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En el presente libro se estudia la presencia de metales pesados en las aguas subterráneas del estado de Colima, México, y los hallazgos obte-nidos de ella. También refiere el uso de nuevas técnicas con las cuales se puede cuantificar un coeficiente de riesgo y con ello poder justificar estudios de salud ambiental mucho más am-plios por esa vía de exposición en la población.

Metales pesadosy el agua de consumo

en ColimaUna cuestión de salud pública

Oliver Mendoza CanoOliver Mendoza CanoDoctor en ciencias médicas y profesor in-vestigador de tiempo completo en la Uni-versidad de Colima, así como postdocto-rado y visitante científico en el Centro para la Salud y el Medio Ambiente Global de la Escuela TH Chan de Salud Pública de la Universidad de Harvard. Líneas de investi-gación: salud ambiental, salud pública y economía ambiental.

Metales pesados y el agua de consumo en Colima Una cuestión de salud pública

Universidad de ColimaMtro. José Eduardo Hernández Nava, RectorMtro. Christian Jorge Torres Ortiz Zermeño, Secretario GeneralMtra. Vianey Amezcua Barajas, Coordinadora General de Comunicación SocialMtra. Gloria Guillermina Araiza Torres, Directora General de Publicaciones

Metales pesados y el agua de consumo en Colima Una cuestión de salud pública

Oliver Mendoza Cano

© Universidad de Colima, 2017 Avenida Universidad 333 C.P. 28040, Colima, Colima, México Dirección General de Publicaciones Teléfonos: (312) 316 10 81 y 316 10 00, extensión 35004 Correo electrónico: [email protected] www.ucol.mx

ISBN: 978-607-8356-94-2

Derechos reservados conforme a la leyImpreso en México / Printed in Mexico

Proceso editorial certificado con normas iso desde 2005Dictaminación y edición registradas en el Sistema Editorial Electrónico Pred Registro: LI-022-13 Recibido: Noviembre de 2013 Publicado: Enero de 2017

Índice

Introducción ............................................................................................. 7Importancia del agua ....................................................................... 7Contaminación del agua ................................................................... 9

Determinación de la contaminación .......................................................13Espectrofotometría de emisión óptica-plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) .............................................................13

Los metales pesados y la vida .................................................................15Efectos del plomo, manganeso y arsénico en la salud ...........................21

Plomo ............................................................................................... 21Manganeso ...................................................................................... 25Arsénico ...........................................................................................26

Salud pública ...........................................................................................31Metales pesados en México ..............................................................31

Análisis geoestadístico ........................................................................... 35La geoestadística univariante ......................................................... 36 Tipos de datos espaciales ................................................................38

Coeficiente de riesgo HQ (hazard quoficient) ........................................41Materiales y métodos.............................................................................. 43

Zona de estudio ...............................................................................43Preparación y análisis de las muestras ...........................................44Interpolación espacial .....................................................................44Evaluación del riesgo y población expuesta ................................... 45

Resultados y análisis .............................................................................. 47Discusión y conclusión ............................................................................61Bibliografía ............................................................................................. 65

TablasTabla I ......................................................................................................16Tabla II .....................................................................................................17Tabla III .................................................................................................. 47Tabla IV ...................................................................................................48Tabla V .................................................................................................... 52Tabla VI ................................................................................................... 56

FigurasFigura 1 ...................................................................................................44Figura 2 ...................................................................................................50Figura 3 ....................................................................................................51Figura 4 ................................................................................................... 54Figura 5 ................................................................................................... 55Figura 6 ................................................................................................... 58Figura 7 ................................................................................................... 59Figura 8 ...................................................................................................60

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Introducción

Importancia del agua

El agua se encuentra en la atmósfera, en la hidrósfera y también dentro de nosotros, pues constituye la mayor

proporción en el cuerpo humano.Un cuerpo hidratado tiene más de 50% de su peso en

agua, es decir que si una persona pesara 50 kg, 25 kg corres-ponderían a agua; el otro 50% lo constituyen los músculos, los huesos y la grasa. Más de 75% del cerebro es agua (pCpi, 2012).

Es sabido que los mares y océanos son 97% del volu-men total del agua (100%). Esto quiere decir que si toda el agua de nuestro planeta fueran 100 vasos de agua, los mares y océanos serían 97 vasos. Esta agua es salada y no la po-demos beber (a menos que fuera desalinada), así que sólo contamos con tres vasos de agua dulce, de éstos, dos corres-ponden a los hielos y las aguas subterráneas, de modo que apenas nos queda un vaso de agua que podemos aprovechar.

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También se dice que el origen de la vida tuvo lugar en el agua; sin agua, el ser humano duraría menos de una se-mana, los animales morirían y las plantas perecerían, ya que entre un 60 y un 80% de su peso total es agua.

Desde hace 4,500 millones de años, la misma can-tidad de agua ha circulado una y otra vez por la Tierra, es decir, la cantidad total de agua del planeta no varía (ciclo hidrológico), se ha contenido en diversas formas y estructu-ras a las cuales ella misma, gracias a sus múltiples propieda-des, ha adecuado para ello. En su eterno recorrido el agua ha adaptado diversos sitios como almacenes, a los cuales se les ha llamado ríos, lagos, lagunas, arroyos si se almacenan de manera superficial, y manantiales, pozos, acuíferos, cenotes, si es subterránea (García, 2009).

La composición química del agua subterránea es el resultado de continuos procesos de interacción entre el agua de precipitación (y nieve o granizo) que se infiltra en el terre-no y la litología por donde circula.

Parte de los componentes químicos son adquiridos en la zona de recarga, mientras que otros se adquieren en el lar-go recorrido del flujo del agua subterránea hasta que ésta es captada en pozos o emerge en la zona de descarga a través de un manantial. En ese recorrido se puede originar un flujo de diferente naturaleza, de carácter local, intermedio o regional (Tóth, 2000).

El agua subterránea (la contenida en acuíferos) es más abundante que el agua superficial (ríos y lagos) y por lo mismo es la más utilizada por los humanos (Jackson et al., 2000).

Se estima que existen unos 15 millones de km3 de agua subterránea en el planeta, por sólo unos 100 mil km3 de aguas superficiales. Pero desde el punto de vista económico, el agua superficial se puede considerar un recurso natural

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renovable, mientras que el agua subterránea es un tipo de re-curso natural no renovable, dado que se necesita el bombeo del vital líquido.

En otras palabras, se puede agotar en el corto plazo debido a una tasa de extracción mucho mayor que su tasa de renovación natural. Además, tanto la pavimentación como la deforestación impiden la recarga de los acuíferos y, aunque el agua mantiene la misma cantidad en el planeta desde hace millones de años, ésta puede agotarse localmente.

Contaminación del agua Cuando hay una gran diversidad de usos y no hay un control estricto en el acceso, existe un alto riesgo de agotamiento de acuíferos, pero también de contaminación. La contamina-ción será entonces un factor que disminuye la disponibilidad de agua para beber y otros usos que necesitan una buena ca-lidad. Efectivamente, este problema involucra una gran can-tidad de fuentes potenciales de contaminación, por lo que es difícil tratar de establecer acuerdos o contratos entre usua-rios cuando hay muchas fuentes contaminantes que requie-ren ser controladas (Aguilar Alonso, 2009).

El gran problema de la contaminación del agua subte-rránea radica en el hecho de que su calidad es afectada gene-ralmente de manera indirecta y en muchas ocasiones sin que se pueda notar. Así, diversas actividades económicas vierten una serie de productos químicos orgánicos e inorgánicos no sólo a los cuerpos de agua, sino también al suelo (Aguilar Alonso, 2009).

Aunque muchos contaminantes potenciales pueden filtrarse en el suelo y no alcanzar los mantos freáticos, hay otros, como los químicos orgánicos, que sí pasan por lixi-viación. Pielou (1998) explica que cuando un contaminante llega al nivel del agua en el subsuelo, puede suceder una de

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tres cosas: que éste se disuelva; que flote (como por ejemplo la gasolina), o que se hunda y forme una capa en la parte baja del acuífero (en el caso de metales pesados o intrusiones sa-linas). Pero la medición de la calidad del agua subterránea es uno de los mayores problemas para su gestión.

Según varios autores, los diferentes usos del suelo, sobre todo la agricultura, la urbanización y la minería son fuentes principales de contaminación del agua subterrá-nea. Como se menciona en algunos casos, una fuente local de contaminación puede convertirse en un problema regio-nal. Si algún elemento tóxico llega a la tabla de agua y se di-funde en grandes cantidades en un acuífero extenso, otros usuarios que la extraigan de pozos o de algún manantial en lugares distantes, tendrán un problema de calidad del agua sin conocer la fuente de la contaminación. Éste es el caso, por ejemplo, de los nitratos y los pesticidas, que han causado gran preocupación tanto en Europa como en Estados Unidos (Aguilar, 2009).

