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Introducción
Los seres humanos estamos en constante exposición a una gran diversidad de contaminantes, escenario en el que los metales pesados pueden tomar un papel protagónico. El arsénico es uno de los elementos químicos más usados por la industria, por lo que el estudio de su impacto en la salud humana resulta de interés entre toxicólogos y demás científicos del área de la medicina y ciencias de la salud. A su vez, México es un país que históricamente se ha caracterizado por una gran industria minera y fundidora de metales, así como de contaminación de mantos acuíferos, los cuales de forma natural ya contienen pequeñas cantidades de arsénico. Existen una gran cantidad de estudios científicos destinados al análisis de los efectos tóxicos observados en poblaciones mexicanas expuestas a agua con altas concentraciones de este contaminante. Por tanto, el objetivo del presente trabajo es recopilar aquellos estudios científicos que reporten alteraciones fisiológicas y enfermedades en dichas poblaciones mexicanas.
Desarrollo
Generalidades del arsénico
El Arsénico (As) es un elemento químico del grupo 5A con número atómico 33 que se ha clasificado como metaloide debido a que comparte propiedades químicas y fisicoquímicas tanto con los metales como con los no metales. Sus estados de oxidación predominantes son: +3 (Arsenito, As+3) y +5 (Arsenato, As+5), aunque también se encuentra en menor proporción en los estados de oxidación -3 y 0 [1]. Estos iones se encuentran comúnmente asociados con otros elementos, como oxígeno, cloro o azufre para generar compuestos arsenicales inorgánicos (Asi) tales como el trióxido de arsénico; o bien, asociados con carbono e hidrógeno para generar compuestos arsenicales orgánicos tales como la arsenobetaína, la arsenocolina o los compuestos metilados. Todos estos compuestos arsenicales son difíciles de identificar a simple vista en agua, suelo o aire ya que suelen ser, en su mayoría, incoloros, blancos o grises, además de que no cuentan con algún sabor u olor característico [2].
Usos del arsénico
A lo largo de la historia se ha establecido una gran variedad de aplicaciones para el arsénico. El principal uso destacado es el de la fabricación de aleaciones, específicamente aquellas con plomo destinadas a la generación de baterías de automóviles [3]. El arseniuro de galio es ampliamente usado en la fabricación de semiconductores, ya que se generan materiales termo resistentes con buena conductividad eléctrica [4]. Durante muchos años se utilizaron compuestos arsenicales como componentes de la formulación de diversos plaguicidas, especialmente ácido cacodílico (compuesto arsenical metilado) en los cultivos de algodón [5]. Incluso en los 90 se utilizó el arseniato de cobre cromado (CCA) como preservante de madera, se trata de un material que libera al ambiente tanto arsénico como cobre, lo que resulta en un gran impacto ambiental y a la salud, sobre todo en infantes [6].
Fuentes naturales y antropogénicas
Los compuestos arsenicales se generan de manera natural principalmente a partir de la actividad volcánica y de la volatilización de exudados en los suelos y sedimentos. Posteriormente, este arsénico en el aire precipita hacia suelos, ríos, lagos y mares a través de la lluvia, por lo que el agua representa la principal matriz biológica de exposición al arsénico. En cuanto a las actividades antropogénicas, destacan la minería, fundición, quema de combustibles fósiles y la industria química, las cuales también emiten arsénico hacia el aire o directamente a los cuerpos de agua. Por tanto, es común encontrar altos niveles de arsénico no solo en agua, sino también en aire y suelos. Es importante destacar que, tanto las fuentes naturales como las antropogénicas interaccionan en diferentes momentos del ciclo de contaminación del arsénico, lo que genera en conjunto un problema a escala mundial [7].
Arsénico en aguas de México
México es uno de los principales países en donde las concentraciones de arsénico en agua representan una amenaza para la población a través del consumo de agua contaminada. Aunado a esto, resulta alarmante que, mientras la Organización Mundial de la Salud (OMS) establece un límite máximo recomendado de 10 µg de Arsénico por litro de agua [8], en México la Norma Oficial NOM-127-SSA1-1994 lo establece en 25 µg de Arsénico por litro de agua [9]. En la Tabla 1 se muestran algunos de los niveles máximos permisibles de Arsénico en agua de diferentes países.
