Toxicologia Ambiental Evaluacion Re Riesgo

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ABSORCiÓN, DISTRIBUCiÓN Y EXCRECION 21 
Otro faclUr signifi<:ativu en la dt!~apariciólI de los cOlltanunanles del organismo 
es su potencial de acumulación en ciertos tejidos, desde donde se produce su libera-
ción gradual pero sostenida en el tiempo. Los contam Inantes fuertemente Iiposolu-
ble~. COlllu los PCB, presentan este tipo de comportam iento y tienden a tlcumularse 
en el tejido adiposo, con lo que alcanzan tiempos de vida media elevados en el 
organismo. El tej ido óseo actúa asi mi smo como depósito de ciertos contaminantes. 
cumo los cationes plomo y estroncio, y e l anión Ouoru ro, que ~lI st¡ luyen al ion calcio 
y al ion hid roxilo, respectivamente, en la matri z ósea de hidroxiapatito. 
En este capítulo se analizan Jos fenóm enos de absorción, distribuci ón yexcre-
ción, mientras que en el Capítulo 3 se exponen los procesos ele transformación de 
contaminantes en el organismo. 
2, TRANSPORTE A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS CELULARES 
La pelletrnción de un contaminante en el organismo Implica. como se ha indicado. la 
travesía de varias mc:mbnma~ l:dularc::-., correspondientes a dist intos tipos de tej idos 
según la vía de administración: epi telio estratificado de la piel , células alveolares de 
los pulmones, célu la" del endotelio va~cu l ar , rcvcstilmento cel ular del sistema di -
gestivo. En loou l:asu, t:I contaminante debe sllperar una o varias membranas celula-
res y. por (Dmo, es fundamental analizar la estrucLUra de dichas membranas. 
El modelo aceptado universalmente para la membrana celular consiste en la 
llamada bkapa lipídi<.:a, t:.slo es, una estmctura a modo de sandwich en la que las dos 
superficies exteriores están constituidas por las cabezas polares de fosfolípidos, 
mientras que la zona interna entre ambas está ocupada por las cadenas no polares de 
ál:iJos grasos, tal como se representa en la Figura 2. 1. 
Cabezas 
po lares 
Proteína 
I 
proteico 
Figura 2 .1. Estructura de la membrana celular. 
Pol;s~"áridos 
Cadenas no polares 
de ácidos grasos 
Estrato 
córneo 
Estrato 
granuloso 
Dermis 
ABSORCiÓN, DISTRIBUCiÓN Y EXCRECiÓ N 
Glándula sebácea 
Figura 2.3. Rep resentación esquemática de la p iel. 
27 
Epidermis 
matriz celular, que tiene como resulrado un aumento considerable en la impermeabi-
lidad de las células resul tantes y en su efectividad como barrera para la difusión de 
compuestos químicos. 
La ab~on;iún a lravés de la piel. por tanto, se puede representar como un proceso 
fundamentalmente pasivo de difu sión a través de una serie de células muertas. La 
composición de dichas células y la solubilidad del contaminante en sus componentes 
son los fac tores fundamental es de la ahsorción por esta rula. 
En general. la ve locidad de Ll ifusiún ue los compuestos 11 0 polares a través del 
estrato córneo es directamente proporcional a su liposolubilidad e inversamente pro-
porcional a su peso molecular. 
Sin embargo, es interesante destacar que la piel humana posec una baja conccn-
u-ación en triglicéri uos, mientra~ yut.! su (;uIILenido en colesterol es relativamente 
alto. En consecuencia, los contaminantes muy lipófilos, como las dioxinas cloradas, 
muy solubles en tnglieéridos pero poco solubles en colesterol. atraviesan con gran 
dificultad el estrato cÓrneo. La ví<t cuiánea de ahsorción alcanza en el hombre su 
mayor importanci a para compuestos de ~queño lamaiíu y valores intermedios de 
liposolubilidad, mientras que resulta despreciable para compuestos grandes, muy 
hldrófilos o muy Iipófilos. 
