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PARTCULAS SUSPENDIDAS, HIDROCARBUROS AROMTICOS POLICCLICOS YMUTAGENICIDAD EN EL SUROESTE DE LA CIUDAD DE MXICOOmar AMADORMUOZ1, Alfredo DELGADORODRGUEZ2, Rafael VILLALOBOSPIETRINI1, ZenaidaMUNIVECOLN1, Raquel ORTIZMARTTELO2, Gilberto DAZGONZLEZ3, Jos Luis BRAVOCABRERA4y Sandra GMEZARROYO51Laboratorio de Mutagnesis Ambiental, Centro de Ciencias de la Atmsfera, Universidad Nacional Autnoma deMxico,CiudadUniversitaria,Coyoacn04510,D.F.,Mxico2Centro de Investigacin en Gentica yAmbiente, UniversidadAutnoma de Tlaxcala,Avenida Universidad No. 1,Tlaxcala90000,Tlax.,Mxico3LaboratoriodeAnlisisInstrumental,UniversidadAutnomaMetropolitana,UnidadXochimilco,VillaQuietud04960,D.F.,Mxico4ObservatoriodeRadiacinSolar,InstitutodeGeofsica,UniversidadNacionalAutnomadeMxico,CiudadUniversitaria,Coyoacn04510,D.F.,Mxico5Laboratorio de Citogentica Ambiental, Centro de Ciencias de la Atmsfera, Universidad Nacional Autnoma deMxico,CiudadUniversitaria,Coyoacn04510,D.F.,Mxico(Recibido diciembre 2000, aceptado junio 2001)Palabrasclave: Salmonellatyphimurium,mutagnesis,PST,PM10,hidrocarburosaromticospolicclicos,CiudaddeMxicoRESUMENSedeterminlapresenciadehidrocarburosaromticospolicclicos(HAP)asociadosalaspartculassuspendidastotales(PST)yalas 10m(PM10)enelsuroestedelaCiudaddeMxico,durante junio a octubre (temporada de lluvias) y de enero a mayo, noviembre y diciembre(temporadadesecas)de1993.LosresultadosmostraronquelospromediosaritmticosanualesdelaconcentracinysuserroresestndarparaPSTfueron10910g/m3yparaPM10585g/m3.Lascantidadesdeambostiposdepartculasfueronmayoresenlatemporadadesecas.PSTyPM10 mostraroncorrelacininversamente proporcionalcon elporcentajede lahumedadrelativa.Seidentificarondiezhidrocarburosaromticospolicclicos(HAP)enPSTyenPM10,los de mayor concentracin fueron benzo(ghi)perileno, indeno(1,2,3cd)pireno,benzo(b)fluoranteno,dibenzo(a,h)antraceno,benzo(a)pirenoyfenantrenoyporelloselespuedeconsiderarcomomarcadoresdeHAPparaestazona.AunquelacantidadtotalanualdeHAPfuemayorenPM10(11.64.8ng/m3)queenPST(8.13.6ng/m3),lasdiferenciasnofueronsignificativas(p>0.6).Lasprimerastuvieronmenorconcentracinenladesecas(6.80.9ng/m3)queenladelluvias(16.32.6ng/m3),porelcontrario,enlasPSTseobservmsensecas(11.71.9ng/m3)queenlluvias(4.50.8ng/m3).Sinembargo,entrelastemporadasdeambostiposdepartculas,nohubodiferenciassignificativas(p>0.5yp>0.4,respectivamente).Probablementeladiferenteconstitucindelaspartculasfuelacausadelavariacinenlarecuperacindeloscompuestosorgnicosadsorbidosaellas.Engeneral,seobtuvomayornmeroycantidaddeHAPenelextractodeciclohexano,seguidodediclorometanoydeacetona.LosresultadosobtenidosconlacepaTA98deSalmonellatyphimuriumconysinlafraccinmetablicaS9, mostraron mutagenicidad debida tanto a compuestos de accin directa como indirecta(promutgenos),almismotiempoqueevidenciaronmayorpotenciamutagnicadelamateriaorgnicaasociadaaPST.Keywords:Salmonellatyphimurium,mutagnesis,TSP,PM10,polycyclicaromatichydrocarbons,MexicoCityRev.Int.Contam.Ambient.17(4)193204,2001O. AmadorMuoz et al. 194ABSTRACTThepresenceofpolycyclicaromatichydrocarbonsassociatedtototalsuspendedparticles(TSP)andparticles 