Las sustancias persistentes, bioacumulativas y tóxicas ( PBT ) son una clase de compuestos que tienen alta resistencia a la degradación por factores abióticos y bióticos , alta movilidad en el medio ambiente y alta toxicidad. Debido a estos factores, se ha observado que los PBT tienen un alto orden de bioacumulación y biomagnificación , tiempos de retención muy largos en varios medios y una distribución generalizada en todo el mundo. La mayoría de los PBT en el medio ambiente se crean a través de la industria o son subproductos no intencionales. [1]
Historia
Los contaminantes orgánicos persistentes (COP) fueron el punto focal del Convenio de Estocolmo de 2001 debido a su persistencia, capacidad de biomagnificación y la amenaza que representan tanto para la salud humana como para el medio ambiente. El objetivo del Convenio de Estocolmo era determinar la clasificación de los COP, crear medidas para eliminar la producción / uso de COP y establecer la eliminación adecuada de los compuestos de una manera respetuosa con el medio ambiente. [2] Actualmente, la mayoría de la comunidad mundial participa activamente en este programa, pero algunos todavía se resisten, sobre todo los EE. UU.
Similar a la clasificación de COP, la clasificación PBT de sustancias químicas fue desarrollada en 1997 por la Estrategia Binacional de Tóxicos de los Grandes Lagos (GLBNS). Firmado tanto por los EE. UU. Como por Canadá, el GLBNS clasificó a los PBT en una de dos categorías, nivel I y nivel II. [3] Los PBT de nivel I son de máxima prioridad y actualmente, en 2005, contenían 12 compuestos o clases de compuestos. [3]
- PBT de nivel I (GLBNS)
- Mercurio
- Bifenilos policlorados PCB)
- Dioxinas / Furanos
- Benzo (a) pireno (BaP)
- Hexaclorobenceno (HCB)
- Alquil-plomo
- Plaguicidas
- Octacloroestireno
El GLBNS es administrado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) y Environment Canada . [3] A raíz de la GLBNS, la USEPA redactó la estrategia multimedia para contaminantes tóxicos, bioacumulativos y persistentes prioritarios (Estrategia PBT). [3] La estrategia PBT condujo a la implementación de criterios PBT en varias políticas regulatorias. Dos políticas principales que fueron cambiadas por la estrategia PBT fueron el Inventario de Emisiones Tóxicas (TRI) que requería informes químicos más rígidos y el Nuevo Programa Químico (NCP) bajo la Ley de Control de Sustancias Tóxicas (TSCA) que requería la detección de PBT y propiedades de PBT. [3]
Compuestos
General
Los PBT son una clasificación única de sustancias químicas que han tenido y seguirán teniendo un impacto en la salud humana y el medio ambiente en todo el mundo. Los tres atributos principales de un PBT (persistencia, bioacumulativo y tóxico) tienen cada uno un papel importante en el riesgo que representan estos compuestos. [1]
Persistencia
Los PBT pueden tener una alta movilidad ambiental en relación con otros contaminantes principalmente debido a su resistencia a la degradación (persistencia). Esto permite que los PBT viajen a lo largo y ancho tanto en la atmósfera como en entornos acuosos. Las bajas tasas de degradación de los PBT permiten que estos productos químicos estén expuestos a factores bióticos y abióticos mientras mantienen una concentración relativamente estable. Otro factor que hace que los PBT sean especialmente peligrosos son los productos de degradación que a menudo son relativamente tan tóxicos como el compuesto original. Estos factores han provocado una contaminación global más notable en áreas remotas como el Ártico y áreas de gran elevación que están lejos de cualquier fuente de PBT. [3]
Bioacumulación y biomagnificación
La capacidad de bioacumulación de los PBT sigue su ejemplo con el atributo de persistencia por la alta resistencia a la degradación por factores bióticos, especialmente en organismos. La bioacumulación es el resultado de que una sustancia tóxica se absorbe a una velocidad mayor que la que se elimina de un organismo. En el caso de los PBT, esto se debe principalmente a una resistencia a la degradación, biótica y abiótica. Los PBT generalmente son altamente insolubles en agua, lo que les permite ingresar a los organismos a velocidades más rápidas a través de las grasas y otras regiones no polares de un organismo. La bioacumulación de un tóxico puede conducir a la biomagnificación a través de una red trófica, lo que ha provocado una gran preocupación en áreas con una diversidad trófica especialmente baja . La biomagnificación da como resultado que los organismos tróficos superiores acumulen más PBT que los de niveles tróficos inferiores a través del consumo de los organismos tróficos inferiores contaminados con PBT. [3]
