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AÑO 2012 * VOL. 1 * NUM. 1IndiceMODELACIÓN DE UN SISTEMA ROTATORIO DE MEMBRANAS, PARA SEPARAR COMPUESTOS OLEOSOS, EN LA INDUSTRIA METAL-MECÁNICA. Raudel Ramos-Olmos, Eduardo Rogel-Hernández, Fernando T. Wakida, Shui Wallin, Heriberto Espinoza-Gómez.

ANALISIS DE SIMULACION EN LOS PROCESOS DE SERVICIO AL CLIENTE EN UNA INSTITUCION FINANCIERA UTILIZANDO EL SOFTWARE ARENA.Juan Andrés López Barreras, Cesar Ismael L.-Barreras, José María López-B., Jesús Everardo Olguín T. Claudia Camargo Wilson, Julio Cesar Gómez Franco.

FARMACOGENÉTICA DE ISONIAZIDA: DESDE LA ESTRUCTURA DE LA ENZIMA NAT2 HASTA EL FENOTIPO ACETILADOR LENTO.Rosa Elena Mares Alejandre, Marco Antonio Ramos Ibarra.

CALIDAD DE AGUA DE MANANTIALES URBANOS EN LA CIUDAD DE TI JUANA.Fernando T. Wakida, Enrique García Flores, Lilia Hurtado, Samantha Arizmendi, Enrique Sánchez M. Teresita de Jesús Piñón C.

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Universidad Autonóma de Baja CaliforniaFacultad de Ciencias Químicas e Ingeniería

REVISTA ARISTAS

Investigación Básica Aplicada

Año 2012 Vol. 1 NO 1

EDITOR EN JEFEDr. Juan Andrés López BarrerasFacultad de Ciencias Químicas e IngenieríaUniversidad Autónoma de Baja California

José LópezAuxiliar EdiciónCésar LópezAuxiliar Diseño

Revista Aristas

Es una Revista de Divulgación Científica donde laUnidad Académica responsable es la Facultad de

Ciencias Químicas e Ingeniería, Campus Tijuana de laUniversidad Autónoma de Baja California

COMITE EDITORIAL

PORTADADiseño: JA-C&LB

Fotografía: Alfred Pasieka

Publicación semestral

Publicada por laFacultad de Ciencias Químicas e Ingeniería

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA

LEGALREVISTA ARISTAS INVESTIGACIÓN BÁSICA Y APLICADA, año 1, número 1, Enero 2012 – Junio 2012, es una publicación semestral editada y publicada por la Universidad Autónoma de Baja California, Ave. Álvaro Obregón sin número, Col. Nueva, Mexicali, Baja California, México. C.P. 21100. Teléfono Directo: (686) 553-44-61, (686) 553-46-42, Conmutador: (686) 551-82-22, Fax: (686) 551-82-22 ext. 33005, http://fcqi.tij.uabc.mx/usuarios/revistaaristas/. Editor responsable: Juan Andrés López Barreras. Reservas de Derechos al uso Exclusivo No. 04-2013-082310014500-102, ISSN en trámite, ambas otorgadas por el Instituto Nacional del Derecho de Autor.Responsable de la última actualización de este número: Juan Andrés López Barreras, Coordinación de Posgrado e Investigación de la Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, fecha de última actualización: 26 de Junio de 2012.La reproducción total o parcial está autorizada siempre y cuando se cite la fuente.

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BAJA CALIFORNIA Dr. Fernando Toyohiko Wakida Kusunoki

Dr. Samuel Guillermo Meléndez LópezDr. Luis Guillermo Martínez Méndez

Dr. José Heriberto Espinoza GómezDr. Paul Adolfo Taboada González

Dr. Luis Enrique Palafox Maestre

Dr. Marco Antonio Ramos IbarraDr. José Luis González Vázquez

Dr. Gerardo César Díaz TrujilloDr. José Manuel Cornejo Bravo

Dra. Quetzalli Aguilar Virgen

Dr. Guillermo Licea SandovalDra. Alma Elia Leal Orozco

Dr. Iván Córdova GuerreroDr. Manuel Castañón Puga

Dr. Raudel Ramos Olmos

M.C. Rubén Guillermo Sepúlveda Marqués

M.C. Jesús Everardo Olguín TiznadoM.C. José Jaime Esqueda Elizondo

M.C. Jorge Edson Loya HernándezM.C. José María López Barreras

M.C. Julio Cesar Gómez Franco

M.C. Claudia Camargo WilsonM.C. Teresa Carrillo Gutiérrez

UNIVERSIDAD DEL BIO-BIO, CHILE.

Dra. Leticia Galleguillos Peralta Dr. Ivan Santelices Malfanti

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE HERMOSILLO Dr. Enrique de la Vega Bustillos

Dr. Gil Arturo Quijano Vega

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Editorial

A más de un año de arduo trabajo de planeación y gestión es un orgullo presentar a la comunidadacadémica y estudiantil de la Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, nuestro primer númerode la Revista Aristas: Ciencia e Ingeniería. Año 1, Volumen 1 de 2012. Este es el resultado delapoyo brindado principalmente por nuestros Autores, miembros del Comité Editorial, EquipoEditorial y la Dirección de la Facultad.

Es un camino largo el que hemos emprendido y eso es lo importante: ya hemos iniciado y lohemos hecho muy bien. Acciones como éstas son las que requiere nuestra comunidad académicay estudiantil: una forma para difundir el conocimiento generado en todas las áreas que comoUnidad Académica estamos desarrollando. Nos mantenemos en la mejora continua de nuestrosprocesos de edición y el rigor académico de los procesos de arbitraje y esperamos mejorar cadavez para que el trabajo que presentemos sea cada vez más fino y de calidad.

El corazón de este primer número de nuestra Revista son sus Artículos. En este número incluimosArtículos de corte Científico y de Ingeniería de las áreas de Ingeniería Industrial, Química,Ambiental y Biológicas, por ejemplo: Modelación de un sistema rotatorio de membranas, paraseparar compuestos oleosos, en la industria metal-mecánica, Análisis de simulación en losprocesos de servicio al cliente en una institución financiera utilizando el software Arena,Farmacogenética de Isoniazida: desde la estructura de la enzima NAT2 hasta el fenotipo acetiladorlento y, finalmente el tema: Calidad de agua de manantiales urbanos en la ciudad de Tijuana.Esperamos que tanto estudiantes como académicos disfruten de la lectura que nos han preparadonuestros estimados Autores.

Estamos seguros que vamos marchando a paso firme y cada vez se fortalece más nuestro primerobjetivo de ser en el corto plazo la Revista de Divulgación Científica más importante de laUniversidad Autónoma de Baja California. Esperamos que este sea el primero de muchos númerosde nuestra Revista Aristas: Ciencia e Ingeniería.

Juan Andrés López BarrerasRevista Aristas: Ciencia e Ingeniería

Editor en Jefe

Revista Aristas: Ciencia e Ingeniería. Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería. UABC. Recibido: 25/01/12 Aceptado: 29/06/12

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MODELACIÓN DE UN SISTEMA ROTATORIO DE MEMBRANAS, PARA SEPARAR COMPUESTOS OLEOSOS, EN LA INDUSTRIA METAL-MECÁNICA

Modeling of a rotating membrane for removing oily compounds in metal-mechanical industry

RESUMEN Los residuos de aceite/agua constituyen un problema ambiental en muchas industrias. Este trabajo se centra en el estudio de emulsiones altamente estables de aceite/agua. La normatividad ambiental mexicana establece un límite máximo permisible de 15-25mg/L dependiendo el cuerpo receptor federal (NOM-001-SEMARNAT-1996), y 25mg/L para el sistema de alcantarillado urbano o municipal, (NOM-002-SEMARNAT-1996). Se modelaron los datos de la velocidad de flujo y remoción de aceite, en función de velocidad de rotación y tiempo de operación. Se observó que la velocidad de flujo es directamente proporcional a la velocidad de rotación e inversamente proporcional al tiempo de operación del módulo rotatorio. PALABRAS CLAVES: microemulsiones, modelación, ultrafiltración. ABSTRACT Waste oil / water constitute an environmental problem in many industries. This paper focuses on the study of highly stable emulsions of oil / water. Mexican environmental regulations establishes a maximum limit of 15-25mg/L depending on the receiving federal (NOM-001-SEMARNAT-1996), and 25mg/L for the urban sewage system or municipal (NOM-002-SEMARNAT-1996). Data were modeled flow rate and oil removal, depending on rotational speed and operation time. It was observed that the flow rate is directly proportional to the rotational speed and inversely proportional to the time of operation of the rotary system. KEYWORDS: microemulsions, UF modeling

RAUDEL RAMOS-OLMOS Químico, Dr. Profesor de Tiempo Completo Universidad Autónoma de Baja California [email protected] EDUARDO ROGEL-HERNÁNDEZ Químico, Dr. Profesor Investigador Universidad Autónoma de Baja California [email protected] FERNANDO T. WAKIDA Ingeniero Químico, PhD. Profesor Investigador Universidad Autónoma de Baja California [email protected] SHUI WAI LIN Químico, PhD. Investigador Instituto Tecnológico de Tijuana [email protected] HERIBERTO ESPINOZA-GOMEZ Ingeniero Químico, Dr. Profesor Investigador Universidad Autónoma de Baja California [email protected]

1. INTRODUCCIÓN

El desarrollo y aplicación de la tecnología de membranas en la industria ha experimentado un crecimiento considerable en los últimos 30 años. La demanda de sistemas de separación crece rápidamente cada año. No obstante, por diversos factores no han sido ampliamente aplicados, sobre todo por sus elevados costos de adquisición y operación [1]. Durante los últimos años, se ha tenido un gran interés en lo relacionado a la contaminación del agua con aceites e hidrocarburos. En este trabajo se presta especial interés a la contaminación con aceite “soluble”; estos aceites pueden contener aceites minerales, emulsificantes, ácidos, metales, sólidos disueltos y suspendidos, así como sales orgánicas e inorgánicas. Dichos aceites forman microemulsiones termodinámicamente estables cuando se combinan con el agua.

Debido a la demanda de fuentes de agua, los sistemas de separación por membranas aumentan rápidamente cada año. El éxito de esta tecnología de membranas depende de su eficiencia en la filtración. Sin embargo, se tiene un problema común en este tipo de sistemas de separación; la obstrucción de las membranas por partículas sólidas o solutos de gran tamaño. Este proceso es irreversible hasta el punto en que la membrana pierde la capacidad de filtración y es necesario su reemplazo. El bloqueo de las membranas es un fenómeno complejo que ha preocupado a la industria de la ultrafiltración por años. La atracción electrostática de los materiales bloqueadores con la superficie de la membrana, muestra la necesidad de desarrollar membranas resistentes al ensuciamiento [2]. Los residuos de aceite/agua constituyen un problema ambiental en muchas industrias; especialmente en las industrias y talleres de maquinado de piezas metálicas, donde el empleo de surfactantes provoca muchas dificultades en la separación de las


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fases. Los residuos aceitosos pueden agruparse en tres categorías: Aceite libre sobrenadante, emulsiones inestables y emulsiones altamente estables de aceite/agua. Un fluido de corte, por lo general derivado del petróleo, se emplea para enfriar y lubricar la herramienta y la pieza al realizar operaciones de maquinado y amoldado. A algunos fluidos se les agregan aditivos de extrema presión para facilitar el corte de metales duros, mejorar el acabado, y prolongar la vida útil de la herramienta. Los aceites de corte solubles se emulsionan con el agua para mejorar el enfriamiento. Ya que las emulsiones resultantes están sujetas a la acción bacteriana y a emanar olores desagradables, los fluidos de corte solubles pueden contener bactericidas. Lipp y colaboradores [3], emplearon membranas comercialmente disponibles, conocidas como YM5, YM30 y CJT35; mismas que originalmente fueron diseñadas para nanofiltración. Por su parte, Daiminger y colaboradores [4], propusieron el uso de membranas comerciales producidas por Sartorius® y Millipore®; encontrando en ambos casos que el carácter hidrofóbico de la membrana juega un papel importante en el proceso de separación. Desafortunadamente, todos los sistemas antes mencionados tienen una eficiencia de apenas el 80%. Espinoza y Lin [5], encontraron que, empleando membranas hidrofílicas, se logran eficiencias de remoción del 90% con una recuperación de flujo del 95%. Janknecht y colaboradores [6], utilizaron membranas de microfiltración (MF) y ultrafiltración (UF) para el tratamiento de emulsión de aceite de fluidos de corte industrial. Las membranas permearon entre 1.6 y 939.0 L/(m2 h bar), con diferentes muestras probadas, así como los rechazos de aceite entre 3.42% y 99.99%. El flujo fue de 3 L/min. Las membranas que no presentaron buenos resultados de filtración, fueron las membranas WC02 de material no reportado fabricada por Osmonics®, Nylon de Plastok® y la RH02 de acrílico fabricada por Osmonics®, se obtuvieron rechazos en el orden de 3.42 a 33.95%. El resto de las membranas probadas presentaron rechazos mayores de 99%. Chang y colaboradores [7], emplearon una planta piloto de UF para tratar agua residual con aceite de fluido de corte, siendo ineficiente el proceso de filtración, por lo que requirió tratamiento previo con ozono, permitiendo el reuso del permeado de ultrafiltración como agua de proceso. Benito y colaboradores [8], optimizaron las condiciones de operación para la ultrafiltración de emulsiones de aceite sintéticas con 4 membranas orgánicas hechas de polisulfona y celulosa regenerada. Marchese y colaboradores [9], trataron a escala piloto agua residual de una empresa casera que contiene aceite emulsificada, usando un método de separación basado en una membrana de ultrafiltración. Las características del agua residual fueron: Demanda Química de Oxígeno

(DQO) 1500 mg/L y concentración de hidrocarburos totales (HC) de 170 mg/L. El estudio piloto de flujo cruzado fue desarrollado con 2 módulos de membranas en espiral comerciales con un peso molecular límite de 35,000 Da (M2, preparada con polisulfona) y de 2,000 Da (M1, preparada con poliamida depositada en soporte de polisulfona). La membrana M1 mostró alto rechazo, manifestándose en la reducción de la DQO e hidrocarburos que la M2. El flujo permeado de M1 y la disolución de rechazo fueron investigados en relación a la presión (p = 100 a 400 kPa), temperatura (20 a 35°C) y la velocidad del flujo de alimentación (2 a 5 m3/h). Las pruebas experimentales a escala piloto mostraron que la membrana M1 de ultrafiltración es efectiva para remover el aceite emulsionado. La reducción de la DQO fue del 91.2% y de HC 99.7%, con un flujo de permeado de 20 L/(h m2) a una P = 400 kPa y 35°C. Mientras que la membrana M2 presentó una reducción de 18% en la DQO y un 25% en los HC.

