CEPIS/OPS, Curso de autoinstrucción "Evaluación del Riesgo asociado a Contaminantes del Aire"

Se entiende por riesgo a la posibilidad de que bajo ciertas circunstancias ocurra una lesión, enfermedad o la muerte y se entiende por riesgo ambiental cuando tal posibilidad surge como consecuencia de la exposición humana a un factor ambiental peligroso. Una definición de riesgo ambiental algo más específica lo describe como la probabilidad de que ocurra un efecto adverso a nivel individual o poblacional, por la exposición a concentraciones elevadas o por dosis específicas de un agente ambiental peligroso. Se entiende por factor de riesgo a las condiciones, circunstancias o características que favorecen un aumento en la probabilidad de que ocurra un daño.

Los factores de riesgo pueden ser de diversa naturaleza. Para facilitar su evaluación, se los puede ubicar en los siguientes componentes:

Los factores del medio ambiente influyen en el riesgo

Cada componente engloba una variedad de condiciones, circunstancias y características, habitualmente dinámicas, cambiantes en el tiempo y en el espacio, que pueden favorecer el desarrollo de un problema de salud.

El medio físico puede influir mediante sus elementos naturales como clima, temperatura, presión barométrica, humedad, viento, luminosidad, radiación solar, altura, flora, fauna, etc., o con elementos aportados por la actividad humana, tales como el ambiente urbano, los entornos industriales, la deforestación, el cambio de clima, etc. Los factores climáticos tienen especial influencia en coadyuvar en los efectos adversos de los contaminantes biológicos y químicos del aire.

Los agentes patógenos (biológicos, químicos y físicos), denominados contaminantes ambientales cuando están en concentraciones ambientales elevadas, poseen características intrínsecas y en general muy propias que los hacen peligrosos per se. Pueden ser también naturales o generados por la actividad humana.

En este campo, el concepto de peligro corresponde a una fuente de riesgo, el cual no necesariamente puede manifestarse ya que para ello debe ocurrir una exposición y ésta debe ser suficiente como para crear consecuencias adversas en el organismo.

La peligrosidad de las sustancias tóxicas está fundamentalmente determinada por sus características físico-químicas y luego por su concentración en el ambiente.

Los humanos aportan variables de carácter biológico que corresponden a condiciones de riesgo, entre las que destacan edad, sexo, raza, estado de salud (sano versus enfermo), estado nutricional y sustrato genético. Los patrones de conducta y de consumo, hábitos y estilos de vida también implican riesgos, tales como el consumo de alcohol, cigarrillo, dietas selectivas, sedentarismo, etc.

La edad es el factor de riesgo más importante del organismo humano, que en interacción con el estado nutricional y el estado de salud-enfermedad, son los que más influyen en la vulnerabilidad biológica. Esto se manifiesta en el indiscutible impacto preferencial de la contaminación del aire en la salud de niños y ancianos.

Los humanos aportan además variables complejas de carácter social, económico, político, institucional, laboral y de relaciones, que intervienen como factores de riesgo. Destacan la pobreza, vivienda inadecuada, insalubridad, producción de energía, insuficiencia alimenticia, educación limitada o insuficiente, ausencia de seguridad social, legislación insuficiente, atención médica limitada, entre varios otros.

Se entiende por población en riesgo a los grupos poblacionales que reúnen uno o más factores de riesgo y que los hacen más susceptibles de desarrollar efectos adversos en la salud. Frecuentemente se aplica este término de modo restrictivo a las poblaciones que se encuentran en áreas con altos niveles de contaminación ambiental.

La identificación de la vulnerabilidad asociada a los factores de riesgo, especialmente los del ambiente físico y social y los del aspecto biológico y conductual de los individuos, permite visualizar áreas en donde es posible implementar acciones de promoción de la salud. En estos dos de los tres grandes componentes que agrupan factores de riesgo, sería posible reforzar medidas preventivas y acciones y actitudes que atenúen o neutralicen el impacto de los elementos de riesgo.

Existen algunas modalidades para identificar los riesgos y los factores de riesgo en la comunidad. El enfoque tradicional ha sido el enfoque epidemiológico, la evaluación epidemiológica. Las tasas que se usan en salud pública para medir la frecuencia de enfermedad y muerte, son expresiones de riesgo. La epidemiología es el estudio de la distribución en la población humana de una enfermedad o una condición adversa y de aquellos factores que influyen en su distribución (Lilienfeld y col., 1982).

