstico de climas fros y hmedos.

Chernozen El horizonte A es rico en humus y en xidos de fierro (colorpardo-amarillo). El horizonte B contiene carbonato de calcio.Caracterstico de regiones hmedas con veranos clidos.

Lateritas El horizonte A es casi inexistente, mientras que el horizonte Btiene un alto contenido de xidos de fierro y alumina (color rojizo). Caracterstico de regiones tropicales de clima clido y hmedo.

Suelosdesrticos

El horizonte A es de color gris claro. El horizonte B contienedepsitos de carbonato de calcio. Caracterstico de regionescon clima desrtico.


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TABLA 3.10: CAPACIDAD DE USO DEL SUELO(*)

CLASE DE SUELO CARACTERSTICAS Y USO RECOMENDADO

I

Suelos profundos, fciles de trabajar, casi planos; sinescurrimiento superficial; sin riesgos para cultivos. Se requiere uso de fertilizantes, cubiertas de residuos y rotacin de cultivos para mantener la fertilidad y estructura del suelo.

II

Suelos productivos de pendientes y profundidadmoderadas; ocasional escurrimiento superficial; puedenrequerir drenaje; moderado riesgo de daos cuandoson cultivados; uso de rotaciones; prcticas especialesde cultivos para controlar erosin.

IIISuelos de moderada fertilidad sobre pendientesmoderadas, sujetos a erosin ms severa; sujetos aseveros riesgos de daos por lo que se debe manteneruna adecuada cobertura vegetal.

IVBuenos suelos de pendientes fuertes, sujetos a severaerosin; severos riesgos de daos por lo que deben sercultivados slo ocasionalmente

V

Tierras muy pedregosas para cultivos; sujetas a erosinsuave con manejo apropiado; podran ser usadas parapraderas o forestal, pero el pastoreo debe ser reguladopara prevenir que la cobertura vegetal sea destruida.

VISuelos delgados sobre pendientes fuertes; uso depastoreo o forestal; pastoreo debe ser regulado. Si la cobertura forestal es destruida, el uso debe ser restringido hasta que sea restablecida.

VIIPendientes fuertes, suelos erosionables y delgados;tambin incluye tierras pantanosas; severo riesgo dedaos cuando es usada para pastoreo o forestal; sedebe aplicar manejo forestal o pastoril estricto.

VIIIPendientes muy fuertes; reserva para vida silvestre, recreacin limitada y conservacin de cuencashidrogrficas.

(*) Sistema del U.S. Department of Agriculture (EEUU)


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3.3.2) Contaminacin de Suelos

Los residuos depositados o abandonados en el suelo presentan diferentescaractersticas fsicas y qumicas. Ms an, los residuos se pueden encontrarubicados sobre la superficie del suelo o enterrados bajo tierra. Una vez depositados en el suelo, los residuos estn sujetos a transformaciones, debido alos procesos fsicos, qumicos y biolgicos naturales, lo que puede facilitar sutransporte, dependiendo de las caractersticas de los contaminantes primarios ysecundarios, y de las caractersticas geoqumicas del medio.

A continuacin se describen algunos de los principales contaminantes primariosdel suelo, derivados de la actividad humana.

Residuos Orgnicos Biodegradables

Incluyen una amplia gama de residuos derivados de la actividad domstica o deactividades similares donde no se generen compuestos txicos. Contienen restosde alimentos y otros materiales de origen animal y vegetal. Los compuestosslidos biodegradables pueden sufrir degradacin anaerbica, debido a la accinde microorganismos, bajo condiciones de pH, temperatura y humedad adecuadas,generando compuestos voltiles, lquidos orgnicos e inorgnicos y humus.