Xianguo y colaboradores [10], efectuaron un estudio del comportamiento de la ultrafiltración para emulsiones de fluidos de corte de metales. Los efectos fueron investigados en tres membranas; dos de PES: Polietersulfona y una de PVDF: fluoruro de polivilideno. Los factores considerados en el trabajo de Xianguo son: concentración de alimentación de aceite, presión transmembrana, temperatura y otros parámetros de proceso en el flujo permeado, el rechazo de aceite y la DQO en el permeado, experimento llevado a cabo a escala laboratorio. Se analizó el ensuciamiento de la membrana y la recuperación de la permeabilidad. Se encontró un modelo empírico de ensuciamiento de las membranas que fue discutido y probado experimentalmente. Las membranas de PES, fabricadas por Hoechst Company y Hungara, resultaron eficientes para remover el aceite (99.99%). Al efectuar los lavados con dos disoluciones, una de dodecil sulfato de sodio/pentano/agua y otra de acido-gasolina-alcali; se logró una eficiencia de recuperación de la membranas de 96.3% y 97.2%, respectivamente; para la membrana PVDF (FP 055A). Brian y colaboradores [11], efectuaron el tratamiento de residuos aceitosos usando membranas de ultrafiltración en un disco rotatorio de alta velocidad. Este tipo de dispositivos generan la turbulencia requerida para minimizar la concentración de polarización y la declinación del flujo. Este tipo de sistemas fue efectivo en concentraciones de aceite del orden del 5%. La turbulencia generada por la presión/recirculación de alimentación por rotación fue la primera razón para mejor el desempeño en comparación con los sistemas convencionales de UF. La temperatura y la velocidad de rotación fueron dos factores que influyeron en el flujo permeado. El flujo se incrementó en un 45% cuándo la temperatura se incrementó de 43 a 60°C; debido a la disminución en la viscosidad del residuo. La velocidad del flujo-velocidad de rotación fue relacionada por


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90.0)(wfJ . La membrana de cerámica fue superior a

la membrana polimérica en relación al flujo permeado, calidad de limpiado y durabilidad. Viadero y colaboradores [12] estudiaron la relación entre el flujo permeado, la presión transmembrana, la velocidad de rotación y la concentración de alimentación en un sistema rotatorio de ultrafiltración de un fluido sintético de metal mecánica. Las interacciones entre el flujo permeado y los parámetros de operación fueron descritos usando la resistencia en serie (modelo RIS) como un modelo de aproximación del flujo permeado (tasa de flujo permeado/área de membrana).

pfm RRR

PJ

(1)

Donde: P = Promedio de la presión transmembrana.

Rm = Resistencia intrínseca de la membrana (determinada usando agua pura en la solución de alimentación). Rf = Resistencia debido al ensuciamiento de la membrana (causada por adsorción del soluto en la superficie de la membrana o taponamiento del poro). Rp = Resistencia debido a la concentración por polarización (capa).

A pesar de los estudios que se han realizado, actualmente no existe un sistema efectivo de tratamiento de aguas aceitosas industriales, por tal motivo estos desechos se disponen como residuo peligroso; o bien, se descargan provocando una degradación de los cuerpos receptores, afectando la flora y fauna acuática. De igual manera, si se vierten directamente a suelo, estos desechos actúan como barreras impermeables, evitando que el agua pueda transportarse a través del suelo; o bien, que los desechos y el agua se infiltren juntos hasta llegar al manto freático y así contaminarlo. Por otra parte, si estos desechos se vierten, pueden cubrir el suelo o la vegetación, taponando las membranas semipermeables por donde las plantas absorben el agua y los nutrientes; esto ocasiona que las plantas mueran por deshidratación o por el efecto tóxico del desecho. Cabe mencionar que a la fecha, en México, los sistemas convencionales de tratamiento de agua residual con residuos oleosos consisten fundamentalmente de sedimentación con apoyo de coagulantes y floculantes. Actualmente en nuestra región se esta implementando tecnología a base de trampas de grasas (proceso físico), promovidas por la Comisión Estatal de Servicios Públicos de Tijuana (CESPT), con la implementación del programa “atrapa la grasa” que desarrolla el Departamento de Control de Descargas del organismo operador mencionado. El objetivo general de este trabajo es modelar el comportamiento de filtración y remoción de emulsiones aceite/agua en un sistema de membranas de

ultrafiltración, acoplado a un disco rotatorio. Esta tecnología separa los contaminantes del agua, al forzarla a pasar a través de una barrera semipermeable (membrana). La membrana permite el paso de ciertos constituyentes y bloquea a otros. El proceso de membrana comúnmente empleado para el tratamiento de aceites en agua es la ultrafiltración. Es conveniente mencionar que la normatividad ambiental mexicana establece un límite máximo permisible de grasas y aceites de 15 a 25 mg/L dependiendo el cuerpo receptor federal (NOM-001-SEMARNAT-1996) [13]. Para el caso de descarga al sistema de alcantarillado urbano o municipal se establece un límite máximo permisible de 25 mg/L (NOM-002-SEMARNAT-1996) [14]. 2. METODOLOGIA

Se realizaron dieciocho experimentos discretos con el fluido metal mecánico combinando concentración y velocidad de rotación de la membrana al aplicar presiones de 103 a 517 kPa (15 a 75 PSI). La resistencia por ensuciamiento (Rf), fue solo del 12% del total de la resistencia de la membrana (Rm), se determinó que Rf y Rm fueron independientes de la concentración de la alimentación y velocidad de rotación de la membrana. La resistencia debido a la polarización (Rp), fue la velocidad predominante para controlar la resistencia en el disco rotatorio de alta velocidad de ultrafiltración del fluido sintético de metalmecánica; sin embargo las rotaciones de las membranas indujeron a una turbulencia hidráulica que fue efectiva para minimizar Rp por reducción de moléculas de soluto en la superficie de la membrana. 2.1 Sistema rotatorio de membranas El sistema rotatorio de membranas se emplea para mejorar la velocidad del flujo por problemas de ensuciamiento. El sistema rotatorio de membranas utiliza una serie de planos, rodeado de discos de membranas y soportado en un mango rotatorio soportado en un cilindro (Figura 1) [12, 15]

Figura 1. Soporte y sistema rotatorio de membranas.


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En este tipo de módulos rotatorios entra el fluido con presión y se distribuye por flujo cruzado en la superficie de la membrana por acción hidráulica. El permeado es forzado a través de la membrana bajo presión, es colectado a través de los poros y descargado. La turbulencia en el sistema rotatorio es inducida por rotación de la membrana; así la bomba es solamente requerida para proporcionar presión y recirculación del fluido. Para generar turbulencia en la superficie de la membrana, ésta cuenta con unas placas en ambos lados del disco donde se soporta. Así, es posible tratar altas concentraciones de residuo usando un sistema rotatorio de membranas, porque el proceso limpia efectivamente por efecto de la presión y recirculación. Se puede tratar fluido con 5 a 65% de aceite en agua. En el sistema rotatorio de membrana, la turbulencia hidráulica es producida por la rotación de la superficie de la membrana y es caracterizada por el número de Reynolds; radial, Rer:

vr

r

2

Re

(2)

Donde: = Velocidad rotacional de la membrana r = Radio de la membrana v = Viscosidad cinemática de la solución de alimentación.

En el sistema rotatorio de membrana, el permeado es conducido hacia la membrana por la fuerza centrifuga y la presión lo fuerza para que traspase la membrana. Una malla porosa de algodón está entre la membrana y el disco, actuando como canal para conducir el flujo del permeado. Por lo que un decremento neto de presión transmembrana es determinado por la distribución no uniforme de la descompresión del permeado, Pb:

2

2rPb

(3)

Donde: = Densidad de la solución de alimentación.

Así, el promedio de la descompresión del permeado, pb(avg), ocurre con el giro del radio por rotación de la membrana en el disco:

2

2

)(

Ip avgb

(4)

Donde: I = Es el radio de giro por la rotación plana de

un anillo (Figura 2).

2

22oi rr

I

(5)

Donde: ri = Radio interno de la membrana ro = Radio externo de la membrana

El promedio de la presión transmembrana, P , es la diferencia entre la presión aplicada, Pi, y el promedio de la descompresión promedio del permeado:

)(avgbi PPP (6)

En el sistema rotatorio de membranas, es importante mantener los parámetros de operación (Pi y la velocidad de rotación de la membrana) para asegurar que la presión aplicada es siempre mayor que la máxima descompresión del permeado, pb(avg) el cual ocurre al ro. Si la presión aplicada es menor que Pb(max), la fuerza neta y dirección del flujo permeado retornará y la membrana puede romperse. Figura 2. Esquema de un sistema de ultrafiltración rotatorio de alta velocidad (Viadero y colaboradores, 1999).

2.2 Material utilizado en la modelación En el desarrollo metodológico para la modelación se utilizaron tres programas computacionales; uno de ellos fue Microsoft Office Excel®, 2003 que se empleo para obtener las curvas características, tendencia, expresión matemática del comportamiento de los datos graficados en una dirección y los modelos matemáticos del comportamiento de los datos analizados y la correlación de los datos. Con este programa, las ecuaciones que se obtienen del comportamiento de los datos graficados son: a) Lineal: ABxy (7)

b) Logarítmica: AxBy ln (8)

c) Polin. orden 2: CBxAxy 2 (9)

d) Polin. orden 3: DCxBxAxy 23 (10)

e) Exponencial: xBeAy (11)

El Surfer® 8 para Windows, que emplea un método Gridding para producir un mapa simple, realiza un calculo de traslape de mallas, selecciona el nodo para


8

usar con el valor promedio. Usa el nodo de una malla existente o remuestrea a una malla diferente usando una interpolación bilineal, cúbica o lo más cercano al método de muestreo. El método Gridding en Surfer 8, permite producir un contorno preciso, superficies, mallas, imagenes y mapas de relieves de datos XYZ. Los datos pueden estar dispersos al azar sobre un área, el método Gridding los interpola en una malla. Básicamente se empleó para producir las curvas del comportamiento de los datos (Figura 3). El SigmaStat® versión 2.01, se empleó para el análisis estadístico de los datos. Figura 3. Ejemplo de gráfica obtenida con el paquete computacional Surfer 8.; (a) Gráfica en forma de malla, (b) Gráfica con contorno.

(a) Grafica en forma de malla (b) Grafica con contorno

2.3 Modelación Para la modelación, se manejan los datos de cada membrana en los intervalos donde los valores se ven incrementados hasta llegar a una zona donde permanecen relativamente constantes, para obtener los modelos matemáticos del comportamiento de la velocidad de flujo y la eficiencia de remoción de las membranas. En esta etapa se consideran dos regiones en las gráficas, una donde los datos de comportan de manera lineal, exponencial o de manera constante (Figuras 4 y 5). Figura 4. Datos experimentales de la velocidad del flujo de la membrana HL7.

Figura 5. Datos experimentales de remoción de aceite de la membrana HE9.

Considerando el comportamiento, los datos graficados experimentalmente de velocidad de flujo y eficiencia de remoción de las membranas, se observan tres regiones: lineal, exponencial y constante, por lo que se proponen obtener modelos tales como:

... YCXBAZ (12)

... YCeXBAZ (13)

... YCeAXBZ (14)

Donde: Z = Velocidad de flujo o porcentaje de remoción de aceite (%RA). A = Constante (ordenada, cuando X y Y tienen valor de cero). B = Pendiente de la gráfica en la región lineal. C = Coeficiente de la variable Y, constante o pendiente del curva en la región exponencial (positiva o negativa). X = Variable 1 (Tiempo o velocidad de rotación). Y = Variable 2 (Tiempo o velocidad de rotación).

En forma general, se tendrá un modelo que está en función de las dos variables: velocidad de rotación y tiempo de operación.

),],[,,( taceiteTpfZ (15)

Donde:


9

P = presión. T = Temperatura. [aceite] = Concentración de aceite. Z = Velocidad de flujo o porcentaje de remoción de aceite (%RA). = Velocidad de rotación de las membranas. t = Tiempo de operación del sistema rotatorio de membranas.

Pero como la presión, temperatura y concentración de aceite se manejaron constantes, en el experimento, el modelo queda sólo en función de velocidad de rotación de la membrana y el tiempo de operación:

),( tfZ (16) tCeBAZ (17)

BA tCe

Región lineal

,Z

Región exponencial

tZ ,

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para poder modelar el comportamiento de este tipo de membranas fue necesario determinar si cada membrana se comporta diferente y si existe diferencia significativa entre las membranas de la misma serie y entre las dos series, en los resultados experimentales de velocidad de flujo y eficiencia de remoción de aceite, al variar la velocidad de rotación y tiempo de operación del módulo de las membrana. Para ello se realizó un análisis de varianza para las seis membranas, empleando el programa SigmaStat® 2.01. Como resultados del análisis estadístico se decidió utilizar los datos experimentales obtenidos en los primeros 120 minutos, ya que después de este tiempo no se observa diferencia significativa entre membranas. Se elaboraron dos tipos de membranas (serie HE y serie HL). Las membranas de la serie HE tiene carga superficial negativa y son hidrofilicas, mientras que las membranas de la serie HL no tiene carga superficial y son hidrofobicas. Ambas series fueron elaboradas por el método de inversión de fases y se empleó n-metil-pirrolidona como solvente y cloruro de litio como formador de poros. Los modelos obtenidos se presentan en las Tablas 1 y 2. Para graficar los datos tanto experimentales como simulados se empleó el programa Surfer 8. Tabla 1. Modelos obtenidos de los datos de velocidad de flujo de las series de membranas HL y HE.