Por ot ra parte, las pmpiedadeo;; del estrato córneo quc más influyen sobre la 
absorción de compuestos quími l:os sun su espesor y difusividad. Cuanto mayor es el 
espesor del estrato córneo, mayor es la dificultad para la absorción, mientras que un 
mayor valor de la difu sividad favorece la absorción a través de la piel. 
La piel de las pal mas de las mano." y las plantas de los pies presenta un estrato 
córneo de gran espesor, enlre 400 y 600 ;'11 11. Dicho espesor es muy supedor al que 
presenta la piel en otras zonas del cuerpo, como los brazos, piernas o abdomen, 
donde se alcanzan espesorcs dc 8-lS ,um. Esta gran diferencia de espesores. sin 
30 TOXICOLOGíA AMBIENTAL 
Zona 
cxtratorác ica 
Zona 
to rácica Tráquea 
Conductos ~~----: 
OJ I .... eo larcs 
Sa(:os alveolares 
Figura 2.4. Representación e5quemátic~ dc las vías respiratorias. 
Al respirar, la entrada del aire tiene lugar por las fo~as nasalt:s y la boca. Durante 
su paso por las fosas nas<.I1e-s, el aire se humedece, calienta y limpia. por deposición 
de una parte de las partícu las en suspensión en las mucosas que las recubren. La 
absorción de contaminantes se empieza a producir en las fos;¡s nasa les, especialmell-
te la de compuestos volátiles o gases muy solubles en agua. El t!pitelio olfativo 
posee asimismo una cOlls iut:Table actividad metabólica. 
La acción )jmpiadora y acondicionadora del aire de las fosas nasales continúa en 
las vías respiratorias. tráquea y bronq uIOs. Estos conductos poseen una estructura 
ramificada constituida por una seri e de hi furcaciones consecutivas 4u~ ravurec.:en la 
creación de puntos de illlpacto para d aire inspirado. en los que se va depositando la 
lIIult::ria particulada. El diámetro decreciente de las vías respiratorias tambIén favo-
rece la deposición de partículas en sus paredes. Estas partículas se ven sometidas a 
aclaramiento mucocili ar, causado por e l hatido TÍlmico de las células cil iadas yue Ii;ls 
impulsan en sentido ascendente hac ia la raringe, expulsándolas así del sistema respi-
ratoriu. 
Por último, el aire inspirado alcanza los bronquiolos y los a]véolos pulmonares, 
en los que se produce el intercambio de ga"ies entre la sangre y el aire. 
La supen-"'i cie de los alvéolos pulmonare~ está cunstituida en su mayor parte 
(90 %) por neuJfluc.: i tu~ de tipo l , células con escaso citoplasma cuya misión funda-
mental es facilitar el transporte de gases entre el aire y los capilares adyacentes, que 
se distribuyen en los alvéolos a modo de lámina con tigua a 1m neuJ11ocitos . 
La superficie tota l de los capilares y la supel Cicit: alveolar son aproximada-
mente equ iva lenlt:>~, de unos 140 m2, lo que conviene a los pulmones. cuantitativa-
llIt:.nte. en la segunda superfic ie de intercambio con el exterior de l cuerpo humano. 
ABSORCiÓN, DISTRIBUCiÓN Y EXCRECiÓN 35 
5.1. Excreción renal 
Los riñones son la vía más eficaz de eliminación de xenobióticos del organismo. 
Aproximadalllente la cuarta parte de la sangre homheaoa por el corazón se dirige 
a los riñones. La mayor parte de este aporte sanguíneo se sOlllete a fil lración en los 
glomérulos renales. Los capilares de los glomérulos están dotados de grandes poros. 
de unos 70 nm de luz, por los que penetmn todos los compucsto.<¡ de peso molecular 
inferior a 60.000 unidades. Por consiguiente, lUJos los cuntaminantes de peso mole-
cular inferior no ligados a proteínas plasmáticas, incluyendo las espedes iónicas, 
escapan con el filtmdo en la cápsula de Bowman. Además de la filtración glomeru-
lar, la excreción renal hace intervenir fenómenos Je difusión pasiva y de secreción 
activa en los túbu los. La Figura 2.5 presenta un esquema de los distintos componen-
tes de la nefrona, la unidad funcional de los riñones. 