Residuos Peligrosos

Frecuentemente, provienen de fuentes industriales, hospitales, laboratoriosqumicos y bioqumicos, agrcolas y forestales. Incluyen compuestos slidos,lquidos y gaseosos (presentes en contenedores) desechados en el suelo, cuyacomposicin qumica, forma de disposicin y concentracin constituyen un peligropara la salud y seguridad de las personas y, adems, representan un potencial dedao ambiental significativo. El rango de compuestos orgnicos e inorgnicos quecaen dentro de esta categora es amplsimo, y entre estos se encuentran,solventes orgnicos, biocidas, compuestos aromticos, compuestos halogenados,metales pesados, hidrocarburos, cianuros inorgnicos, isocianatos, agentespatgenos y otros agentes biolgicamente activos, etc.. Los peligros asociados aestos residuos se deben a sus propiedades qumicas, fsicas y biolgicas, que lesconfieren caractersticas de toxicidad, inflamabilidad, corrosividad y reactividad.En los pases industrializados existe una estricta legislacin para controlar la disposicin de estos residuos.

Residuos Estables:

Generalmente, se originan a partir de obras de demolicin, reparacin y construccin de viviendas y caminos, en la actividad domstica, en oficinas,comercio, y en algunas actividades industriales. Incluyen todos aquellosmateriales, slidos y lquidos, que presentan una alta estabilidad fsica y qumica,bajo las condiciones ambientales normales, tales como: desechos cermicos,ladrillos, madera, vidrios, mortero, restos de cables elctricos, restos de estructuras, papeles, cartones, plsticos, etc..


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3.3.3) Transporte de los Contaminantes en el Suelo

Por s mismo, el suelo no es un vector importante de dispersin de contaminantes,pero en combinacin con la accin del aire y del agua puede constituir unimportante foco de emisin de contaminacin.

La movilidad y destino final de los compuestos del suelo depende de variosfactores, entre los cuales destacan; la existencia, profundidad y direccin de escurrimiento de la napa fretica, la porosidad, la temperatura, la capacidad deadsorcin e intercambio inico de las partculas del suelo, el contenido de agua y aire, y la presencia de organismos vivos.

Si el residuo slido se mantiene en fase slida y pasa a formar parte integral de lamatriz del suelo, su movilidad ser similar a la del resto de las partculas del suelo.Sin embargo, aquellos contaminante primarios y secundarios que estn en faselquida o que sean voltiles bajo las condiciones ambientales, podrn sertransportados fcilmente por el agua y el aire:

Los contaminantes solubles en agua presentes en el suelo son transportadossuperficialmente por las aguas lluvia hacia los ros, lagos y el mar, o se infiltranhacia el interior del suelo hasta, eventualmente, contaminar un acuferosubterrneo. Por ejemplo, los compuestos orgnicos de bajo peso molecular (cidos, alcoholes, aldehdos), generados por la actividad anaerbica sobreresiduos orgnicos biodegradables, son lixiviados por las aguas lluvia, constituyendo un importante foco de contaminacin acutica.

Aquellos contaminantes que sean voltiles, tales como hidrocarburos,compuestos orgnicos aromticos, mercaptanos, aminas voltiles, NH3, H2S yCH4 , pueden ser transferidos al aire y transportados hacia otros lugares. Lavolatilizacin es favorecida por condiciones de alta temperatura y fuertesvientos. Generalmente, los compuestos voltiles son contaminantessecundarios derivados de la actividad biolgica en el suelo o de procesosqumicos de fotooxidacin.

El transporte de los contaminantes en el aire y en medio fluvial ya fue descrito en secciones anteriores, por lo que no ser revisado aqu. A continuacin, seentregan antecedentes generales sobre el transporte de los contaminantesdisueltos en los acuferos subterrneos.

Transporte Va Aguas Subterrneas

Las aguas subterrneas son la mayor reserva de agua continental y una importante fuente de agua para consumo humano. Se originan debido a la infiltracin directa de las lluvias, o bien a partir de las aguas de lagos y ros queescurren a travs de grietas y poros de las rocas, hasta alcanzar un nivelimpermeable. La acumulacin de aguas subterrneas es altamente dependientede las caractersticas geolgicas (por ejemplo, rocas porosas o fracturadas que


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contienen agua) y se pueden distinguir diferentes tipos de acuferos :

Acuferos libres: consiste en una zona permeable saturada de agua, basadasobre un estrato impermeable. Sobre dicha zona existe una zona permeable nosaturada de agua, donde los poros y grietas contienen agua y aire. El agua en la superficie del acufero est a presin atmosfrica.