Membrana Modelo

HL7 6194.7e6.5263J t0067.07HL

HL8 8137.8e2.6961J t00552.08HL

HL9 1828.10e2.9791J t00652.09HL

HE7 t94713e45.1791J 0024142.07HE

HE8 t9803.6e34.1156J 002885.08HE

HE9 t86.5e41.771J 00335.09HE

Condiciones de operación de las membranas: a). Tiempo (t): 0 a 120 min. b) Velocidad de rotación (): 0, 250, 500, 750 y 1000 r.p.m. c) Temperatura: 25oC d) Presión: 275.65 kPa Las membranas de la serie HL presentan un decaimiento exponencial de la velocidad de flujo con respecto al tiempo de operación y aumenta proporcionalmente el flujo, con respecto a la velocidad de rotación del módulo rotatorio. El aumento de Polivinil pirrolidona (PVP) en la preparación de las membranas, hace que sean más electrofílicas, esto beneficia provocando que aumente la velocidad de flujo.

Tabla 2. Modelos obtenidos de los datos de %RA de las series de membranas HL y HE.

Membrana Modelo

HL7 t2067.0e993.16R% 00022.07HL

HL8 t2191.0e5315.18R% 000183.08HL

HL9 t2278.00109.0035.20R% 9HL

HE7 t0407.0e027.54R% 0021.07HE

HE8 t3125.0e50R% 0007.08HE

HE9 20tln9745.10e747.60R% 00044.09HE

Condiciones de operación de las membranas: a). Tiempo (t): 0 a 120 min. b) Velocidad de rotación (): 0, 250, 500, 750 y 1000 r.p.m. c) Temperatura: 25oC d) Presión: 275.65 kPa En cambio, las membranas de la serie HE presentaron un aumento exponencial de la velocidad de flujo con respecto a la velocidad de rotación del módulo rotatorio y una disminución proporcional con respecto al tiempo de operación. El aumento de CP24 (polímero con carga negativa) en la preparación de las membranas hace que sean más negativas y por ende más electrofílicas, este aumento de CP24 provoca que aumente la velocidad de flujo. Pero al aumentar la velocidad de rotación, disminuye la velocidad de flujo.


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Con respecto a la eficiencia en la remoción de aceite, las membranas de ambas series presentaron un aumento exponencial en la eficiencia de remoción con respecto al aumento en la velocidad de rotación del módulo rotatorio y aumento proporcional con respecto al tiempo de operación del sistema. Pero siendo menos eficientes las de la serie HL que las de la serie HE. De igual manera, se mejora la eficiencia de remoción con el aumento de PVP y CP24, respectivamente. Por otra parte, se realizó regresión lineal múltiple para las dos series de membranas, cuyos resultados se presentan en la Tablas 3 y 4. Se pueden observar los modelo des las membranas HL y HE, que la velocidad de flujo se puede predecir con la combinación lineal de las variables independientes, tiempo y velocidad de rotación, ya que presentaron estas membranas una correlación >0.931. Para el %RA, se puede predecir para las membranas de la serie HL, más no para la serie HE, ya que los modelos presentan una correlación < 0.593.

Tabla 3. Modelos de regresión lineal múltiple de la velocidad de flujo (J) para las dos series de membranas.

Mem. MODELO

(Velocidad de flujo, L/m2d) r

HL7 128.6707.33431.6333 tJ 0.961

HL8 769.7563.34776.7023 tJ 0.985

HL9 342.954.44991.9505 tJ 0.960

HE7 585.1831.7015.766 tJ 0.952

HE8 705.16122.6393.377 tJ 0.931

HE9 885.13738.491.26 tJ 0.944

Donde: t = tiempo, min; = Velocidad de rotación, rpm y r = Coeficiente de correlación Tabla 4. Modelos de regresión lineal múltiple de %RA para las dos series de membranas.

Mem. Modelo (%Remoción de aceite) r

HL7 %RA=10.484+0.238t+0.00689 0.963

HL8 %RA=11.798+0.255t+0.00828 0.959 HL9 %RA=14.409+0.272t+0.0101 0.947 HE7 %RA=57.719+0.204t+0.0107 0.593 HE8 %RA=61.121+0.195t+0.00874 0.559

HE9 %RA=64.56+0.188t+0.00538 0.534 Donde: t = tiempo, min; = Velocidad de rotación, rpm y r = Coeficiente de correlación

4. CONCLUSIONES Se efectuó el análisis de un sistema de membranas de ultrafiltración, acoplado a un disco rotatorio y se modeló el comportamiento de filtración y la remoción de emulsiones AC/AG. Se pudo comprobar la influencia en la composición de la membrana, la velocidad del disco

rotatorio y el tiempo de operación, en la velocidad de flujo y en la eficiencia en la remoción de aceite de los datos analizados. La eficiencia en la velocidad de flujo se vio favorecida al incrementar la cantidad de PVP en la composición de las disoluciones con que fueron preparadas las membranas de la serie HL, el PVP le dio carácter de hidrofilicidad. Así como en las serie HE al incrementar la cantidad del copolímero CP24, para este caso le dio mayor hidrofilicidad por incrementar la carga negativa de la membrana. Las dos series de membranas siguieron un patrón de decaimiento en la velocidad de flujo y, lógicamente, un aumento en la eficiencia de remoción de aceite, conforme se incrementa tiempo de operación del módulo. Para el caso de la velocidad de rotación del módulo, se provoca un efecto de turbulencia, evitando el ensuciamiento de la membrana, que favoreció tanto la velocidad de flujo como la eficiencia de remoción de aceite. En conclusión, se puede observar que la velocidad de flujo es directamente proporcional a la velocidad de rotación e inversamente proporcional al tiempo de operación del módulo rotatorio para las dos series de membranas. Para el caso de la remoción de aceite, se puede observar que la cantidad de aceite retenida es directamente proporcional a la velocidad de rotación de la membrana y al tiempo de operación del módulo rotatorio, para las dos series de membranas. Comparativamente, las mejores membranas ─ o las que presentaron mayor valor en la velocidad de flujo ─ fueron la serie HL y para la eficiencia en la remoción de aceite fueron las serie HE. Esto puede deberse a que tienen un valor A más pequeño, es decir un menor número de poros, pero del mismo tamaño que las de la serie HL, ya que ambas series tienen un peso molecular límite (MWCO) en el mismo intervalo. También puede deberse a la cantidad de copolímero CP24 en la composición de la membrana y el carácter más hidrofílico de la membrana (más negativa). Estadísticamente se obtuvo que las membranas de la serie HL pasaron la prueba de normalidad y, para la serie HE, la membrana HE9 no pasó la prueba de normalidad; ni para los datos de %RA para todas las membranas de la serie HE, como se indicó en la Tabla 4. Se observa que HL7 < HL8 < HL9 en cuanto a J, esto esta íntimamente relacionado con el aumento de PVP en la composición de las membranas, provocando que se incremente la hidrofilicidad con la cantidad de PVP en la composición. En el análisis de estadística descriptiva, se puede observar que en las medias de los datos de %RA de las membranas serie HL no influye significativamente la velocidad de rotación de la membrana en el %RA.


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Para el caso de las membranas de serie HE, el %RA incrementa en forma exponencial con la de la membrana. Existe diferencia significativa en el %RA con la variación de la de la membrana, sólo en las velocidades de 0, 250 y 500 rpm. En las de 500, 750 y 1000 rpm, no hay diferencia significativa en el %RA. Por lo que, no hay diferencia estadísticamente significativa con una p = 0.886, 0.085 y 0.799, respectivamente. El poder de la prueba desarrollada con una valor de = 0.050 es de 0.049. Al efectuar anova de tres vías para la interacción entre los tres factores (membranas, velocidad de rotación y tiempo), se llega a la conclusión de que todas las membranas operan de manera diferente, pero no influye significativamente la velocidad de flujo (J) con respecto a la velocidad de rotación de la membrana ( ). Todos los comportamientos de las membranas son diferentes significativamente; se puede observar en las medias de los datos de %RA que sí influye significativamente la velocidad de rotación de la membrana en la remoción de aceite. Con respecto a los modelos obtenidos con apoyo del software Excel, se llegó a modelos empíricos, donde se visualiza que las membranas de la serie HL presentan decaimiento exponencial de la velocidad de flujo con respecto al tiempo de operación y lo incrementan proporcionalmente con el aumento de la velocidad de rotación de la membrana. El aumento de PVP en la preparación de las membranas hace que sean más electrofílicas, mejorando la velocidad de flujo. Las membranas de la serie HE presentan decaimiento proporcional de la velocidad de flujo con respecto al tiempo de operación e incremento en forma exponencial con respecto a la velocidad de rotación de la membrana. El aumento de CP24 en la preparación de las membranas hace que sean más negativas y por ende más electrofílicas, lo que incrementa la velocidad de flujo. Con respecto a la eficiencia en la remoción de aceite, las membranas de ambas series presentaron un aumento exponencial en la eficiencia de remoción con respecto al aumento en la velocidad de rotación del módulo rotatorio y aumento proporcional con respecto al tiempo de operación del sistema. Pero siendo menos eficientes las de la serie HL que las de la serie HE. De igual manera, se mejora la eficiencia de %RA con el aumento de PVP en las membranas de la serie HL y para las de la serie HE con el aumento del CP24. También el éxito de la separación de AC/AG depende de la velocidad de rotación utilizada (rpm). Con la regresión lineal múltiple que se realizó para las dos series de membranas, se observa claramente que el aumento en la velocidad de flujo es directamente proporcional a la velocidad de rotación y decae

proporcionalmente con el tiempo de operación. Los modelos obtenidos presentaron una correlación mayor a 0.93. Para el %RA, se puede predecir para las membranas de la serie HL mas no para la serie HE, ya que los modelos de esta última presentan una correlación menor a 0.593. En este tipo de membranas el aumento en el %RA es directamente proporcional con la velocidad de rotación y con el aumento del tiempo de operación. En forma general, se dedujeron los modelos que explican el comportamiento de la velocidad de flujo y eficiencia de las membranas, en función de la proporción polimérica realizada en la preparación que realizó Espinoza [15]. Estas estuvieron en función de las dos variables: velocidad de rotación y tiempo de operación, disminuyendo para ambas series la velocidad de flujo con respecto al tiempo y aumentando con respecto a la velocidad de rotación. El %RA aumentó con el transcurso del tiempo y con el incremento en la velocidad de rotación. La disminución en la velocidad de flujo se atribuye al bloqueo que sufren las membranas durante el tiempo de operación del sistema y al incremento en la viscosidad de la disolución AC/AG. Aunque la disminución en la velocidad de flujo a través de la membrana se atribuye únicamente al ensuciamiento de la superficie de la membrana. Los modelos obtenidos se simularon matemáticamente y se logró predecir la funcionalidad de las membranas estudiadas en función de las variables de operación, llegándose a una aproximación con los datos experimentales. Se evaluaron los datos experimentales con resultados simulados con los modelos matemáticos obtenidos. Como se puede observar en las características individuales de cada membrana, las cuales las membranas utilizadas tienen un MWCO similar, lo que permite el paso de solutos con pesos moleculares similares, de esta forma se concluye que las proporciones de PVP para la serie HL y el CP24 para la serie HE sí influye en los resultados, tanto de velocidad de flujo como en el %RA. Por otra parte, el sistema de membranas rotatorio ayuda a la eficiencia de remoción, ya que evita la rápida adhesión del aceite en la superficie de la membrana, evitando que se obstruya por ensuciamiento. Al realizar la comparación de los datos de velocidad de flujo del modelo empírico con los datos experimentales de la membrana HL8, resultó una diferencia significativa, mas no con los datos simulados con el modelo obtenido por regresión lineal múltiple, por lo que no se podrá utilizar este modelo para predecir el comportamiento de la membrana, en cuanto a velocidad de flujo. Para el caso de la membrana HL9, de los datos experimentales


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comparados con los datos obtenidos con el modelo de regresión lineal múltiple, resultó una diferencia significativa, por lo que no se podrá utilizar este modelo para predecir el comportamiento de la membrana en cuanto a velocidad de flujo. Las membranas HE8 y HE9 resultaron diferentes significativamente a los modelos empíricos y a los obtenidos con regresión lienal múltiple, por lo que no se pueden utilizar estos modelos para predecir el comportamiento de las membranas, en relación al %RA. 5. BIBLIOGRAFÍA 1. Pérez, S.S., Tesis Doctoral: Remoción de arsénico de

agua pobre en oxígeno disuelto, contaminada con As(III), vía un sistema de electro-flujo cruzado de membranas de nanofiltración, 2007, ITT, p12-39.

2. Murray, B.S.; Drummond, C.J.; White, L.R.. Journal Physic Chemical. 1990, 94, 6804

3. Lipp, P.; Lee, C.H.; Fane, A.G.; Fell, C.J.D.. Journal of Membranes Science. 1988, 36, 161.

4. Daiminger, U.; Nitsch, W.; Pluncinski, P.; Hoffmann, S.. Journal of Membrane Science. 1995, 99, 107.

5. Espinoza, G.H., Lin, S.W., Revista Internacional de contaminación ambiental, 2004, vol 20, No. 002, pp. 77.

6. Janknecht, P., Lopes, A.D., Mendes, A.M., Environmental Science Technology, 2004, vol 38, No. 18, 4878.

7. Chang, I. S.; Chungb, C. M.; Hanb, S. H. Desalination 2001, 133, 225-232.

8. Benito, J.M.; Ebel, S.; Gutierrez, B.; Pazos, C.; Coca, J. Water, Air, Soil Pollut. 2001, 128, 181-195.

9. Marchese, N.A. Ochoa, C. Pagliero and C. Almadiz. Environmental Science Technology, 2000, 34, 2990-2996.

10. Xianguo H.; Bekassy-Molnar, E.; Gyula V. Desalination. 2002, 149, p191-197

11. Brian E. R.; Lin, W; Viadero R.Jr.; Young, J. Journal of environmental engineering. 1997. p1234-1242.

12. Viadero Jr. R.C.; Vaughan Jr. R.L.; Reed, B.E.. Journal of Membrane Science. 1999, 162, p199-211.

13. NOM-001-SEMARNAT-1996. Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales.

14. NOM-002-SEMARNAT-1996. Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal.

15. Espinoza-Gómez J.H.. Tesis Doctorado en Ciencias en Química. Instituto Tecnológico de Tijuana. Desarrollo de una membrana de ultrafiltración altamente hidrofílica para la separación de microemulsiones aceite/agua por medio de un sistema de membrana rotatorio. 2001.