Toxicidad
La toxicidad de esta clase de compuestos es alta y se requieren concentraciones muy bajas de un PBT para producir un efecto en un organismo en comparación con la mayoría de los demás contaminantes. Esta alta toxicidad junto con la persistencia permite que el PBT tenga efectos perjudiciales en áreas remotas de todo el mundo donde no existe una fuente local de PBT. La bioacumulación y el aumento junto con la alta toxicidad y persistencia tienen la capacidad de destruir y / o dañar irreparablemente los sistemas tróficos, especialmente los niveles tróficos más altos, a nivel mundial. Es por esta razón que los PBT se han convertido en un área de enfoque en la política global. [3]
Tóxicos específicos
PCB
Históricamente, los PCB se utilizaron ampliamente para fines industriales, como refrigerantes , fluidos aislantes y como plastificantes . Estos contaminantes ingresan al medio ambiente a través del uso y la eliminación. Debido a la gran preocupación de los sectores público, legal y científico que indican que los PCB son probablemente carcinógenos y puedan tener un impacto adverso en el medio ambiente, estos compuestos fueron prohibidos en 1979 en los Estados Unidos. [4] La prohibición incluía el uso de PCB en fuentes no contenidas, como adhesivos, tratamientos de tejidos ignífugos y plastificantes en pinturas y cementos. [4] Los contenedores que están completamente cerrados, como transformadores y condensadores, están exentos de la prohibición. [4]
La inclusión de PCB como PBT puede atribuirse a su baja solubilidad en agua, alta estabilidad y semivoltilidad, lo que facilita su transporte y acumulación a largo plazo en organismos. [5] La persistencia de estos compuestos se debe a la alta resistencia a la oxidación, reducción, adición, eliminación y sustitución electrofílica. [6] Las interacciones toxicológicas de los PCB se ven afectadas por el número y la posición de los átomos de cloro, sin sustitución en orto se denominan coplanares y todos los demás como no coplanares. [5] Los PCB no coplanares pueden causar neurotoxicidad al interferir con la transducción de señales intracelulares dependientes del calcio. [7] Los orto-PCB pueden alterar la regulación hormonal mediante la interrupción del transporte de la hormona tiroidea al unirse a la transtiretina. [8] Los PCB coplanarios son similares a las dioxinas y los furanos, ambos se unen al receptor de hidrocarburos arilo (AhR) en los organismos y pueden ejercer efectos similares a las dioxinas, además de los efectos compartidos con los PCB no coplanares. [9] [10] El AhR es un factor de transcripción, por lo tanto, la activación anormal puede alterar la función celular al alterar la transcripción de genes. [9] [10]
Los efectos de los PBT pueden incluir aumento de enfermedades, lesiones en los comederos bentónicos , pérdida de desove, cambios en las poblaciones de peces estructuradas por edad y contaminación de tejidos en peces y mariscos. [11] [12] Los seres humanos y otros organismos, que consumen mariscos y / o pescado contaminados con contaminantes bioacumulativos persistentes, tienen el potencial de bioacumular estos productos químicos. [2] Esto puede poner a estos organismos en riesgo de efectos mutagénicos, teratogénicos y / o cancerígenos. [2] Se han encontrado correlaciones entre la exposición elevada a mezclas de PCB y alteraciones en las enzimas hepáticas, hepatomegalia y se han informado efectos dermatológicos como erupciones cutáneas. [5]
DDT
Un PBT preocupante es el DDT (diclorodifeniltricloroetano), un organoclorado que se utilizó ampliamente como insecticida durante la Segunda Guerra Mundial para proteger a los soldados de la malaria transmitida por mosquitos. [2] Debido al bajo costo y la baja toxicidad para los mamíferos, el uso generalizado de DDT para fines agrícolas y comerciales comenzó alrededor de 1940. Sin embargo, el uso excesivo de DDT condujo a la tolerancia de los insectos a la sustancia química. También se descubrió que el DDT tenía una alta toxicidad para los peces. El DDT fue prohibido en los EE. UU. En 1973 debido a la acumulación de evidencia de que la estructura estable del DDT, la alta solubilidad en grasas y la baja tasa de metabolismo hicieron que se bioacumulara en los animales. [13] Si bien el DDT está prohibido en los EE. UU., Otros países como China y Turquía todavía lo producen y usan con bastante regularidad a través de Dicofol , un insecticida que tiene DDT como impureza. [14] Este uso continuado en otras partes del mundo sigue siendo un problema mundial debido a la movilidad y persistencia del DDT.