10m(PM10)atPedregalofSanAngelareaatSouthwestMexicoCityduringJunetoOctober(rainyseason)andJanuarytoMayandNovemberandDecember(dryseason)of1993wasdetermined.TheannualarithmeticmeansandthestandarderrorsforTSPandPM10were10910g/m3and585g/m3,respectively.Bothtypesofparticleswerehigherinthedryseasonthanintherainyseason.Thepercentageofrelativehumidityhadnegativecorrelationwithbothtypesofparticleswascalculated.Tenpolycyclicaromatichydrocarbons(PAH)containedinPM10andTSPweredetermined.Benzo(ghi)perylene,indeno(1,2,3cd)pyrene,benzo(b)fluoranthene,dibenz(a,h)anthracene,benzo(a)pyreneandphenanthrenehadthehighestconcentrationsandtheycanbeconsideredasPAHmarkersforthiszone.AnnualtotalamountofPAHwasfoundhigherinPM10(11.64.8ng/m3)thaninTSP(8.13.6ng/m3),significantdifferencewasnotpresent(p>0.6).PAHconcentrationadsorbedon PM10waslower indry season(6.80.9vs. 16.32.6ng/m3) thanin rainyseason.While,PAHadsorbedonTSPwerehigherindry(11.71.9vs.4.50.8ng/m3)thaninrainyseason.However,inbothseasonsthetwokindofparticles,didnotshowsignificantdifferences(p>0.5andp>0.4,respectively).Thedifferentparticlecompositionwasprobablyresponsibleforthedifferencesinorganiccompoundamountadsorbedtothem.Ingeneral,most PAH and the highest concentration were obtainedwith cyclohexane, followed bydichloromethaneandacetoneextracts.ResultswithSalmonellatyphimuriumstrainTA98withandwithoutS9showedthepresenceofcompoundswithdirectandindirectmutagenicactivity.ThehighestmutagenicpotencyoftheorganicmatterassociatedtoorganicextractspresentinTSP.INTRODUCCI NDesdehacemuchosaossehaobservadolarelacinque existe entre algunos agentes qumicos y los efectosqueproducensobrelosorganismos,sinembargo,lamayoradelosreportespublicadossobretoxicologaseenfocanalanlisisdecompuestosqumicosespecficos,porlo que en aos recientes se han incrementado los estudios sobre las mezclas complejas de contaminantes endiversos medios, especialmente del aire. Entre losindicadoresmsimportantesdelacontaminacinatmosfrica estn el ozono, los hidrocarburos, los xidos denitrgeno,elmonxidodecarbonoylaspartculassuspendidas(Dams etal.1975).Estasltimassonespecialmenteimportantesdebidoalosefectostxicosquecausanenelserhumano(Dockeryetal.1993,Andersonetal.1996,Choudhuryetal.1997),ademsdereducirlaradiacin solar y la visibilidad (Muhlia y Leyva 1989,Vasilyev et al. 1995). El efecto adverso de lasaeropartculasdependedesutamaoycomposicinqumica(Butleretal.1985,Diederenetal.1985).Lamateriaorgnicaasociadaaellas, quecontieneentreotroscompuestos alos hidrocarburosaromticos policclicos(HAP) es posiblemente la principal responsable de laproduccin de cncer (Freudenthal y Jones 1976) y demutaciones (DeMarini et al. 1994, 1996). Por ello losHAPhansido consideradoscomomarcadoresde lacalidaddelaireentrminosdelriesgoqueimplicasupresencia,debidoasumutagenicidadycarcinogenicidad(deRaat et al. 1987, de Raat 1988). Estos son generadosprincipalmenteporlacombustinincompletademateriales fsiles (Westerholmet al. 1992) y se encuentran enlos aerosoles atmosfricos en fase vapor (dos anillos),vaporpartcula (tres y cuatro anillos) o slo en laparticulada(cincoomsanillos)(LeeySchuetzle1983).Estas ltimas, principalmente las que tienen dimetros 10mpuedenasociarseoestarconstituidasengeneralporcompuestosinorgnicosyorgnicosformandomezclas,enlasquesedandiferentesreacciones,loquehacean ms compleja la determinacin de los riesgos