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Caracteristicas fisicoquimicas de los gases y particulas contaminantes del aire. Su impacto en el asma.

Physicochemical characteristics of gaseous and particulate air pollutants. Their impact on asthma

INTRODUCCION

Multiples estudios epidemiologicos han mostrado una asociacion entre la exposicion a gases y particulas y la exacerbacion de los sintomas de pacientes con enfermedades respiratorias como asma y rinitis (1-4). Tambien se ha observado que en poblaciones con altas concentraciones de gases como el ozono ([O.sub.3]) o el dioxido de carbono (C[O.sub.2]) es mayor la incidencia de asma, lo que sugiere que los contaminantes aereos intervienen en la exacerbacion de los sintomas pero tambien favorecen el desarrollo de la enfermedad (5,6). Diariamente los seres humanos estamos expuestos a estas sustancias, muchas de ellas necesarias para procesos biologicos de nuestro cuerpo; sin embargo, la exposicion a concentraciones altas tiene un efecto danino especialmente en el sistema respiratorio, por lo que en muchos paises se han establecido centros que monitorizan estos contaminantes y determinan que concentraciones son tolerables; sin embargo, las personas con enfermedades respiratorias cronicas como el asma pueden presentar sintomas incluso con concentraciones menores que las recomendadas.

A partir de la revolucion industrial hubo un crecimiento alarmante, en especial en las ciudades, de las fuentes productoras de gases y particulas como son las fabricas y los automoviles, por lo que no es de extranar que en los paises en vias de desarrollo, como son la mayoria de los latinoamericanos, incluyendo Colombia, la incidencia de asma sea alta en comparacion con los paises desarrollados (7-14). El humo del cigarrillo es otra fuente importante de sustancias irritativas que favorecen los sintomas respiratorios. Tanto el vivir en zonas de alto trafico vehicular como la exposicion al humo del cigarrillo, ya sea directamente o de forma pasiva, favorece la sensibilizacion a los alergenos inhalados y, en consecuencia, la probabilidad de desarrollar asma y rinitis alergica (15). La exposicion durante las etapas fetal y neonatal tambien se ha asociado con una mayor incidencia de asma en la edad adulta (16-18).

Para facilitar el estudio de los contaminantes atmosfericos, se han propuesto muchas clasificaciones segun su transformacion, su composicion o la fuente que los produce (tabla 1). La concentracion a la que estos contaminantes dejan de ser inocuos y pasan a ser nocivos varia de acuerdo con la sustancia, la duracion de la exposicion, el patron de exposicion, la cercania de la poblacion a las fuentes productoras de los contaminantes y muchos otros factores, por lo que se hace necesario conocer mas a fondo sus caracteristicas y las fuentes que las producen para poder organizar politicas adecuadas de salud que permitan controlar su produccion y, por ende, disminuir los efectos nocivos que pueden tener en las personas predispuestas a desarrollar sintomas respiratorios como son los individuos con asma y atopia. A continuacion se describen los principales gases y particulas que han sido asociados con el desarrollo de asma enfocandose en sus caracteristicas fisicoquimicas y en como pueden favorecer el desarrollo de enfermedades respiratorias alergicas como asma y rinitis.

Compuestos organicos volatiles (VOC)

Los VOC son un grupo de compuestos reconocidos por su efecto toxico en el ser humano que resultan en su mayoria de fuentes antropogenicas como son los vehiculos, las industrias y el humo del cigarrillo. Algunos de estos compuestos son muy comunes en el aire de las ciudades por lo que tambien se llaman toxicos del aire urbano (TAU). Pocas ciudades monitorizan regularmente las concentraciones de estas sustancias por lo que la mayoria de los trabajos para evaluar su toxicidad se hacen en poblaciones expuestas frecuentemente por causas ocupacionales (19,20). Estos productos tambien pueden ser liberados en el ambiente a partir de fuentes intradomiciliarias como los productos de aseo: detergentes, ambientadores, jabones, etc. Un creciente numero de estudios epidemiologicos muestra que las personas expuestas a estas sustancias tienen mayor riesgo de desarrollar asma, rinitis y otras enfermedades respiratorias (21-25). Un estudio realizado por Bello y colaboradores muestra que concentraciones altas de VOC pueden permanecer varias horas en las casas aseadas con detergentes (26) y favorecen el desarrollo de sintomas respiratorios en las personas que trabajan utilizando estos productos para el aseo y en los ninos que llegan del colegio varias horas despues del aseo del domicilio (27-29).