En México, se ha llevado a cabo un sinfín de estudios destinados a la cuantificación de Arsénico en diferentes cuerpos de agua, como lo son las superficiales, las subterráneas y de consumo humano directo. En la Tabla 2 se muestran algunos de los más recientes trabajos al respecto.
Tabla 2 Diferentes concentraciones de Arsénico en aguas de México
| Estado de la República | Tipo de agua | Nivel de Arsénico en agua (µg/L) | Referencia |
| Sinaloa | Río | 6.64 – 35.9 | [14] |
| Guanajuato | Arroyos | 14.7 – 47.2 | [15] |
| Pozos | 23.2 – 26.9 | ||
| Manantiales | 81.5 – 121 | ||
| Morelos | Agua de minas | 85 – 152 | [16] |
| Agua de consumo | 1.84 – 11.9 | ||
| Manantiales | 18.1 – 50.2 | ||
| Río | 8.5 – 14.4 | ||
| Zacatecas | Subterránea | 0.49 – 241.3 | [17] |
| Baja California Sur | Subterránea | 60 – 1290 | [18] |
| San Luis Potosí | Agua de riego | 7750 – 8680 | [19] |
Exposición humana
Debido a esta gran distribución del Arsénico en el medio, los seres humanos estamos expuestos de diferentes maneras al Arsénico. Es común la ingesta de alimentos y agua contaminada, el contacto directo de la piel con suelos y agua, o la inhalación de aire con alto contenido de arsénico. Se reporta que el arsénico ingresa al organismo a través de estas tres vías de exposición. La disposición del Asi se define como las acciones compuestas de su absorción, biotransformación y eliminación.
Absorción
A nivel molecular, el Asi ingresa a las células a través de diferentes mecanismos dependiendo de su estado de oxidación: arsenato (+5), a través de los llamados transportadores de fosfatos debido a la similitud estructural que comparten con dichos iones; el arsenito (+3) atraviesa principalmente por acuaporinas (canales de agua presentes en las células), y es el intestino delgado el órgano responsable de la mayor parte de esta absorción [20].
Biotransformación
El estudio del metabolismo del arsénico ha cambiado por completo el panorama del impacto de este contaminante en el cuerpo humano, ya que los metabolitos metilados que se generan pueden tener un mecanismo tóxico diferente al del Asi. Este proceso de biotransformación ocurre principalmente en al hígado, ya que aquí es donde encuentra mayoritariamente la enzima encargada de la metilación: la arsenito metil-transferasa, o arénico-3 metil-transferasa (AS3MT). De manera general, el arsenito (+3) es metilado por la enzima AS3MT para generar el ácido monometilarsónico (MMA +5). Este último metabolito es reducido para generar el correspondiente monometilado trivalente (MMA +3), el cual a su vez es nuevamente metilado por la AS3MT para dar lugar a la generación del ácido dimetilarsínico (DMA +5), que posteriormente es también reducido a la respectiva especie trivalente (DMA +3) [1], [21]. Este proceso se resume en la Figura 1.
Eliminación (excreción)
Todas estas especies arsenicales generadas son excretadas a través de unas proteínas denominadas MRP1 y MRP2 (del inglés: Multidrug Resistance Associated Protein 1 y 2). Cerca del 45 % del Asi que ingresa al organismo es eliminado a través de la orina. Los porcentajes restantes pueden acumularse en hígado, cabello, uñas o vejiga, o bien ser excretados a través de la bilis. El DMA es la especie encontrada en mayor proporción en orina (60-80 %) en contraste con MMA y Asi (ambos 5-20 %) [20], [22]. Como se verá a continuación, los cambios en la proporción de esta mezcla de metabolitos en orina pueden ser indicativos de efectos graves en la salud. En la Figura 2 se resume el proceso general de la toxicocinética del arsénico.