ambientales(Kellyetal.1994).Lostrabajosqueserealizanendiversoslugares,tratandeencontrarlasrelacionesentrelosgruposdecompuestos asociados a las aeropartculas y el efectomutagnicoqueproducen,sinembargostasiguesiendounreade investigacinquedeberavanzar demaneraimportante en los prximos aos (Marty et al. 1984,VillalobosPietrini etal.1995,1999).Con el fin de evaluar el riesgo por exposicin a loscontaminantes presentes en el material particulado, esnecesariocontarconmuestraslomsntegrasposible,lacomplejidaddebidaalacantidadyalavariedaddeespeciesqumicashallevadoadeterminarlosefectosproducidosporlamuestratotalysusfraccionesconlaintencindedetectarlanaturalezadeloscompuestosresponsables del efecto. En este mismo sentido algunos estudios(Grossjean1975,DeMartinis etal. 1999)hanmostradoqueunacantidadconsiderabledelmaterialorgnico no es extrada cuando se utiliza un slo disolventecomo benceno, ciclohexano, diclorometano, acetona ometanol. Por esto, Daisey et al. (1979) y Butler et al.(1985) propusieron un procedimiento secuencial conPARTCULAS SUSPENDIDAS, HAP Y MUTAGENICIDAD EN MXICO 195ciclohexano,diclorometanoyacetona,paraextraertodala materia orgnica adsorbida a las aeropartculas.Broddin etal.(1977)obtuvieronresultadossimilarescondiferentes disolventes orgnicos tambin de polaridadcreciente.LacaracterizacindealgunosdelosHAP,ascomodeotroscompuestosconefectosbiolgicospotencialmenteadversosalasaludsehalogradomedianteelempleo de diversas tcnicas analticas muy sensibles yeficientescomolacromatografadegases,cuyacapacidaddedeteccineshastadelordendepartesportrilln(Soniassy etal.1994,Grob1995).EnMxico,ladeterminacin de la mutagenicidad y la identificacin de loscompuestos responsables de efectos en la salud, es anunalneadetrabajoqueseencuentraendesarrollo,cuyaimportancia es evidente ya que tan slo en el Valle deMxico las emisiones anuales de contaminantes sonmayoresalos3millonesdetoneladas,el85%provienedelosvehculos,el10%delasindustriasydelosservicios y el5 % de otras fuentes comosuelo y vegetacin(INECENICAJICA1997).Porloanterior,enestetrabajo se determin la mutagenicidad producida por extractos de polaridad creciente, obtenidos de formasecuencial, a partir de filtros del monitoreo de PST yPM10 del suroeste de la Ciudad de Mxico, al mismotiempoqueseanalizaron16HAPporcromatografadegases acoplada a espectrometra de masas (CGEM).MATERIALES Y MTODOSMuest r eosFueron realizados por la Red Manual de MonitoreoAtmosfricodelGobiernodelDistritoFederalenlaestacin del Pedregal de San Angel ubicada en el suroestedelaCiudaddeMxico,cuyazonaesdetiporesidencialycongraninfluenciavehicular.Losmuestreosdepartculasserealizaroncadaseisdasdurante24h,deeneroa diciembre de 1993 en muestreadores Andersen de altosvolmenesparaPSTyPM10,elprimerocalibradoaunflujoentre1.10y1.34m3/minyelsegundoa1.13m3/min 10%.Losfiltrosutilizadosparaestosmuestreosfueron de fibra de vidrio A/E de 20.3 cm x 25.4 cm(GelmanSciences)acondicionadosdurante24ha20Cya45%dehumedadrelativa.Extr accin y anlisisLos filtros fueron envueltos en papel aluminio y seguardarona70Cenunultracongeladorporunlapsode18meses.Laextraccindelafraccinorgnicamensual de las aeropartculas se llev a cabo en equiposSoxhlet,empleandoelprocedimientosecuencialsiguiente: 180 mL con ciclohexano (CH), 180 mL condiclorometano (DCM) y 180 