Cuantificación de arsénico en el agua subterránea de la
ciudad de Aguascalientes, México, y evaluación de riesgos
entre la población
Rodolfo Trejo Vázquez Adrian Bonilla Petriciolet
Instituto Tecnológico de Aguascalientes, México
Se evaluó el contenido de arsénico en la tercera parte de las fuentes de abastecimiento de agua para uso y consumo humano de la ciudad de Aguascalientes, México. Todos los pozos analizados presentaron un contenido de arsénico inferior a mg/l; la concentración promedio fue
mg/l. El de estos pozos superó los límites de concentración sugeridos por la Environmental Protection Agency (EPA) y la Organización Mundial de Salud (OMS) (0.01 mg/l). Los resultados obtenidos en las cuantificaciones se utilizaron en el desarrollo de un diagrama preliminar de distribución de arsénico. Las concentraciones límites encontradas en el estudio se aplicaron para las dosis de exposición mínima y máxima a arsénico en diferentes tipos de indivi- duos. Las dosis de exposición promedio, mínima y máxima, fueron de y mg/kg/ día. También se estimó que los niveles de riesgo, mínimo y máximo, de cancer en la piel fueron de casos por cada cien mil habitantes y 1.63 casos por cada mil habitantes. La comparación de estos resultados con la información reportada en estudios epidemiológicos de otras ciudades sugiere un riesgo para la salud pública en esta ciudad.
Palabras clave: arsénico, agua potable, Aguascalientes, dosis de exposición.
Introducción
Estudios epidemiológicos reportados indican que una exposición crónica a arsénico puede ocasionar en el or- ganismo humano una variedad de lesiones y alteracio- nes en la piel, así como en los sistemas digestivo, renal, respiratorio, circulatorio y neurológico (Hung et al., Cuzick et al., 1992; Chen et a/. 1988; Engel et al., 1994). Los compuestos inorgánicos de arsénico son sustancias cancerígenas, cuyos daños al cuerpo dependen en gran medida del tipo y tiempo de exposición, así como de la fisiología de cada individuo (Chen y Wang, 1990; Bates et al. 995).
La bioasimilación de arsénico se puede realizar a tra- vés de diferentes rutas de exposición; las de mayor im- portancia son el aire y el agua (Mushak y Crocetti, 1995). La presencia del arsénico en estos elementos tiene orí- genes naturales y antropógenos. El arsénico puede Ile- gar a los mantos freáticos por la disolución de los consti-
tuyentes minerales que están en contacto con el agua subterránea. Otra vía de contaminación es la infiltración de efluentes industriales.
La normatividad nacional establece una concentración de arsénico máxima permisible de mg/l para el agua destinada al uso y consumo humano que es distribuida por la red hidráulica (Norma Oficial Mexicana NOM-127- SSA1-1994). 994). Este límite de concentración difiere de los establecidos por la OMS y la EPA, los cuales correspon- den a miligramos por litro.
En la literatura se ha indicado que diversas regiones del mundo presentan fuentes de abastecimiento de agua contaminada -natural o antropógena- por arsénico. La India, Bangladesh, China, Estados Unidos de América, Chile, Argentina y México son partícipes de esta proble- mática (Berg et a/., ; Ferrecio et a/. 1998; Tseng, 1977; Anderson y Bruland, 1991).
de Coahuila y Durango son las regiones más afectadas del país. En los estudios realizados en dichos estados se determinó que sus fuentes de abastecimiento de agua presentaban concentraciones de arsénico entre y mg/l (Mejía et al., 1999; Cebrian et a/. ,1983; Del Razo et al., 990).
En el estado de Aguascalientes no existen estudios de cuantificación ni programas de monitoreo de arsénico en el agua subterránea. No obstante, la sobrexplotación y las altas temperaturas de los acuíferos de esta ciudad favorecen el riesgo de contaminación del recurso por ar- sénico y otros elementos.