Antes que la epidemiología perfeccionara sus criterios para correlacionar con mejores fundamentos el ambiente y la salud, el énfasis radicaba en la evaluación ambiental. Este enfoque descansa en la identificación y el análisis de situaciones ambientales peligrosas tomando en cuenta las condiciones físicas del medio y las características y niveles de concentración de los agentes patógenos. Uno de los criterios más destacados en este enfoque lo ha sido y continúa siendo el concepto de límite ambiental permisible, para fines de protección ecológica o de exposición humana segura.

En la línea epidemiológica se ha efectuado a nivel internacional una gran cantidad de estudios sobre enfermedad y muerte por causas respiratorias y cardiovasculares en diversas condiciones de contaminación del aire. Con el perfeccionamiento de los métodos para estimar la exposición, los estudios epidemiológicos han permitido establecer asociaciones claras entre aumento de los contaminantes e incremento en la morbilidad y la mortalidad por afecciones específicas; la tendencia ha evolucionado en el sentido de demostrar que a medida que se incrementan las concentraciones en el aire aumentan la incidencia y la mortalidad de tales enfermedades.

Con el incremento de la contaminación antropogénica del ambiente con compuestos químicos, se han desarrollado además nuevos métodos para determinar de modo más específico el riesgo asociado. Las dos grandes líneas de trabajo han sido la evaluación del riesgo según sustancia específica y la evaluación del riesgo por sitio contaminado.

Se entiende por evaluación del riesgo por exposición a una sustancia específica a la actividad científica que analiza las propiedades tóxicas de una sustancia en particular y las condiciones de exposición humana a dicha sustancia, tanto para cerciorarse de la posibilidad de que los individuos expuestos desarrollen efectos adversos como para caracterizar la naturaleza de los efectos que puedan presentar. Esta definición incorpora a dos disciplinas principales, entre otras, en las que se fundamenta el método y que son la toxicología y la epidemiología.

Análsis de tóxicos

La evaluación del riesgo por sitio contaminado estudia lugares y sitios relativamente bien delimitados que han sido contaminados habitualmente por la disposición en ellos de residuos sólidos o líquidos, generalmente de carácter industrial, que se encuentran confinados al lugar o delimitados en un área poco extensa, pero que pueden tener un potencial variable de migración y transporte en el medio dependiendo de las características físico-químicas de sus componentes y del ambiente físico en donde se encuentran. Cuando los compuestos químicos del sitio tienen alto potencial de volatilidad, pueden crear un problema de contaminación del aire y afectar a los asentamientos humanos vecinos.

Estas metodologías pueden generar una evaluación cualitativa, si la información no es suficiente, o bien, una evaluación cuantitativa que proporciona cálculos o estimados sobre el grado de riesgo que tiene un nivel dado de contaminación ambiental y las proyecciones de la frecuencia de enfermedad en la población expuesta.

También existe una diversidad de otros enfoques particulares de evaluación, englobados en el término genérico de análisis del riesgo, que se basan en la aplicación de criterios y procedimientos a poblaciones en condiciones específicas y particulares de exposición al aire contaminado, que permiten establecer indicadores del daño según variaciones de los factores de riesgo y de las concentraciones de contaminantes, previamente establecidas por los estudios epidemiológicos. Permiten estimar la magnitud de, por ejemplo, la mortalidad en poblaciones según las variaciones del nivel promedio de PM10 en el aire.

La toxicología es la disciplina básica que contribuye a la interpretación del riesgo para la salud asociado a la contaminación química del ambiente. Es la disciplina que estudia los efectos nocivos de los agentes químicos en los sistemas biológicos. Los componentes básicos de la toxicología son la toxicocinética y la toxicodinámica.

La toxicocinética estudia las fases de la interacción secuencial entre una sustancia química y el organismo vivo, cuando en general esta sustancia no es utilizable en su metabolismo ni tiene efectos benéficos. Las fases son exposición, absorción, distribución, biotransformación, acumulación y excreción. Las fases que participan en el proceso mismo de medición del riesgo son exposición y absorción; las restantes tienen que ver con el análisis e interpretación de los efectos adversos.