Se considera que el agua está contaminada cuando la presencia de sustancias extrañas en su seno hace que deje de estar adaptada a la finalidad para la que será destinada.

Según su naturaleza se distinguen tres tipos de con-taminantes: los biológicos, los químicos y los físicos. Como contaminantes químicos, particularmente, se pueden men-cionar los hidrocarburos, fenoles, plaguicidas, detergentes, elementos causantes (fósforo y nitrógeno) de la eutrofiza-ción, y metales pesados.

La Organización Mundial de la Salud (oms) recomien-da la utilización de valores guía definitivos o provisionales, basados no sólo en sus propias estimaciones, sino en los da-tos facilitados por organismos internacionales como el Cen-tro Internacional de Investigaciones sobre el Cáncer con sede en Lyon (Francia), o el Programa Internacional de Seguridad

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de las Sustancias Químicas, dependiente de tres organizacio-nes internacionales con sede en Ginebra (Suiza).

Esos valores guía se refieren a los siguientes grupos de sustancias: elementos químicos (aluminio, boro, cobre, ní-quel y uranio), componentes orgánicos, plaguicidas, subpro-ductos de la desinfección.

Las sustancias tóxicas o nocivas no mencionadas en estos valores guía no deben hallarse en el agua en ninguna concentración (Valtueña, 2002).

Independientemente de las formas de introducción de los metales pesados, son contaminantes de alto riesgo am-biental y para la salud (Viglizzio, 1997).

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Determinación de la contaminación

Para determinar el grado de contaminación del agua se utilizan diversos métodos analíticos, entre los que se

pueden mencionar la cromatografía de gases y métodos de espectrometría, entre los más importantes.

Espectrofotometría de emisión óptica-plasma acoplado inductivamente (iCp-oes) (Cano, 2007)La técnica de plasma acoplado inductivamente es una técni-ca rápida multielemental cualitativa y cuantitativamente en la cual la muestra se alimenta en forma líquida.

Todos los equipos de iCp-oes usan una computadora, la cual sirve como intermediario entre el equipo y el analista, y la mayoría de las funciones automatizadas del iCp-oes son controladas por medio de la computadora.

Cuando se realiza un análisis multielemental la com-putadora ayuda a reunir y manipular las grandes cantidades de datos que nos va arrojando el aparato.

Además de la automatización del iCp-oes, el uso de la computadora tiene otras ventajas, como encender el plasma y regular los flujos.

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Ventajas de la técnica icp-oes

• Cualitativa y cuantitativa.• Multielemental.• No se utilizan lámparas (emisión).• Actualmente se pueden analizar bajas concentracio-

nes (plasma axial) y altas concentraciones (plasma radial).

• Pocas interferencias.• Alta velocidad de análisis (10 a 40 elementos/min).• Inversión original menor que iCp-ms y sem.

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Los metales pesados y la vida

Los metales son elementos totalmente no degradables, por lo que se acumulan en los sistemas ambientales, de

ahí su toxicidad. El destino final de los metales pesados son los suelos y los sedimentos. Cuentan con altos valores de densidades, comparados con los otros elementos.

Es importante mencionar la presencia de los metales pesados en suelos debido a la estrecha relación que hay en-tre éstos y las aguas subterráneas, derivada de la filtración de éstos a los mantos freáticos.

Los metales pesados (elementos traza) están presen-tes en relativamente bajas concentraciones (mg.kg-1) en la corteza de la Tierra, suelos y plantas. Muchos de ellos son esenciales para el crecimiento y desarrollo de plantas, ani-males y seres humanos (tabla I), aunque también pueden ser tóxicos si se superan ciertos umbrales.

En general, todos los metales pesados (elementos tra-za) son tóxicos si se ingieren o inhalan en cantidades sufi-cientemente altas y durante largos periodos de tiempo.

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Selenio, flúor y molibdeno son ejemplos de elementos que presentan un estrecho margen (del orden de unas pocas ppm) entre los niveles de deficiencia y los tóxicos (Plant et al., 2001).

Tabla I Micronutrientes y macronutrientes para el óptimo

funcionamiento de los organismos vivosMetales pesados que son micronutrientes esenciales (unos pocos mg o µg/día)

As, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Se, V, Zn

Otros micronutrientes esenciales F, I, Si

Macronutrientes (100 mg o más por día) Ca, Cl, Mg, P, K, Na, S

Metales pesados no esenciales Be, Cd, Hg (Ni), Pb, Sb (Sn), Ti

* Los metales en paréntesis pueden ser esencialesnota: Al final del capítulo, en la página 20, se presenta una lista de abreviaturas de los elementos mencionados.

Fuente: Siegel, 2002.

Los metales pesados (elementos traza) más abundan-tes en los suelos pueden clasificarse en cinco categorías, de acuerdo con la forma química en que se encuentran en las so-luciones del suelo: cationes (Ag+, Cd+2, Co+2, Cr+3, Cu+2, Hg+2, Ni+2, Pb+2, Zn+2), metales nativos (Hg, V), oxianio-nes (AsO4 -3, CrO4-2, MnO4 -2, HSeO3-, SeO4-2,), haloge-nuros (F-, Cl-, Br-, I-), y órgano-complejos (Ag, As, Hg, Se, Te, Tl). Estas categorías no se excluyen mutuamente, porque algunos elementos pueden aparecer con más de una forma. Normalmente, Cr, Ni, Pb, y Zn varían entre 1 - 1500 mg kg-1, Co, Cu y As entre 0.1 y 250 mg kg-1, y con menores propor-ciones Cd y Hg (0.01 - 2 mg kg-1) (Bowen, 1979, y tabla II).

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Tabla II Concentraciones geoquímicas normales y anómalas

de algunos elementos traza en suelosElemento Rango normal (ppm) Concentraciones anómalas (ppm)

As <5-40 Hasta 2,500Cd <12 Hasta 30Cu Feb 60 Hasta 2,000Mo<1-5

10:100

Ni 2-100 Hasta 8,000Pb 10-500 10,000 o másSe <1-2 Hasta 500Zn 25-200 10,000 o más

Fuente: Browie & Thompson, 1985.

De todos los elementos traza encontrados en suelos hay 17 que se consideran como muy tóxicos y, a la vez, fácil-mente disponibles en muchos suelos en concentraciones que sobrepasan los niveles de toxicidad. Éstos son: Ag, As, Bi, Cd, Co, Cu, Hg, Ni, Pb, Pd, Pt, Sb, Se, Sn, Te, Tl y Zn. De ellos, diez son fácilmente movilizados por la actividad humana en proporciones que exceden en gran medida la de los procesos geológicos.

Éste es el caso de Ag, As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Sb, Sn y Tl (Novotny, 1995). La epa (Us Environmental Protection Agency) incluye en la lista de contaminantes prioritarios los siguientes 13 elementos traza: antimonio, arsénico, berilio, cadmio, cromo, cobre, mercurio, níquel, plata, plomo, sele-nio, talio y zinc, introduciendo al berilio, respecto a las listas anteriores de los más tóxicos y disponibles.

En el caso del Hg, Pb, Cd y As, metales pesados, son elementos libres a los que no se les considera particularmen-te tóxicos en su forma condensada.

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Sin embargo, sí son considerados como tóxicos en su forma catiónica y también enlazados a cadenas cortas de áto-mos de carbono.

Las formas más devastadoras de los metales son aque-llas que causan enfermedad o muerte inmediata (por ejem-plo, una dosis suficientemente alta de óxido de arsénico), de manera que la terapia (terapia de quelación) no pueda ejer-cer su efecto a tiempo, y aquellas que pasan a través de la membrana protectora del cerebro —la barrera de sangre ce-rebral— o que protege el feto que se está desarrollando.

Para algunos metales pesados, como el mercurio, la forma más tóxica es la que tiene grupos alquilo unidos al me-tal, ya que muchos de estos compuestos son solubles en te-jidos humanos y pueden pasar a través de las membranas biológicas.

La toxicidad para una concentración dada de metal pesado presente en ríos, canales, etcétera, depende del pH y de las cantidades disueltas, así como el carbono suspendido, ya que las interacciones del tipo complejación y adsorción pueden eliminar parte de los iones metálicos de la actividad biológica potencial.

El único metal pesado capaz de bio-acumularse es el mercurio (Baird, 2001).