El contacto inicial del DDT se produce en la vegetación y el suelo. Desde aquí, el DDT puede viajar por muchas rutas, por ejemplo, cuando las plantas y la vegetación están expuestas al químico para protegerse de los insectos, las plantas pueden absorberlo. Entonces estas plantas pueden ser consumidas por humanos u otros animales. Estos consumidores ingieren el químico y comienzan a metabolizar el tóxico, acumulando más a través de la ingestión y presentando riesgos para la salud del organismo, su descendencia y cualquier depredador. Alternativamente, la ingestión de la planta contaminada por insectos puede provocar tolerancia por parte del organismo. Otra ruta es la del químico que viaja a través del suelo y termina en el agua subterránea y en el suministro de agua humana. [15] O en el caso de que el suelo esté cerca de un sistema de agua en movimiento, la sustancia química podría terminar en grandes sistemas de agua dulce o en el océano, donde los peces corren un alto riesgo por los efectos toxicológicos del DDT. [16] Por último, la ruta de transporte más común es la evaporación del DDT a la atmósfera seguida de condensación y eventualmente precipitación donde se libera en cualquier lugar de la tierra. [17] Debido al transporte de larga distancia del DDT, la presencia de este tóxico nocivo continuará mientras se siga usando en cualquier lugar y hasta que la contaminación actual eventualmente se degrade. Incluso después de su uso descontinuado por completo, permanecerá en el medio ambiente durante muchos años más debido a los atributos persistentes del DDT. [dieciséis]
Estudios anteriores han demostrado que el DDT y otras sustancias químicas similares provocan directamente una respuesta y un efecto de las membranas excitables. [18] El DDT hace que las membranas, como los órganos de los sentidos y las terminaciones nerviosas, se activen repetidamente al disminuir la capacidad del canal de sodio para cerrarse y dejar de liberar iones de sodio. Los iones de sodio son los que polarizan la sinapsis opuesta después de que se ha despolarizado al dispararse. [19] Esta inhibición del cierre del canal de iones de sodio puede conducir a una variedad de problemas que incluyen un sistema nervioso disfuncional, disminución de la capacidad / función / control motor, deterioro reproductivo (adelgazamiento de la cáscara de huevo en aves) y deficiencias en el desarrollo. Actualmente, el DDT ha sido etiquetado como un posible carcinógeno humano según los estudios de tumores de hígado en animales. [20] La toxicidad del DDT en humanos se ha asociado con mareos, temblores, irritabilidad y convulsiones. La toxicidad crónica ha provocado problemas neurológicos y cognitivos a largo plazo. [21]
Mercurio
- Inorgánico
El mercurio inorgánico (mercurio elemental) es menos biodisponible y menos tóxico que el mercurio orgánico, pero sigue siendo tóxico. Se libera al medio ambiente tanto a través de fuentes naturales como de la actividad humana, y tiene la capacidad de viajar largas distancias a través de la atmósfera. [22] Alrededor de 2.700 a 6.000 toneladas de mercurio elemental se liberan a través de actividades naturales como los volcanes y la erosión. Otras 2.000 - 3.000 toneladas son liberadas por actividades industriales humanas como la combustión de carbón, la fundición de metales y la producción de cemento. [23] Debido a su alta volatilidad y al tiempo de residencia atmosférica de alrededor de 1 año, el mercurio tiene la capacidad de viajar a través de continentes antes de ser depositado. El mercurio inorgánico tiene un amplio espectro de efectos toxicológicos que incluyen daños en los sistemas respiratorio, nervioso, inmunológico y excretor de los seres humanos. [22] El mercurio inorgánico también posee la capacidad de bioacumular individuos y biomagnificarse a través de sistemas tróficos. [24]
- Orgánico