Los autores del presente manuscrito realizaron un diagnóstico de la presencia de arsénico en la tercera parte de las fuentes de abastecimiento de agua de la capital del estado de Aguascalientes. El trabajo tuvo por objeto establecer el contenido de arsénico presente en el agua extraída de pozos de
los
que operan en la ciudad de Aguascalientes. Tales pozos se seleccionaron de ma- nera aleatoria. Los procedimientos de muestreo y análi- sis se realizaron conforme a las normas oficiales mexicanas. Los resultados de los análisis químicos se emplearon en la generación de un mapa preliminar de distribución de arsénico. Asimismo, y con objeto de pon- derar el riesgo para la salud pública en esta ciudad, se llevó a cabo un estimado de la cantidad de arsénico que ingiere la población local expuesta.Materiales y métodos
Descripción de la ciudad de Aguascalientes, Mexico Aguascalientes es el principal municipio y la capital del estado del mismo nombre, el cual se encuentra localiza- do en la parte central del territorio mexicano, adyacente a los estados de Jalisco y Zacatecas. El clima prevalecien- te en la región es seco moderado, con temperaturas mí- nima y máxima promedio de O y respectivamente. La entidad presenta una precipitación media anual de mm, una evaporación potencial y una evapotranspiración media anual de y mm, respectivamente (INEGI,
1993). La población de la ciudad -conforme al último cen- so publicado-es de habitantes (INEGI, de los cuales tiene una edad inferior a los años. Descripción del acuífero del valle de Aguascalientes El acuífero del valle de Aguascalientes es la fuente princi- pal de abastecimiento de agua del estado y de la ciudad de Aguascalientes. Este acuífero se localiza en la región hidrológica Lerma-Santiago y según el Último estudio hidrológico realizado durante es del tipo libre y con-
finado, con una dirección de flujo franca de norte a sur. La profundidad total del acuífero oscilaba entre y metros (INEGI, 1993).
A esa fecha, el acuífero presentaba una densidad de pozos de por cada km2 de superficie y un déficit de millones de m3/año. También se estableció que el Ií- quido extraído presentaba una salinidad media con ba- jas concentraciones de sodio y una cantidad de sólidos disueltos entre y mg/l (INEGI, 1993).
La estratigrafía realizada en cuarenta pozos de obser- vación localizados fuera de la ciudad indicaba que éstos mostraban una estructura geológica conformada por con- glomerado, arenisca, arcilla, toba (riolítica, híbrida, alte- rada y arenosa), riolita y andesita (INEGI, 1993). Estos pozos de observación presentaban niveles estáticos en- tre y m, con un gasto promedio superior a I/s y un abatimiento anual entre dos y tres metros.
Actualmente se desconoce el número total y las ca- racterísticas de los pozos que pertenecen al acuífero del valle de Aguascalientes, ya que no se han realizado más estudios hidrológicos en esta región.
Por otra parte, dentro de la ciudad de Aguascalientes se cuenta con pozos para abastecer una demanda de millones de m3/año. Sin embargo, no existe una base de datos que describa las características, el perfil fisicoquímico y el análisis estratigráfico de todos estos pozos. También se carece de información que precise la configuración y las interconexiones de la red hidráulica de la ciudad, así como las areas de distribución de cada pozo.
Metodología de muestreo y análisis de los pozos de estudio
Se tomaron muestras en pozos pertenecientes a la ciudad de Aguascalientes -que se seleccionaron de for- ma aleatoria de los que operaban en la ciudad- du- rante julio de En la ilustración se muestra la ubi- cación geográfica aproximada de los pozos elegidos para este estudio.
La metodología de muestreo se realizó conforme a la norma oficial mexicana NOM-014-SSA1-1993 (Norma Ofi- cial Mexicana NOM-014-SSA1-1993). En la recolección de las muestras se utilizaron frascos de polietileno con tapa del mismo material y una capacidad de ml, los cuales se enjuagaron previamente con ácido nítrico y clor- hídrico al O%, y posteriormente con agua tridestilada. Las muestras se colectaron en las líneas de inyección de cada pozo dentro de la red hidráulica antes de la etapa de cloración.
el caso de que los análisis por duplicado discreparan, ambos se desechaban y se repetía la medición.