Raudel Ramos-Olmos: He is a chemistry with a Masters degree in Chemistry Science by Autonomous University of Baja California (Faculty of Chemistry Science and Engineering), and has a PhD in Sciences and Engineering (Chemistry) by the Autonomous University of Baja California. He is a full time Professor at Faculty of Chemistry Science and Engineering at Autonomous University of Baja California. Eduardo Rogel-Hernandez: He is Chemistry by the Autonomous University of Baja California. He has a Masters degree in Science (Chemistry) and a PhD in Sciences (Chemistry) by Tijuana Tech Institute. He is a full time Professor at Faculty of Chemistry Science and Engineering at Autonomous University of Baja California. He has been a speaker in different congresses both domestically and internationally. Member of the national system of researches, SNI 1. Fernando T. Wakida: He is a Chemical Engineer by the Autonomous University of Baja California. He has a Masters degree in Science in Environmental Assessment and Management by Oxford Brookes University, and a PhD by The University of Sheffield. He is a full time Professor at Faculty of Chemistry Science and Engineering at Autonomous University of Baja California. He has been a speaker in different congresses both domestically and internationally. Member of the national system of researches, SNI 1. Shui Wai Lin Ho: He is a Chemical by the University of Wisconsin-Madison. He has a Masters degree in Science in Organic Physics Chemistry by North Carolina State University, and a PhD in Physics Chemistry by University of California at Davis. He is a full time Professor at Tijuana Tech Institute. He has been a speaker in different congresses both domestically and internationally. Member of the national system of researches, SNI 2.

Heriberto Espinoza-Gomez: He is a Chemical Engineer by the Tepic Tech Institute. He has a Masters degree in Science (Chemistry) and a PhD in Sciences (Chemistry) by Tijuana Tech Institute. He is a full time Professor at Faculty of Chemistry Science and Engineering at Autonomous University of Baja California. He has been a speaker in different congresses both domestically and internationally. Member of the national system of researches, SNI 1.

Revista Aristas: Ciencia e Ingeniería. Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería. UABC. Recibido: 25/01/12 Aceptado: 29/06/12

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FARMACOGENÉTICA DE ISONIAZIDA: DESDE LA ESTRUCTURA DE LA ENZIMA NAT2 HASTA EL FENOTIPO ACETILADOR LENTO

Pharmacogenetics of isoniazid: from the structure of the NAT2 enzyme to the slow acetylator phenonotype

RESUMEN En México, la tuberculosis es un problema de salud pública importante. Isoniazida es frecuentemente utilizado como fármaco anti-tuberculosis de primera línea; sin embargo, algunos pacientes desarrollan reacciones adversas al fármaco durante el tratamiento. La variabilidad individual en la respuesta terapéutica a isoniazida ha sido asociada a polimorfismos genéticos de la enzima NAT2. En esta revisión, se analiza la relación estructura-función de la enzima NAT2 y su asociación con el metabolismo de fármacos (como isoniazida), lo cual contribuye a explicar la variabilidad en la respuesta farmacoterapéutica.

PALABRAS CLAVES: N-Acetiltransferasa 2, Farmacogenética, Fenotipo acetilador, Isoniazida, Tuberculosis.

ABSTRACT In Mexico, tuberculosis remains as important public health issue. Isoniazid is frequently used as first-line anti-tuberculosis drug; however, some patients exhibit adverse drug reactions during the treatment. The individual variability of the therapeutic outcome to isoniazid has been associated to genetic polymorphisms of the NAT2 enzyme. In this review, we analyze the structure-function relationship of the NAT2 enzyme and its association with the drug metabolism (such as isoniazid), which helps to explain the variability in the therapeutic response.

KEYWORDS: N-Acetyltransferase 2, Acetylator phenotype, Isoniazid, Pharmacogenetics, Tuberculosis.

ROSA ELENA MARES ALEJANDRE Química Farmacobióloga, Dra. Profesora-Investigadora Universidad Autónoma de Baja California [email protected]

MARCO ANTONIO RAMOS IBARRA Químico Farmacobólogo, Dr. Profesor-Investigador Universidad Autónoma de Baja California [email protected]

1. INTRODUCCIÓN

Durante la década pasada, la genómica demostró su potencial en la investigación biomédica. El conocimiento de la secuencia nucleotídica del genoma humano ha permitido ensamblar varias piezas de información, estructural y funcional, de algunos escenarios biológicos: evolución y conservación, regulación y transcripción génica, estructura de la cromatina, variación genética y su asociación con alteraciones fisiológicas, entre otras [1].

El gran impacto de la genómica ha sido la habilidad investigar los fenómenos biológicos de una manera más comprensiva. En biología básica, se ha redefinido la visión de la fisiología del genoma, incluyendo el papel de los genes codificantes de proteínas, de las moléculas de ARN no codificantes y de las secuencias regulatorias. En medicina, la genómica ha permitido el diseño de estrategias sistemáticas para descubrir la participación de los genes y las proteínas en rutas celulares involucradas en el desarrollo de enfermedades. Paralelamente, los adelantos en materia de tecnología especializada (para

mediciones a nivel genómico) han permitido identificar factores de riesgo a enfermedades, predecir el metabolismo de fármacos, y estudiar la diversidad genética y metabólica en diferentes poblaciones [1-2].

2. FARMACOGENÉTICA

La farmacogenética se define como el estudio de los factores genéticos que afectan la respuesta terapéutica de los fármacos [3]. A finales de la década de 1950’s, dos reportes contribuyeron al reconocimiento de la farmacogenética como ciencia: en 1956, una deficiencia genética de la enzima butiril-colinesterasa fue identificada como causa de la variabilidad en la respuesta anestésica en pacientes que recibieron al relajante muscular succinilcolina; y en 1957, una deficiencia genética de la enzima N-acetiltransferasa, presente en gemelos fraternos, fue considerada como la causa de las diferencias significativas en los parámetros de eliminación de isoniazida [4].

mailto:[email protected]



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Tradicionalmente, la farmacogenética se ha enfocado al estudio de un solo gen y su asociación con la variabilidad en la respuesta terapéutica de uno o más fármacos [3]. Actualmente, los estudios farmacogenéticos se están ampliando a nivel genómico (farmacogenómica); donde, además de los estudios de asociación, se pretende conocer los efectos de varios genes en la farmacocinética y farmacodinámica [5].

Estudios bioquímicos han demostrado que algunas variantes de genes que codifican para enzimas participantes en el metabolismo de fármacos, p.e. citocromo P450, tienen un impacto en la actividad enzimática, lo cual puede afectar la velocidad de inactivación del fármaco y, por ende, contribuir a la duración e intensidad de la acción farmacológica. En teoría, el conocimiento de esta variabilidad permitirá a los médicos diseñar terapias farmacológicas individualizadas, predecir una respuesta en cada paciente, e identificar a individuos con riesgo de desarrollar reacciones adversas [5-6].

3. TUBERCULOSIS

La tuberculosis (TB) es una enfermedad infecciosa causada (en la mayoría de los casos) por Mycobacterium tuberculosis. A pesar de los avances científicos aplicados a su diagnóstico y tratamiento, TB sigue siendo una amenaza significativa para la salud pública en países subdesarrollados [7]. En el año 2010, la organización mundial de la salud reportó 1.4 millones de muertes asociadas a TB en todo el mundo. En ese mismo año, la incidencia de México fue de 18 casos por cada 100,000 habitantes, y se reportaron 15,384 casos nuevos [8].

4. ISONIAZIDA

Isoniazida (INH) es uno de los agentes terapéuticos más efectivos y específicos contra TB; sin embargo, la aparición de cepas de M. tuberculosis resistentes a INH ha puesto en riesgo su aplicación. Además, la resistencia a este fármaco es, frecuentemente, el primer tipo de mono-resistencia que antecede la multi-resistencia [9].

INH entra a la célula bacteriana mediante difusión pasiva y, posteriormente, es activada por la proteína KatG (una enzima bifuncional catalasa-peroxidasa), favoreciendo la formación del aducto INH/NADH, el cual inhibe la síntesis de ácidos micólicos, mediante la inactivación de la enzima InhA (una reductasa de la proteína acorredora de enoil-acilos dependiente de NADH) [9-10]. INH puede ser muy efectiva en M. tuberculosis sensible a fármacos de primera línea. Sin embargo, algunos pacientes no responden al tratamiento, incluso pueden presentar un relapso o desarrollar fármaco-resistencia. La respuesta inadecuada al tratamiento puede ser el resultado de la combinación de varios factores: mala

absorción del fármaco, infecciones gastrointestinales, y variabilidad individual en la farmacocinética, rindiendo como resultado concentraciones plasmáticas sub-óptimas [11-12]. Por otro lado, está bien documentado que INH puede causar efectos adversos en el hígado: desde una ligera elevación transitoria de las transaminasas hasta una hepatitis medicamentosa [12-13]. El sexo, la edad y el abuso en el consumo de alcohol han sido identificados como factores de riesgo para el desarrollo de hepatotoxicidad por INH [13].

INH puede ser terapéuticamente inactivada mediante acetilación en el hígado (Figura 1). INH es metabolizada a acetil-INH por la enzima N-acetiltransferasa 2 (NAT2). Posteriormente, INH y acetil-INH son hidrolizadas, por acción de una amidasa hepática, y producen hidracina (HZ) y acetil-HZ, respectivamente. La acumulación de estos metabolitos contribuye a la hepatoxicidad asociada INH. Adicionalmente, la producción excesiva de HZ y acetil-HZ induce la generación de especies reactivas de oxígeno (ERO) y nitrógeno (ERN), por actividad de la enzima hepática citocromo P450 2E1 (CYP2E1). Tanto acetil-HZ como ERO/ERN pueden ser detoxificadas mediante acción de NAT2 y glutatión S-transferasa (GST), respectivamente [12, 14].

La acetilación bioquímica (por acción de NAT2) está determinada genéticamente y está sujeta a variaciones inter-individuales. De acuerdo al metabolismo acetilador, tres sub-grupos poblacionales pueden distinguirse: lentos, intermedios y rápidos. Diferentes proporciones poblacionales han sido reportadas dependiendo del origen étnico o geográfico. La mayoría de las poblaciones de Europa y Norteamérica presentan un 40 – 70% de acetiladores lentos, en tanto poblaciones de la región Asia-Pacífico muestran valores de 10 – 30% [15]. El fenotipo acetilador es un rasgo que ha sido asociado a la variabilidad genético-funcional de la enzima NAT2 y la toxicidad por INH: la baja actividad de NAT2 puede favorecer la acumulación de metabolitos tóxicos, como HZ y acetil-HZ, que conducen hepatotoxicidad [16].

Figura 1. Representación esquemática de la ruta metabólica de isoniazida. NAT2, N-acetiltransferasa; CYP2E1, citocromo P450 2E1; GST, glutatión S-transferasa.


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5. N-ACETILTRANSFERASA 2

El gen NAT2 humano, localizado en el locus 8p22, consta de 2 exones (Figura 2). La secuencia codificante (localizada en el exón 2) contiene un marco abierto de lectura que predice un polipéptido de 290 residuos de aminoácidos, con un peso molecular teórico de 33.5 KDa (Figura 3). Este gen humano es de copia única y se expresa de manera autosómica dominante. Además, es altamente polimórfico y posee alelos que contienen uno o varios polimorfismos de nucleótido simple (SNP). Generalmente, algunos SNP de NAT2 rinden como resultado baja actividad enzimática o inestabilidad proteica.

Un amplio rango de actividad ha sido observada en humanos, la cual ha sido caracterizada como una distribución bimodal o trimodal, dependiendo de la población estudiada [17]. La proteína NAT2 es una enzima hepática de fase II que metaboliza a los compuestos xenobióticos que contienen aminas aromáticas o hidracinas, mediante N- u O-acetilación [18]. Esta enzima responsable de metabolizar algunos fármacos, como isoniazida (anti-tuberculosis), hidralazina (anti-hipertensivo), y sulfametoxazol (anti-bacteriano), entre otros [19].

La estructura tridimensional de NAT2 fue resuelta mediante cristalografía y difracción de rayos X (Figuras 4 y 5). La estructura obtenida exhibe un patrón de plegamiento similar al observado en sus ortólogos bacterianos, la cual puede describirse en tres dominios.

El primer dominio (I) consiste de 5 α-hélices (α1 – α5) y una β-plegada (β1) localizada entre α2 y α3. El segundo dominio (II) consiste de 9 β-plegadas (β2 – β11) y tres α-hélices (α6, localizada entre β2 – β3; α7, localizada entre β5 – β6; y α8, localizada entre β10 y β11). Ambos dominios están unidos con el tercero a través de una secuencia conectora compuesta de 2 α-hélices (α9 − α10) y una β-plegada (β12). El tercer dominio (III) consiste de 3 β-plegadas anti-paralelas (β13 – β15) y una α-hélice (α11, localizada después de β15).

Existen dos características estructurales interesantes en la NAT2 humana: un estrecho C-terminal, resuelto después de α11, que se conduce a través de la superficie de la molécula y oculta los últimos residuos; y, una inserción de 17 residuos (167 – 183), la cual está ausente en la estructura de las NAT bacterianas. Aparentemente, ambas características estructurales participan en la estabilidad de la proteína [20-21].

Figura 2. Representación esquemática del gen NAT2 humano. La secuencia codificante se localiza completamente en el exón 2 (azul).