Existen efectos adversos a la salud conocidos des-de hace mucho tiempo debido al uso de los metales, a pesar de los numerosos esfuerzos por disminuir la contaminación ambiental, la exposición a los mismos continúa y los niveles de emisiones continúan incrementándose en algunos luga-res del mundo, en particular en ciudades en vías de desarro-llo, en países desarrollados estas emisiones han disminuido en los últimos cien años.

Si bien las presentaciones clínicas de toxicidad de me-tales pueden ser variadas, muchos inducen daño a través de

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mecanismos similares por unión a enzimas, sustitución de otros elementos (reacciones bioquímicas). Las enfermeda-des producidas por metales reflejan con frecuencia diferen-cias en absorción, distribución o metabolismo.

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AbreviaturasAg PlataAs ArsénicoBe BerilioBi BismutoCa CalcioCd CadmioCl CloroCo CobaltoCr CromoCu CobreF FlúorFe HierroHg MercurioI YodoK PotasioMg MagnesioMn ManganesoMo MolibdenoNa SodioNi NíquelP FósforoPb PlomoPd PaladioPt PlatinoS AzufreSb AntimonioSe SelenioSi SilicioSn EstañoTe TelurioTi TitanioTl TalioV VanadioZn Zinc

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Efectos del plomo, manganeso y arsénico en la salud

Plomo

El plomo es uno de los metales más usados, ubicuos, co-nocidos por los humanos, es detectable en prácticamen-

te todas las fases del medio ambiente y en los sistemas bio-lógicos. Los niveles medio ambientales de plomo han sido incrementados al menos más de mil veces en los últimos tres siglos como resultado de la actividad humana, el gran incre-mento ocurrió entre 1950 y 2000. El plomo es un elemento natural que se encuentra en el grupo 14 (iv a) de la tabla pe-riódica, con un peso atómico de 207.2, es de color gris-azu-lado usualmente combinado con dos o más elementos para formar componentes de plomo (Agency for Toxic Substance and Disease Registry, 2005).

La principal vía de exposición para la población ge-neral es por la ingesta de comida y aire, mientras que la ex-posición ocupacional a plomo ocurre en los trabajadores de plantas de esmaltado e industrial de refinería, manufactura de baterías, plásticos y pinturas.

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Los niños son en particular sensibles a los efectos de este metal, para quienes es considerado como un riesgo me-dio ambiental primario (Järup, 2003; Goyer, 2001; Goyer 1993).

El plomo entra al cuerpo a través de la absorción in-testinal por medio de la ingestión; a los pulmones ingresa a través de la inhalación, y en la piel por adsorción. El plomo que ha ingresado al organismo es transportado por medio del torrente sanguíneo a todos los órganos y tejidos.

Una vez que el plomo ha sido absorbido puede acumu-larse en huesos, dientes, hígado, pulmón, riñón, cerebro y bazo; asimismo, es capaz de atravesar la barrera hematoen-cefálica y placenta (Goyer, 2001; Gwalteney-Brant, 2002). La vida media del plomo puede ser considerada más larga en niños que en adultos, el plomo en la sangre tiene una vida es-timada de 35 días, mientras que en tejidos blandos es de 40 días y en huesos de 20 a 30 años (Papanikolau, 2005); sien-do la principal ruta de excreción para el plomo absorbido el tracto urinario, usualmente con un filtrado glomerular en el riñón (Goyer, 2001).

Los órganos más sensibles al daño por la toxicidad en exposiciones agudas del plomo son el sistema nervioso cen-tral en desarrollo y maduro, sistema hematológico y cardio-vascular; mientras que en las exposiciones crónicas el plomo afecta los sistemas gastrointestinal, renal, neuromuscular y hematopoyético (Flora et al., 2008; Provias, 1994). Los ni-veles de plomo en sangre indican una exposición reciente, mientras que los niveles de plomo en huesos, el cual forma de un 90 a 95% de plomo concentrado en adultos y 80 a 95% del total en niños, indican una exposición crónica (Kakkar, 2005); los niveles de plomo en sangre debajo de los 10µg/1 han sido considerado aceptables (Bellinger, 2006).

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El plomo tiene múltiples efectos hematológicos, in-duciendo anemia, glóbulos rojos microcíticos e hipocrómi-cos, deficiencia de hierro e inusual incremento en el número de reticulocitos; la anemia resulta de dos defectos básicos: disminución del tiempo de vida del eritrocito y daño en la síntesis del grupo hemo (Papanikolau, 2005). El plomo que tiene una alta afinidad por los grupos sulfhidrilos puede in-activar enzimas, en especial las que están involucradas en la síntesis del grupo hemo, tal como la inhibición de ácido α-aminolevulino dehidratasa (ala-d), por medio de la com-petición y desplazamiento del calcio (Flora et al., 2008).

El plomo ejerce sus efectos a través de su unión con grupos sulfhidrilos de proteínas, por competencia con el cal-cio, inhibición de enzimas asociadas a membranas y altera-ción en el metabolismo de la vitamina D; la calmodulina es una proteína importante para la regulación intracelular del calcio, y su funcionamiento es alterado por el plomo, inhibe la síntesis y, por consecuencia, la actividad de la sintasa del óxido nítrico (son) que en sus isoformas I y III son depen-dientes de calcio (Toscano, 2005; Nava-Ruiz, 2010). El plo-mo se almacena principalmente en la mitocondria, produ-ciendo daños en su metabolismo energético, induciendo la producción de radicales libres, inhibiendo la captura del cal-cio mitocondrial a la vez que favorece su liberación (Garza, 2005); este desarreglo en la actividad de la mitocondria lleva a una apertura del poro mitocondrial con subsecuente libe-ración del citocromo C y posible activación de caspasas 9 y 3 favoreciendo la presencia de apoptosis (Flora et al., 2008).

Entre los principales mecanismos de acción de la neu-rotoxicidad de plomo se encuentra el incremento en la pe-roxidación de lípidos y una disminución en la actividad de las enzimas antioxidantes en animales expuestos a diferen-

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tes concentraciones de plomo (Villeda, 2001; Soltaninejad, 2003).

Los efectos neurotóxicos son complejos, en los últimos años se ha reportado que el plomo interfiere con receptores acoplados a segundos mensajeros como la proteína cinasa C, que interfiere también con la liberación de neurotransmiso-res tales como acetilcolina, dopamina, noradrenalina y gaba (Goyer, 2001; Costa, 2004; Nour Eddine et al., 2005 ).

En animales en desarrollo el plomo produce una dis-minución significativa en la formación de mielina, las células endoteliales de la barrera hematoencefálica que son las pri-meras en estar expuestas al plomo tienden a almacenar este metal y acumularlo en diferentes zonas del cerebro (prefe-rentemente en corteza parietal, hipocampo y cerebelo) (Vi-lleda, 2001), también los astrocitos son dañados por exposi-ción (Struzynska, 2001) y la concentración de proteína glial fibrilar se ve incrementada en el encéfalo de ratas expuestas a plomo (Rodríguez, 2003).

Sin embargo, existen tres mecanismos de suma im-portancia en la neurotoxicidad del plomo por sus implica-ciones en la salud pública; primero, el efecto que ejerce en la liberación de glutamato; el segundo, la función de los re-ceptores tipo N-metil-d-aspartato (nmda), los cuales son afectados produciendo elevada excitoxicidad; y tercero, el efecto que tiene el plomo en la producción de óxido ní-trico vía la activación de la sintasa del óxido nítrico; estos tres mecanismos son esenciales para la inducción de la potenciación a largo plazo en el hipocampo, lo que lleva a la formación y consolidación de la memoria y el aprendizaje, proceso que se ve afectado severa y principalmente en niños que han sufrido exposición a este metal (Toscano, 2005).

Clínicamente, los síntomas más importantes que se observan en la intoxicación por plomo son: dolor de cabe-

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za, irritabilidad, dolor abdominal y otros relacionados con el sistema nervioso central en intoxicaciones agudas (Järup, 2003). Mientras que en humanos la intoxicación crónica por plomo con frecuencia desarrolla torpeza, irritabilidad, falta de atención, constipación epigástrica, vómito y convulsio-nes, en ocasiones la muerte; asimismo, una de las manifes-taciones clásicas de esta intoxicación es la neuropatía perifé-rica observada principalmente en adultos laboralmente ex-puestos al plomo.

Por otro lado, los niños expuestos a plomo que son afectados por encefalopatía presentan letargo, torpeza, vó-mito, irritabilidad y anorexia, en casos graves, la prolongada exposición puede ocasionar disminución en la función cog-nitiva, memoria y aprendizaje disminuido, con un incremen-to en los desórdenes de desarrollo, en especial agresividad, psicosis, confusión y déficit mental (Gwalteney-Brant, 2002; Provias, 1994; Bellinger, 2006).