Acuferos confinados: la roca permeable saturada de agua queda confinadaentre dos capas impermeables, de modo que la presin del agua en la superficiedel acufero es mayor que la atmosfrica.

El transporte de contaminantes en las aguas subterrneas depende de lascondiciones de flujo del sistema. El flujo volumtrico de agua subterrnea, F , atravs de un rea transversal A, se puede modelar de acuerdo a la ley de Darcy:

dxdhAKF

donde K es la conductividad hidrulica (o coeficiente de conductividad) y dh/dx es el gradiente hidrulico. La conductividad hidrulica puede variar en varios rdenesde magnitud para diferentes tipos de materiales; algunos valores ilustrativos de Kse presentan a continuacin:

MATERIAL K (m/da) Arcilla 0,0004Arena 40Pedregoso 4.000Caliza densa 0,04Granito, cuarzo 0,0004

La velocidad a la cual se transporta un contaminante disuelto en un acufero, v, se puede estimar en base a la relacin de Darcy, tomando en consideracin laporosidad del medio (, fraccin de volumen de poros respecto del volumen total):

AFv

Sin embargo, en la realidad puede existir una significativa dispersin, debido a latortuosidad del medio poroso y a los efectos de la adsorcin del contaminante conla superficie de las partculas del suelo. Estos fenmenos son difciles de modelar,debido a su gran complejidad y a la naturaleza altamente heterognea del suelo.


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3.4) TOXICIDAD

Existe en la Naturaleza alguna substancia que no sea venenosa?Todas las substancias sor un veneno, y slo su dosis determina que no lo sean.

Desde que Paracelsus, a comienzos del siglo XVI, escribi su clebre frase,mucho hemos aprendido acerca de los efectos adversos sobre la salud, derivadosde la presencia de compuestos qumicos en el ambiente. Las plantas y animalesvenenosos han sido conocidos (y utilizados) por los seres humanos desdecomienzos de nuestra Historia.

En trminos simples, la toxicidad se puede definir como un trmino utilizado paradescribir el efecto daino de un compuesto qumico sobre un mecanismobiolgico. El estudio de estos efectos cae dentro del campo de la toxicologa. Enla actualidad, la toxicologa es una disciplina donde convergen principios de la fisiologa, la farmacologa, la bioqumica, la biologa molecular, la epidemiologa y los fenmenos de transporte. Ms an, su aplicacin al estudio de los efectossobre los ecosistemas naturales ha dado origen a la ecotoxicologa.

En esta seccin, revisaremos algunos de los conceptos bsicos que los ingenierosdeben conocer, en el contexto de la ingeniera ambiental.

Cuando un agente qumico ingresa al organismo, ste puede generar unarespuesta txica que se manifiesta fisiolgicamente de muchas formas: desde undolor de cabeza, mareo y vmito, hasta convulsiones y muerte. Tal respuestadepende, entre otros factores, de la naturaleza qumica del compuesto, de la rutade ingestin, del tiempo de exposicin, de la dosis efectiva, del individuo y de los rganos afectados.

Existen tres vas de ingestin a travs de las cuales los contaminantes puedentener acceso al organismo humano (ver Figura 3.13):

Va oral: a travs del tracto gastrointestinal (alimentos, bebidas). Va respiratoria: a travs del tracto respiratorio. Va drmica: a travs del contacto con la piel u otras superficies externas (ej.:

los ojos).

El ingreso de un contaminante al cuerpo humano es seguido por un conjunto deprocesos altamente complejos, donde ste se absorbe, se distribuye, sealmacena, se degrada y/o se elimina. Para producir algn efecto txico, el agentequmico o alguno de sus productos de transformacin, debe alcanzar un rganocon un nivel de concentracin y un tiempo de exposicin tales que puedan afectarsu funcionamiento.