Generación del diagrama de distribución de arsénico Los resultados obtenidos en las cuantificaciones se utili- zaron para generar un diagrama preliminar de distribu- ción de arsénico en las fuentes de abastecimiento de agua de la ciudad de Aguascalientes. Como no se disponía de una base de datos que especificara las características físicas de los pozos estudiados, sólo se emplearon los resultados promedio de los análisis químicos y las coor- denadas geográficas de los puntos de recolección de las muestras. El paquete de cómputo se utilizó para generar este diagrama de concentración.
Estimación del riesgo para la salud pública de la pobla- ción local expuesta
Se estimó el riesgo para la salud pública de
los
habitan- tes de la ciudad de Aguascalientes con base en los re- sultados obtenidos de las cuantificaciones de arsénico. En este análisis se consideró la existencia de un umbral de ingestión para los efectos tóxicos de una sustancia cuando un individuo se somete a una exposición crónica (ATSDR, 1993). Dicho umbral corresponde a un estima- do de la exposición diaria que debe tener un individuo para no presentar daños significativos en su organismo. Esta magnitud se denomina como dosis oral de referen- cia (RfD) y puede calcularse tanto para sustancias can- cerígenas como no cancerígenas. La RfD comprende la ingestión del tóxico a través del consumo de alimentos y agua (ATSDR, 1993). En el cuadro se presentan la RfD y los límites de ingestión para el arsénico estimados por la (ATSDR, 1993). Este cuadro indica que para una in- gestión entre los valores del NOAEL (límite de ingestión asociado con la ausencia de manifestaciones clínicas de efectos adversos en los individuos expuestos) y el LOAEL (límite de ingestión asociado con la manifestación clínica de efectos adversos de baja magnitud), el sujeto expuesto puede presentar hiperpigmentación, hiperqueratosis o po- sibles complicaciones vasculares. Si la exposición supe- ra al LOAEL, el sujeto se encuentra en una situación de riesgo para desarrollar cáncer en Órganos internos y otro tipo de lesiones más severas (ATSDR, 1993).Por otra parte, la ATSDR ha estimado que el factor que mide el nivel de riesgo para el desarrollo de cáncer en la piel ocasionado por una exposición crónica oral a través del agua de consumo es de casos por cada de concentración de arsénico en el agua de consumo. En esta estimación, la ATSDR consideró que terminaron in situ. Tras la toma de muestra se adicionó
inmediatamente ácido nítrico en cantidad suficiente para llevar el pH de la muestra por debajo de las dos uni- dades y se preservó a una temperatura cercana a los hasta su análisis. Las muestras se analizaron den- tro de los primeros cuatro días de almacenamiento y preservación.
El contenido de arsénico s e estableció por espectrometría de absorción atómica con generación de hidruros, tal y como lo establece la norma oficial mexica- na NOM-1 (cuantificación de arsénico). Se empleó un equipo marca Perkin-Elmer del Laboratorio de Toxicología Ambiental de la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí.
Antes de las cuantificaciones se construyó una curva de calibración del aparato con estándares conocidos de arsénico y la lámpara correspondiente a este elemento. Asimismo, las muestras se sometieron a un proceso de digestión, con objeto de eliminar posibles interferencias en el resultado debido a la presencia de otros elementos (APHA, AWWA,
WEF,
1995).existe una relación lineal entre las dosis de exposición y delo de multietapas para la relación tiempo-dosis de ex- posición (ATSDR, 1993). Para estimar la cantidad de ca- sos de cáncer en la piel a esperar en una ciudad, se mul- tiplica este factor por la población de la ciudad y por la concentración de arsénico en el agua en
La RfD, los límites de ingestión y el nivel de riesgo de cáncer se utilizaron para establecer el riesgo para la sa- lud pública. En este análisis se estimó y comparó un con- junto de dosis teóricas de arsénico con las variables an- tes mencionadas. Estas dosis se calcularon a partir de las concentraciones límite encontradas en este estudio y por algunas características de la población de la ciudad. Siguiendo criterios de la literatura (ATSDR, para estas estimaciones se consideró una total biodisponi- bilidad de arsénico; se asumió que el agua fuese la única fuente de ingestión de este tóxico, además de emplear valores estándar para la masa corporal y el consumo de agua. La expresión utilizada para estimar dichas dosis fue la siguiente:
unidad de riesgo de cáncer para el agua de consumo la respuesta toxicológica del individuo, y se utilizó un mo-
Resultados y discusión
Las concentraciones de arsénico mínima y máxima en- contradas en este estudio correspondieron a y mg/l, respectivamente. La concentración prome- dio fue de mg/l, con una desviación estándar de mg/l (ilustración 2). La temperatura cubrió un in- tervalo de a con un valor promedio de y una desviación estándar de (ilustración 3). El pH de todas las muestras colectadas fue de siete unidades. No existió correlación alguna entre concentra- ción y temperatura,
Todos los pozos presentaron una concentración infe- rior a la establecida por las normas mexicanas (0.05 mg/ I); pozos (61 superaron el límite de concentra- ción establecido por la Organización Mundial de la Sa- lud.