Manganeso Elemento químico de símbolo Mn, perteneciente al grupo 7 de la tabla periódica, de número atómico 25 y masa atómica 54,938. Se presenta como un metal blanco plateado, duro y quebradizo. Se asemeja al hierro, pero es más duro, reaccio-na con el agua fría, pero en caliente se produce una reacción enérgica. Reacciona suavemente con los ácidos. Se utiliza en la preparación de aleaciones como el ferromanganeso, el acero o el bronce al manganeso. En el suelo el contenido total presenta variaciones considerables de 20 a 6,000 ppm, aun-que los contenidos comprendidos oscilan entre 200 y 3,000 ppm (White, 1970). El manganeso tiene importantes funcio-nes en el metabolismo de las plantas, en particular en los procesos siguientes: activación de diferentes enzimas, sínte-sis de la clorofila, fotosíntesis, reducción de nitratos, y sínte-

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sis de aminoácidos y proteínas (Loué, 1988 y Withe, 1970). Desde el punto de vista clínico, dosis elevadas de este ele-mento provocan alteraciones neurológicas y psíquicas, lenti-tud en los movimientos corporales con falta de coordinación, al ser inhalado produce problemas respiratorios.

El manganeso, en forma de dióxido, también es utili-zado en la fabricación de pilas, por lo que es otro contami-nante más de los suelos. Elementos que al ser arrastrados por lixiviación, contaminan los mantos freáticos poniendo en riesgo la agricultura y la salud humana (Flores, 1992 y Upton, 1990).

Estudios médicos han demostrado que el consumo frecuente de agua o alimentos contaminados con elementos como el manganeso, cadmio, níquel o mercurio, ocasionan diversas afecciones en vías respiratorias, digestivas, excreto-ras, inmunológicas y neurológicas, por lo que debe evitarse su ingestión, y su uso como agua para los sembradíos repre-senta un riesgo potencial. En el ser humano y en animales de experimentación se ha señalado su papel en la inducción de efectos mutagénicos, alteraciones teratogénicas (Birge, 1976), así como el de ser potenciales cancerígenos (Shields, 1990).

ArsénicoEl arsénico es el elemento 33 de la tabla periódica de los ele-mentos con dos formas comunes de oxidación trivalente (ar-senito3+) y pentavalente (arsenato5+); el arsénico tiene la capacidad de formar componentes orgánicos e inorgánicos en el medio ambiente y en el cuerpo humano.

La vía oral es la principal ruta de exposición del ar-sénico, por ingesta de agua o alimentos contaminados, así como también la exposición por vía inhalatoria como resul-tado de una exposición ocupacional, principalmente por los

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agricultores que ocupan pesticidas (Flora et al., 2008; Ro-dríguez, 2003); la exposición ocupacional también está dada en fábricas de electrónicos, manufactura de lentes y elabora-ción de pesticidas, entre otros (Goyer, 2001).

La vida media del arsénico inorgánico ingerido es aproximadamente de 10 horas y de 50 a 80% es excretado alrededor de tres días, mientras que el arsénico metilado tie-ne una vida media de 30 horas. El arsénico se absorbe en el organismo, y se almacena principalmente en hígado, riñón, corazón y pulmón; más bajas cantidades son almacenadas en músculo y tejido nervioso; este metal ha sido considerado como un carcinógeno principalmente relacionado con cán-cer de pulmón, riñón, vesícula y piel (Agency for Toxic Subs-tance and Bisease Registry, 2003; epa, 1999). El arsénico se incorpora a las uñas, cabello y piel uniéndose a los grupos sulfhidrilos de la keratina, siendo éstos tomados como bio-marcadores de intoxicación por arsénico (Rodríguez, 2003; Kakkar, 2005). Mucho del arsenato absorbido es reducido a arsenito en la sangre, biológicamente el arsenito (la especie trivalente) es considerado la forma más tóxica del arsénico, que sufre de una metilación primaria en el hígado y forma el ácido mono-metil-arsénico (mma) y di-metil-arsénico (dma), siendo estos metabolitos excretados con mayor rapidez que los arsénicos inorgánicos; durante mucho tiempo se consi-deró a este mecanismo de biotransformación como un meca-nismo de eliminación, en la actualidad se sabe que estos me-tabolitos pueden ser mas tóxicos que el arsénico inorgánico (Abernathy et al., 2003; Abernathy et al., 1999).

Los mecanismos de acción tóxica del arsénico involu-cran un número de proteínas y enzimas conteniendo grupos sulfhidrilos, las cuales son alteradas por el arsénico. El ar-sénico entra al cerebro por mecanismos aún no bien defini-dos, acumulándose en los plexos coroideos; los metabolitos

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arsenito y arsenato actúan por mecanismos diferentes, el ar-senato es similar en estructura al fosfato inorgánico y com-pite con él en la producción de adenosin trío-fosfato (atp), desacoplando la fosforilación oxidativa por medio de la for-mación de un éster arsenato inestable, el cual se hidroliza espontáneamente; el arsenato es reducido a arsenito en una reacción llevada a cabo en el hígado (Abernathy et al., 1999; Thomas 2001).

Por otro lado, el arsenito interactúa con los grupos tio-les, bloqueando directamente los grupos sulfhidrilos de pro-teínas y enzimas, también se une a los grupos sulfhidrilos libres de las proteínas de membranas induciendo una mar-cada disminución en la función de señalización intracelular (Zang et al., 2000). El sistema de neurotransmisores se ve afectado cuando se ha expuesto a arsénico, diversos reportes muestran que la actividad de la acetilcolinesterasa es dismi-nuida, en regiones cerebrales tales como cerebelo, tallo cere-bral e hipotálamo (Kannan, 2001), así como la actividad de ácido glutámico descarboxilasa (gad) en tallo cerebral, ce-rebelo e hipotálamo; en núcleo acumbens, corteza motora e hipocampo se ha observado un incremento en el contenido de glutamato, por el contrario en homogenados de cerebros de rata se encontraron disminuidas las concentraciones de dopamina y noerpinefrima (Rodríguez, 2003).

El arsénico es uno de los metales más estudiados ca-paces de inducir generación de eros y aunque todavía no es muy claro cuáles son los mecanismos, diversos estudios han reportado en trabajos experimentales un incremento en el estrés oxidativo, en la producción de supróxido (O2•), pe-róxido de hidrógeno (H2O2), radical hidroxilo (ROO•), óxido nítrico (NO•), radicales proxidimetilarsinico (CH3)2AsOO• y radical dimetilarsinico (CH3)2As (Flora et al., 2008). Asi-

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mismo, el arsénico es capaz de inhibir la glutatión reductasa, los niveles intracelulares de glutatión, superóxido dismutasa y glutatión peroxidasa, todas enzimas antioxidantes necesa-rias para mantener el balance entre el estrés oxidativo y sis-temas antioxidantes en el cerebro (Flora et al., 2005; Ercal et al., 2001).

Una de las principales hipótesis sugeridas es que debi-do a la acumulación de arsénico en la mitocondria, se inhibe la actividad del piruvato deshidrogenasa, fosfatasas, succini-co deshidro-genasa, ocasionando un desacople en la fosfori-lación oxidativa, generando no sólo eros, sino también espe-cies reactivas de nitrógeno (ern), produciendo alteraciones en los niveles de producción del óxido nítrico (no) (Flora et al., 2008; Ríos et al., 2009).

El incremento en la generación de eros, la disminu-ción en los niveles de enzimas antioxidantes generan alte-raciones en las vías de señalización, activación de las caspas llevando a la célula a la apoptosis (Dong, 2002); así como también procesos de reparación de ácido desoxirribonuclei-co (adn) por medio de la escisión de nucleótidos, producien-do cambios en los patrones de metilación y afectando la ex-presión de genes (Hartwig, 2003; Abernathy et al., 2003). Cuando ocurre una intoxicación aguda por arsénico los pri-meros síntomas son: vómito profuso, diarrea, cólicos, sali-vación excesiva, fiebre, alteraciones en el sistema cardiovas-cular y sistema nervioso central, pudiendo llegar a causar la muerte (Agency for Toxic Substance and Disease Regestry, 2003).

Por otro lado, cuando se tiene una intoxicación cróni-ca los síntomas incluyen cambios en la piel con hiperquera-tosis, formación de verrugas y granos en las palmas y plantas de los pies, con grandes áreas de hiperpigmentación interca-lados entre pequeñas áreas de hipopigmentación en la cara,

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cuello y espalda (Agency for Toxic Substance and Disease Regestry, 2003; Gwalteney-Brant, 2002).

