¿Alguna vez te has preguntado cuáles son los contaminantes a los que estamos expuestos en nuestro día a día, cuáles son los efectos que producen en nuestra salud y en el medio ambiente o qué se puede hacer para evitar los daños que producen?

Para empezar a resolver estos enigmas, primero hay que saber qué es un contaminante. Los contaminantes son sustancias (naturales o antrópicas) orgánicas, inorgánicas, gases o incluso nanopartículas que son incorporados al medio ambiente y que resultan tóxicos para el ser humano y otros organismos. Los contaminantes, por tanto, deterioran la calidad del aire, agua, suelos o recursos naturales en general.

El lugar de acción de estos tóxicos contaminantes es conocido como su diana y ésta puede ser una célula, un tejido, un órgano, etc.

Diana

En la vida moderna estamos expuestos a una gran variedad de contaminantes tóxicos, cuyos efectos, muchos de ellos desconocidos o simplemente ignorados, pueden ser muy diversos y dañinos. Entre los principales grupos de contaminantes tóxicos y efectos nocivos que producen tenemos:

  • Contaminantes gaseosos. Los contaminantes gaseosos son el ozono a nivel de suelo u ozono troposférico y los óxidos de carbono, nitrógeno y azufre. Estos tóxicos se producen de manera natural, pero también y fundamentalmente de manera antrópica.

El ozono troposférico es un gas incoloro que se genera por reacciones fotoquímicas entre óxidos de nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos volátiles (COV), ambos producidos por la quema a altas temperaturas de combustibles fósiles empleados como carburantes. El conjunto del ozono, NOx y COV forma una neblina o boina de contaminación visible en zonas muy contaminadas, denominada smog fotoquímico.

Ozono

Los óxidos de carbono son gases tóxicos que se forman al oxidarse los átomos de C de los combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón) por su combustión. Son el CO2, el CO (combustión incompleta) y el CH4, principalmente.

Los óxidos de azufre son el sulfuro de hidrógeno (H2S), óxido nítrico NO, óxido (SO2) y el trióxido (SO3) de azufre. Son gases irritantes cuyo origen está en la descomposición de la materia orgánica, en el tráfico, fábricas, refinerías de petróleo y actividad volcánica. El SO2 al combinarse con el agua condensada de la atmósfera reacciona y forma la conocida como lluvia ácida (H2SO4), la cual produce daños en los organismos vegetales, daños en el patrimonio arquitectónico y enfermedades respiratorias.

Todos estos tóxicos contribuyen al aumento del calentamiento global del planeta y producen contaminación medioambiental por su persistencia en la atmósfera, pero además producen efectos nocivos para la salud humana, afectando sobre todo al sistema respiratorio.

  • Contaminantes neurotóxicos o neurotoxinas. Son contaminantes que afectan a nivel del sistema nervioso central y que pueden ser tanto de origen natural, como antropogénico.

 Como ejemplo de neurotoxina de origen natural están la tetrodotoxina, la toxina botulínica, la atropina, nicotina y piretrina.

– La tetrodotoxina (TTX) es 1200 veces más tóxica que el cianuro. Se encuentra en los tejidos de peces tetrodóntidos, como el pez globo. De aquí deriva la dilatada experiencia y certificados que se exige a los cocineros que trabajan con esta especie de pescado.

– La toxina botulínica es producida por la bacteria Clostridium botulinum, bacteria causante del botulismo o también conocido como “enfermedad de las latas de conserva”. La toxina que produce C. botulinum bloquea la liberación de la acetilcolina (neurotransmisor del sistema nervioso central), produciendo parálisis muscular y pudiendo llegar a ocasionar muerte por asfixia. También se utiliza en estética (bótox), ya que es capaz de paralizar temporalmente los músculos faciales y evitar así la aparición de arrugas en la piel. Para evitar posibles infecciones botulínicas es crucial supervisar que las latas de conserva estén en buen estado, fijándose en que no se encuentren hinchadas, ya que éste es el principal síntoma indicativo de que en su interior se ha desarrollado dicha bacteria.

Botox

– La nicotina es un alcaloide de la planta del tabaco (Nicotiana tabacum), que produce daños a nivel neuronal.

cerebro

Como ejemplo de neurotoxina antropogénica están los insecticidas organoclorados, como el ya prohibido DDT u organofosforados (Ej: Gas sarín empleado en la Segunda Guerra Mundial por su efecto neurotóxico), los carburantes y los pesticidas piretroides.