Debido a que el interes por estas sustancias y su impacto en las vias respiratorias es relativamente reciente, hacen falta estudios que permitan comprender mejor sus efectos; sin embargo, los VOC contienen muchas sustancias irritativas como acetaldehido, acroleina, propionaldehido, benceno, oxido de etileno, formaldehido, hidracina y metales como cromo, manganeso y niquel, que son irritantes que favorecen la hiperreactividad bronquial (30,31). Ademas, algunas de estas sustancias como la acroleina, tienen un efecto alquilante sobre el ADN que lleva a la apoptosis del epitelio bronquial (32,33). Los VOC se pueden encontrar solos o adheridos a la superficie de particulas suspendidas en el aire (34) por lo que tienen un acceso facil a las vias aereas inferiores y, debido a su estabilidad y bajo peso, pueden precipitarse a los suelos y volver a elevarse con las brisas haciendo que su permanencia en el ambiente y la consecuente exposicion de los seres humanos sea intermitente pero prolongada.

Particulas volatiles (PMx)

Las PMx (por la sigla en ingles de particulate matter) son particulas finas que pueden permanecer suspendidas en el aire; provienen de fuentes naturales (volcanes, incendios forestales, polinizacion, aerosol marino) o de fuentes creadas por el hombre (combustibles derivados de fosiles, industrias, canteras). Se conoce como particulas volatiles pequenas a las que tienen un tamano menor de 10 [micron]m y su importancia radica en que pueden quedar suspendidas en el aire por largo tiempo y alcanzar facilmente las vias aereas inferiores. Se dividen en tres grupos segun su tamano: particulas gruesas ([PM.sub.10]), particulas finas ([PM.sub.2,5]) y particulas ultrafinas ([PM.sub.0.1]) (35). Las particulas [PM.sub.25] y [PM.sub.0,1] entran facilmente al espacio alveolar y permanecen alli mas tiempo que las de mayor tamano; ademas, son internalizadas por las celulas alveolares, las celulas dendriticas y los macrofagos lo que induce la produccion de citocinas proinflamatorias y la migracion de macrofagos, eosinofilos y neutrofilos al tejido alveolar; al mismo tiempo, su presencia en el tracto respiratorio es irritante por lo que favorecen la secrecion de moco y las exacerbaciones del asma (36).

La composicion quimica de las PMx es variada y depende de la fuente productora. El carbono elemental que forma su nucleo resulta de la combustion incompleta de derivados fosiles (gasolina, diesel, petroleo), madera o biomasa. En este nucleo de carbono se pueden adherir por fuerzas electrostaticas minerales, VOC, alergenos y otras moleculas de carbono haciendo conglomerados (37). Debido a esta capacidad de adherirse a multiples sustancias irritativas y a su union con alergenos, las PMx actuan como elementos transportadores y adyuvantes de la inflamacion en el tracto respiratorio superior e inferior; aunque la respuesta inflamatoria puede ser Th1, se ha demostrado que las PMx pueden favorecer la produccion de anticuerpos IgE policlonales lo que aumenta el riesgo de sensibilizaciones y el de desarrollar asma alergica. Ademas, cuando la exposicion a las PMx ocurre junto con un alergeno, la produccion de IgE aumenta 50 veces mas que la que se produciria con el alergeno solo (37-40). Varios estudios epidemiologicos han mostrado que durante los primeros anos de vida el residir en ciudades o zonas con altas concentraciones de particulas favorece el desarrollo de asma (41); tambien se ha observado que los pacientes con asma son mas susceptibles a las elevaciones en los niveles de estas particulas que se asocian con un aumento de las consultas a las salas de emergencia por exacerbaciones de los sintomas respiratorios (42). Algunos estudios realizados en Bogota, Santa Marta, Cali y Medellin (Colombia) muestran que los niveles de particulas en la mayoria de los sectores de estas ciudades son elevados y sobrepasan lo recomendado por la norma nacional (43-47) y, similar a lo reportado en estudios internacionales, un estudio en Bucaramanga asocio con sintomas respiratorios la presencia de altos niveles de PM10 y la exposicion a granos de polen y cuerpos completos de cucarachas, resaltando la importante asociacion entre la exposicion a contaminantes y fuentes alergenicas y el desarrollo de asma y rinitis (48).