Los contaminantes más lipofílicos presentes en el filtrado pueden atrave,ar por 
difusión pasiva las paredes de los tóbulos proximal y distal, reabsorbiéndose por esLa 
vía. Dado que el proceso de difusión pasiva tiene Jugar a favor del gradiente de 
concentración, pueue uar lugar tanlo a la eliminación de contaminantes comn a su 
absorción. 
En los lúbul os prox imales se produce la secreción activa de algunos eleetroli tos 
débiles, así como de t:ornpuestos químicos ligados a p roleínas plasmáticas, mientrasFigura 2.5. Esquema de la nefrona. 
Cápsula 
de Bowman 
Tubo 
distal 
Tubu prox imal 
de Henle 
.,./ Tubo colector de la orina 
 
 
 
COMPUESTOS CANCERIGENOS 
H,C 
Acetato de tetradecilforbol (TPA) 
fenobarbital 
CI-\ t-?-\ t-CI 
CCIJ 
2,2-Bis-l p-clo rofeni 1)- 1 ,1 . 1-
t rictoroetano (DDT) 
105 
figura 5.6. Estructuras de los agentes m it6genos acetato de tetradecilforbol, fenobarb i-
tal y DOT. 
También existen numerosas sustancias endógenas con actividad milOgemca, 
como los factores de crecimiento y las hormonas, que ejercen sus efectos mitogéni-
cos sobre tejidos concretos. Por ejemplo, los e..c;rrógenos estimulan la mitosis de las 
célula.s de las glándulas mamarias y la hormona luteinizante la de las células de 
Leydig de los testíc ulos. 
Otro grupo de xenobióticos cancerígenos no genotóxicos, como el clorofanno y 
el d-Ii moneno, estimula la proliferación celular como consecuencia de las lesiones y 
muenc celular producidas por Sil administración crónica. 
El aumento en la actividad mitótica permite la expresión de lesiones latentes en 
el ADN, tanto producidas por agentes extel110s como espontáneamente. Se calcula 
que las lesiones espontáneas en el ADN son un hecho común. de fonna que I de 
cada 10' -10'" células presenta alguna mutación. Los agentes genotóxicos parecen 
aumentar esla proporción hasta situarla en 1 de cada 10:\-] O? 
Un aumento en la mi tosis permite ]a expansión de las células mutantes, con el 
agravante comentado anterionnente de que aquellas células mutan tes que han perdi-
do parte de su capacidad de conlrolar el ciclo celular participan más activ3J1tt:nle que 
el resto en la l'roliferación. definiendo asr un cfrculo vicioso de pérdida progresiva 
de los controles de la multiplicación celular con predominio de las células mulanles 
sobre las normales. 
Por lo que respecta a la apoptosis. las células mutantes presentan ulla acti Illdad 
apoptótica muy superior a las células normales. Esta actividad es beneficiosa. ya que 
impide la expansión de dichas células hasta el desarrollo del tumor. Se ha demostra-
do que la mhibición de la apoptosis producida por compuestos químicos como el 
fenobarbital es la causa del desarrollo de los focos cancerosos inducidos por com-
pueblus genotóxÍCOS en esludios realizados con roedores. 
En los estudios realizados por Schulte-Hermann y col. (1990), se administró 
a ratas una sola dosis de N-nitrosomorfolina (Fig. 5.7), un agente genotóxico. A 
continuación, Jos animales recibieron dosis diarias de fenobarbital durante un afio. 
El fenobarbital actúa corno agente mitogénico y como inhibidor de la apoptosis. 
150 TOXICOLOGíA A MBIENTAL 
1. INTRODUCCiÓN 
La evall~aáó" de la exposicinn e..<; el proceso de cálculo de ]u oosis externa del 
agente químico re-cibida por los Tcccprnres ; es decir. la estimación de la magnitud 
del contacto entre la población expuesta y los contaminantes. 