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VA ORAL VARESPIRATORIA

SISTEMA SANGUNEO Y SISTEMA LINFTICO

SISTEMADIGESTIVO

EXCRECIN:

OrinaExhalacin

ExcrementosTranspiracin

ACUMULACIN:

GrasasHuesos

Otros rganos

VA DRMICA

CONTAMINANTES QUMICOS EN EL AMBIENTE

FIGURA 3.13: DESTINO DE LOS CONTAMINANTES EN EL SER HUMANO


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El hgado es un rgano particularmente vulnerable a los agentes txicos, ya quesu principal funcin es metabolizar las substancias que ingresan al organismo.Cabe mencionar adems, que ste recibe la mayor parte del flujo sanguneo. Los agentes qumicos que afectan el funcionamiento del hgado se denominanhepatoxinas, e incluyen un gran nmero de compuestos orgnicos e inorgnicos(ej.: tetracloruro de carbono, cloroformo, tricloroetileno, arsnico, manganeso,drogas, pesticidas, etc.). El rin es otro rgano expuesto al ataque txico, ya queacta como filtro sanguneo. Algunos agentes hemotxicos, tales como el monxido de carbono y los nitratos, afectan la capacidad de transporte de oxgenoen los glbulos rojos de la sangre; otros agentes, por ejemplo el benceno, puedenafectar la capacidad de cicatrizacin de la sangre.

Los mecanismos y la secuencia de acciones especficas que resultan en un efectotxico, son muy complejos y, en la mayora de los casos, no se conocentotalmente. Existe consenso de que el agente txico interacta con una molculao grupo de molculas (receptoras) de una clula del rgano afectado, alterandodrsticamente su funcin. Generalmente, el receptor es una enzima o algncomponente de la membrana celular o molcula intracelular (ej.: ADN).

3.4.1) Absorcin y distribucin en el cuerpo

Existen mltiples vas a travs de las cuales los contaminantes se distribuyen a travs del organismo. Una vez que el agente qumico ha ingresado al cuerpo,puede ser absorbido en el sistema sanguneo, a travs de las clulas que cubrenel tracto gastrointestinal, o los alvolos pulmonares, o los diferentes estratos de lapiel, mediante procesos similares a los que regulan el ingreso del oxgeno, y delos compuestos y elementos vitales. La absorcin celular puede ocurrir,principalmente, a travs de dos mecanismos alternativos:

Difusin simple: Los compuestos ingresan por difusin molecular, debido a un gradiente de potencial qumico (concentracin), a travs de la membranacelular. La velocidad de difusin depende del grado de ionizacin delcompuesto y de su solubilidad en agua y en lpidos, entre otros. Lassolubilidades en lpido y en agua entregan una medida de la facilidad con queel agente qumico se distribuir entre los tejidos grasos y en el sistemasanguneo/linftico. En la prctica, se utiliza como parmetro el coeficiente departicin entre octanol y agua. La composicin de la pared celular varadependiendo de las funciones de cada clula y, por lo tanto, algunas de ellaspermiten la fcil absorcin de un compuesto polar, mientras que otras son ms afines a compuestos no polares.

Transporte activo: Es un mecanismo de transporte a travs de la membranacelular, con mayores niveles de selectividad. Generalmente, involucra reacciones qumicas complejas entre el compuesto y molculas presentes enla membrana de la clula. Este tipo de mecanismos permite, por ejemplo,absorber selectivamente los azcares y otros compuestos nutritivos. Adems,algunos contaminantes son eliminados mediante esta clase de mecanismos.


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a) Almacenamiento

Una vez que los agentes txicos llegan a la corriente sangunea, estos se puedentransportar a travs de todo el cuerpo. As, los compuestos se distribuyenparcialmente en diferentes rganos y tejidos, en distintas proporciones. En estesentido, la polaridad y la afinidad entre la estructura qumica del contaminante y el tejido juegan un papel determinante. Por ejemplo, en el caso de aquelloscompuestos altamente solubles en lpidos, existe una mayor tendencia aalmacenarse en zonas donde existe materia grasa.

Los lugares de almacenamiento de agentes txicos ms importantes son:

Materia grasa, en el caso de contaminantes lipoflicos (ej.: compuestosorganoclorados).