La toxicodinámica estudia los mecanismos con los cuales una sustancia produce daño en las células y tejidos, o sea, la toxicidad, que es la capacidad de la sustancia para producir daño en los organismos vivos. A cualquier sustancia capaz de producir un efecto nocivo en un organismo vivo como resultado de las interacciones físico-químicas con sus tejidos, se le llama agente tóxico. En líneas generales, el daño puede en grado variable afectar ya sea la estructura celular o la función celular, puede ir de alteraciones leves en las células hasta mutaciones y carcinogénesis, lo que depende de la capacidad intrínseca que cada sustancia tiene para causar daños muy específicos (lo que incide en la peligrosidad de la sustancia), del tiempo de contacto con el organismo y de la dosis de exposición.

La peligrosidad de la sustancia está condicionada por su potencial tóxico, el que a su vez en gran medida depende de sus características físicas y químicas. El potencial tóxico varía según si la sustancia es líquida, sólida o gaseosa; si está en su forma elemental, es un compuesto inorgánico u orgánico; si es liposoluble o hidrosoluble; según la reactividad química, la biodegradabilidad, el tamaño molecular, etc.

La exposición y el ingreso al organismo ocurren a través de las vías de exposición, las cuales son digestiva, respiratoria y cutáneo-mucosa. Cada una tiene sus particularidades, especialmente respecto al grado de absorción, que es el paso de la sustancia a través de piel y mucosas hacia la sangre.

La vía respiratoria es la vía preferencial de ingreso y absorción de los contaminantes presentes en el aire, sean éstos gases, sólidos (partículas) o líquidos en suspensión estable (aerosoles, humos y nieblas). Los gases y líquidos volátiles en general se absorben fácil y totalmente por esta vía. No obstante, las características anatómicas y funcionales del árbol respiratorio lo hacen un gran retenedor de los contaminantes del aire. Hay una fuerte interacción y reactividad de las mucosas respiratorias con los contaminantes más conocidos, lo cual determina que una parte importante de sus efectos adversos se expresen primariamente en el mismo árbol respiratorio y relativamente menos a distancia en el resto del organismo una vez absorbidos. Este efecto local ocurre especialmente con bióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, ozono y partículas. La absorción alveolar de partículas está condicionada por el tamaño de éstas; las de diámetro aerodinámico menor de 5 µm alcanzan fácilmente los alvéolos. Los pulmones del adulto tienen unos 400 millones de alvéolos que representan una superficie de absorción de unos 100 metros cuadrados. La absorción alveolar es en general por transporte pasivo mediante difusión simple, por diferencia de presión de gases entre alvéolos y la sangre. Por último, el adulto ventila por sus pulmones unos 20-22 m³ de aire por día, valor que varía según la intensidad de la actividad física y la altura sobre el nivel del mar.

La dosis es la cantidad de la sustancia que es absorbida e ingresada al organismo y se expresa en función del tiempo y del peso corporal, habitualmente en miligramos de la sustancia por kilo de peso en un día (mg/kg/día o mg/kg-día)).

Esta situación es importante para identificar la participación relativa que un contaminante del aire pueda tener en un problema de contaminación ambiental ubicua. Algunas sustancias son exclusivamente contaminantes del aire, tales como el bióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, ozono. Contaminantes del aire tales como el plomo, cloroformo, benceno y otros, pueden estar presentes también en otros medios. En las primeras, la interpretación de la relación dosis-efecto se simplifica y el riesgo atribuible es más fácil de delimitar; en los segundos, el efecto atribuible a la contaminación del aire debe evaluarse en función de la participación relativa que tiene el aire en la dosis total, lo que tiene gran importancia al momento de tomar medidas con los responsables de la contaminación.

La relación dosis-efecto de un agente tóxico se refiere a los diferentes tipos de efectos que puede producir la sustancia a medida que aumenta la dosis en el organismo, hasta llegar a su último efecto que es la muerte, hecho que en general ocurre a dosis muy altas con exposición breve. En esta relación, las dosis bajas en exposiciones prolongadas producen efectos a largo plazo, efectos crónicos. Una sustancia puede llegar a producir un gran número de efectos a diferentes dosis, como ocurre con el monóxido de carbono y el plomo.