  • Contaminantes genotóxicos. Se trata de sustancias mutagénicas o cancerígenas que afectan al genoma a corto o largo plazo, por contacto directo o indirecto con los mismos.
    adn

Los tipos y efectos de contaminantes genotóxicos que existen son:

Contaminantes

Efecto sobre el ADN

 Hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH), como el antraceno, empleado en la fabricación de algunos colorantes o el naftaleno. -Uniones covalentes e irreversibles con otras moléculas implicadas en el metabolismo del ADN-Daño oxidativo sobre las bases nitrogenadas que componen el ADN
 Agentes alquilantes (nitrosaminas, como las que se hallan en el humo del tabaco)  -Metilación o etilación de bases, que pueden ser causantes de mutaciones
  Compuestos orgánicos halogenados (PCBs), de origen antropogénico, como líquidos refrigerantes o plastificadores.  -Uniones covalentes e irreversibles con otras moléculas implicadas en el metabolismo del ADN-Daño oxidativo sobre las bases nitrogenadas que componen el ADN

 

 Pesticidas organoclorados, organofosforados, piretroides, cobre… -Etilación o etiolación de bases nitrogenadas, causantes de mutaciones-Daño oxidativo
 Metales pesados  -Unión irreversible con el ADN (As,Cr, Pt, Cd,Pb, Zn, Hg…)-Daño oxidativo
 Radiación ionizante (sustancias radiactivas como el uranio, rayos X y gamma, aceleradores de partículas…)  -Pérdida o fragmentación de bases del ADN-Daño oxidativo
  Luz UV  -Dímeros de pirimidinas (uniones covalentes de dos bases nitrogenadas, que actúan como premutágenos) Imagen 1.-Daño oxidativo

adn uv

Imagen 1. Dímeros de pirimidinas formados por la radiación UV

  • Antagonistas de la vitamina K. Tenemos:

Rodenticidas, que son derivados de la warfarina y se usan como raticidas. La Warfarina es una toxina anticoagulante natural, que se encuentra en una especie de trébol y que tiene una estructura muy similar a la de la vitamina K. Esta vitamina interviene en la formación de proteínas para la coagulación sanguínea, por lo que si se encuentra sustituida por la warfarina, se producirán hemorragias internas por falta de coagulación. Debido a su estructura similar a la vitamina K, la warfarina se utiliza como fármaco anticoagulante.

  • Tóxicos mitocondriales. Son sustancias que actúan a nivel de las mitocondrias celulares, que son los orgánulos que proporcionan la energía que la célula necesita para poder llevar a cabo su funcionamiento. Como ejemplos existen:

– El dinitrofenol, que desacopla la cadena transportadora de electrones de la mitocondria, por lo que las células mueren por falta de energía (ATP). Inicialmente esta sustancia fue propuesta como una droga quemadora de grasa, pero después fue prohibida.

– El dinitroortocresol, un herbicida, ya prohibido por su elevada toxicidad.

– La Rotenona, obtenida de las raíces de algunas especies de plantas leguminosas tropicales, que se utilizaba como insecticida de amplio espectro, hasta que se catalogó como tóxico para la salud humana y el medio ambiente.

  • Antagonistas de la hormona tiroxina (T4)

La tiroxina es una hormona tiroidea que presenta 4 átomos de yodo. Existe un compuesto que se parece estructuralmente a la T4 y que compite con ella. Es un TBC o tetraclorobifenilo, que se utiliza en fluidos hidráulicos, empleados como lubricantes de maquinaria industrial y refrigerantes. Al competir con la T4, ésta última no puede unirse a su complejo proteico correspondiente y no se liberará en la sangre, descendiendo sus niveles y ocasionando desnutrición.

  • Inhibidores de ATPasas

 Las ATPasas son una familia de enzimas que transportan iones como Na+, K+, Ca2+,etc. Existen contaminantes xenobióticos (sustancias extrañas a un organismo) que pueden inhibir la acción de estas enzimas, dejándose de transportar iones fundamentales para el correcto funcionamiento de las células.

Un ejemplo destacado es el ya prohibido insecticida DDT, que inhibe la ATPasa del calcio. Esto produce el descenso de la concentración de calcio dentro de las células, lo que en las aves desencadena la formación de cáscaras de los huevos muy ligeras y por tanto embriones inviables. También produce problemas musculares, ya que al no existir suficiente calcio, la contracción muscular no se efectúa de manera correcta.