Oxidos de nitrogeno (NOx)

Entre los compuestos que contienen nitrogeno, el dioxido (N[O.sub.2]) es el contaminante ambiental mas reconocido por sus efectos toxicos cuando la exposicion es cronica aun en concentraciones no muy altas; sin embargo, otros compuestos que contienen nitrogeno pueden ser igualmente daninos para la salud: el amoniaco (N[H.sub.3]), el amonio (N[H.sub.4]), el oxido nitrico ([N.sub.2]O), el oxido de nitrogeno (NO), el acido nitroso (HN[O.sub.2]), el acido nitrico (HN[O.sub.3]) y muchos otros (49). La mayoria de los estudios epidemiologicos asocian el N[O.sub.2] con un mayor numero de crisis de asma (50-52); sin embargo, otros trabajos no encuentran esta asociacion (53,54). Esta aparente contradiccion en los resultados depende del diseno metodologico de los estudios y de la compleja relacion que existe entre los factores del ambiente y las caracteristicas de las personas estudiadas porque variaciones geneticas que intervienen en los procesos de oxido-reduccion, por ejemplo, la familia de la glutation S transferasa, pueden favorecer o proteger contra el desarrollo de sintomas respiratorios inducidos por los contaminantes incluyendo los NOx. Se ha encontrado que en algunas poblaciones de Estados Unidos, Mexico y otros paises existe una alta proporcion de polimorfismos en los genes de estas proteinas, que disminuyen su accion biologica y favorecen un efecto inflamatorio de resolucion mas lenta ante exposiciones a NOx (55-58). Aparte de sus efectos directos, el N[O.sub.2] por reacciones fotoquimicas puede dar como resultado la formacion de ozono, que es un reconocido oxidante que se describira mas adelante en esta revision. Algunos estudios demuestran que la inhalacion de N[O.sub.2] junto con altas cantidades de superoxido puede producir peroxinitrito un radical oxidante muy potente (59). El N[O.sub.2], ademas, puede favorecer el aumento de neutrofilos y citocinas proinflamatorias del perfil Th2 como la IL-5, IL-8, IL-13 que favorecerian un estado proalergico (60-64).

Al igual que la mayoria de los contaminantes las principales fuentes de NOx son la combustion de derivados del petroleo, el humo del cigarrillo y de otros combustibles caseros como el gas natural (65,66). Por su reconocido papel como detonante del asma, los NOx son monitorizados en la mayoria de las ciudades de los paises desarrollados y se han implementado, con resultados promisorios, medidas globales que buscan reducir su produccion (www.epa.gov).

Ozono ([O.sub.3])

El ozono es una molecula compuesta de tres atomos de oxigeno ([O.sub.3]) que es mucho menos estable que el dioxigeno ([O.sub.2]) y por eso libera con mayor facilidad un atomo que puede actuar como radical libre o como sustrato para otros oxidantes mas potentes. Su produccion esta muy relacionada con los niveles de NO y N[O.sub.2] pues se forma a partir de ellos por reacciones fotoquimicas reversibles. El ozono en la estratosfera evita el paso de la luz ultravioleta pues actua como una barrera que impide la entrada directa de los rayos provenientes del sol. Por otro lado, en la troposfera, el aumento del ozono por disociacion fotoquimica del dioxido de nitrogeno puede tener efectos adversos en las vias respiratorias humanas (67), debido a que entra en contacto con otros elementos presentes en la troposfera, como los hidrocarburos, produciendo la liberacion de grupos OH, aldehidos y otros componentes con efecto irritativo en las vias respiratorias (68); tambien se ha descrito que la exposicion al ozono produce un incremento en la respuesta nasal o bronquial a los aeroalergenos con aumento en la secrecion de moco y broncoconstriccion (69). Varios estudios epidemiologicos han mostrado una fuerte relacion entre los sintomas de hiperreactividad bronquial en pacientes con asma o enfermedad pulmonar obstructiva cronica (EPOC) y los aumentos bruscos del ozono incluso por periodos cortos, lo que resalta la susceptibilidad de las personas con enfermedades respiratorias cronicas a los contaminantes ambientales (70-72).

El ozono es necesario para el desarrollo de la vida en la tierra y es un elemento indispensable en el crecimiento de las plantas, por lo que diferentes concentraciones de este gas pueden tener distintos efectos en la flora. Recientemente, Kim y colaboradores observaron que la exposicion de los ninos a concentraciones altas de ozono favorece las crisis asmaticas, el desarrollo de rinitis y la sensibilizacion a diferentes granos de polen (73). Ademas de sus efectos irritantes, el ozono induce cambios directos en la morfologia de las plantas y de los granos de polen. Se ha demostrado en cultivos de avena, centeno y en granos de polen que la exposicion a concentraciones elevadas de ozono en la fase de crecimiento de las plantas, resulta en un aumento de las proteinas con capacidad alergenica (74,75). Resultados similares se han encontrado con la exposicion a NOx y S[O.sub.2] (76). Este efecto proalergenico parece variar dependiendo de la flora expuesta ya que otros estudios demuestran que la exposicion de la grama comun a concentraciones altas de [O.sub.3], N[O.sub.2] y S[O.sub.2] disminuye la alergenicidad de sus proteinas (77).