El mapa de distribución de arsénico correspondiente a los datos anteriores se muestra en la ilustración Se- gún los resultados obtenidos en este estudio, la distribu- ción de la concentración de arsénico es ligeramente irre- gular; las concentraciones de mayor magnitud se pre- sentan en la zona norte de la ciudad. La geología dispo- nible para el acuífero no incluye reportes de la presencia de materiales estructurales conteniendo arsénico. Sin em- bargo, conforme la profundidad de los pozos aumenta, esta posibilidad es mayor y en el caso de la ciudad de Aguascalientes se tiene que en los pozos más recientes la extracción de agua se realiza a profundidades del or- den de quinientos metros. Como consecuencia de lo an- terior, los autores de este estudio consideran que los con- tenidos de arsénico detectados tienen primordialmente un origen natural, aunque no se descartan aportaciones por el uso de pesticidas en el campo e infiltraciones in- dustriales. También se prevé un incremento en el conte-
i-
donde DE es la dosis de exposición a arsénico en mg/kg/ día, [As] representa la concentración de este ion presente en el agua potable en mg/l,
CH2O
es el consumo de agua en I/día y M,,, es la masa corporal del individuo en kilogramos.En la estimación del nivel de riesgo de cáncer en la piel se utilizó la siguiente expresión:
nido de arsénico y de otro tipo de sustancias en los po- zos de la ciudad, ocasionado por el abatimiento del acuífero a causa de su sobrexplotación.
Para estimar las dosis de exposición a arsénico, la población de la ciudad se clasificó en diez grupos en fun- ción de la edad. Esta clasificación y las características de tales grupos se presentan en el cuadro Las dosis de exposición calculadas se muestran en las ilustraciones y En ambas gráficas se incluyó, con fines comparati- vos, el valor de la dosis oral de referencia. En promedio, un habitante de la ciudad de Aguascalientes presenta una dosis de exposición mínima y maxima de y mg/kg/día, respectivamente. Ninguna de las do- sis mínimas calculadas fue superior al RfD. En contraste con las dosis de exposición máxima, todas ellas fueron superiores a la RfD y al NOAEL. Por otra parte, todas las
dosis calculadas, tanto mínimas como máximas, fueron inferiores al límite de ingestión asociado con la manifesta- ción clínica de efectos adversos de baja magnitud (LOAEL). Para comprender los posibles daños en la salud pú- blica de la población expuesta, se realizó una compara- ción de las dosis calculadas con datos reportados en dos estudios epidemiológicos de hidroarsenismo endémico. En el primer estudio, realizado por Tseng en Taiwan du- rante se encontraron prevalencias de la enferme- dad del pie negro entre y así como de hiperpigmentación e hiperqueratosis entre y para dosis de exposición entre y mg/kg/ día (Tseng, 1977). En otro estudio realizado en el territorio mexicano (Cebrian et a/. se reportaron prevalencias de lesiones en la piel del orden de entre y para
algunos casos, las dosis estimadas para la ciudad de Aguascalientes superan a las dosis mínimas reportadas en los estudios anteriores. Sin embargo, todas las dosis de exposición calculadas para l a ciudad de Aguascalientes fueron inferiores a los valores máximos reportados en esos estudios epidemiológicos.