En e l caso ideal. el proceso de evaluación de la exposición ~ basa en da(O~ 
analíticos medidos en el punto de contacto. No obstante, no es habitual disponer de 
datos experimentales de la concenuación de los conlaminantes en el punlo de con-
tacto con la población receptora, sino, a Jo sumo. de una caracterización lS uliciente 
de la fuente de contaminación, a partir de la cual hay que real izar predicciones sobre 
los niveles de concentración que se alcanzarán en el punto de contac to y su evolu-
ción en e l tiempo. 
Cuando se analizan escenarios de exposición fu turos, la pmpia cJe::.cripci6n de la 
fue nte de contaminación est~ basada en hipótesis no ver ificables expt:rirm:n talmen-
1<. Por tanto, la práctica habitual de la evaluación de riesgo requiere la predicción de 
los niveles ambjentales de los agentes químico~ a partir de la definición de la fuente 
de contaminación (experimental o hipotética), lo que suele llevarse a cabo mediante 
modelos dc simulación. 
La evaluación de la cxposic ión consta de las [res etapas siguienles: 
l . Caracterización del escenario medioumbielliol, constituido por el medio 
físico en e l que se encuentra el agente químico. cJe~ue su punto de intro-
ducc ión hasta alcanzar a las pohlaciones humanas potencialmente exput:s-
las . 
2. IilellliJkación de las rutas mediuulIlbienta/e.,- de e.\posició" y selección de 
Jas ru((lS medioambienrales relevantes o completas. La ruta de exposición 
consta de compartimento::;; medioambientales interconectados, entre los que 
se establece un flujo de contaminante en el que intervienen fenómenos de 
transporte , distribución y transformación. Una mta medioamhicntal de ex-
posición completa consta de los elementos siguientes: 
• Fuente de contaminación, constitu ida por el foco responsable de la intro-
ducción en el medio ambiente del agente químico. La fuente de contami-
nación puede ser natural (vela de mineral) o arti fi cial (chimenea, vertede-
ro de residuos, tClnque enterrado de almacenamiento). 
• Compartimentos mcdioamhienlales (agua subterránea. aire de la zona po-
rosa del suelo, matriz del sudo, atmósfera, corriente de agua superficial. 
seres vivos) en tre los que ~e moviliza el agente químico y en los que 
experimenta transformaciones químic.as o biológicas. 
• Vía de exposición (ingesti ón, cutánea, inhalación) a través de la cual se 
produce el contacto entre la poblac ión receptora y el agen te químico. La 
vía de exposición equivale, en el ámbi to de la evaluaci6n de riesgo, al 
concepto farmacológico de ru ta de administración . 
• Presenci a de pOblación receptora en el punto de contacto . 
3. Cumrtijh:ac.:iún de la expoúciólI correspolldieme a cada ruta medioambien-
tal completa identificada, lo que se lleva a cabo mediante el cálculo de la 
EVALUACiÓN DE LA EXPOSICiÓN 151 
concentración del contaminal1le en el punto de l:unlw..:.Lu, la rn:cuellcia de 
dicho contacto y su duración. Esta última fase de la evaluación de la exposi-
ción permite calcular la dosis externa recibida por la población a través de 
cada una de las rutas medjoambientJ1es, 'lue deben combinar<.;c para ohtener 
el grado total de exposición. 
La Figura 8.1 mue~tra en forma esyuemálica lus t'Je!llenlu~ l1l: las rulas 1111;:,-
dioambientales de exposición: las fuentes de contaminantes, el movimiento de los 
contaminantes a través de varios compartimentos ambientales, las vías de exposi-
ción (inhalación e ingestión, en el ejemplo representado en la figura) y la presenciél 
de población receptora en el punto de cunlm.:tu. 
El análisis del comportamiento medioambiental del contaminante requiere en 
primer lugar la definición de los mecanismos de transporte. distribución y transfor-
mación a que va a estar sometido en los compar1imen!os medioamhientales que 
integran cada una dI:! las rulas. Por 1:110. antes de analiLaJ" las etapas de la evaluación 
de la exposición es necesario repasar brevemente los procesos de transporte, distri-
buc!ón y transformación medioambiental. 