Plasma sanguneo, en el caso de contaminantes afines a las protenas de lasangre (ej.: mercurio).

Huesos (ej.: plomo, radio, flor). Riones (ej.: cadmio).

En muchos casos, los compuestos almacenados pueden ser liberados hacia el resto del organismo, debido a cambios drsticos. Por ejemplo, el cambio de dieta,el estrs, el ejercicio fsico intenso, y otras actividades que consumen grasas,podran inducir una rpida liberacin del contaminante almacenado en lpidos,produciendo una reaccin txica.

b) Biotransformacin

Cuando un contaminante llega a un rgano y no se almacena all, pueden ocurrirdos eventos:

Biotransformacin: En el caso de rganos ricos en enzimas, elcontaminante es metabolizado, generando subproductos, algunos de loscuales pueden ser ms txicos que el contaminante original.

Ataque txico: El agente qumico forma un complejo con un receptor que deriva en la accin txica.

c) Eliminacin

El contaminante o alguno de los subproductos de su metabolizacin, pueden sereliminados a travs de la orina, la bilis, los excrementos, las secreciones o laexhalacin.

El efecto combinado de los procesos que tienen lugar una vez que el agente txicoes ingerido tiene como resultado neto una disminucin gradual de suconcentracin en el organismo. El estudio de la velocidad de estos procesos, sedenomina toxicocintica, y es un importante componente de la toxicologa.


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En general, un modelo toxicocintico se puede expresar como:

dtrCC t C 00donde rC representa la velocidad neta de eliminacin del contaminante, [C]0 y [C]son las concentraciones del contaminante a tiempo t = 0 y t = t, respectivamente,expresadas en mg o moles por unidad de volumen (litro de sangre) o por unidadde peso del individuo (kg).

La velocidad rC se basa en expresiones de pseudo-reacciones de orden cero,primer orden o segundo orden. Por ejemplo, el metabolismo del etanol se puedeaproximar a una reaccin de orden cero, mientras que la velocidad de eliminacinde metil mercurio generalmente se modela como un proceso de primer orden.

Los modelos toxicocinticos representan un enorme desafo, ya que se enfrentana la enorme complejidad del funcionamiento del cuerpo humano.

3.4.2) Clasificacin de las respuestas txicas

La respuesta txica de los compuestos se puede clasificar de acuerdo a su efectotxico final:

Efecto genotxico: Incluye a todas aquellas substancias qumicas quepueden producir alteraciones del ADN o de los cromosomas. Ello puedeproducir cncer en las clulas somticas (clulas de tejidos y rganos, noinvolucradas en la reproduccin), o cambios hereditarios (por efectos en lasclulas reproductoras). Estos efectos se ilustran en la Figura 3.14.

Efectos no genotxicos: Incluye todos los otros efectos que no tenganrelacin con cambios en el DNA o en los cromosomas.

Los compuestos que producen cncer se denominan cancergenos, mientras quelos que producen mutaciones se denominan mutagnicos. Aquellos compuestostxicos que tienen efectos adversos sobre el proceso de reproduccin, desde laconcepcin hasta el nacimiento, se denominan teratognicos (cuando afectan al embrin dentro de sus 3 primeros meses de vida) y fetognicos (cuando afectanel desarrollo del feto en las ltimas fases del embarazo).


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EXPOSICIN A COMPUESTO GENOTXICO

EVENTOMUTAGNICO

CNCER

CAMBIODOMINANTE O

RECESIVO

MUERTECELULAR

CLULA SOMTICA

TRANSMISIBLE A NUEVA

GENERACIN

CAMBIODOMINANTE O

RECESIVO

MUERTEFETAL

CLULAREPRODUCTIVA

FIGURA 3.14: EFECTOS GENOTXICOS


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Generalmente, los compuestos qumicos cancergenos tambin presentan efectosno cancergenos, dependiendo de la dosis, tiempo de exposicin y ruta deingestin. Por ejemplo:

El arsnico puede producir cncer pulmonar, pero tambin produce daoheptico, fibrosis pulmonar y dao neurolgico.