Los efectos de una sustancia depende de las dosis que ingresa al organismo y su exposición

Con la ayuda de modelos toxicocinéticos o de modelos experimentales, es posible establecer además una relación concentración-efecto, en donde el criterio de dosis al interior del organismo se reemplaza por el de concentración ambiental de la sustancia, lo cual en la práctica es más fácil dadas las mayores complejidades que en general adopta la estimación de la dosis. La contaminación del aire se presta muy bien para usar esta modalidad, especialmente para contaminantes como el bióxido de azufre, los óxidos de nitrógeno, el ozono y las partículas mayores de 5 µm, que en general no producen efectos sistémicos a distancia sino efectos locales en el árbol respiratorio y los cuales en la práctica no se evalúan con el criterio de dosis.

La relación dosis-respuesta se refiere a la ocurrencia de un efecto determinado en la población expuesta en función de la exposición a diferentes dosis de un tóxico ambiental; la respuesta se puede expresar en función de la distribución de la frecuencia (por ejemplo, porcentaje), o bien, de la gravedad del efecto. Gráficamente se la expresa en una curva dosis-respuesta que tiende a adoptar la forma de una curva sigmoidea, que es la manifestación de la distribución acumulativa de frecuencias de la curva tipo Gauss de distribución normal de una variable en una población.

Conocer la inclinación, la pendiente de la curva dosis-respuesta es de suma importancia, pues refleja un rasgo de peligrosidad de la sustancia; mientras más empinada sea significa que en un rango estrecho de dosis se presenta el efecto en el 100 % de los expuestos. Una sustancia podrá tener tantas curvas dosis-respuesta como efectos diferentes produzca; más aun, las pendientes de las curvas para cada efecto pueden ser diferentes entre sí.

Al igual que para la relación concentración-efecto, se usa el criterio de concentración-respuesta para los contaminantes del aire que producen de preferencia sus efectos a nivel local en el árbol respiratorio.

Al conocer para un contaminante la concentración ambiental o la dosis, que pueden ocurrir en una población por tiempos prolongados y recurriendo a su relación con los efectos y a su relación con la respuesta, es posible estimar la frecuencia del efecto que corresponde a cada concentración o a cada dosis, sea dicho efecto de carácter subclínico o enfermedad manifiesta. Este es un criterio importante llegado el momento de evaluar el riesgo en una comunidad debido a la contaminación del aire.

Para los fines de evaluar el riesgo y de interpretar la curva dosis-respuesta, las sustancias se clasifican en su gran mayoría en sustancias que presentan un nivel de dosis umbral en su curva dosis-respuesta (también se llaman sustancias sistémicas) y las sustancias que no presentan un umbral, que en general son las sustancias carcinogénicas. Existen, sin embargo, algunos carcinógenos que presentan aparentemente umbral así como otros compuestos no carcinógenos, como las partículas y el ozono, en los que no se ha podido establecer un nivel umbral.

Se entiende por dosis umbral aquella dosis mínima de una sustancia en su curva dosis-respuesta que causa la aparición de un cambio en el organismo. El intervalo que hay entre el nivel de dosis cero hasta la dosis umbral representa un margen de seguridad y refleja la capacidad efectiva del organismo para eliminar o biotransformar la sustancia; cuando dosis mayores sobrepasan esta capacidad comienzan a aparecer progresivamente los efectos adversos en el organismo. Las sustancias cancerígenas en general no tienen umbral y empiezan a causar sus efectos a partir de las dosis más bajas posibles, que en la práctica no es posible determinar mediante las técnicas analíticas de laboratorio pero sí pueden ser estimadas mediante modelos matemáticos, como se verá más adelante.

Igualmente, para los contaminantes del aire con efectos locales y en los que se estudia una relación concentración-respuesta, existe una concentración umbral del contaminante en el aire, la cual se interpreta conceptualmente de la misma manera que la dosis umbral.