Figura 4. Representación gráfica (listones) de la estructura cristalográfica de la enzima NAT2 humana (PDB No. 2PFR). La progresión de la secuencia se muestra en colores del espectro visible (de azul a rojo).

Figura 3. Secuencia codificante de la enzima NAT2 humana (NCBI No. AY331807). La ficha del GenBank™ fue reducida con el fin identificar la información de las secuencias nucleotídica y polipeptídica.

LOCUS AY331807 873 bp DNA linear PRI 07-JUL-2003 DEFINITION Homo sapiens N-acetyltransferase 2 (arylamine N-

acetyltransferase)(NAT2) gene, complete cds. ACCESSION AY331807 REGION: 10071..10943 SOURCE Homo sapiens (human) FEATURES Location/Qualifiers CDS 1..873

/gene="NAT2" /codon_start=1 /product="N-acetyltransferase 2 (arylamine N-acetyltransferase)" /protein_id="AAP81164.1" /db_xref="GI:32402491" /translation="MDIEAYFERIGYKNSRNKLDLETLTDILEHQIRAVPFENLNMHCGQAMELGLEAIFDHIVRRNRGGWCLQVNQLLYWALTTIGFQTTMLGGYFYIPPVNKYSTGMVHLLLQVTIDGRNYIVDAGSGSSSQMWQPLELISGKDQPQVPCIFCLTEERGIWYLDQIRREQYITNKEFLNSHLLPKKKHQKIYLFTLEPRTIEDFESMNTYLQTSPTSSFITTSFCSLQTPEGVYCLVGFILTYRKFNYKDNTDLVEFKTLTEEEVEEVLKNIFKISLGRNLVPKPGDGSLTI"

ORIGIN 1 atggacattg aagcatattt tgaaagaatt ggctataaga actctaggaa caaattggac 61 ttggaaacat taactgacat tcttgagcac cagatccggg ctgttccctt tgagaacctt 121 aacatgcatt gtgggcaagc catggagttg ggcttagagg ctatttttga tcacattgta 181 agaagaaacc ggggtgggtg gtgtctccag gtcaatcaac ttctgtactg ggctctgacc 241 acaatcggtt ttcagaccac aatgttagga gggtattttt acatccctcc agttaacaaa 301 tacagcactg gcatggttca ccttctcctg caggtgacca ttgacggcag gaattacatt 361 gtcgatgctg ggtctggaag ctcctcccag atgtggcagc ctctagaatt aatttctggg 421 aaggatcagc ctcaggtgcc ttgcattttc tgcttgacag aagagagagg aatctggtac 481 ctggaccaaa tcaggagaga gcagtatatt acaaacaaag aatttcttaa ttctcatctc 541 ctgccaaaga agaaacacca aaaaatatac ttatttacgc ttgaacctcg aacaattgaa 601 gattttgagt ctatgaatac atacctgcag acgtctccaa catcttcatt tataaccaca 661 tcattttgtt ccttgcagac cccagaaggg gtttactgtt tggtgggctt catcctcacc 721 tatagaaaat tcaattataa agacaataca gatctggtcg agtttaaaac tctcactgag 781 gaagaggttg aagaagtgct gaaaaatata tttaagattt ccttggggag aaatctcgtg 841 cccaaacctg gtgatggatc ccttactatt tag


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6. POLIMORFISMOS GENÉTICOS DE NAT2

Más de 60 SNP han sido identificados en la secuencia codificante para la NAT2 humana (louisville.edu/ medschool/pharmacology). Sin embargo, solo algunos han sido asociados con el fenotipo acetilador lento. La sustitución de aminoácidos rinde una disminución de la velocidad acetilación. Es decir, mediante estudios con variantes de NAT2, se ha observado una reducción de la estabilidad y una disminución de la eficiencia enzimática contra diferentes sustratos [21-23].

El polimorfismo 191G>A ocasiona la sustitución de arginina (R) por glutamina (Q) en la codificación del aminoácido 64 (R64Q). La cadena lateral de R64 se une a los residuos de las posiciones 38 y 41 (E38 y N41, respectivamente), formando puentes de hidrógeno muy fuertes y estabilizando la proteína [20]. La sustitución R64Q ocasiona la pérdida de la conformación nativa del dominio I, sin alterar la afinidad por el sustrato, sugiriendo que R64 es necesaria para la estabilidad estructural [24].

El polimorfismo 341T>C ocasiona la sustitución de isoleucina (I) por treonina (T) en la codificación del aminoácido 114 (I114T). La cadena lateral de I114 comparte interacciones hidrofóbicas con los residuos L21 y L24 (del dominio I), y F84 y V112 (del dominio II). Como I114 tiene una localización periférica y está rodeada por un ambiente estructural altamente organizado, la sustitución por T (hidrofílico) ocasiona cambios estructurales poco significativos. Estudios funcionales de la variante T114, demostraron una reducción de la concentración de enzima activa, sin alteración de la estabilidad, sugiriendo que la sustitución I114T produce un cambio estructural que aumenta la agregación o la degradación proteica [25].

El polimorfismo 364G>A ocasiona la sustitución de aspartato (D) por asparagina (N) en la codificación del aminoácido 122 (D122N). El residuo D122 es parte de la

triada catalítica (C68/H107/D122) y forma puentes de hidrógeno con las cadenas laterales de N72 y H107 [20]. Estas interacciones contribuyen a la estabilidad y conformación de la horquilla catalítica. Los estudios funcionales demostraron que la expresión de la variante N122 rinde como resultado niveles indetectables de proteína activa, sugiriendo que la triada catalítica es importante para mantener el plegamiento correcto y la estabilidad estructural [26].

El polimorfismo 411A>T ocasiona una sustitución de leucina (L) por fenilalanina (F) en la codificación del aminoácido 137 (L137F). La cadena lateral de L137 está orientada hacia el interior del dominio II y comparte interacciones hidrofóbicas con W159 y L194 [20]. La sustitución L137F afecta la estructura del dominio II debido a conflictos estéricos que resultan de reemplazar a Leu con un residuo más grande (Phe). Estudios funcionales de la variante F137 demostraron una reducción en los niveles de proteína, posiblemente como resultado de degradación proteica, ya que no se observaron alteraciones en la estabilidad ni evidencias de agregación [26].

El polimorfismo 434A>C ocasiona una sustitución de glutamina (Q) por prolina (P) en la codificación del aminoácido 145 (Q145P). La cadena lateral de Q145 forma puentes de hidrógeno con W132 y Q133 [20]. La sustitución rinde como resultado una alteración de la estructura secundaria, ocasionando una pérdida de las interacciones estabilizantes. Como W132 y Q133 son parte de la horquilla catalítica, la alteración de sus interacciones con el residuo 145 puede afectar la conformación del sitio activo. Estudios funcionales de la variante P145 demostraron niveles proteicos reducidos, sin evidencia de alteración de la estabilidad, con la consecuente reducción de la actividad catalítica, lo que sugiere que Q145 es importante para la actividad de NAT2 y que los cambios estructurales favorecen la degradación [25].

El polimorfismo 590G>A ocasiona una sustitución de arginina (R) por glutamina (Q) en la codificación del aminoácido 197 (R197Q). La cadena lateral de R197 tiene interacciones electrostáticas con la cadena lateral de E195 y con el par de electrones del azufre de M105. La sustitución arginina (carga positiva) con una glutamina (carga neutra) rinde como resultado la pérdida de las interacciones electrostáticas. Estudios funcionales de la variante Q197 demostraron una reducida actividad enzimática, ocasionada por la disminución del nivel expresión y estabilidad de la proteína [24-25].

El polimorfismo 857G>A ocasiona una sustitución de glicina (G) por glutamato (E) en la codificación del aminoácido 286 (G286E). El residuo G286 está localizado en el extremo C-terminal, adyacente al sitio activo. La sustitución de glicina por glutamato (un residuo con una cadena lateral larga y cargada) altera

Figura 5. Secuencia polipeptídica y estructura secundaria de la NAT2 humana. Cada dominio se muestra en diferente color (I, azul; II, rojo; III; inter-dominio, amarillo). Además, la secuencia insertada se resalta en color naranja. Algunos SNPs involucrados en el fenotipo acetilador se identifican en color aciano [21].


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significativamente la conformación del extremo C-terminal, afectando el acceso al sitio activo, la selectividad del sustrato y la unión a acetil-CoA. Estudios funcionales de la variante E286 demostraron una actividad reducida contra algunos sustratos, y una disminución en el nivel de expresión y estabilidad proteica [23,25].

7. ALELOS, HAPLOTIPOS Y GENOTIPOS

De acuerdo a un consenso internacional, la nomenclatura de alelos para la NAT2 humana se ha caracterizado por la presencia de uno o una combinación de dos o más SNP en el mismo cromosoma (haplotipos). A la fecha, más de 60 alelos han sido identificados (Tabla 1). Las variantes alélicas rinden una proteína con diferente nivel de actividad enzimática, la cual puede contribuir al fenotipo acetilador [21]. El alelo NAT2 silvestre, denominado como NAT2*4, no contiene SNP y codifica para una enzima con alta actividad acetiladora [25, 27].

Los alelos de la NAT2 están integrados por 1 SNP o por diferentes combinaciones de 2 a 6 SNP, entre los que destacan 7 mutaciones de sentido erróneo (191G>A, 341T>C, 434A>C, 590G>A, 803A>G, 845A>C, y 857G>A) y 5 mutaciones silentes (111T>C, 282C>T, 481C>T, 759C>T, y 803A>G). Además del alelo silvestre (NAT2*4), los alelos NAT2*5, NAT2*6, NAT2*7, NAT2*12, y NAT2*14 son los más prevalentes [28].

Los métodos clásicos de genotipificación analizan y discriminan variantes nucleotídicas entre dos alelos (uno paterno y otro materno). Algunos de los métodos desarrollados, y mayormente utilizados, para la determinación de genotipos de NAT2, tales como el análisis del polimorfismo de longitud de los fragmentos de restricción, la amplificación específica de alelos, y la amplificación de alelos en tiempo real, representan una de las principales fuentes de incertidumbre genética, ya que se pueden localizar más de dos mutaciones en el mismo alelo. De esta manera, los genotipos de NAT2 resultan de la suma de dos haplotipos (diplotipo), los cuales pueden representar diferentes combinaciones, con la consecuente variabilidad funcional [29]. Sin embargo, se ha reportado que la genotipificación de 7 polimorfismos (SNP: 191G>A, 282C>T, 341T>C, 481C>T, 590G>A, 803A>G, y 857G>A) y el apoyo de un paquete computacional para inferir los haplotipos, es una estrategia altamente predictiva del fenotipo acetilador [29-30].

8. CORRELACIÓN GENOTIPO-FENOTIPO

Casi todas las poblaciones, sino es que todas, son polimórficas para la actividad acetiladora. Basados en los niveles de NAT2, los individuos pueden clasificarse en

Tabla 1. Alelos (haplotipos) de la enzima NAT2 humana, SNP correspondientes y su fenotipo acetilador.

Alelo SNP (Sustitución de aminoácido)a,b,c Fenotipod,e

NAT2*4 Referencia (silvestre) Rápido

NAT2*5A 341T>C (I114T); 481C>T (silente) Lento

NAT2*5B 341T>C (I114T); 481C>T (silente); 803A>G (K268R)

NAT2*5C 341T>C (I114T); 803A>G (K268R)

NAT2*5D 341T>C (I114T)

NAT2*5E 341T>C (I114T); 590G>A (R197Q)

NAT2*5F 341T>C (I114T); 481C>T (silente); 759C>T (silente);

NAT2*5G 282C>T (silente); 341T>C (I114T); 481C>T (silente);

NAT2*5H 341T>C (I114T); 481C>T (silente); 803A>G (K268R); 859Del (S287, frameshift)

NAT2*5I 341T>C (I114T); 411A>T (L137F); 481C>T (silente);

NAT2*5J 282C>T (silente); 341T>C (I114T); 590G>A (R197Q)

NAT2*5K 282C>T (silente); 341T>C (I114T) ND

NAT2*5L 70T>A (L24I); 341T>C (I114T); 481C>T (silente); 803A>G

NAT2*5M 341T>C (I114T); 481C>T (silente): 803A>G (K268R);

NAT2*5N 341T>C (I114T); 472A>C (I158L); 481C>T (silente);

NAT2*5O 203G>A (C68Y); 341T>C (I114T); 481C>T (silente);

NAT2*5P 282C>T (silente); 341T>C (I114T); 481C>T (silente); 578C>T (T193M);

NAT2*6A 282C>T (silente); 590G>A (R197Q) Lento

NAT2*6B 590G>A (R197Q)

NAT2*6C 282C>T (silente); 590G>A (R197Q); 803A>G (K268R)

NAT2*6D 111T>C (silente); 282C>T (silente); 590G>A (R197Q)

NAT2*6E 481C>T (silente); 590G>A (R197Q)

NAT2*6F 590G>A (R197Q); 803A>G (K268R) ND

NAT2*6G 282C>T (silente); 518A>G (K173R); 590G>A (R197Q)

NAT2*6H 282C>T (silente); 590G>A (R197Q); 766A>G (K256E)

NAT2*6I 282C>T (silente); 590G>A (R197Q); 838G>A (V280M);

NAT2*6J 282C>T (silente); 590G>A (R197Q); 857G>A (G286E)

NAT2*6K 282C>T (silente); 590G>A (R197Q); 638C>T (P213L)

NAT2*6L 282C>T (silente); 345C>T (silente); 590G>A (R197Q)

NAT2*6M 152G>T (G51V); 282C>T (silente); 590G>A (R197Q)

NAT2*6N 282C>T (silente); 481C>T (silente); 590G>A (R197Q)

NAT2*7A 857G>A (G286E) Lento (DS)

NAT2*7B 282C>T (silente); 857G>A (G286E)

NAT2*7C 282C>T (silente); 803A>G (K268R); 857G>A (G286E) ND

NAT2*7D 191G>A (R64Q); 282C>T (silente); 857G>A (G286E)