Efectos en la salud
La exposición a arsénico se ha asociado a una gran cantidad de afectaciones a la salud en prácticamente todos los sistemas del cuerpo humano. La exposición aguda, es decir, menor a 24 horas, por vía oral, se asocia a mareos, vómitos o dolor abdominal, mientras que la exposición dérmica e inhalatoria se asocian a irritación, disnea y mareos. Por otro lado, en la exposición crónica (meses a años), se han asociado tanto a padecimientos no cancerígenos, como a 6 tipos de cáncer: pulmón, piel, vejiga, riñón, hígado y próstata [1], [23].
Por esta razón, el Centro Internacional de Investigaciones sobre el Cáncer (IARC, del inglés: International Agency for Research on Cancer) clasifica al arsénico como un contaminante de Grupo 1, es decir, un carcinogénico para los humanos [24]. En la Tabla 3 se muestra la clasificación de agentes de la IARC con algunos ejemplos.
Tabla 3 Clasificación de agentes por la IARC
| Grupo | Denominación | Ejemplos |
| 1 | Carcinogénico para humanos | Uranio, cadmio, tabaco (fumar), etanol (bebidas), arsénico inorgánico, lindano |
| 2a | Probable carcinogénico para humanos | Glifosato, plomo inorgánico, esteroides anabólicos, malatión |
| 2b | Posible carcinogénico para humanos | Diesel, gasolina, antraceno, níquel |
| 3 | No clasificable | Cafeína, arsenobetaína, tolueno |
Efectos en la salud mexicana
En México, se ha asociado la exposición a arsénico con diversos efectos en la salud en varios estados del país con elevados niveles de arsénico en agua, sobre todo en el norte y centro del país. En la Tabla 4 se muestran algunos de los más recientes trabajos al respecto.
Tabla 4 Efectos en la salud mexicana por exposición a arsénico
| Estado de la República | Hallazgos observados | Referencia |
| Baja California Sur | Genotoxicidad en células epiteliales bucales | [39] |
| Sonora | Inflamación pulmonar en niños | [36] |
| Afectación en la reparación del ADN | [41] | |
| Disminución en la fecundidad en mujeres | [43] | |
| Chihuahua | Asociación con diabetes, trigliceridemia y colesterolemia | [29] |
| Asociación con el IMC | [27] | |
| Asociación con diabetes y alteración metabólica | [30], [31] | |
| Coahuila | Obesidad, diabetes e hipertensión | [28] |
| Paso a través de la placenta | [45] | |
| Inflamación y mala función pulmonar | [35] | |
| Función pulmonar | [34] | |
| Genotoxicidad | [38] | |
| Longitud de telómeros | [42] | |
| Alteración en el metabolismo y excreción del grupo hemo | [47], [48] | |
| Diabetes | [26] | |
| Genotoxicidad y reducción de la reparación | [40] | |
| Durango | Paso por cordón umbilical en función del metabolismo del grupo metilo. | [46] |
| Apoptosis en células mononucleares | [49] | |
| Epigenética de genes involucrados en el nacimiento | [44] | |
| San Luis Potosí | Daño renal | [[50] |
| Hidalgo | Niveles elevados de BNP | [33] |
La diabetes mellitus tipo 2 (DM2), uno de los principales problemas de salud en México, es un padecimiento en el que la glucosa no ingresa eficazmente a las células; la obesidad y el índice de masa corporal (IMC) son los factores de riesgo predominantes [25]. En una población de Zimapán, Hidalgo, se encontró que la diabetes está asociada directamente con la exposición a arsénico en agua y con el metabolito dimetilado en orina [26]. En el trabajo de Bommarito y colaboradores [27] se encontró una correlación entre valores altos del índice de masa corporal (IMC) y niveles elevados del metabolito DMA en orina de personas en Chihuahua. En la Comarca lagunera, una región con extensa historia de arsenicismo se ha asociado la exposición a arsénico en agua con el riesgo de padecer obesidad y diabetes [28]. En el artículo de Mendez y colaboradores [29] se encontró asociación con diabetes y altos niveles de triglicéridos y colesterol a diferentes niveles de exposición de arsénico en una población de Chihuahua. En este estado también se ha reportado relación directa con diabetes [30] y alteraciones metabólicas [31]; además se encontró que en estos casos había un incremento en la proporción del metabolito DMA en orina. Estos estudios confirman la importancia del análisis toxicocinético del arsénico.