El mercurio orgánico es significativamente más perjudicial para el medio ambiente que su forma inorgánica debido a su amplia distribución, así como a su mayor movilidad, toxicidad general y tasas de bioacumulación que la forma inorgánica. El mercurio orgánico ambiental se crea principalmente mediante la transformación del mercurio elemental (inorgánico) a través de bacterias anaeróbicas en mercurio metilado (orgánico). [25] La distribución mundial de mercurio orgánico es el resultado de la movilidad general del compuesto, la activación a través de bacterias y el transporte del consumo animal. [1] El mercurio orgánico comparte muchos de los mismos efectos que la forma inorgánica, pero tiene una mayor toxicidad debido a su mayor movilidad en el cuerpo, especialmente a su capacidad para moverse fácilmente a través de la barrera hematoencefálica. [22]
- Impacto ecológico del Hg
La alta toxicidad de ambas formas de mercurio (especialmente el mercurio orgánico) representa una amenaza para casi todos los organismos que entran en contacto con él. Esta es una de las razones por las que se presta tanta atención al mercurio en el medio ambiente, pero aún más que su toxicidad es tanto su persistencia como su tiempo de retención atmosférica. La capacidad del mercurio para volatilizarse fácilmente le permite ingresar a la atmósfera y viajar a lo largo y ancho. A diferencia de la mayoría de los otros PBT que tienen una vida media atmosférica de entre 30 min y 7 días, el mercurio tiene un tiempo de residencia atmosférica de al menos 1 año. [26] Este tiempo de retención atmosférico junto con la resistencia del mercurio a factores de degradación como la radiación electromagnética y la oxidación, que son dos de los principales factores que conducen a la degradación de muchos PBT en la atmósfera, permite que el mercurio de cualquier fuente sea transportado extensamente. Esta característica del transporte de mercurio a nivel mundial, junto con su alta toxicidad, es el motivo de su incorporación a la lista BNS de PBT. [1]
Impactos ambientales notables de PBT
Japón
La toma de conciencia de los efectos adversos de la contaminación ambiental se hizo pública a partir de varios desastres que ocurrieron a nivel mundial. En 1965, se reconoció que la extensa contaminación por mercurio de la fábrica de productos químicos Chisso en Minamata, Japón, debido al manejo inadecuado de los desechos industriales, tuvo como resultado efectos significativos para los seres humanos y los organismos expuestos. [27] El mercurio se liberó al medio ambiente como metil mercurio (estado biodisponible) en las aguas residuales industriales y luego fue bioacumulado por mariscos y peces en la bahía de Minamata y el mar de Shiranui . [27] Cuando el marisco contaminado fue consumido por la población local, causó un síndrome neurológico, denominado enfermedad de Minamata . [27] Los síntomas incluyen debilidad muscular general, daño auditivo, campo de visión reducido y ataxia. [27] El desastre de Minamata contribuyó a la comprensión mundial de los peligros potenciales de la contaminación ambiental ya la caracterización de los PBT.
Puget Sound
A pesar de la prohibición del DDT 30 años antes y de años de varios esfuerzos para limpiar Puget Sound de DDT y PCB, todavía hay una presencia significativa de ambos compuestos que representan una amenaza constante para la salud humana y el medio ambiente. [21] Las focas comunes ( Phoca vitulina ), una especie marina común en el área de Puget Sound, han sido el centro de algunos estudios para monitorear y examinar los efectos de la acumulación y aumento de DDT en la vida silvestre acuática. Un estudio marcó y volvió a examinar a las crías de foca cada 4 a 5 años para analizar las concentraciones de DDT. [28] Las tendencias mostraron que los cachorros estaban muy contaminados; esto significa que sus presas también están muy contaminadas. [28] Debido a la alta solubilidad en lípidos del DDT, también tiene la capacidad de acumularse en la población local que consume mariscos de la zona. Esto también se traduce en mujeres embarazadas o en período de lactancia, ya que el DDT se transferirá de la madre al niño. [21] Los riesgos para la salud humana y animal del DDT seguirán siendo un problema en Puget Sound, especialmente debido a la importancia cultural de los peces en esta región.
Ver también
- contaminante orgánico persistente
- Sustancias mPmB (sustancias muy persistentes y muy bioacumulativas)
Referencias
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