Los primeros reportes de daño neurológico por in-toxicación con arsénico mostraron neuropatía periférica si-métrica con entumecimiento y parestesia de extremidades distales, siendo las piernas más afectadas que los brazos, la neuropatía puede ser progresiva; mientras que los reportes histopatológicos de biopsias mostraron que la axonopatía y desmielinización son los principales cambios en nervios pe-riféricos (Goebel et al., 1990); la neuropatía periférica con pérdida sensitivo-motora de tipo axonal el cual forma parte de las características de personas con el síndrome de Gui-llán-Barré también ha sido reportada para personas expues-tas a altas concentraciones de arsénico (Greenberg, 1996).

Por otro lado, se ha reportado en pacientes con expo-sición ocupacional crónica a arsénico, presencia de encefalo-patía con alteraciones en la función neurológica tales como aprendizaje, concentración y memoria reciente (Calderón, 2001; Vahter, 2007); resultados similares también han sido observados en animales de laboratorio (Rodríguez et al., 2001).

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Salud pública

Metales pesados en México

La asociación causal entre el uso humano de agua bioló-gicamente contaminada y la aparición de gastroenteritis

es un hecho bien establecido, así como la asociación entre el uso de agua químicamente contaminada e intoxicaciones, y la relación entre el uso de agua contaminada por metales pesados y cáncer (Finkelman, 1990). Al respecto, Cervantes y Moreno (1999) señalaron al Cr (VI), Ni, Co, Cd, As (III) y Pb como carcinogénicos para el humano; este efecto se re-laciona con la inducción del daño oxidativo del dna y con la inhibición de los procesos de reparación del dna (Hartwig, 1995). Shoental (1975) explicó la carcinogenicidad ocasiona-da en particular por el Cr, por la producción de epoxialde-hidos en una reacción catalizada por lipasas lisosomales, y Gómez-Arroyo et al. (1981) la explicaron por el intercambio de cromátidas hermanas en cultivos de linfocitos humanos. Evidencias de los daños de los metales pesados en huma-nos en México registran a poblaciones de alto riesgo, como niños, mujeres embarazadas y ancianos, en San Luis Potosí (Díaz-Barriga et al., 1993), en Xalostoc y Tlalnepantla en la Ciudad de México (Oláiz et al., 1996), en Monterrey (Junco-Muñoz et al., 1996) y en Torreón, Coahuila (Calderón-Sali-nas et al., 1996).

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El Pb, proveniente de actividades industriales y del uso de hidrocarburos, interfiere con el metabolismo y la fun-ción celular. Las altas concentraciones de este metal, que en la sangre tiene una vida media de uno a dos meses y en los huesos de 20 a 30 años, pueden producir efectos dañinos so-bre los sistemas hematopoyético (formación de glóbulos ro-jos), hepático, renal, reproductivo y gastrointestinal. Entre las poblaciones de alto riesgo están las mujeres en edad re-productiva y los niños (Jiménez et al., 1993).

Los efectos del Pb en niños se manifiestan en el siste-ma nervioso central; causa daño neuroconductual, que se re-fleja en el decremento de la atención, bajos puntajes en prue-bas psicométricas y problemas de conducta como la hiperac-tividad; a largo plazo, cerca de 95% del metal presente en el organismo se acumula a nivel óseo, sustituyendo al Ca. Se sabe que también ocurre transferencia placentaria de plomo (Jiménez et al., 1993).

El Cd, proveniente de la elaboración y del uso de pig-mentos y pinturas, tintas de imprenta, pilas y plásticos, es llevado al cuerpo humano mediante la ingestión de vegetales y en éste tiene una vida media de 10 a 30 años. Aun cuando su absorción por el tracto respiratorio es más completa, la absorción por el tracto gastrointestinal, mediante la inges-tión de alimentos y agua, induce osteomalacia, osteoporosis, lesiones renales e hipertensión. Causa irritación severa del estómago, vómito y diarrea; en mayores cantidades es car-cinógeno. En ganado mayor, el Cd causa hipertensión (Mit-chell, 1998); en vegetales, reduce el crecimiento, induce clo-rosis, inhibe la oxigenación de semillas y reduce la germina-ción, la respiración y la fotosíntesis (Iqbal y Khalid, 1998).

Todas las formas de Cr, en grandes cantidades, son tóxicas, pero lo es más el Cr6+. En humanos produce úlce-ras estomacales, convulsiones, alergias en la piel y males re-

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nales, hepáticos y pulmonares; resta capacidad a las propie-dades de la sangre y reduce la de los glóbulos rojos (Willis, 1998).

En México se ha detectado contaminación por arsé-nico en aguas subterráneas en diversas regiones, entre las que destacan la región lagunera, localizada en la parte nor-te de la altiplanicie mexicana y al sur del Bolsón de Mapimí de la región que cuenta con aproximadamente 2,879 pozos en la explotación, de los cuales 58% están contaminados con arsénico en una concentración del orden de 50-700 µg.L-1. Los principales recursos acuíferos de esta región están en los municipios de Francisco I. Madero, Matamoros, San Pe-dro, Torreón y Viesca en el estado de Coahuila; Gómez Pa-lacios, Lerdo, Mapimí y Tlahualilo en el estado de Durango; cuyo desarrollo económico se basa en la agricultura, ganade-ría y actividades comerciales e industriales (Solís y Morales, 1990; Sanmiguel et al., 2000).

La zona conurbada en los municipios de Colima-Vi-lla de Álvarez (Mendoza-Cano et al., 2017), donde se encon-traron concentraciones arriba de 0.082 mg/L de arsénico, calculándose en aproximadamente 446 casos potenciales de cáncer, debidos a estas concentraciones y exposiciones.

La región de Zimapán en el estado de Hidalgo pertene-ce a la región hidrológica 26 del río Pánuco, de la subcuenca del río Moctezuma; cuenta con aproximadamente 90 fuen-tes de abastecimiento de agua de los cuales 13 corresponden a pozos, 25 a manantiales y 52 a norias (Ramos, 1996). La mayoría de los pozos de agua que abastecen a la población en la cabecera municipal de Zimapán, Hidalgo, se encuen-tran contaminados con arsénico en concentraciones del or-den 50-800 µg.L-1 (Cna-geh, 1998), de acuerdo al monitoreo que realizó la Comisión Nacional del Agua-Gerencia Estatal de Hidalgo en el periodo de marzo de 1992 a marzo de 1993

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y en 1998, donde encontraron concentraciones que rebasa-ron el límite máximo permisible por la normativa mexica-na vigente (Secretaría de Salud, 1996); por ello, la tendencia mundial actual es reducir los límites máximos permisibles de arsénico en agua potable a una concentración de 1 µg.L-1 .

El arsénico que se encuentra en los diferentes mine-rales presenta baja solubilidad en el agua; sin embargo, gra-dualmente se incrementa su concentración en el agua sub-terránea debido a variaciones de acidez, temperatura, agita-ción, oxidantes y reductores, entre otros; esta agua al ser ex-traída para consumo humano llega a rebasar el límite máxi-mo permisible de concentración (10 µg.L- hasta 50 µg.L-1 1), establecidos por organismos nacionales e internacionales (Batsheba, 1996; Ministerio de Sanidad y Consumo, 1997; Secretaría de Salud, 1996 y 2000; who, 1996) para protec-ción de la salud humana.

También se ha demostrado que la contaminación de las fuentes acuíferas está influenciada por factores como llu-via, naturaleza geológica de la cuenca receptora y actividades naturales propias de la población humana (Kemmer y McCa-llion, 1999).

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Análisis geoestadístico

La mayoría de los fenómenos naturales que se estudian son variables medidas tanto en el espacio como en el

tiempo. Considerando una superficie de un suelo, por ejem-plo, en ocasiones se puede observar una alta variabilidad en distancias pequeñas. Esta variabilidad es el resultado de los procesos naturales. Si se tienen datos de una de esas varia-bles en n sitios de una región con continuidad espacial, im-plícitamente en cada uno de ellos hay una observación fun-cional y así, usando técnicas de suavizado, los valores en-contrados pueden convertirse en un dato funcional (Ginzo, 2015).

Muchos de los datos recogidos en problemas de las ciencias aplicadas son curvos. Para modelizar este tipo de in-formación está el análisis de datos funcionales (fda) (Ram-say, 2005) que se utiliza desde finales de los años noventa del siglo anterior. En ciencias como la agronomía, meteorología, ecología y otras, el análisis geoestadístico (Cressie, 1999) se utiliza, a menudo, para describir la distribución espacial.