El plomo produce tumores en el rin, mientras que tambin es responsablede anemia, hipertensin, dao al cerebro y al rin, etc.

El benceno produce leucemia y afecta al feto en las mujeres embarazadas;tambin produce mareos, dolores de cabeza y anemia.

El cromo es responsable de cncer pulmonar, mientras que tambin producebronquitis, y dao al hgado y al rin.

Los hidrocarburos aromticos policclicos son reconocidos cancergenos(pulmn, estmago, piel), y tambin producen dermatitis y dao heptico.

La EPA norteamericana ha clasificado los compuestos cancergenos en 5 grupos (A a E), de acuerdo a la evidencia epidemiolgica acerca de su efectocancergeno. As, las substancias del Grupo A, son aquellas acerca de las cualesexiste suficiente evidencia de que producen cncer. Los grupos B y C incluyencompuestos para los cuales la evidencia an no es concluyente, mientras que D y E corresponden a aquellas substancias para las cuales no hay evidenciaadecuada.

Una de las formas ms utilizadas para clasificar los efectos txicos, se basa en eltiempo de respuesta de la manifestacin del efecto:

Toxicidad aguda o inmediata: Se refiere a una accin txica que semanifiesta inmediatamente despus de una exposicin nica. Por ejemplo,una dosis letal de dioxina puede resultar en muerte dentro de unos pocosminutos.

Toxicidad crnica o retardada: El efecto txico se manifiesta despus de unperodo de latencia muy largo.

En este contexto, se utiliza el siguiente criterio para clasificar el perodo deexposicin en los seres humanos:

Exposicin aguda: 1 da Exposicin sub-aguda: 10 das Exposicin sub-crnica: 2 semanas a 7 aos Exposicin crnica: sobre 7 aos


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En muchos casos, el efecto agudo puede ser reversible; sin embargo, es necesario sealar que una exposicin aguda puede generar efectos toxicolgicosretardados o enfermedades crnicas. Por ejemplo, una exposicin aguda a uncompuesto txico que afecte el sistema nervioso central genera en la mayora delos casos, un dao irreversible, debido a la baja o nula capacidad de regeneracinde dichos tejidos.

3.4.3) Modelos Dosis-Respuesta

En general, mientras mayor sea la dosis, ms severa ser la respuesta txica.Ello se debe a que, a mayores dosis y tiempos de exposicin, mayor ser elnmero de complejos formados entre el agente txico y el receptor.

Los estudios toxicolgicos permiten correlacionar la respuesta txica con la dosis ytiempo de exposicin. La respuesta txica no slo depende de la dosis y tiempode exposicin, sino que de las caractersticas de salud y de la historia de cadaindividuo de la poblacin evaluada, de su sexo, de su edad, etc.. Dada la fuertenaturaleza aleatoria del fenmeno, los modelos dosis-respuesta deben serutilizados con cautela, ya que dependen fuertemente de la calidad estadstica delos datos.

Existen muchos estudios basados en datos epidemiolgicos, donde se mide larespuesta en seres humanos expuestos a los agentes qumicos estudiados.Desgraciadamente, resulta difcil controlar totalmente las condiciones de talesensayos, y los resultados estn sujetos a un alto nivel de incertidumbre.Generalmente, se utilizan datos obtenidos a partir de experimentos controlados,con diversos tipos de animales (pequeos mamferos, peces, crustceos, etc.). Laseleccin del organismo para efectuar los estudios de toxicidad es un paso crtico, ya que se requiere un organismo que permita establecer una conexin con losefectos txicos sobre el ser humano. Generalmente, se utilizan primates, ratas,conejos, ratones y conejillos de indias.

La tpica relacin entre dosis y respuesta para estudios sobre toxicidad aguda seilustra en la Figura 3.15. Los estudios para determinar la relacin dosisrespuestarequieren primeramente seleccionar la respuesta txica que se desea evaluar.Por ejemplo:

Porcentaje de mortalidad. Numero de rganos seleccionados daados. Numero de tumores cancerosos. Contenido de biomarcador (compuesto generado por accin del agente

txico).