Los altos niveles de triglicéridos y colesterol en sangre conducen a su vez a diversos padecimientos cardiovasculares [32]. En la Comarca Lagunera también se ha reportado riesgo de hipertensión por la exposición a arsénico en agua [28]. En un estudio realizado en niños de Zimapán, Hidalgo, se encontró un aumento en los niveles de biomarcadores de insuficiencia cardiaca (péptido natriurético B, BNP) debido a su exposición a arsénico, además de que esta asociación también se daba con los metabolitos metilados [33].
Todas estas afecciones ya mencionadas se relacionan a su vez con las enfermedades respiratorias. En la Comarca Lagunera se encontró una reducción en el volumen de aire exhalado en niños expuestos a arsénico en agua, varios de los cuales ya contaban con restricción pulmonar [34]. En esta misma población también se encontró asociación con el incremento en los niveles de un biomarcador de inflamación (metaloproteinasa 9, MMP-9), así como con el porcentaje de DMA en orina [35]. Similarmente, se han reportado niveles elevados de MMP-9 en niños de comunidades Yaqui en Sonora [36].
A nivel genético, muchos de estos efectos en la salud también pueden deberse a que el arsénico causa daño al ácido desoxirribonucleico (ADN). De manera general, se define a la genotoxicidad como la capacidad de las sustancias para dañar el material genético de los organismos [37]. En Coahuila se ha reportado la fragmentación del ADN de leucocitos de pobladores expuestos a Arsénico en agua [38]. Resultados similares se encontraron en células bucales de pobladores expuestos de Baja California Sur [39]. Interesantemente, en niños de La Comarca se ha reportado conjuntamente genotoxicidad y reducción en la capacidad de reparación del ADN de linfocitos [40]. Este efecto conjunto también se ha detectado en pobladores expuestos de Sonora [41]. Incluso la longitud de telómeros (región distal de los cromosomas) se ha visto alterada nuevamente en pobladores de la Comarca [42].
En cuanto a la toxicidad reproductiva, se ha reportado en México la disminución en la fecundidad en mujeres de Sonora [43], cambio en la expresión de genes involucrados en el correcto nacimiento [44], la placenta como ruta temprana de exposición a arsénico [45] o el paso a través del cordón umbilical en función del metabolismo del grupo metilo en la madre [46].
Existen muchos otros estudios sobre los efectos del arsénico en la salud de poblaciones mexicanas como los son las alteraciones en el metabolismo y excreción del grupo hemo de la hemoglobina [47], [48], apoptosis de células inmunes en niños de Durango [49] o biomarcadores de daño renal en San Luis Potosí [50].
Es importante señalar que esta compilación solo está centrada en aquellos estudios que mencionan explícitamente la exposición a agua con arsénico, lo cual muestra un panorama adverso más complejo en el que aún falta contemplar la exposición inhalatoria y dérmica.
Conclusión
El arsénico es un contaminante tóxico para los seres humanos, cuya principal matriz biológica es el agua y su principal ruta de exposición es la vía oral. En base al análisis de la literatura se ha encontrado evidencia en diferentes estados del país de altos niveles de arsénico en agua, así como de la toxicidad del arsénico en diversos órganos y sistemas lo que conduce a un elevado número de afectaciones a la salud; además, en estos mecanismos bioquímicos el metabolismo de dicho contaminante puede jugar un papel protagónico. Estos hallazgos permiten afirmar que el arsenicismo en México es un severo problema de salud pública que requiere atención inmediata.