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Por convención, el análisis geoestadístico es un proce-dimiento de dos pasos. En el primero, la estructura espacial de la variable es examinada con el análisis del variograma. Una vez que se tiene una estructura espacial y precisado un modelo adecuado (esférico, exponencial o gaussiano, según sea el caso), se utiliza algún procedimiento kriging para in-terpolar la variable no muestreada.

En el contexto geoestadístico multivariante considera-mos simultáneamente procesos aleatorios espaciales (Cres-sie, 1999).

Es necesario encontrar un modelo para la covarian-za espacial en el que todas las variables estén incluidas en el análisis. Se va a utilizar la información multivariante para predecir cada uno de los puntos no muestreados.

La geoestadística univarianteEl término estadística espacial se usa para describir una am-plia variedad de modelos y métodos adecuados para el análi-sis de datos referenciados espacialmente (Cressie, 1999).

El análisis espacial comprende el conjunto de concep-tos y procedimientos utilizados para abordar el estudio de la estructura y las relaciones territoriales a partir del cono-cimiento de la posición de las entidades geográficas y las ca-racterísticas de las variables seleccionadas para su investi-gación. Cuando la distribución espacial de los datos es im-portante para su estudio e interpretación, la aplicación de técnicas específicas para datos espaciales cobra importancia puesto que puede proporcionar mayor información que las técnicas tradicionales (Ginzo, 2015).

Las bases de datos espaciales deben contener obser-vaciones de una o más variables estadísticas de interés y una referencia cartográfica. Estas variables van a ser continuas, la única condición que se le impone es que exista alguna de-

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pendencia entre dos variables con distinta referencia carto-gráfica, es decir, dos observaciones son más similares cuan-to más cercanas son sus realizaciones muestrales y, a su vez, a medida que la distancia de las localizaciones muestrales aumenta, la correlación entre las variables tiende a anular-se. La característica de dependencia es una diferencia im-portante respecto al análisis estadístico efectuado con datos independientes, lo que va a suponer ventajas, ya que las pre-dicciones serán más precisas, como inconvenientes, las esti-maciones menos precisas (Ginzo, 2015).

En estadística espacial se distinguen tres tipos de da-tos (Cressie, 1999): datos geoestadísticos o georreferencia-dos (geostatistical data), datos en rejilla o datos en un área (lattice data), y datos de procesos puntuales (point proces-ses data).

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Tipos de datos espaciales*Datos geoestadísticos o georreferenciados (geostatistical data)

Los datos espacialmente continuos son mediciones tomadas en pun-tos fijos con localizaciones continuas en el espacio. Las mediciones clásicas en salud ambiental, tales como contaminación de suelos y de aire o la radiación natural, suelen pertenecer a esta categoría.

La variable medida, sin embargo, puede ser tanto continua como discreta. El objetivo es el de, una vez dados los valores tomados en puntos de muestreo fijos, extender la distribución espacial de los valores de un atributo sobre la región total de estudio.

Por lo tanto, el análisis de los datos geoestadísticos puede contemplar tanto la modelización del patrón de variabilidad, la de-terminación de los factores con los que pueda estar relacionado, como la de obtener una buena predicción de la variable en puntos donde no se ha muestreado. Estos métodos son muy utilizados en estudios del área de geociencias (suelo, clima, hidrología, geología minera, etcétera), por lo que también suelen ser denominados datos geoestadísticos.

Datos en rejilla o datos en un área (lattice data)

Los datos en rejilla son observaciones procedentes de un proceso aleatorio, observadas sobre una colección contable de regiones espa-ciales, que pueden estar regular o irregularmente distribuidas, com-plementados con lo que se denomina estructura de vecindad, es de-cir, información sobre las regiones vecinas. Matemáticamente, una rejilla queda definida como un conjunto de lados y de vértices, es decir, un conjunto de índices de localizaciones con un conjunto aso-ciado de vecinos. Ya que los datos en rejilla están definidos en regio-nes espaciales, las localizaciones concretas especificadas por el vec-tor suelen referirse al centroide de la región.

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Datos de procesos puntuales (point processes data)

Se denominan datos patrones de puntos o procesos puntuales cuan-do las localizaciones (y no las mediciones) son las variables de in-terés. Consisten en un número finito de localizaciones observadas en una región determinada. El objetivo de los procesos puntuales es el de conocer la variación de la intensidad de los eventos sobre la región de estudio y el de buscar modelos que ayuden a explicar o comprender el fenómeno. Tan importante como la variable estudia-da suele ser el patrón de variación espacial.

Independientemente del tipo de datos, los objetivos princi-pales del estudio de la estadística espacial son, como en casi todos los campos de la estadística, dos:

1. Descripción de los datosEsto puede incluir no sólo el estudio descriptivo del proceso Z(u), tal como se entiende dentro de la estadística clásica, sino también la modelización del tipo de dependencia espacial.

2. PredicciónSin duda, en muchas ocasiones la predicción es el objetivo que moti-va el estudio de datos espaciales.

* Tomado de Ginzo Villamayor, María José (2015). Análisis geoestadístico. Datos funcionales. Tesis de maestría, Universidad de Santiago de Compostela.

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Coeficiente de riesgo HQ (hazard quoficient)

El coeficiente de riesgo hq (hazard quoficient) es el indi-cador del riesgo existente por el consumo de una sus-

tancia en particular; se determina teniendo en cuenta la do-sis diaria promedio (add, average daily dose, por sus siglas en inglés) y la dosis de referencia (RfD, reference dose). Los coeficientes de riesgo (hq) de aquellas sustancias que ata-can al organismo en la misma forma (es decir, cuando las sustancias producen el mismo efecto tóxico sobre el organis-mo y utilizan los mismos mecanismos de ataque) se combi-nan para considerar el efecto aditivo y obtener como resul-tado un valor conocido como índice de riesgo (hi, hazard in-dex por sus siglas en inglés). Es posible tener varios índices de riesgo; sin embargo, existe poca información disponible acerca de la manera exacta en cómo atacan las sustancias al organismo. Cuando un individuo se encuentra expuesto ante varias sustancias, el riesgo resultante puede ser menor, igual o mayor que el riesgo calculado con base en los riesgos indi-viduales que provocan las sustancias (González et al., 2002).

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Oliver MendOza CanO

En el primer caso, una sustancia puede reducir la to-xicidad de otra; por lo tanto, el efecto tóxico combinado se-ría menor que el de los efectos individuales. En el segundo caso, dos sustancias podrían no afectarse una a la otra; así, el efecto tóxico combinado sería igual al efecto aditivo pro-ducido por las dos sustancias individualmente. En el tercer caso, una sustancia puede incrementar la toxicidad de otra redundando en que el efecto tóxico combinado sería mayor que el efecto considerado en el caso anterior (González, et al., 2002).

Por lo tanto, y de manera conservadora, una práctica muy común en las evaluaciones de riesgo es obtener un ín-dice de riesgo que equivalga al efecto aditivo de los cocien-tes de riesgo de las sustancias involucradas en la evaluación. Así, los riesgos no cancerígenos bajos se asocian a valores de índices de riesgo menores que la unidad (González, et al., 2002).

El presente libro ofrece una evaluación reciente en lo que se refiere a la presencia de metales pesados en las aguas subterráneas del estado de Colima y los hallazgos obtenidos de ella. También pretende mejorar la evaluación de la expo-sición de metales en el estado de Colima, así como determi-nar si con el uso de estas nuevas técnicas se puede cuantifi-car un hq y con eso justificar la pertinencia de estudios de sa-lud ambiental mucho más amplios por esa vía de exposición en las poblaciones en México.

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Materiales y métodos

Zona de estudio

La zona de estudio tiene una superficie aproximada de 5,627 km2. El estado de Colima posee 0.3% de la superfi-

cie de México. Con coordenadas al norte 19°31’, al sur 18°41’ de latitud norte; al este 103°29’, al oeste 104°41’ de longitud oeste (inegi, 2000). La mayoría de la población reside en las zonas urbanas donde el agua es suministrada por los orga-nismos operadores de agua potable en el estado de Colima.

La información básica para este estudio estuvo consti-tuida por los valores de concentración de metales pesados de 36 pozos de agua subterránea para suministro de agua pota-ble, seleccionados aleatoriamente dentro del mismo estado.

Dicho estudio se centró en los parámetros medidos vía espectrofotómetro de emisión óptica-plasma acoplado in-ductivamente (iCp-oes). epa 200.7, midiendo arsénico (As), plomo (Pb) y manganeso (Mn) (figura 1).

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Figura 1 Pozos muestreados dentro del territorio estatal.