2. TRANSPORTE, DISTRIBUCiÓN Y TRANSFORMACiÓN 
DE CONTAMINANTES 
Los agentes químicos se desplazan en el medio ambiente a partir de la fuente de conta-
minación, transpOltados en fluidos como el agua y el aire. se distribuyen en las fases 
sólida, líyuida y gaseosa, y experimentan transfonnaciones químicas y bioJógiCéIS. 
( 
, , 
Transmisión 
slJbrerránea Acuífero 
Figura 8.1. Elementos de las rlJtAs medioambientales de exposición.CARACTERIZACiÓN DEL RIESGO 189 
3. Grado de absorción. Tanto la exposición c3JcuJada como los va lores toxicu~ 
"¡ógicos uti lizados deben estar e:xprcsados de la misma forma. bien como 
dosis externa o como dusis absorbida. 
2. CUANTIFICACiÓN DE lOS RIESGOS 
La primero etapa de la cuantificac ión del riesgo es el cálculo del riesgo asociado 
a cada una de las sustancias para cada una de las rulas medioambientales de 
exposición, procediendo separadamente para susr.anc ias cancerígenas y no cance-
rígenas. 
2.1. Efectos cancerrgenos 
El riesgo nsociado a la exposición a sustancias c;;U1 ccrígenas se calcula como el 
incremento de probabilidad ue aparición de cáncer. durante toda la vida. como resul-
tado de dicha exposición. 
El im;remento de riesgo se calcula a part ir el fac tor de pendiente y de la exposi-
ción media diaria al agente químico, obten ida al promediar la dosis tolal durante la 
expectaliva media de vida. 
El nivel de riesgo se ~¿¡lcula de la forma siguiente: 
( 1) 
donde Riesgo es la probahilidad (adimensional) de que se produzca cáncer como con-
secuencia de la exposic ión al contaminante; ADI es la ¡ngesta cr6nicól diarü, promedia-
da dumnte l(xla la vida, esti mada en un periodo de tiempo de 70 años (mglkg . d ía), y 
SF es el foclor de pendienle. expre.sado en unidades de (mglkg . díar ·. 
2.2. Efectos no cancerígenos 
La caraclerilación del riesgo se realiza mediante e l cálculo del (,.'ociell/ f! de peligro-
sidad. Este índice, al contrario de lo que ocurre con el ri esgo cancerígenu. no e~ una 
medida de la probabilidad. ~ino que indica la relación que existe cnlJe la dosis me-
dioambiental y la dosis de referencia, y por tanto se asemeja cQnceptua lmente al 
margen de seguridad. 
Su cálculo se realiza de Jól form<1 siguiente : 
Cociente de peligrosidad = R; D (2) 
donde E es la dosis media diaria, promediada durnme lodo el periodo de exposición. 
en mgldía. y HID es la dosis de referencia. en mgldía. 
 
, 
COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES 275 
Tabla 12.1. Componentes de la gasolina 
Componentes Composición Componentes minoritarios principales porcentual (en peso) 
n-AleaDos 17,3 Aditivos oclanaje 
e, 3.U Meril+buti l éter 
e 
• 
11 ,6 t-butil alcohol 
e, 1.2 etanol 
c., 0.7 Antiox idanles 
CIú,C n 0.8 N.N ' -dialquilfen il endiaminas 
Alcanos ramificados 32, 1 2,6-dialquil y 2,4,6.trialquilfenoles 
e, 2,2 metll , elil y dimctilfcnolcs 
e , 13, 1 bUlilado~ 
e, 8,0 Desactivadores de metales 
e, 1.9 N,N'-disalic iliden- I ,2-
e. 1,8 etanodiamina 
e, 2, 1 N,N'-di~alic i l iden -
C1Q·C 1" 1.0 propanodiamin.a 
Cicloalcanos 5,0 Controladores de ignición 
e. 3.0 tri -o-cresilfosfato (TOCP) 
e, 1.4 Anticonge lantes 
e, 0 ,6 a1cohol isopropílico 
DetergentesfOispersante.<i 
O tefinas 1.8 Fosfatos de aJquilaminas 
e, 1,8 Alqui lfenolcs de cadena larga 
Ami na.<; de poli-isobuteno 
Aromóti cos 30.5 Inhibidores d~ CO/TUsión 
benceno 3,2 Ácidos carboxOicos 
w lut:no 4,8 Ácido fo~fórico 
xilenos 6,6 
erilbenccno 1,4 
alqu il (c,) bencenos 4,2 
alquil ce .. ) bencenos 7,6 
otrOS 2,7 
zarsc lateral y verticalmente a través de la zona ¡"saturada y alr..:anzar las aguas 
subterráneas. 