NAT2*10 499G>A (E167K) Lento (DS)

NAT2*11A 481C>T (silente) Rápido

NAT2*11B 481C>T (silente); 859Del (S287, frameshift) ND

NAT2*12A 803A>G (K268R) Rápido

NAT2*12B 282C>T (silente); 803A>G (K268R)

NAT2*12C 481C>T (silente); 803A>G (K268R)

NAT2*12D 364G>A (D122N); 803A>G (K268R) Lento

NAT2*12E 282C>T (silente); 578C>T (T193M); 803A>G (K268R) ND

NAT2*12F 622T>C (Y208H); 803A>G (K268R)

NAT2*12G 609G>T (E203D); 803A>G (K268R)

NAT2*12H 403C>G (L135V); 803A>G (K268R)

NAT2*12I 228C>T (silente); 803A>G (K268R)

NAT2*12J 29C>T (I10T); 803A>G (K268R)

NAT2*13A 282C>T (silente) Rápido

NAT2*13B 282C>T (silente); 578C>T (T193M) ND

NAT2*14A 191G>A (R64Q) Lento

NAT2*14B 191G>A (R64Q); 282C>T (silente)

NAT2*14C 191G>A (R64Q); 341T>C (I114T); 481C>T (silente);

NAT2*14D 191G>A (R64Q); 282C>T (silente); 590G>A (R197Q)

NAT2*14E 191G>A (R64Q); 803A>G (K268R)

NAT2*14F 191G>A (R64Q); 341T>C (I114T); 803A>G (K268R)

NAT2*14G 191G>A (R64Q); 282C>T (silente); 803A>G (K268R)

NAT2*14H 191G>A (R64Q); 282C>T (silente); 683C>T (P228L) ND

NAT2*14I 191G>A (R64Q); 481C>T (silente); 803A>G (K268R)

NAT2*17 434A>C (Q145P) Lento

NAT2*18 845A>C (K282T) Rápido

NAT2*19 190C>T (R64W) Lento

NAT2*20 600A>G (silente) ND

NAT2*21 458C>T (T153I) ND aSNP característico de cada subgrupo de alelos mostrado en color rojo. bsilente, sin cambio en la codificación del aminoácido. cframeshift, corrimiento del marco de lectura. dND, no determinado. eDS, dependiente de sustrato. Fuente: http:// louisville.edu/medschool/pharmacology.


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fenotipos enzimáticos: rápido (actividad normal), intermedio y lento (actividad reducida) (Figura 6) [31-33]. Por lo tanto, en individuos con fenotipo acetilador lento, el metabolismo de las arilaminas es conducido hacia la vía de hidroxilación, la cual rinde como resultado la producción de metabolitos tóxicos [20]. En consecuencia, la administración de algunos fármacos (p.e. isoniazida) en dosis adecuadas puede tener diferentes efectos clínicos, desde un aumento en el riesgo de desarrollar reacciones adversas hasta una ineficiencia terapéutica [34]. Por otro lado, en las últimas décadas ha aumentado el número de estudios que pretenden relacionar al genotipo acetilador con diferentes desórdenes en humanos (tales como cáncer y diabetes, entre otros). Sin embargo, los estudios de asociación han rendido resultados poco consistentes y ha sido difícil reproducirlos [34].

9. FARMACOGENÉTICA DE NAT2 EN LAPOBLACION MEXICANA

Los estudios farmacogenéticos de NAT2 en la población mexicana se han limitado a regiones del centro y norte del país. En relación a la población del centro, un estudio con 95 individuos (voluntarios sanos, no relacionados) reportó una alta frecuencia de los alelos NAT2*4 (43.7%) y NAT2*5B (17.4%) [35]. En otro estudio con 250 individuos (118 voluntarios sanos y 132 pacientes con cáncer, no relacionados) se reportaron valores de frecuencia alélica más precisos: NAT2*4 (30.4%), NAT2*5B (29.0%), NAT2*6A (17.4%), y NAT2*7B (13.2%). Interesantemente, no se observaron diferencias significativas entre los valores obtenidos para individuos sanos y pacientes con cáncer. Además, mediante la inferencia de haplotipos/diplotipos y el análisis de equilibrio génico, se determinó que el genotipo más

prevalente es NAT2*4/*5B (17.2%), seguido de NAT2*4/*4 (11.6%) y NAT*6A/*5B [36].

Con respecto a la población del norte de México (específicamente Baja California), un estudio preliminar con 25 individuos (voluntarios sanos, no relacionados) reportó una frecuencia de 34% para el alelo NAT2*5B, seguido de los alelos NAT2*6A (24%) y NAT2*4 (20%). Adicionalmente, la inferencia de haplotipos/diplotipos mostró altas frecuencias para los genotipos NAT2*5B/*5B (24%), NAT2*6A/*6A (12%) y NAT2*4/*6A (12%) [37]. En un estudio reciente con 150 individuos (voluntarios sanos, no relacionados) se reportaron valores de frecuencia de 32.2% para el alelo NAT2*5B, seguido de NAT2*4 (30.5%), NAT2*6A (15.8%) y NAT2*7A (10.6%). Interesantemente, la inferencia de haplotipos mostró una frecuencia de 64.7% de alelos que predicen una actividad NAT2 reducida. Aun más, la distribución de genotipos y la inferencia de fenotipos mostraron una predicción de 43.1% de individuos acetiladores lentos, donde prevalecen los genotipos NAT2*5B/*6A (13.0%) y NAT2*5B/*5B (10.3%) [38].

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Los rasgos farmacogenéticos de la enzima NAT2 son prevalentes en casi todas poblaciones y etnias humanas [34]; por lo tanto, es importante considerarlos como biomarcadores para identificar individuos con riesgo de desarrollar hepatoxicidad inducida por INH. Incluso, las pruebas farmacogenéticas deberían incluirse como parte del panel diagnóstico rutinario en pacientes que recibirán una terapia con fármacos metabolizados por la enzima NAT2. Por otro lado, los estudios farmacogenéticos pueden ser relevantes para países en desarrollo, donde apoyarían a la reducción del presupuesto nacional para salud pública; por lo tanto, es esencial el diseño y desarrollo de protocolos de genotipificación que sean rápidos y económicos.

11. BIBLIOGRAFÍA

[1] E. S. Lander. “Initial impact of the sequencing of the human genome.” Nature, vol. 470, no. 7333, pp. 187-197, 2011. [2] S. L. Robinette, E. Holmes, J. K. Nicholson, M. E. Dumas. “Genetic determinants of metabolism in health and disease: from biochemical genetics to genome-wide associations”. Genome Medicine, vol. 4, no. 4, pp. 30, 2012. [3] A. K. Daly. “Pharmacogenetics and human genetic polymorphisms.” Biochemical Journal, vol. 429, no. 3, pp. 435-449, 2010. [4] W. Kalow. “Pharmacogenetics and pharmaco-genomics: origin, status, and the hope for personalized

Figura 6. Distribución del polimorfismo farmacogenético de NAT2 en humanos. Concentraciones plasmáticas de isoniazida en 267 individuos, 6 horas después de una dosis oral única. Distribución bimodal clásica: azul, acetiladores rápidos; verde, acetiladores lentos [32-33].

0 2 4 6 8 10 120

5

10

15

20

25

Concentración Plasmática de INH (µg/mL)

Núm

ero

de I

ndiv

iduo

s


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medicine”. Pharmacogenomics Journal, vol. 6, no. 3, pp. 162-165, 2006. [5] C. L. Overby, E. B. Devine, P. Tarczy-Hornoch, I. J. “Deriving rules and assertions from pharmacogenomics knowledge resources in support of patient drug metabolism efficacy predictions”. Journal of the American Medical Informatics Association, doi: 10.1136/amiajnl-2011-000405, 2012. [6] S. A. Scott. “Personalizing medicine with clinical pharmacogenetics”. Genetics in Medicine, vol. 13, no. 12, pp. 987-995, 2011. [7] J. Zuñiga, D. Torres-García, T. Santos-Mendoza, T. S. Rodriguez-Reyna, J. Granados, E. J. Yunis. “Cellular and humoral mechanisms involved in the control of tuberculosis”. Clinical and Developmental Immunology, doi: 10.1155/2012/193923, 2012. [8] World Health Organization. “Global tuberculosis control: WHO report 2011”. 2011. [9] H. Ando, T. Kitao, T. Miyoshi-Akiyama, S. Kato, T. Mori, T. Kirikae. “Downregulation of katG expression is associated with isoniazid resistance in Mycobacterium tuberculosis”. Molecular Microbiology, vol. 79, no. 6, pp. 1615-1628, 2011. [10] Y. Zhang, W. W. Yew. “Mechanisms of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis”. The International Journal of Tuberculosis and Lung Disease, vol. 13, no. 11, pp. 1320-1330, 2009. [11] C. Magis-Escurra, J. van den Boogaard, D. Ijdema, M. Boeree, R. Aarnoutse. “Therapeutic drug monitoring in the treatment of tuberculosis patients”. Pulmonary Pharmacology and Therapeutics, vol. 25, no. 1, pp. 83-86, 2012. [12] K. Nanashima, T. Mawatari, N. Tahara, N. Higuchi, A. Nakaura, T. Inamine, S. Kondo, K. Yanagihara, K. Fukushima, N. Suyama, S. Kohno, K. Tsukamoto. “Genetic variants in antioxidant pathway: risk factors for hepatotoxicity in tuberculosis patients”. Tuberculosis, vol. 92, no. 3, pp. 253-259, 2012. [13] F. F. Fountain, E. Tolley, C. R. Chrisman, T. H. Self. “Isoniazid hepatotoxicity associated with treatment of latent tuberculosis infection: a 7-year evaluation from a public health tuberculosis clinic”. Chest, vol. 128, no. 1, pp. 116-123, 2005. [14] V. Leiro-Fernandez, D. Valverde, R. Vázquez-Gallardo, M. Botana-Rial, L. Constenla, J. A. Agúndez, A. Fernández-Villar. “N-acetyltransferase 2 poly-morphisms and risk of anti-tuberculosis drug-induced hepatotoxicity in Caucasians”. The International Journal of Tuberculosis and Lung Disease, vol. 15, no. 10, pp. 1403-1408, 2011. [15] H. Khalili, S. Dashti-Khavidaki, M. Amini, R. Mahjub, M. Hajiabdolbaghi. “Is there any difference between acetylator phenotypes in tuberculosis patients and healthy subjects?”. European Journal of Clinical Pharmacology, vol. 66, no. 3, pp. 261-267, 2010. [16] L. Ben Mahmoud, H. Ghozzi, A. Kamoun, A. Hakim, H. Hachicha, S. Hammami, Z. Sahnoun, N. Zalila, H. Makni, K. Zeghal. “Polymorphism of the N-acetyltransferase 2 gene as a susceptibility risk factor for

antituberculosis drug-induced hepatotoxicity in Tunisian patients with tuberculosis”. Pathologie Biologie, doi: 10.1016/j.patbio.2011.07.001, 2012. [17] L. Taja-Chayeb, A. González-Fierro, C. Miguez-Muñoz, C. Trejo-Becerril, L. Cruz-Hernandez Ede, D. Cantu, J. A. Agundez, S. Vidal-Millan, O. Gutierrez, A. Dueñas-González. “Acetylator status and N-acetyltransferase 2 gene polymorphisms; phenotype-genotype correlation with the sulfamethazine test”. Pharmacogenetics and Genomics, vol. 21, no. 12, pp. 894-901, 2011. [18] M. A. Doll, Y. Zang, T. Moeller, D. W. Hein. “Codominant expression of N-acetylation and O-acetylation activities catalyzed by N-acetyltransferase 2 in human hepatocytes”. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, vol. 334, no. 2, pp. 540-544, 2010. [19] A. Kawamura, J. Graham, A. Mushtaq, S. A. Tsiftsoglou, G. M. Vath, P. E. Hanna, C. R. Wagner, E. Sim. “Eukaryotic arylamine N-acetyltransferase. Investigation of substrate specificity by high-throughput screening”. Biochemical Pharmacology, vol. 69, no. 2, pp. 347-359, 2005. [20] H. Wu, L. Dombrovsky, W. Tempel, F. Martin, P. Loppnau, G. H. Goodfellow, D. M. Grant, A. N. Plotnikov. “Structural basis of substrate-binding specificity of human arylamine N-acetyltransferases”. The Journal of Biological Chemistry, vol. 282, no. 41, pp. 30189-30197, 2007. [21] M. Rajasekaran, S. Abirami, C. Chen. “Effects of single nucleotide polymorphisms on human N-acetyltransferase 2 structure and dynamics by molecular dynamics simulation”. PLoS One, vol. 6, no. 9, pp. e25801, 2011. [22] P. D. Roy, M. Majumder, B. Roy. “Pharmacogenomics of anti-TB drugs-related hepatotoxicity”. Pharmacogenomics, vol 9, no. 3, pp. 311-321, 2008. [23] D. W. Hein. “N-acetyltransferase SNPs: emerging concepts serve as a paradigm for understanding complexities of personalized medicine”. Expert Opinion on Drug Metabolism and Toxicology, vol. 5, no. 4, pp. 353-366, 2009. [24] Y. Zang, M. A. Doll, S. Zhao, J. C. States, D. W. Hein. “Functional characterization of single-nucleotide polymorphisms and haplotypes of human N-acetyltransferase 2”. Carcinogenesis, vol. 28, no. 8, pp. 1665-1671, 2007. [25] J. M. Walraven, Y. Zang, J. O. Trent, D. W. Hein. “Structure/function evaluations of single nucleotide polymorphisms in human N-acetyltransferase 2”. Current Drug Metabolism, vol. 9, no. 6, pp. 471-486, 2008. [26] Y. Zang, S. Zhao, M. A. Doll, J. Christopher States, D. W. Hein. “Functional characterization of the A411T (L137F) and G364A (D122N) genetic polymorphisms in human N-acetyltransferase 2”. Pharmacogenetics and Genomics, vol. 17, no. 1, pp. 37-45, 2007. [27] D. W. Hein, M. A. Doll. “Accuracy of various human NAT2 SNP genotyping panels to infer rapid,