Preparación y análisis de las muestrasLas muestras se tomaron teniendo como referencia la nom-014-ssa1-1993 “Procedimientos sanitarios para el muestreo de agua para uso y consumo humano en sistemas de abaste-cimiento de agua públicos y privados”, y se analizaron me-diante la técnica epa 200.7, por espectrofotometría de emi-sión óptica-plasma acoplado inductivamente (iCp-oes).

Interpolación espacialUtilizando la plataforma sig Arcgis, la malla de valores de concentración de metales, arsénico (As), plomo (Pb) y man-ganeso (Mn), se realizó una interpolación para cada metal y punto muestreado por medio del análisis geoestadístico a través de un modelo idw (inverse distance weighting) den-tro de la extensión geostatistical analyst arrojando isolíneas de concentraciones del metal en cuanto a la población, y se analizó para estimar en número de habitantes constantes con base en tres categorías: bebés (bb), niños (nn) y adul-tos (ad), tomando los datos poblacionales del inegi (Censo 2010).

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Evaluación del riesgo y población expuestaLa estimación de la ingestión diaria y la dosis de exposición en el estudio se hizo según Hurtado-Jiménez y Gardea-To-rresdey (2005), para tres casos en una comunidad dentro de la región centro occidente de México, donde se encuentra Co-lima. Caso 1: bebé de 10 kg (niños menores de 2 años); caso 2: niño de 20 kg (menores de 2 años y hasta 18 años), y caso 3: adulto de 70 kg (mayores a 18 años). Las estimaciones es-tán basadas en la siguiente información: a) el bebé consume diariamente 500 mL de jugos de frutas y una fórmula ali-menticia que consume 750 mL de agua de la llave hervida; b) el niño consume diariamente 750 mL de agua embotellada, 250 mL de agua hervida, 250 mL de bebidas envasadas, y c) el adulto consume 1,500 mL de agua embotellada, 350 mL de agua hervida, 350 mL de bebidas envasadas.

Para estimar la exposición y la evaluación de riesgo se usó la siguiente ecuación de Usepa (1992) y de Chrotowski (1994):

(1)

Donde Cdi es la ingesta diaria crónica (mg/kg/d), C es la concentración del agua para beber contaminada (mg/L), di es la tasa media de consumo de agua potable (L/d), y bw es el peso corporal en kg.

La evaluación de la exposición determinista implicó el uso de la ecuación 1 para estimar la exposición individual a cada uno de los metales traza con la máxima y mínima con-centración dentro de cada una de las cinco clases calculadas para cada metal.

El riesgo para cáncer asociado a la exposición e inges-tión está calculado siguiendo la ecuación (Patrick, 1994):

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(2)

Donde R es la probabilidad de un exceso de desarro-llar cáncer durante toda la vida como resultado de la expo-sición a un contaminante (o riesgo carcinogénico), Cdi es la ingesta diaria crónica (mg/kg/d), y sf la curva del factor del contaminante (mg/kg/d)-1.

Para estimar el riesgo no carcinogénico, el cociente de peligro (hq) se calcula mediante la siguiente ecuación (Use-pa, 1999):

(3)

Donde RfD es la dosis de referencia (mg/kg/d). SF y RfD se obtuvieron de la base de datos Usepa (iris, 2005).

Se calcularon en Map-Info los hq para arsénico (As), plomo (Pb) y manganeso (Mn) mediante el modelo geoesta-dístico, cruzando la información con la base de datos de ine-gi (2010) de los datos poblacionales en el estado de las locali-dades con agua entubada y población constante para los tres grupos etarios considerados en el presente trabajo.

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Resultados y análisis

A continuación se muestran, de forma gráfica, los resulta-dos obtenidos a partir del muestreo aleatorio llevado a

cabo en 36 pozos de agua potable subterránea vigentes en el estado, de donde sobresalen los datos obtenidos de tres ele-mentos (Pb, Mn y As).

Tabla III

Cont

amin

ante

Lím

ite m

áxim

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po

r la

OM

S (m

g/l)

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zos m

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read

os

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l par

ámet

ro

Lím

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rmis

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EPA

(mg/

l)

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l par

ámet

ro

Lím

ite m

áxim

o pe

rmis

ible

po

r la

NO

M-1

27-S

SA1-

1994

(m

g/l)

% d

e po

zos m

uest

read

os

fuer

a de

l par

ámet

ro

Arsénico 0.01 80.56 0.01 80.56 0.025 8Plomo 0.05 0 0.015 0 0.025 0Manganeso 0.5 5.56 0.15 25 0.15 25

La tabla concentra los límites máximos permisibles con respecto a la con-centración de metales pesados en agua subterránea, específicamente plo-mo, manganeso y arsénico, señalados en organismos internacionales y nacionales como la Environmental Protection Agency (epa), Organiza-ción Mundial de la Salud (oms) y Norma Oficial Mexicana (nom); así co-mo el porcentaje de los metales en estudio encontrados, con base en la concentración registrada expresada a través de los análisis pertinentes, fuera del parámetro.

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La tabla III expone las condiciones, en materia de ries-go, de los pozos muestreados y qué porcentaje de ellos incide en concentraciones de metales pesados fuera de los rangos establecidos. De lo que es preciso denotar que de los tres me-tales en estudio dos de ellos inciden en altas concentraciones que según la epa y la oms son indicativas de un riesgo inquie-tante, a diferencia de la nom que muestra porcentajes más flexibles en los límites permisibles en aguas.

Tabla IV Muestra las concentraciones de plomo (Pb)

encontradas, además del coeficiente de riesgo (hq) por cada estrato en estudio (bb, nn y ad).

Clase

Plomo (Pb)

Concentración de Pb (mg/L en agua)

Pobl

acio

nes

Hab

itant

es

HQ

( ) mínima

( ) máxima

Bebés Niños Adultos

Clase 1 0.0010 0.0026 5 8180 0.0385 0.0064 0.0025

Clase 2 0.0026 0.0042 45 131267 0.0728 0.0121 0.0048

Clase 3 0.0042 0.0058 97 266446 0.1071 0.0178 0.0071

Clase 4 0.0058 0.0074 10 3805 0.1414 0.0235 0.0094

Clase 5 0.0074 0.009 0 0 0.1757 0.0292 0.0117

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La figura 2 muestra la distribución de los pozos de agua subterránea potable en el estado con concentraciones de plomo, los cuales varían desde 0.001 mg/L hasta concen-traciones no mayores de 0.09 mg/L.

Del total de pozos distribuidos en el estado y actual-mente muestreados, en todos se observa una distribución homogénea de plomo, de donde se advierte al municipio de Villa de Álvarez y, debido a la cercanía territorial, junto con Colima, corresponden a los dos municipios de mayor con-centración de plomo en sus aguas subterráneas con concen-traciones registradas en la clase 4 (0.005-0.007 mg/L).

De igual modo, se muestran los índices de riesgo eco-lógico (hq) (figura 3) para la población infantil menor a dos años de edad, la población de entre 2 y 18 años y la población mayor igual a 18 años de edad en donde los resultados obte-nidos dieron índices de riesgo menores a 1, lo que no indica efectos adversos potenciales que puedan ocurrir por la pre-sencia de plomo en el agua potable.

También muestra valores generales de hq de 0.0042 a 0.0058, lo que llama a la suspicacia en estos casos.

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Figu

ra 2

Va

riac

ión

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once

ntra

cion

es d

e Pb

en

los p

ozos

mue

stre

ados

den

tro

del e

stad

o.

51


Figu

ra 3

Va

lore

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hq

par

a pl

omo

(Pb)

en

los p

ozos

mue

stre

ados

den

tro

del e

stad

o.

52

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Tabla V Muestra las concentraciones de manganeso (Mn)

encontradas, además del coeficiente de riesgo (hq) por cada estrato en estudio (bb, nn y ad).

Clase

Manganeso (Mn)

Concentración de Mn (mg/L en agua)

Pobl

acio

nes

Hab

itant

es

HQ

( ) mínima

( ) máxima

(0,2) (20%)

(2,18) 33%

> 18 47%

Clase 1 0 0.05 79 58794 0.0133 0.0022 0.0008

Clase 2 0.05 0.1 45 156190 0.0401 0.0066 0.0026

Clase 3 0.1 0.15 16 18911 0.0669 0.0111 0.0044

Clase 4 0.15 0.5 15 175493 0.1741 0.0290 0.0116

Clase 5 0.5 1.004 3 412 0.4028 0.0671 0.0268

La figura 4 exhibe la distribución de los pozos de agua subterránea potable en el estado con concentraciones de manganeso, los cuales varían desde el nivel 1 que involucra concentraciones de 0 mg/L, hasta el nivel 5 con concentra-ciones no mayores de 1.004 mg/L.