La dosis de agente txico se expresa, normalmente, como mg por unidad de pesodel espcimen (mg/kg). Generalmente, los estudios de toxicidad agudaconsideran un tiempo de exposicin de 4 das. En el caso de peces o crustceos,la dosis es muy difcil de estimar, por lo que se reemplaza por la concentracin decontaminante en el medio acutico utilizado para el ensayo. Tpicamente,


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exponen muestras poblacionales a diferentes dosis (o concentraciones), durante eltiempo de duracin del ensayo. Al final de ste, se determina la dosis (LD50) (oconcentracin, LC50) a la cual ocurre una mortalidad de 50% de los especmenesensayados, previo descuento de la mortalidad natural en un medio carente delagente txico (i.e. control).

50%

LD50 DOSIS (mg/kg) o o LC50 CONCENTRACIN (mg/l)

100%

MORTALIDAD DEESPECIMENES

FIGURA 3.15: RELACIN DOSIS RESPUESTA . ENSAYOS DE TOXICIDAD AGUDA.


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La tabla siguiente muestra datos tpicos de LD50 realizados con ratas, durante untiempo de exposicin de 4 das:

TABLA 3.11: TOXICIDAD AGUDA. VA ORAL EN RATAS. LD50SUBSTANCIA LD50 (mg/kg)

Etanol 13.000Sal comn 3.800Aspirina 1.500Lindano 100-300Fluoruro de sodio 200DDT 110Nicotina 50-60Arseniato de sodio 40Paratin 2Dioxina (TCDD) 0,02-0,05

Los efectos txicos varan significativamente entre diferentes especies, inclusopara tamaos, edades y pesos equivalentes. A modo de ejemplo, la toxicidad dela dioxina evaluada utilizando 3 especies diferentes:

TABLA 3.12: TOXICIDAD AGUDA DE LA DIOXINA (TCDD). VA ORALUTILIZANDO ESPECIES DIFERENTES. LD50.

ESPCIMEN LD50 (mg/kg)Conejillo de indias 0,001Rata Long-Evans 0,03Rata Han/Wistar > 3

Los valores de dosis letal asociada a una substancia permiten clasificar sutoxicidad aguda de acuerdo a los siguientes criterios:

No txica: Mayor que 15.000 (mg/kg)Levemente txica: 5.000-15.000 (mg/kg)Moderadamente txica: 500-5,000 (mg/kg)Muy txica: 50-500 (mg/kg)Extremadamente txica: 5-50 (mg/kg)Super txico: Menor que 5 (mg/kg)

En la actualidad, se utiliza un conjunto de otros ensayos para evaluar efectos msespecficos sobre funciones metablicas y aspectos toxicocinticos.

En el caso de compuestos no cancergenos, es importante sealar que existe unumbral bajo el cual los efectos txicos no son observables. Cuando el agentetxico ataca una clula, puede que su nivel de concentracin sea muy bajo, y sloalgunas unidades enzimticas sean afectadas, sin que ello tenga consecuenciaspara el funcionamiento de toda la estructura. Ms an, puede que el daocausado sea reparable por parte de los mecanismos existentes en el organismoafectado. Sin embargo, cuando una fraccin significativa de unidades es afectada,


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el efecto txico se manifestar en el organismo. Por ejemplo, el tetracloruro decarbono produce dao en los tejidos del hgado; sin embargo, si dicho ataque es limitado las clulas hepticas pueden seguir funcionando satisfactoriamente, hastaque eventualmente, sean reparadas. Si dicho ataque es ms severo, debido amayores dosis de tetracloruro de carbono, el hgado presenta serias deficiencias, yse pueden producir daos irreversibles. Es importante, por lo tanto, mantener lasdosis de substancias txicas por debajo de sus valores umbral. Existenrecomendaciones basadas en estudios toxicolgicos que establecen dosis diariasaceptables para diferentes substancias cuyo efecto txico es reconocido. Estosvalores incluyen un factor de seguridad de 100, para compensar por lasincertidumbres asociadas a la sensibilidad individual y a las diferencias entre el serhumano y las especies ensayadas.