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intermediate and slow acetylator phenotypes”. Pharmacogenomics, vol. 13, no. 1, pp. 31-41, 2012. [28] K. Walker, G. Ginsberg, D. Hattis, D. O. Johns, K. Z. Guyton, B. Sonawane. “Genetic polymorphism in N-Acetyltransferase (NAT): Population distribution of NAT1 and NAT2 activity”. Journal of Toxicology Environmental Health. Part B, Critical Reviews, vol. 12, no. 5-6, pp. 440-472, 2009. [29] J. A. Agúndez, K. Golka, C. Martínez, S. Selinski, M. Blaszkewicz, E. García-Martín. “Unraveling ambiguous NAT2 genotyping data”. Clinical Chemistry, vol. 54, no. 8, pp. 1390-1394, 2008. [30] A. Sabbagh, P. Darlu. “Inferring haplotypes at the NAT2 locus: the computational approach”. BMC Genetics, vol. 6, no. 6, pp.1-13, 2005. [31] I. B. Kuznetsov, M. McDuffie, R. Moslehi. “A web server for inferring the human N-acetyltransferase-2 (NAT2) enzymatic phenotype from NAT2 genotype”. Bioinformatics, vol. 25, no. 9, pp. 1185-1186, 2009. [32] R. Weinshilboum, L. Wang. “Pharmacogenomics: bench to bedside”. Nature Reviews. Drug Discovery, vol 3, no. 9, pp. 739-748, 2004. [33] D. A. Evans, K. A. Manley, V. A. McKusick. “Genetic control of isoniazid metabolism in man”. British Medical Journal, vol. 2, no. 5197, pp. 485-491, 1960. [34] A. Sabbagh, A. Langaney, P. Darlu, N. Gérard, R. Krishnamoorthy, E. S. Poloni. “Worldwide distribution of NAT2 diversity: implications for NAT2 evolutionary history”. BMC Genetics, vol. 9, no. 21, pp. 1-14, 2008. [35] M. López-López, N. López-López, I. Martínez-Ruíz, J. L. Guerrero-Camacho, M. E. Alonso-Vilatela. “Determinación molecular de polimorfismos del gen de la N-acetiltransferasa en población mestizo mexicana”. Revista Salud Pública y Nutrición, vol. 7, no. 5, pp. FG02, 2006. [36] L. Taja-Chayeb, J. A. Agúndez, C. Miguez-Muñoz, A. Chavez-Blanco, A. Dueñas-Gonzalez. “Arylamine N-acetyltransferase 2 genotypes in a Mexican population”. Genetics and Molecular Research, vol. 11, no. 2, pp. 1082-1092, 2012. [37] R. Díaz-Molina, J. M. Cornejo-Bravo, M. A. Ramos-Ibarra, J. D. Estrada-Guzmán, O. Morales-Arango, R. Reyes-Báez, O. M. Robinson-Navarro, C. G. Soria-Rodríguez. “Genotype and phenotype of NAT2 and the occurrence of adverse drug reactions in Mexican individuals to an isoniazid-based prophylactic chemotherapy for tuberculosis”. Molecular Medicine Reports, vol. 1, no. 6, pp. 875-879, 2008. [38] M. A. Ramos, R. E. Mares, E. D. Avalos, A. Hernández, R. Hernández, R. Lameda, A. E. Malváez, C. A. Rodríguez, R. Rodríguez. “Pharmacogenetic screening of N-acetyltransferase 2, thiopurine s-methyltransferase, and 5,10-methylene-tetrahydrofolate reductase polymorphisms in Northwestern Mexicans”. Genetic Testing and Molecular Biomarkers. vol. 15, no. 5, pp. 351-355.

Rosa Elena Mares Alejandre: Química Farmacobióloga con estudios de Maestría en Ciencias Químicas (Biotecnología) y Doctorado en Ciencias (Bioquímica) por la Universidad Autónoma de Baja California. Candidato a Investigador Nacional desde 2011 (Sistema Nacional de Investigadores). Profesora a nivel licenciatura y posgrado con más de 10 años de experiencia.

Marco Antonio Ramos Ibarra: Químico Farmacobiólogo por la Universidad Autónoma de Baja California, con estudios de Doctorado en Ciencias (Bioquímica) por la Universidad Nacional Autónoma de México. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores desde 1997, con reconocimiento de Investigador Nacional Nivel 1 desde 2002. Profesor a nivel licenciatura y posgrado con más de 20 años de experiencia.

Revista Aristas: Ciencia e Ingeniería. Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería. UABC.

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CALIDAD DE AGUA DE MANANTIALES URBANOS EN LA CIUDAD DE TIJUANA

Water quality of urban springs in the city of Tijuana

RESUMEN Con el propósito de evaluar la calidad del agua de manantiales y afloramientos urbanos en la ciudad de Tijuana, se muestrearon cinco veces seis manantiales ubicados dentro de la zona urbana. Las muestras se analizaron para parámetros fisicoquímicos y microbiológicos. Los resultados mostraron que los manantiales con un potencial a ser aprovechados son los ubicados en el aguaje de la Tuna y Cañón del Sáenz. Sin embargo el agua en todos los sitios no es apta para el consumo humano sin un tratamiento previo. Los manantiales con un mayor grado de contaminación son los ubicados en el Cañón del Pasteje.

PALABRAS CLAVES: Tijuana, contaminación, Pasteje, acuífero, manantiales

ABSTRACT In order to evaluate the water quality of urban spring in the city of Tijuana, six springs were sampled six times. The samples were analyzed for physicochemical and microbiological parameters. The results had shown that the spring with a potential to be exploited are those located in el Aguaje de la Tuna and Cañón del Saenz. However water in all sites is unfit of human consumption without a previous treatment. The springs located in Cañón de Pasteje show a high level of pollution.

KEYWORDS: Tijuana, pollution, Pasteje, aquifer, springs

FERNANDO T. WAKIDA Ingeniero Químico, PhD. Profesor Investigador Universidad Autónoma de Baja California [email protected]

ENRIQUE GARCIA FLORES

LILIA HURTADO

SAMANTHA ARIZMENDI

ENRIQUE SANCHEZ M.

TERESITA DE JESUS PIÑON C.

1. INTRODUCCIÓN

Un manantial se puede definir como un punto o zona de la superficie del terreno en la que, de modo natural, fluye a la superficie cantidad apreciable de agua, procedente de un acuífero o embalse subterráneo [1]. La descarga de estos acuíferos en algunas ocasiones se presenta como un manantial o como una zona de flujo diseminado en la que se observa una zona húmeda con mucha vegetación.

La naturaleza accidentada de la topografía en la que se ubica la ciudad de Tijuana con valles, mesetas y cañones hace factible la existencia de afloraciones de agua. Más aun, algunos de los nombres de la ciudad denotan la presencia manantiales como por ejemplo: Agua Caliente, Aguaje de la Tuna y Ojo de Agua. Inclusive la existencia de manantiales termales de aguas sulfurosas en las riveras del Rio Tijuana produjo que se estableciera un balneario en los años 1880’s llamado “Tijuana Hot Springs” que era

una atracción para los residentes de San Diego [2]. Alrededor de estos manantiales se estableció el complejo conocido como el casino de Agua Caliente en lo que ahora es la Preparatoria Federal Lázaro Cárdenas.

La zona metropolitana Tijuana-Rosarito-Tecate tiene un alto crecimiento poblacional. El municipio de Rosarito tuvo una tasa de crecimiento durante el periodo 1995-2000 del 7.7%, mientras que para Tecate fue del 5.2% y Tijuana del 4.9%. De seguir estas tendencias Rosarito podría duplicar su población en 9 años, Tecate y Tijuana en 13.4 y 14.4 años, respectivamente [3].

El crecimiento poblacional implica un aumento creciente en el suministro de infraestructura, equipamiento y servicios urbanos, para una población en constante incremento, siendo el más importante de todos ellos el suministro de agua potable. Pero debido a la naturaleza de la región en la cual se tiene un alto índice de aridez, escasos recursos de agua superficial y volúmenes muy limitados de agua subterránea, se hace indispensable un aprovechamiento, manejo y uso de este recurso en una forma sustentable. El crecimiento en la demanda del agua ha causado que los recursos hídricos locales sean

Recibido: 25/01/12 Aceptado: 29/06/12



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insuficientes para el abastecimiento de la ciudad, por lo que casi la totalidad del agua consumida en la ciudad es importada de otras cuencas. El 96% del abastecimiento del agua de Tijuana proviene de la cuenca del Río Colorado y el resto de acuíferos locales [4].

En los últimos años se han publicados estudios sobre la calidad de aguas de acuíferos urbanos, sus posibles usos, así como el riesgo implicado en el uso de este recurso [5, 6,7]. Los acuíferos urbanos es decir que se encuentran situados en zonas urbanas son un recurso hídrico no aprovechado en muchas zonas urbanas del mundo, debido a la percepción de que el agua proveniente de los mismos esta contaminada.

Dentro de las zonas urbanas existen múltiples fuentes potenciales de contaminantes, éstas son una mezcla de fuentes puntuales y difusas. Entre las fuentes puntuales se encuentran principalmente los rellenos sanitarios que pueden aportar metales pesados y nitrógeno amoniacal; fugas de sustancia químicas en tanques subterráneos de almacenamiento.

Las fuentes no puntuales o difusas como lo son la deposición atmosférica o los lixiviados de nutrientes principalmente nitratos debido a la utilización excesiva de fertilizantes en parques o áreas verdes como campos de golf. Existen otras fuentes que se podrían catalogar fuentes puntuales múltiples como lo serian las fugas de drenaje sanitario, fosas sépticas o áreas de infiltración de escurrimientos pluviales urbanos [8].

Se ha comprobado que en muchas ciudades del mundo una importante proporción de la recarga es de origen antropogénico, es decir proviene de las fugas del sistema de drenaje sanitario y de la red de abastecimiento de agua potable, así como infiltraciones de fosas sépticas [9, 10,11].

2. AREA DE ESTUDIO

Se localizaron 6 manantiales y afloraciones de agua en la zona urbana, La totalidad de estos manantiales se encuentran en cañones en el cual el nivel topográfico es mas bajo que sus áreas circundantes. La tabla 1 muestra las coordenadas de ubicación y altura sobre el nivel del mar de los sitios de muestreo. La figura 1 muestra la ubicación de los manantiales muestreados. A continuación se da una breve descripción de los sitios de muestreo:

CAÑON PASTEJE. Los manantiales se encuentran en la zona denominada Cañón Pasteje-Aviación es una zona situada en la parte norte de la ciudad, una corriente de agua residual producto de las descargas de la planta

tratadora de agua del aeropuerto y descargas no controladas fluye a través del sitio. El flujo estimado del manantial es de 2 L/s. La zona cuenta con todos los servicios públicos, aunque también se observan un número de casas asentadas irregularmente en el cauce de la corriente del cañón. En esta zona se ubicaron dos manantiales (Figura 2a).

AGUAJE DE LA TUNA. Se encuentra ubicado en la parte suroeste de la ciudad, dentro de un terreno privado y en una zona completamente urbanizada con todos los servicios públicos. El caudal aproximado es de 2-3 L/s (Figura 2b).

CANON DEL SAENZ: Ubicado en la parte sureste de la ciudad, en una zona caracterizada por extensiones de terrenos baldíos entre zonas habitacionales. Es una zona que cuenta con todos los servicios públicos y se observa el alto crecimiento de desarrollos habitacionales en sus alrededores. El flujo en este sitio no fue medido debido a la naturaleza dispersa del afloramiento. Durante el desarrollo del estudio las compañías constructoras la usaron como fuente de agua para el compactado y aplanado de suelos (Figura 2c).

ALTIPLANO. Se encuentra en la zona este de la ciudad, una zona que no cuenta con servicio de agua corriente y drenaje sanitario. Su flujo estimado es de 1-2 L/S. CORREDOR 2000. Se ubica justamente en el canon ubicado adyacente al corredor 2000, este es un pequeño afloramiento de agua utilizado para abrevadero de animales. Debido a la que se encuentra en la periferia de la ciudad. La figura 1 muestra la ubicación de los sitios muestreados.

3. METODOLOGIA

Se realizaron cinco muestreos de 6 manantiales ubicados dentro de la zona urbana de la ciudad de Tijuana. Los muestreos se realizaron en el periodo de septiembre de 2005 a septiembre de 2006. Las muestras se analizaron para parámetros fisicoquímicos como nitrógeno amoniacal, nitrato, fósforo total, sulfatos, alcalinidad, dureza total, demanda química de oxigeno y metales pesados, además se midió in situ pH., sólidos totales disueltos y conductividad.

Con excepción de los parámetros que se realizaron in situ y metales pesados. El resto de los parámetros se evaluaron mediante el uso de métodos espectrofotométrico usando la metodología Hach ©. Para el análisis de los metales pesados se utilizó ICP (Plasma acoplado inductivamente) de muestras digeridas Mediante el método 3030-G de la USEPA de digestión con ácido nítrico.


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Tabla 1. Ubicación de los sitios muestreados.

Sitio Coordenadas Altitud (m) Uso de suelo

Altiplano N 32°31.433”

W 118°51.582” 151

Habitacional sin servicio de drenaje sanitario, ni agua

potable

Corredor 2000 N 32°31.894” W 116°51.44”

127 Situado en un cañón

adyacente a un boulevard

Canon del Sáenz N 32°26’14.40”

W 116°56’59.95” 198

Habitacional con un alto porcentaje de lotes baldíos, con servicios, situado en un

cañón Aguaje de la

Tuna N 32°28’35.22”

W 117°00’45.74” 207

Habitacional con todos los servicios, situado en un cañ6n

Pasteje 1 N 32°32’08.10”

W 116°59’29.60” 90

Habitacional con todos los servicios

Pasteje 2 N 32°31’50.61”

W 117°00’01.33” 68

Habitacional con todos los servicios

Fuente: Elaboración propia

Figura 1. Sitios de muestreo mostrando el área urbana de la ciudad de Tijuana.