La fracción más soluble en agua de la gasolina son los compllc~loS aromáticos, 
que por tanto constituyen su partt: más mó vil en el subsuelo. 
La adsorción y bioconcentración sólo son fenómenos importantes para los com-
ponentes de mayor peso molecular resistemes a la biodegradación. El resro de los 
componentes de la gasolina se biodegradan en sucIos, agua.« superficiales y subterrá-
neas. Los n-aleanos, n·alqui laromáticos y aromáticos constituyen las fracciones más 
biodegradables de la gasolina en suelos. 
La velocidad de biodegradación es muy variable, y depende de numerosos facto-
res como la lem~ralllra , el oxígeno, la humedad, los numentes. la salinidad y el pH 
del medio. La biodegradación de los componentes de la gasolina en el subsuelo 
parece producirse fundamentalmente por mecanismos aerobios. 
 
CONTAMINANTES DEL AIRE 313 
dirección a Ins alvéolos pulmonares. Estos mecanismos se representan gráficamente 
en la Figura 14. L. 
El diseño de las vías respiratori<ls favorece los choques entre las partículas inha-
lada"i y las paredes en los continuos cambios de dirección que experimenta el aire 
inspirado, que a lejan entre sí inercialmente las líne~:, de flujo del gas y de las partí 
culas, acercándol a~ a h:l!) superficies donde quedan retenidas en la capa lluida que las 
recubre. Este fenómeno recibe el numbre de d"p(}sicióll inercial o intercepción. 
La illferCf'prióll desempeña un papel más impOltalllc en la deposición de partícu-
las fibrosas que en la de partículas esféricas o asimilables de igual tamaño. 
La sedimentaci6n es e1movimienlo de las partículas en e l seno del mediu gaseo-
so por Rcción de la gravedad. 
La vdocidad de ,cdirncntación depende del tamaño Jt:. partícula , de su forma. 
densidad y. para partfcuhl~ no esféricas, su orientación. así como de la Jensidad y 
vi,cosidad del aire. 
POI' último, lo, choques entre sí que experimenlan las pm1ículas del aerosol pro 
yocan su desviación aleatolia re,pecto a la trayectoria común, represt:lltada por la, 
líneas de flujo del aire inspiradu. Este movimi ~nLO recibe el nombre de d(fusión, y es 
rt:.spo ll s<"tble ele que ciertas partículas se pongan en contacto con las paredes de las 
vías respiratori(t~, quedando retenidas en éstas. 
El transporte por difusión se ve favorecido por la disminución del tamaño de 
partícula y por los aumentos en las difererH.:ia~ de concentración en el seno del 
fluido. 
La retención de las partículas en la, paredes de las vías respiratorias. una vez que 
se prooucc el contacto, depende de dü,tilltas fuer7,as que actúan simul táneamente. 
Entre las fu erzas tendentes a retener la pmtícula sobre las vías respiratorias cstán las 
fuerzas de atracción tle van der \Vaals, la atracción electrostática entre l:argas opues-
tas, unas situadas en la superficie dt: las partícul.'1S y otras, de signo contrario, en la 
~uperficie de las paredes. y las fuerzas capilares deblJas a la presenc ia dc una pelícu · 
la acuosa en dichas paredes. 
Las fuerzas que se oponen a la retención de partículas en las paredes son l a~ 
vibraciones dc éstas y la propia corriente tk aire inspirado o espIrado. En general, 
cuanto menor e.s el tamaño de partícula mayor es la retención que experimenta en las 
paredes de las vías respiratorias. 
Difusión 
Deposito 
electrostático 
hnpactación 
/ ~._.-
I 
Intercepción 
• 
-. 
Figura 14.1. Mecanismos de deposición de partículéls en las vías respiratorios. 
 
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