Estos resultados muestran la compleja relacion biologica que tienen el ozono y otros gases con la salud de las personas no solo afectando directamente el tracto respiratorio, sino tambien modificando el ambiente.

Oxidos de azufre (SOx)

Entre los oxidos de azufre los de mayor importancia por su efecto en la salud son el dioxido (S[O.sub.2]) y las particulas de sulfatos acidos; ambos se producen principalmente a partir de combustibles fosiles como el diesel y llevan a muchos problemas de salud tanto respiratorios como de otros sistemas del cuerpo humano (78-80). Su alta solubilidad en medios acuosos les permite pasar facilmente a traves de la mucosa de las vias aereas superiores e inferiores induciendo broncoconstriccion incluso durante exposiciones cortas y en bajas concentraciones, especialmente en la poblacion infantil (50,81). Debido a que la exposicion de los seres humanos a estas sustancias resulta casi de manera exclusiva de los combustibles fosiles utilizados en los vehiculos automotores, en los Estados Unidos y Europa se han implementado medidas de control para que estos combustibles sean mas limpioslo que ha resultado en una disminucion notable en la concentracion de estas sustancias. Estas medidas tambien vienen siendo adoptadas aunque lentamente en los paises latinoamericanos con resultados alentadores en cuanto a la reduccion de las exacerbaciones de asma (82).

Monoxido de carbono (CO) y dioxido de carbono (C[O.sub.2])

El CO y el C[O.sub.2] son dos compuestos indispensables para el desarrollo de la vida en la tierra. Los producen todos los seres vivos: plantas, animales, seres humanos, hongos, etc., y tambien se originan por eventos naturales como las erupciones volcanicas. En la medida en que ha avanzado globalmente la industrializacion, la emision de estos gases ha aumentado exponencialmente. Muchos paises monitorizan constantemente las concentraciones de CO y C[O.sub.2], lo que ha permitido observar como los niveles elevados de estos gases estan asociados a una mayor incidencia de asma y otras enfermedades respiratorias o alergicas (81).

Las celulas utilizan el CO y el C[O.sub.2] para diferentes procesos que contribuyen a regular la respuesta inflamatoria del cuerpo. Una persona exhala en la respiracion aproximadamente 4,5% de dioxido de carbono por volumen espirado; sin embargo, estudios epidemiologicos muestran que la exposicion a CO y C[O.sub.2] puede ser nociva incluso en concentraciones no muy altas: la inhalacion de CO en concentraciones mayores del 5% puede resultar peligrosa e incluso mortal si es por tiempo prolongado (81,83). Esto posiblemente se deba a la alta labilidad de estos dos gases, especialmente la del CO, que permite la formacion en el ambiente de compuestos como aldehidos, metanol, grupos peroxi, NO y N[O.sub.2]. Los pacientes con asma pueden presentar sintomas respiratorios incluso con concentraciones tolerables por el resto de las personas; se ha observado que el CO puede disminuir significativamente la capacidad pulmonar lo que lleva a exacerbaciones mas graves e hiperreactividad bronquial en los pacientes asmaticos (84); tambien se ha demostrado que, similar a lo que ocurre con el ozono, altas concentraciones de C[O.sub.2] pueden incrementar la fotosintesis y la mayor liberacion de granos de polen, favoreciendo la exposicion a estos alergenos y agravando los sintomas en los individuos con asma o rinitis alergicas (85).

CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS FUTURAS

La contaminacion atmosferica es el resultado de una mezcla compleja de sustancias que aqui se han descrito por separado, pero cuyos efectos suelen ser sinergicos; se ha reportado que sujetos asmaticos luego de una exposicion por solo 30 minutos a N[O.sub.2] en concentraciones moderadas reaccionan con una mayor secrecion de moco e hiperreactividad bronquial ante una posterior exposicion a S[O.sub.2] (59,65).

Se han implementado muchas medidas para reducir la exposicion a estas sustancias: algunos filtros y extractores de aire que se pueden instalar en las casas o edificios han demostrado ser efectivos para reducir los niveles de contaminantes provenientes del humo de los automoviles y del cigarrillo (86,87). Sin embargo, estas medidas distan mucho de ser la solucion ya que solo reducen parcialmente la exposicion intradomiciliaria y no la extradomiciliaria, sin mencionar los costos economicos que esto implica para las personas, la dificultad de acceso a estos recursos para la mayoria de la poblacion y el impacto ambiental.