De la combinación y equilibrio entre concentración ambiental, exposición y dosis, se derivan dos tipos de intoxicaciones, las intoxicaciones agudas y las intoxicaciones crónicas. En las primeras, la dosis es alta o muy alta y la exposición es relativamente breve, de algunos minutos a unas cuantas horas; los efectos agudos pueden variar en intensidad y gravedad y pueden llegar hasta la muerte en un corto plazo. En las intoxicaciones crónicas, las dosis son habitualmente bajas o muy bajas, pueden ser acumulativas y la exposición es prolongada, permanente o intermitente, por meses o años. Ambas situaciones ocurren en relación con la contaminación del aire. En la práctica, los problemas de salud pública por contaminación del aire en ciudades corresponden a una combinación de ambas situaciones, que a veces es difícil de diferenciarlas o delimitarlas.

En la intoxicación crónica las dosis son bajas con exposiciones prolongadas

Los efectos adversos de la contaminación del aire se pueden analizar desde diferentes ángulos. Genéricamente los efectos pueden ser agudos y crónicos, subclínicos y clínicos, locales en el mismo árbol respiratorio y a distancia en el resto del organismo, reversibles e irreversibles, con umbral y sin umbral, anatómicos y funcionales, etc.

Existen efectos moleculares, bioquímicos y enzimáticos, entre otros, que en sus etapas iniciales son procesos sin manifestaciones clínicas, sin enfermedad evidente; identificarlos en estas etapas es sólo posible por medio de exámenes de laboratorio y cuando esto se hace sistemáticamente en las poblaciones con un propósito definido, se habla de monitoreo biológico. Entre los contaminantes del aire que actúan de este modo están el plomo y el monóxido de carbono.

Ocurren efectos en sistemas y órganos específicos. Con los contaminantes del aire de acción local, el sistema primariamente afectado es el árbol respiratorio, o sea, la vía de ingreso en sí misma (fosas nasales, faringe, tráquea, bronquios, bronquiolos y alvéolos), especialmente por la acción que sobre la mucosa respiratoria y la musculatura bronquial ejercen contaminantes como el bióxido de azufre, los óxidos de nitrógeno, las partículas y el ozono. Es frecuente en este caso evaluar el impacto de los contaminantes en las funciones pulmonares y uno de los indicadores de efecto adverso frecuentemente evaluado, en especial en los niños, es precisamente el impacto en la capacidad funcional respiratoria. El aparato cardiovascular es el otro sistema afectado que le sigue en importancia y frecuencia, debido a la dificultad en el aporte de oxígeno al músculo cardíaco causada por el daño primario a nivel respiratorio o en el bloqueo de su transporte. Según sea el perfil de toxicidad de los otros contaminantes del aire que alcancen la sangre por vía alveolar, serán los daños sistémicos a distancia en otros órganos.

También se consideran los impactos en salud pública, expresados mediante los siguientes indicadores, que son los más frecuentemente usados en la actualidad. El aumento de la mortalidad, específicamente de mortalidad general, por enfermedades respiratorias, por causa cardiovascular, en mayores de 65 años de edad y en niños menores de 1 año. El aumento de la morbilidad, expresada mediante incremento de las hospitalizaciones por causa respiratoria, por neumonía, por enfermedad pulmonar obstructiva crónica, por causa cardiovascular, en todas las edades y en mayores de 65 años; el aumento de la morbilidad expresada mediante incremento de las consultas de urgencia por causa respiratoria, asma y neumonía; y finalmente también mediante la medición del ausentismo escolar y el ausentismo laboral.

La evaluación epidemiológica en general y la evaluación del riesgo en particular pueden en principio usar como indicadores de efectos adversos a cualesquiera de estas manifestaciones, o crear otros indicadores según las características locales y del momento. Un listado de indicadores de impacto de los contaminantes del aire en la salud, se presenta en el Anexo 2.

Al conjunto de datos sobre la relación cuantitativa entre exposición y efectos (dosis efecto y dosis respuesta) y que representan la base científica, se lo conoce como criterios. Cuando los criterios son ordenados en un conjunto para fines de precisar los niveles máximos de exposición a agentes dañinos, compatibles con el mantenimiento de una buena salud, se los llama guías o pautas, las que pueden ser ambientales y biológicas. Finalmente, con base en las guías se pueden establecer las normas, que son requisitos oficiales en general a nivel de países sobre concentraciones máximas en el ambiente o al interior del organismo humano, que no deben excederse.