mL con acetona (ACE)(Baker,gradoHPLC),durante8hcadaunoycontresacuatrociclosporhoraesteprocedimientosehizoenunlaboratorio con luz amarilla para evitar lafotodescomposicindelosanalitos(Grimmer1983,Leey Schuetzle 1983). Posteriormente los extractos mensuales se concentraron en un aparato KudernaDanishhastaobtener1mLaproximadamente,seresuspendieronen 1.5 mL con su respectivo disolvente y despus setomaron alcuotas conteniendo volmenes equivalentesa 57 m3de cada uno de los meses de enero a mayo,noviembreydiciembre,paraformarlamuestracomplejadelatemporadadesecasyde96m3dejunioaoctubreparaladelluvias.LasmezclastantodePM10comodePSTfueronaforadasa400m3paralaprimeratemporadaya480m3paralasegunda.Delasmezclascomplejasportemporadasetomaronalcuotasparadeterminarlamateriaorgnicaextrada(MOE),losbioensayosconSalmonellaylosanlisisdeCGEM.Debidoalaimportanciaquetieneelmaterialorgnicoparticuladoporsurelacinconlainduccindecnceryde mutaciones,seevalu laMOEde cadatemporadacolocando 150 L de la muestra compuesta sobre unportaobjetoshoradadoypesado,seevaporeldisolventeysevolviapesar.Ladiferenciaentrelosdospesos,extrapoladaalafororepresentlaconcentracinenmg/mLde MOE. Para cuantificar la prdida por evaporacin,fueron empleados tres extractos orgnicos de polvo urbanocertificadoporelInstitutoNacionaldeEstndaresyTecnologa(NIST,SRM1649a).Delaforoa1mL,setomarontresalcuotasde150L,sellevaronasequedady se les determin la MOE. Posteriormente, sereconstituyeroncondiclorometanoalmismovolumen,sehomogeneizaronenvrtex,seevaporeldisolventeysevolvieronapesar.ElporcentajepromediodeprdidadelaMOEquerepresentlaevaporacindeldiclorometanofuedel4.05%.Ensayodemutagenicidaden SalmonellatyphimuriumEste bioensayo se basa en el empleo de cepasmutantesauxtrofasparahistidina,porloquerequierende lapresencia de sta enel medio de cultivopara crecer. El efecto producido por algn mutgeno en sitiosespecficos del ADN de la bacteria puede generarretromutaciones,queharnqueelfenotiporeviertaasuforma silvestre, prottrofa porlo que stas pueden formarcoloniasenelmediodecultivocarentedehistidina.Paralostratamientos,eldisolventeseevaporhastasequedadyseresuspendiendimetilsulfxido(DMSO),cadaextractofueanalizadoentresdilucionesequivalentesam3muestreadosporcaja(5,10y15).Elprocedimientofueelestndardeincorporacinencaja(MaronyAmes1983).La cepaqueseemplefueTA98,quepermitedetectarmutacionesporcorrimientodel marco de lectura, sta ha demostrado ser adecuadapara ensayos en los que se incluye la fraccinmicrosmicaS9dehgadodemamferoymuysensiblealoscompuestospresentesenmuestrasdeaeropartculasO. AmadorMuoz et al. 196(VanHoudtetal.1987,VillalobosPietrinietal.1995).A0.1mLdelasolucinquesepruebaseleagreg0.1mLdesuspensindebacteriascultivadasdurantetodalanoche. Para determinar la mutagenicidad inducida porcompuestos de accin indirecta o promutgenos se adicionaron0.5mLdelafraccinS9dehgadoderataMolTox,todoestosellevatubosconteniendoagarblandoa45 C y se sembr en cajas de Petri que se incubarondurante48ha37C,unaveztranscurridoestetiemposecontaronlascoloniasbacterianasquerevertieronporcaja.La cantidad de revertantes por caja fue comparadapor anlisis de varianza y posteriormente se hizo la regresinlinealparaobtenerlapotenciamutagnica(Marony Ames 1983, McCann et al. 1988, Piegorsch y Hoel1988,Krewski etal. 