Por otra parte, se estimaron
los
niveles de riesgo de cáncer de la piel ocasionados por el consumo de agua. Como se había mencionado, se utilizaron las concen- traciones, de arsénico mínima y máxima encontradas en este estudio. AI emplear la ecuación para tales concentraciones se obtuvo que el nivel de riesgo de cán- cer en la piel, mínimo y máximo, ocasionado por la in- gestión de arsénico a través del agua de consumo en la ciudad de Aguascalientes fue de yrespectivamente.
cia de cancer en la piel y en Órganos internos se han incrementando significativamente. No obstante,
los
resul- tados anteriores sugieren la presencia de un riesgo para la salud pública en esta ciudad.Si bien es cierto que no se cuantificaron
los
conteni- dos de arsénico en todos los pozos de la urbe, la infor- mación presentada en este estudio ofrece un panorama general de la presencia de este tóxico en el agua subte- rránea ysu
posible efecto sobre la salud pública de la población local.El diagrama de isolíneas de concentración construido en este trabajo indicó que existe una distribución ligera- mente irregular de arsénico en las fuentes de abasteci- miento de agua de la ciudad.
Las dosis de exposición mínima promedio y máxima promedio fueron de y E-O3 mg/kg/día, res- pectivamente. Todas las dosis de exposición máxima fue- ron mayores que la dosis oral de referencia y el NOAEL estimados por la ATSDR.
Los
niveles de riesgo de can- cer en la piel, mínimo y máximo, en esta población, asociados con el consumo de agua, fueron dey respectivamente. Estos resultados sugieren la presencia de un riesgo para la salud pública en la ciu- dad de Aguascalientes.
Es necesario determinar el contenido de arsénico en los pozos restantes ubicados en esta area urbana, con objeto de complementar el mapa de distribución obteni- do, corregir las dosis de exposición estimadas y revalo- rar el riesgo para la salud pública.
Asimismo, se deben realizar estudios estratigráficos y un estudio hidrogeológico que incluya la cuantificación de iones mayores, menores, elementos trazas e isótopos, Conclusiones
La concentración promedio de arsénico presente en los
pozos analizados fue de mg/l. Todos
con la finalidad de actualizar y acrecentar la información existente del acuífero del valle de Aguascalientes. Tam- bién es recomendable llevar a cabo un estudio clínico be lesiones asociadas con la ingestión de arsénico.
Además, resulta conveniente desarrollar e implemen- tar estrategias para el monitoreo y control de arsénico
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Abstract
Cejo Vázquez, R. A. Bonilla Petriciolet, “Arsenic Content in Groundwater from Aguascalientes City, Mexico, and Risk Evaluation in the Population", Hydraulic Engineering in Mexico (in Spanish), vol. no. pages
October-December;
Arsenic content in sources of water intended for human use and consumption from Aguascalientes City, Mexico, was measured. All sampled wells exhibited an arsenic concentration lower than mg/L; the mean concentration was (0.0077 mg/L. Twenty-four wells (61.54%) presented an arsenic concentration higher than EPA and WHO arsenic standards (0.01 mg/L). Arsenic content and geographical information was used to develop an arsenic isopleth map for Aguascalientes's groundwater: The minimum and maximum concentrations were used to estimate arsenic exposure doses by the local population. The minimum and maximurn mean arsenic exposure doses were and E-O3 mg/kg/day, respectively. Minimum and maximum skin cancer risk levels were also estimated. The minimum and maximum skin cancer risk levels were cases per residents and cases per residents, respectively. Comparison of this information with epidemiological studies suggested a public health risk for the population of Aguascalientes City.
Keywords: arsenic, drinking water; Aguascalientes City, exposure dose.
Dirección institucional d e los autores:
Rodolfo Cejo Vázquez Adrián Bonilla Petriciolet
Instituto Tecnológico de Aguascalientes Departamento de Ingeniería Química Avenida Adolfo López Mateos Oriente,
Aguascalientes, Aguascalientes, México. Teléfono: (52) (49) extensión