  • Compuestos que actúan sobre hormas sexuales (estrógenos y andrógenos)

Sobre estas hormonas sexuales femeninas y masculinas actúan insecticidas organoclorados, naftalenos y nonilfenoles (detergentes ya prohibidos), que pueden actuar como pseudoestrógenos (parecidos a los estrógenos), induciendo el proceso estrogénico y produciendo feminización o como antiestrógenos, uniéndose al receptor del estrógeno, bloqueando su efecto y produciendo masculinización.

  • Disruptores endocrinos

Son sustancias químicas xenobióticas (ajenas al propio organismo) que pueden alterar su equilibrio hormonal y modificar, por tanto, algunos de los procesos fisiológicos que son regulados por hormonas. Son de naturaleza muy diversa, naturales o artificiales y pueden actuar a dosis muy bajas sobre gran diversidad de organismos produciendo infertilidad, cambios de sexo, deformaciones, etc. Algunos ejemplos de disruptores endocrinos son los ya mencionados DDT y PCBs, las dioxinas y furanos (subproductos de los PCBs), derivados de algunos plásticos, etc.

Mecanismos celulares de defensa contra los contaminantes

A pesar de que los contaminantes a los que nos exponemos pueden resultar tóxicos, evolutivamente también nos hemos adaptado a ellos, ya que existen mecanismos celulares de defensa que actúan contra ciertos contaminantes, ya sean éstos, orgánicos, como los xenobióticos, para cuya eliminación se emplean mecanismos de detoxificación, con los que se consigue la disminución de la toxicidad mediante la desactivación de ciertos grupos funcionales o de biotransformación, que consisten en la transformación enzimática, a nivel hepático y renal (en el caso de mamíferos) de estos productos en otros más biodegradables; o inorgánicos, metales o metaloides, para los que la célula se defiende con mecanismos de resistencia o defensa, tales como:

1) Bloqueo de la entrada de los transportadores celulares. De esta forma no penetran en la célula los metales pesados.

2) Si el metal ya ha entrado al citoplasma celular, se puede producir un bombeo extracelular del mismo por bombas o transportadores transmembrana.

3) Biotransformación, por ejemplo mediante la adición de grupos metilo (-CH3) a las moléculas contaminantes, se puede conseguir que en ciertos casos dejen de ser tóxicas.

4) Bioadsorción o secuestro pasivo. Es un mecanismo que no permite que el metal penetre en el interior celular, debido a la presencia de elementos externos a la membrana plasmática que actúan como adsorbentes.

5) Bioprecipitación, que consiste en la excreción al exterior de metales que están unidos a desechos metabólicos.

6) Bioacumulación. El metal se une a una metaloproteína, formando un complejo (secuestro intracelular) e impidiendo así que el metal se una a otras enzimas esenciales. El complejo se acumula en vacuolas intracelulares y se elimina.

esquema 1

Sin embargo, siempre hay que tener en cuenta que la velocidad degradativa con la que los seres vivos actúan contra ciertos compuestos sintéticos depende de la estructura química que tengan estos últimos, ya que algunos presentan estructuras químicas muy estables, que hacen que su degradación sea más lenta y compleja.

También existen mecanismos celulares que se encargan de reparar los daños que se producen a nivel del ADN, evitando así que se desarrollen mutaciones dañinas. Esto es debido a que las células de todos los organismos poseen una familia de enzimas, conocidas con ADNpolimerasas (I-V), que además de intervenir en la replicación del ADN (formación de dos nuevas moléculas de ADN a partir de una molécula parental molde), intervienen en la reparación de los emparejamientos incorrectos que se dan en ocasiones, de forma natural o inducidos por algún agente tóxico, entre las bases nitrogenadas que componen el ADN. Esto lo hacen mediante la eliminación de las bases dañadas o incorrectas y la consiguiente adición de las bases adecuadas. Además, no solo intervienen en esta reparación, sino que también evitan en algunos casos que ocurran estos emparejamientos incorrectos y, por tanto, las mutaciones dañinas que derivan de los mismos.

Bibliografía y recursos online

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Hill, M.K. 2004. Understanding Environmental Pollution. Cambridge University Press.

Hoffman, D.J. et al. 2003. Handbook of ecotoxicology. Lewis Publishers.

Landis, W.G. y Sofield, R.M. 2010. Introduction to environmental toxicology. CRC Press.

Silby, R.M.y Walker, C.H. 2012. Principes of ecotoxicology. 4ª ed. CRC Press.

Yu, M.-H. 2011. Environmental toxicology: Biological and health effects of pollutants. 3ª ed. CRC

Press.https://www.murciasalud.es/recursos/ficheros/99897-OZONOTROPOSFeRICO.pd

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