Del total de pozos muestreados, se observa una distri-bución heterogénea en donde por lo menos seis de ellos, de la clase 4, se concentran en la región que involucra al muni-cipio de Villa de Álvarez y Colima; y dos más, de la clase 5, se concentran en la zona correspondiente a Manzanillo. Lo que despierta una actitud de alerta.

53


De igual modo, se muestran los índices de riesgo eco-lógico (hq) (figura 5) para los tres estratos poblacionales en estudio, según la edad; de donde el resultado obtenido en Manzanillo fue inquietante, ya que se registran índices de hq entre los rangos que van desde 0.15 a 0.5 y de 0.5 a 1.004, este último con menor presencia con relación al dato previo.

Asimismo, los municipios de Villa de Álvarez y Coli-ma evidencian valores de hq entre el rango de 0.15 a 0.5, en donde precisamente el estrato poblacional más afectado es el infantil menor a dos años de edad.

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05

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El análisis de concentración de arsénico en el agua po-table de los pozos estudiados (figura 6) presenta concentra-ciones dentro de los niveles 1 y 2, distribuidas homogénea-mente en todo el estado. Los municipios de Villa de Álvarez y Colima presentan, particularmente, concentraciones eng-lobadas en el nivel 5 (26.051- 82.991 mg/L) lo que justifica el investigar más sobre la situación de las aguas subterráneas en estos municipios. En el resto de los municipios se obser-van concentraciones dentro de los niveles 1 y 2 y realmente escasa presencia, fuera de la zona de los municipios mencio-nados, de concentraciones del nivel 4. La figura 7 muestra los índices de riesgos ecológicos (hq) para los estratos po-blacionales en estudio; de donde los resultados obtenidos en los municipios de Villa de Álvarez y Colima, específicamen-te, destacaron, esto debido a que es la única zona donde se tiene el registro de hq con valores de 60-82.99, en donde se aprecia que la concentración disminuye conforme se aleja del núcleo.

Son 93,314 habitantes los expuestos a valores de hq mayor a 17 y un sitio donde no hay población con un valor de hq superior a 13, además que el estrato poblacional más afectado es el de niños menores a dos años de edad, en mayor medida; y el resto de la población, niños mayores de dos años y jóvenes menores de 18 años, al igual que los mayores de 18 años, en donde se registran valores poco menores a tres y cercanos a uno de hq.

Se presenta, en respuesta a los análisis obtenidos so-bre este elemento, un mapa de riesgo (figura 8), debido a los altos niveles de arsénico encontrados en los pozos muestrea-dos; el cual al visualizarlo sugiere la posibilidad de la expan-sión de las concentraciones de arsénico a otros pozos fuera del municipio actual, Villa de Álvarez.

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Nota: La capa que representa la concentración y el hq sobrepuesta en las fi-guras a través del sistema sig aparece “recortada” debido a que el método de interpolación utilizado, idw, y en general la mayoría de estos procesos utilizan algoritmos en los que sus predicciones están influenciadas por los puntos de muestra vecinos y para el seleccionado en este proceso la distancia es el principal factor en su consideración, dejando como efecto el cortar el proceso hacia los extremos de todos los puntos usados como variable a interpolar.

61

Discusión y conclusiones

Según los resultados obtenidos de los análisis de las mues-tras de agua (tabla III), los valores de Mn y As encon-

trados superan los estándares expuestos por la nom-127-ssa-1994 la cual establece que uno de los análisis pertinentes a las aguas de consumo humano son los análisis químicos como herramientas de prevención ante la detección de po-sibles efectos nocivos al ser humano y en donde es posible comparar el límite máximo permisible en As (0.025 mg/L) con el resultado obtenido de este elemento en por lo menos dos de los 36 pozos que superan estos límites en un 8.33%, mientras que este mismo valor supera en un 80.56% a los es-tablecidos por las organizaciones internacionales oms y epa, además de tener valores superiores que exceden hasta 17 ve-ces el valor indicativo de riesgo, lo que muestra un riesgo con respecto al arsénico (As) (Foster et al., 2006). De lo anterior se cree que aproximadamente 409,800 habitantes son ex-puestos a valores de hq>1 y en su mayoría el estrato pobla-cional con mayor grado de vulnerabilidad son los infantes menores a dos años de edad (tabla VI).

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Asimismo, se detectaron valores (tabla V) fuera de los parámetros normados para el manganeso (Mn) en donde se tienen valores porcentuales que van desde 5.26% (epa) y de 25% (oms y nom), excediendo los límites máximos permisi-bles (lmp). Se cuantifica una población expuesta de 412 ha-bitantes de la cual 20% de la población con mayor vulnera-bilidad son los infantes menores a dos años de edad. Woolf et al. (2002) reportó que un niño de diez años con funciones anormales de memoria visual y verbal presentaba elevadas concentraciones de manganeso en suero (0.90 µg/dL ver-sus el valor normal de <0.265 µg/dL), manganeso en sangre total, orina y pelo, después de la ingestión crónica de agua conteniendo niveles moderados de manganeso (∼ 1.2 ppm). Los dos pozos con altas concentraciones de Mn son cercanos y se encuentran en el municipio de Manzanillo, al respecto es posible decir que uno de los factores detonantes para estos registros sean las actividades industriales que allí se desarro-llan (Flores, 1992 y Upton, 1990).

En el caso del plomo se tienen registros de concentra-ciones debajo de los parámetros máximos dados por las tres instituciones de referencia (nom, oms y epa). Se detectó una distribución homogénea de plomo en el estado, de donde se advierte al municipio de Villa de Álvarez y, debido a la cerca-nía territorial, Colima, como los dos de mayor concentración de plomo en sus aguas subterráneas (0.005-0.007 mg/L).

Se tienen registros de índices de riesgo menores a 1, lo que no indica efectos adversos potenciales que puedan ocu-rrir por la presencia de plomo en el agua potable. Aunque en el tema de riesgo a la salud, la suspicacia es una herramienta útil.

Kavcar et al. (2009) comenta que los niveles de coefi-ciente de peligro (hq)>1 indican efectos adversos potenciales

63


que pueden ocurrir por la presencia de metales en el agua potable y que obligan a un nuevo estudio.

La presente investigación resultó en una visión gene-ral de las condiciones en materia de salud y ambientales del agua a nivel estatal y da pie a posibles acciones preventivas para disminuir riesgos, que sin una rápida actuación de las autoridades competentes podrían recaer sobre la población colimense.

Además de que se han hecho evidentes las condicio-nes de los parámetros establecidos por las normas oficiales mexicanas y su notable ligereza en cuanto a la determinación de sus lmp en lo correspondiente a metales tóxicos en aguas de consumo humano en comparación con los parámetros es-tablecidos con organizaciones internacionales como la epa y la oms. Esto debido a que no se permite tal flexibilidad en cuanto a salud pública se refiere.

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Metales pesados y el agua de consumo en Colima. Una cuestión de salud pública, de Oliver Mendoza Ca-no, fue editado en la Dirección General de Publicacio-nes de la Universidad de Colima, avenida Universidad 333, Colima, Colima, México, www.ucol.mx. La edi-ción se terminó en enero de 2017. En la composición tipográfica se utilizó la familia Georgia. El tamaño del libro es de 22.5 cm de alto por 16 cm de ancho. Pro-grama Editorial: Alberto Vega Aguayo. Gestión ad-ministrativa: María Inés Sandoval Venegas. Correc-ción: Daniela Mercedes García Alcaraz y Glenda Gil-da Herrera Callejas. Diseño de portada: Miguel Án-gel Ávila García. Diseño de interiores: José Luis Ra-mírez Moreno. Cuidado de la edición: Alberto Vega.

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En el presente libro se estudia la presencia de metales pesados en las aguas subterráneas del estado de Colima, México, y los hallazgos obte-nidos de ella. También refiere el uso de nuevas técnicas con las cuales se puede cuantificar un coeficiente de riesgo y con ello poder justificar estudios de salud ambiental mucho más am-plios por esa vía de exposición en la población.

Metales pesadosy el agua de consumo

en ColimaUna cuestión de salud pública

Oliver Mendoza CanoOliver Mendoza CanoDoctor en ciencias médicas y profesor in-vestigador de tiempo completo en la Uni-versidad de Colima, así como postdocto-rado y visitante científico en el Centro para la Salud y el Medio Ambiente Global de la Escuela TH Chan de Salud Pública de la Universidad de Harvard. Líneas de investi-gación: salud ambiental, salud pública y economía ambiental.

y el agua de consumo en colima metales pesados y el agua...

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