Para una solucion real, es necesario reducir los niveles de produccion de los contaminantes; en Estados Unidos se calcula que los vehiculos que utilizan combustible diesel aportan el 58% de las particulas que se encuentran en el aire, aunque solo representen el 2% de todos los vehiculos en dicho pais (18,30,88). Los automoviles son tambien la principal fuente de ozono ya que es generado por reacciones fotoquimicas de oxidos nitrogenados y otros componentes volatiles liberados por estos vehiculos. En los ultimos anos ha habido grandes avances en los paises industrializados en la instauracion de medidas de control para regular las emisiones de combustibles derivados del petroleo en los vehiculos de motor, fabricas y maquinarias pesadas, promoviendo la produccion de combustibles mas limpios; tambien la Organizacion Mundial de la Salud y otras instituciones han adelantado campanas mundiales para reducir el consumo de cigarrillo. En las ciudades latinoamericanas que han emprendido esta tarea como son Ciudad de Mexico, Santiago de Chile y Sao Paulo, en Brasil, se ha observado una importante reduccion en las consultas a las salas de emergencias de los hospitales por exacerbaciones de asma, lo que lleva a una mejor calidad de vida de las personas y reduce los costos economicos de las instituciones publicas (82).

Los contaminantes del aire no son alergenos y por ende no pueden producir alergia; sin embargo, los pacientes asmaticos, 80% de los cuales son alergicos (89), son mas vulnerables a estas sustancias que la poblacion general, y presentan sintomas respiratorios cuando se exponen a concentraciones que son normalmente toleradas por el resto de las personas. Este punto se debe tener en cuenta para evaluar si los niveles de estas sustancias actualmente considerados como tolerables son realmente adecuados para toda la poblacion.

En Colombia, algunas ciudades como Medellin, Cali, Bogota y Bucaramanga cuentan actualmente con redes de monitorizacion de los principales gases que afectan la salud publica, lo que permite tener una vision de este problema en nuestro pais; sin embargo, hacen falta proyectos y campanas para que los resultados obtenidos en estas redes no se queden en el papel y se puedan iniciar medidas que resulten en una reduccion de estas sustancias.

PUNTOS CLAVE

* La contaminacion del aire es un importante factor de riesgo para el desarrollo de asma y la exacerbacion de sintomas respiratorios.

* Los contaminantes pueden exacerbar la respuesta inflamatoria y favorecer la sensibilizacion alergica.

* Los pacientes asmaticos son mas susceptibles que el resto de la poblacion a presentar sintomas respiratorios, por lo que es necesaria la instauracion de medidas de control efectivas que permitan reducir la produccion de estas sustancias.

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Jorge Mario Sanchez Caraballo *

* Medico, Magister en Inmunologia, Alergologo Clinico. Asistente de Investigacion del Instituto de Investigaciones Inmunologicas, Universidad de Cartagena. Asistente de In-vestigacion del Grupo de Alergologia Clinica y Experimental, Universidad de Antioquia. Socio de la Fundacion Para el Desarrollo de las Ciencias Medicas y Biologicas. Cartagena Colombia.

Correspondencia: jotamsc@yahoo.com

Recibido: noviembre 25 de 2011

Aceptado: marzo 23 de 2012
Tabla 1. Clasificaciones de los contaminantes aereos

                               Contaminantes emitidos
         Primarios               directamente a la
                                 atmosfera: S[O.sub.2],
                                 algunas especies de NOx,
                                 CO y PMx
Origen                         Contaminantes que se
                                 forman en el aire como
         Secundarios             resultado de reacciones
                                 quimicas entre otros
                                 contaminantes: ozono,
                                 NOx y algunas particulas
                                 Cocinar, material de las
Fuente   Intradomiciliarias    casas, humo del
                                 cigarrillo, productos de
                                 consumo, productos de
                                 aseo
         Extradomiciliarias    Industrias, automoviles,
                                 naturaleza
         Gases                 S[O.sub.2], NOx, ozono,
                                 CO, C[O.sub.2], VOC
Tipo                           Particulas gruesas
         Particulas              ([PM.sub.10]), finas
                                 ([PM.sub.2,5]) y
                                 ultrafinas
                                 ([PM.sub.0,1])

VOC (volatile organic compounds): componentes organicos volatiles;
PM (particulate matter): material particulado; PMx (very fine
particulates): particulas volatiles; NOx: oxidos de nitrogeno
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Author:Sanchez Caraballo, Jorge Mario
Publication:Iatreia
Date:Oct 1, 2012
Words:6809
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