1992).I dent ificacin de hidr ocar bur os ar omt icospolicclicosElanlisissellevacaboenuncromatgrafodegasesacopladoaunespectrmetrodemasasFinniganGCQcontrampainica,utilizandounacolumnacapilaral5%fenil,95%polidimetilsiloxano,de30mdelongitudx0.25mmdedimetrointernoy0.25mdegrosordepelcula(SUPELCO),larampadetemperaturacomenzconunaisotermade10mina60C,posteriormenteseincrement5C/minhastaalcanzar310Cconunasegundaisotermade 9 min. La inyeccin se hizo sin dividir la muestra(splitless)durante1min.Lastemperaturasdelinyector,delalineadetransferenciaydelafuenteinicafueron250,310y150C,respectivamente.Elgasdeacarreofueheliodealtapureza(INFRA)avelocidadde40cm/syflujode1.18mL/min.LaidentificacindelosHAPpresentesenlosextractos de los tres disolventes de las muestras compuestasdePSTyPM10,tantodesecascomodelluvias,sehizomedianteelmonitoreodelinseleccionado(SIM),comparandolostiemposderetencinabsolutosenunamezclade16HAPyrelativosatresestndaresinternos(1,2,3,4,5,6,7,8octahidroantraceno,tetrafeniletilenoynoctacosano) obtenidos directamente de loscromatogramas. La cuantificacin se llev a cabo porcomparacindirectadelreabajolacurvadelinseleccionadoconladelpromediodelestndarcorrespondiente, este valor se obtuvo de las inyecciones hechas portriplicadoparacadacompuesto.RESULTADOS Y DISCUSINElanlisis gravimtricosecontrastcon lasnormasambientalesdeterminadasporlalegislacinmexicana,queestablecenunlmitemximodeconcentracinparaPSTde260g/m3yde150g/m3paraPM10,enunperiodode24hyde75g/m3y50g/m3comomediaaritmticaanualparacadacaso(NOM024SSA11993,NOM025SSA11993, respectivamente). Aunque no se ha establecido un umbral para considerar los efectos en la salud,estoslmitesinvolucranmrgenesdeseguridadquedependen delimpacto de losefectos potenciales yde lacertidumbre acerca de lo que ocurre a un determinadoniveldecontaminacinenlapoblacinexpuesta.Lospromediosmensualesobtenidosdelaconcentracinde partculassepresentanen la figur a1, mientrasque los datos tomados de los monitoreos de 24 h (nomostrados)norebasaronellmitemximopermitido,lasmediasaritmticasanualesparaPST(10910g/m3)yparaPM10(585g/m3)slosrebasaronloqueponedemanifiestolaimportanciaquetienelaexposicinporperiodosprolongadosalconsiderarlosriesgosderivadosdela concentracin de los contaminantes asociados a lasaeropartculas.Las medias aritmticas ylos errores estndar de lasconcentracionesparalasPSTenlatemporadadesecasfueron1357g/m3yparalluvias746g/m3,mientrasqueparaPM10fueron714g/m3ensecasy403g/m3enlluvias.Mediantelaprueba noparamtrica deMannWhitney se encontr que las concentraciones entre laspocas, para ambos tamaos de partculas, diferansignificativamente(p CH (5.60.9 %) >DCM(4.21.4%) enlasPSTy DCM(17.44.5%) >ACE (13.72.0 %) > CH (11.82.9 %) en las PM10(Figur a2).LosvaloresobtenidosparaPM10,sonsimilaresalosobservadosporDeMartinis etal. (1999),queconlasecuenciaDCMyACEextrajeron20.3%y10.2% de MOE, respectivamente. El mayor porcentaje deMOEconacetonaenlasPSTposiblementeselogrdebido a que se extrajeron tambin compuestos polarescomosulfatosynitratos(SalazaryBravo1986,Mirandaet al. 1992). En los resultados de Daisey et al. (1979)estos ltimos compuestos representaron el 23 % de lamasa extrada.Elcoeficiente decorrelacinanualde lospromediosmensuales entre la concentracin de las PST y de lasPM10 fue de 0.924 (p