Existen numerosas bases de datos sobre indicadores toxicolgicos, publicadas y actualizadas peridicamente por la OMS, la Food and Agricultural Organization(FAO) y la EPA norteamericana, entre otros. Se recomienda consultar la base de datos IRIS (Integrated Risk Information System).

En el caso de compuestos cancergenos, se ha desarrollado diferentes modelosmatemticos que relacionan la probabilidad de ocurrencia de cncer y la dosiscrnica diaria (DCD). Esta ltima se expresa como (mg/kg/da), es decir, comocantidad de contaminante ingerido diariamente por unidad de peso del individuo.La DCD representa un valor promedio diario que cubre todo el ciclo de vida delindividuo.

El cncer se define como una masa de tejido anormal, cuyo crecimiento excede elde los tejidos normales y persiste, an cuando el estmulo que gener tal cambiohaya cesado. En otras palabras, el cncer es una enfermedad caracterizada poruna anormalidad celular, en la cual una clula normal se altera y divide sin ningncontrol. La diferencia ms importante entre un tumor benigno y uno maligno,radica en que ste ltimo invade las estructuras cercanas y se propaga a sitiosms distantes (metstasis).

Un modelo altamente simplificado supone una relacin lineal entre la probabilidad(PC) de adquirir cncer durante el ciclo de vida, y la DCD:

PC = fP DCD

donde el factor de proporcionalidad, fP , se denomina factor de potencia, y depende tanto del tipo de agente txico, como de la va de ingestin. La Tabla3.13 muestra algunos valores de factor de potencia, para compuestoscancergenos reconocidos.

Acumulacin en la Cadena Trfica

Es importante considerar la distribucin de un contaminante vertido al ambiente, alo largo de la cadena trfica. Tal como se mencion en secciones anteriores,algunos contaminantes son persistentes, y tienden a acumularse en los tejidos delas diferentes especies. Un contaminante que se bioacumula puede incrementar


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su concentracin en los tejidos a medida que es transferido a los niveles ms altosde la cadena trfica. Este proceso, llamado biomagnificacin, es muy importanteen aquellos casos donde el ser humano est al final de la cadena alimenticia.

La biomagnificacin depender de la capacidad de metabolizacin y/o excrecinde las especies que componen la cadena alimenticia. En general, los resultadosreportados sobre biomagnificacin muestran una alta variabilidad, ya que dependen de la cadena trfica especfica del ecosistema en estudio.

La Tabla 3.14 muestra algunos valores publicados por EPA, para la bioconcentracin en especies marinas para diferentes compuestos presentes en el medio. La concentracin en los organismos superiores [C]M , se puede estimar apartir de estos factores de bioconcentracin, fBC, y de la concentracin del agentetxico en el medio acutico [C]A:

[C]M = fBC [C]A

TABLA 3.13: FACTOR DE POTENCIA

CONTAMINANTES VIA ORAL(mg/kg/da)-1

VIA RESPIRATORIA (mg/kg/da)-1

Arsnico 1,75 50Benceno 0,029 0,029Benzopireno 11,50 6,11Cloroformo 0,006 0,08DDT 0,34 -Dieldrin 30 -Hexacloroetano 0,014 -Cloruro de metileno 0,0075Nquel - 1,19PCB 7,70 -Dioxina 1,56 x105 -Tetracloroetileno 0,05 1-3 x10-3

Cloruro de Vinilo 2,3 0,3Tricloroetileno 0,011 0,013


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TABLA 3.14: FACTORES DE BIOCONCENTRACIN EN AGUA CONTAMINANTE FACTOR

(l/kg)Aldrin 28Arsnico 44Benceno 5Cadmio 80Clordano 14000Cloroformo 4Cromo 16Cobre 200DDT 54000Dieldrin 4800Niquel 47PCB 100000Dioxina 5000Tricloroetileno 11Cloruro de Vinilo 1,2


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La Naturaleza