Fuente: Elaboración propia.


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Figura 2. Manantiales muestreados (a) Pasteje 1, (b) Construcción realizada para conducir el agua en el sitio denominado Aguaje de la Tuna, (c) Excavación realizada por compañías de construcción para aprovechar el agua en el sitio denominado Cañón del Sáenz.

(a) (b) (c)

Fuente: Elaboración propia.

4. RESULTADOS Y DISCUSION

Los resultados han mostrado que los manantiales ubicado en el Cañón Pasteje tienen un alto contenido de sólidos disueltos (promedio 7000 mg/L) y contrariamente a los manantiales ubicados en el aguaje de la Tuna y Cañón del Sáenz cuyo promedio fue de 1000 y 820 mg/L, respectivamente (Tabla 2). En los demás sitios el promedio de sólidos disueltos totales (SDT) fue más alto que el límite máximo permisible (LMP) marcado por la norma para agua potable (NOM-127-SSA1-1994) que es 1000 mg/L. En cuanto a la concentración de nitratos (NO3-N), las mayores concentraciones se encontraron en el área del Cañón Pasteje donde el promedio fue 16 mg/L para el sitio Pasteje 1 y de 12.2 mg/L para el sitio Pasteje 2. Estos valores muestran que dichos manantiales podrían estar siendo impactados por aguas residuales sin tratar. Sin embargo para el caso de Pasteje 1, las cuentas de coliformes fecales y totales no fueron elevadas (2 NMP/100 ml). No siendo el caso para el sitio Pasteje 2 donde las cuentas de coliformes totales y fecales fueron altas (50000 y 30000 NMP/100 ml), lo cual puede ser el producto del mezclado de aguas del manantial con aguas residuales de las casas adyacentes. En el sitio Pasteje 1 esta fuente de contaminación al parecer no se encuentra cercana a dicho manantial debido a la baja cuenta de coliformes. En el resto manantiales que se muestrearon el rango de

promedio de concentraciones de nitrato-N fue entre <0.3 a 2.9 mg/L. Siendo estas concentraciones menores a los establecidos por la norma (10 mg/L). La dureza total en todos los manantiales se puede considerar alta siendo el rango de los promedio de 563 a 2679 mg/l, siendo la más alta observada en el sitio Pasteje 1. Todos los sitios mostraron una dureza más alta que elLMP por la norma (500 mg/l). En cuanto a la concentración de cloruros (Cl-), las concentraciones promedio en los sitios Pasteje 1 y 2 fueron las más altas (1675 y 1333 mg/L, respectivamente). Solamente en las muestras de los sitios de Aguaje de la Tuna y Cañón del Sáenz estuvieron por debajo del LMP marcado por la norma (250 mg/L). En cuanto a las concentraciones de nitritos (NO2-N) todas las concentraciones promedio estuvieron por arriba de lo que marca LMP de la norma (0.005 mg/L), lo mismo ocurrió con el nitrógeno amoniacal (NH3-N) que con excepción de la muestra del sitio del corredor 2000, todas excedieron el LMP de la norma (0.5 mg/L). La tabla 3 muestra las concentraciones de los metales analizados (As, Zn, Cd, Pb, Ni, Fe Cr, Cu). Las concentraciones de metales pesados son menores a los indicados como máximos permisibles para la descarga aguas residuales a sistemas de drenaje (NOM-02-Semarnat-1996) a excepción del arsénico que en el total de los sitios muestreados concentraciones fueron aproximadamente 10 veces más alta que el LMP establecido en dicha norma (0.075 mg/L). Los valores de


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arsénico (As), cadmio (Cd) y plomo (Pb) son más altos que los indicados en la norma oficial para agua potable (NOM-127-SSA1-1994) que son para As (0.05 mg/L), Cd (0.005 mg/L), y Pb (0.025 mg/L). Los valores de Cu fueron en un orden de diez menores al indicado en dicha norma (2 mg/L) y los valores de Cr ligeramente mayores al máximo permisible (0.05 mg/L) para los sitios Corredor 2000, Cañón del Sáenz y Pasteje 2. Las concentraciones de Ni fueron también muchomenores a los marcados en las normas anteriormente mencionadas (6 mg/L).

5. CONCLUSIONES

Los resultados han mostrado que los manantiales con mejor calidad de agua son los del Altiplano, Cañón del Sáenz, Aguaje de la Tuna. Sin embargo el de mayor potencial por su flujo y calidad del agua sería el del Aguaje de la Tuna. Sin embargo el agua de estos manantiales no es apta para consumo humano sin un tratamiento previo.

El uso potencial de este recurso podría ser el de riego de áreas verdes, así como en la construcción. Los manantiales ubicados en el Cañón del Pasteje, pero podrían ser usados en el riego de áreas verdes de plantas resistentes a agua con altos contenidos de sólidos. Los resultados también han mostrado que a excepción del sitio del aguaje de la Tuna, los manantiales muestreados tienen un alto contenido de sólidos disueltos. Los manantiales con un mayor grado de contaminación son los ubicados en el Cañón del Pasteje.

6. RECONOCIMIENTOS

Los autores agradecen el apoyo de la Universidad Autónoma de Baja California y a la Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería para el desarrollo de este proyecto a través de su programa interno de apoyo a proyectos de investigación.

Tabla 2. Concentración de parámetros en manantiales (todos los resultados en mg/L excepto conductividad y pH).

Parámetros Altiplano Corredor 2000

Aguaje de la tuna

Cañón del Sáenz

Pasteje 1 Pasteje 2 NOM

Conductividad (mS/m)

2.63-2.79 (2.70)

4.98-6.49 (5.50)

1.43-4.59 (2.70)

1.63-2.53 (2.1)

13.6-14.34 (14.22)

9.8-10.34 (10.11)

NN

SDT 1340-1600 (1440)

2300-3250 (2680)

770-2050 (1000)

820 6810-7180 (7108)

4860-5180 (5048)

1000

pH 6.61-7.48 (7.11)

6.9-9.59 (7.88)

5.62-7.15 (6.45)

6.68-7.15 (6.95)

6.7-7.4 (6.9)

6.7-7.2 (7.05)

6.5-8.5

Alcalinidad 274-305 (291)

320-440 (383)

70-216 (144)

338-475 (388.4)

170-220 (180)

320-375 (325)

NN

Dureza Total 695-828 (784)

1190-1925 (1558)

315-1400 (563)

590-726 (651.5)

1350-2938 (2679)

2080-2520 (2367)

500

Ca 122-156 (139)

96-155 (156)

74-86 (80)

166-210 (188)

337-1400

(821)

452-1260 (687)

NN

Mg 95-105 (100)

163-238 (211)

31.7-36.6 (34.2)

42.7-49.1 (45.9)

337-508

(437)

298-452 (380)

NN

Cl- 232-300 (273)

446-664 (530)

143-416 (240)

118-220 (188.8)

837-2231 (1675)

563-1725 (1333)

250

DQO 54-118 (79)

73-98 (89.7)

10-36 (23)

25-146 (66.2)

8-15 (12)

11-132 (11)

NN

NO3-N <0.3-1.3 (0.55)

0.7-.7 (1.16)

0-5.9 (2.9)

0.2-0.3 (0.25)

12.6-20.3 (16)

5.6-15.5 (12.2)

10

NO2-N Nd-0.8 Nd-0.3 0-0.6 0.2-0.4 NA NA 0.05


26

(0.3) (0.1) (0.4) (0.23)

NH3-N 0.2-4.6 (1.4)

0-0.4 (0.15)

0.4-4.7 (1.52)

0.15-2.5 (0.96)

NA NA 0.5

Nitrógeno Total

3.1-10 (5.30)

0-0.5 (0.3)

1-11 (4.40)

0.5-3.3 (0.8)

NA NA NN

PO3-P 1.41-1.87 (1.6)

0.75-1.14 (0.92)

0.2-0.79 (0.56)

0.4-0.51 (0.45)

0.54-0.8 (0.7)

0.8-1.15 (0.97)

NN

K 1.2-1.5 (1.3)

6.3-10 (8.20)

2.4-6.1 (3.54)

2.4-5.7 (4.2)

NA NA NN

SO4 120-220 (170)

140-360 (260)

34-100 (48)

67-260 (153.4)

NA NA 400

Coliformes fecales

NA NA NA NA 2 30000 ND

Coliformes totales

NA NA NA NA 2-8 50000 2

DQO: Demanda Química de oxigeno. SDT: sólidos disueltos totales. NMP: Número más probable. NN: no normado. NA: no analizado. ND: no detectable. Modificado de [12] y [13]. NOM: NOM-127-SSA1-1994. Coliformes totales y fecales son en NMP/100 ml (número mas probable.

Tabla 3. Concentración de metales pesados en manantiales (todos los resultados en mg/L).

Metal Altiplano Corredor 2000

Aguaje de la tuna

Cañón del

Sáenz

Pasteje 1 Pasteje 2 Promedio diario

NOM 1 NOM 2

As 0.71 0.64 0.60 0.86 0.66 1.15 0.075 0.05 Zn 0.05 0.17 0.22 0.08 0.08 0.16 9 5 Cd 0.03 0.17 0.03 0.03 0.02 0.03 0.75 0.005 Pb 0.19 0.19 0.15 0.20 0.24 0.24 1.5 0.025 Ni 0.09 0.09 0.08 0.09 0.08 0.14 6 _ Fe 0.65 1.00 0.25 1.96 1.17 4.42 _ 0.3 Cr 0.05 0.06 0.04 0.06 0.04 0.06 0.75 0.05

Cu 0.02 0.03 0.02 0.03 0.04 3.3 15 2

NOM 1: NOM-02-Semarnat-1996. NOM 2: NOM-127-SSA1-1994

7. REFERENCIAS

1. Llamas M. R., “Relación entre las aguas subterráneasy las aguas superficiales”. En E. Custodio y M.R.Llamas (Eds.). Hidrología subterránea, 2da Ed., Vol.1, Barcelona: Ediciones Omega, 1993, p. 1101.

2. Piñeira, D., “Tijuana en la historia, una expresiónfronteriza de mexicanidad. Del escenario natural alos inicios del siglo XX.” Tijuana: Ediciones ILCSA.2003, pp. 52-60.

3. Gobierno de Baja California, “Portal del gobierno deBaja California, situación demográfica.” En

http://www.bajacalifornia.gob.mx/portal/nuestro_estado/situacion_dem/demografico.jsp consultado el 23 de Marzo, 2012.

4. Navarro Chaparro S. K., “La problemática del aguaurbana en la ciudad de Tijuana, Baja California y sus alternativas para una gestión sustentable”, tesis de maestría en Administración Integral del Ambiente. Colegio de la Frontera Norte, 2010.

5. Chisala, B. N. and D. N. Lerner, “Sewage risks tourban groundwater”. Science Report SC030134, Environment Agency, Bristol. 2008.

http://www.bajacalifornia.gob.mx/portal/nuestro_estado/situacion_dem/demografico.jsp

http://www.bajacalifornia.gob.mx/portal/nuestro_estado/situacion_dem/demografico.jsp


27

6. Chisala B. N, N. G. Tait and D. N.Lerner,”Evaluating the risk of methyl tertiary- butylether (MTBE) to urban groundwater at city scale:Nottingham case study”, Journal of ContaminantHydrology, Vol. 91, pp. 128-145, 2007.

7. Tait, N. G., Lerner, D. N., Smith, J. W. N. &Leharne, S.A., “Prioritization of extraction boreholesat risk from chlorinated solvent contamination on theUK Permo-Triassic Sandstone aquifer using a GIS”The Science of the Total Environment, Vol. 319, pp.77-98, 2004.

8. Wakida F.T. y D. N., “Lerner Non-agriculturalsources of groundwater nitrate: a review and casestudy”, Water Research, Vol. 39, pp. 3-16, 2005.

9. Lerner, D. N., “Leaking pipes recharge ground water”.Ground Water, Vol. 24, pp. 654–662, 1986.

10. Alderwish, A. M., Dottridge, J., “Urban recharge andits influence on groundwater quality in Sana’a,Yemen”, En: Chilton, J. (Ed.), Groundwater in theUrban Environment, Selected City Profile,Rotterdam: Balkema, pp. 85–90, 1999.

11. Yang, Y., Lerner, D. N., Barrett, M. H., Tellam, J.H.,“Quantification of groundwater recharge in the cityof Nottingham, UK”, Environmental Geology, Vol.38, pp. 183–198, 1999.

12. Sánchez Martínez, E. “Evaluación de la calidad deagua de manantiales urbanos en la ciudad deTijuana”, Tesis de Licenciatura. Facultad de CienciasQuímicas e Ingeniería. Universidad Autónoma deBaja California, 2009.

13. Arizmendi Moctezuma, S., “Evaluación de la calidadde agua de los manantiales del Cañón del Pasteje”,Tesis de licenciatura. Facultad de Ciencias Químicase Ingeniería. Universidad Autónoma de BajaCalifornia, 2009.

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CIENCIA E INGENIERIAARISTASAÑO 2012 * VOL. 1 * NUM. 1Indice

MODELACIÓN DE UN SISTEMA ROTATORIO DE MEMBRANAS, PARA SEPARAR COMPUESTOS OLEOSOS, EN LA INDUSTRIA METAL-MECÁNICA. Raudel Ramos-Olmos, Eduardo Rogel-Hernández, Fernando T. Wakida, Shui Wallin, Heriberto Espinoza-Gómez.

FARMACOGENÉTICA DE ISONIAZIDA: DESDE LA ESTRUCTURA DE LA ENZIMA NAT2 HASTA EL FENOTIPO ACETILADOR LENTO.Rosa Elena Mares Alejandre, Marco Antonio Ramos Ibarra.

CALIDAD DE AGUA DE MANANTIALES URBANOS EN LA CIUDAD DE TI JUANA.Fernando T. Wakida, Enrique García Flores, Lilia Hurtado, Samantha Arizmendi, Enrique Sánchez M. Teresita de Jesús Piñón C.

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Universidad Autonóma de Baja CaliforniaFacultad de Ciencias Químicas e Ingeniería

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