Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino

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(1)UNIVERSIDAD DE SONORA DIVISIÓN DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA. “EVIDENCIA DE UNA PROVINCIA GEOLÓGICA ARSENICAL. EN EL NORTE DE MÉXICO Y LAS IMPLICACIONES DE LA EXPOSICIÓN DE BAJO NIVEL EN EL AGUA POTABLE: PERSPECTIVAS DESDE UN MODELO MURINO”. TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE: GEÓLOGO. PRESENTA. SOFÍA ELENA NAVARRO ESPINOZA. I.

(2) Universidad de Sonora Repositorio Institucional UNISON. Excepto si se señala otra cosa, la licencia del ítem se describe como openAccess.

(3) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Hermosillo, Sonora. Julio del 2017. II.

(4) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. III.

(5) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. IV.

(6) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Dedicatoria. A mamá y papá, mis pilares, por apoyarme en todo momento, mis triunfos son suyos, A mi querida hermana Melissa, por su amor incondicional, A mi abuelita Lourdes, por cuidarme hasta en sus sueños, A mi amado esposo Alberto, por su cariño y paciencia, A mi hija Emily, mi motivo, mi inspiración, mi vida.. Los amo mucho. V.

(7) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Agradecimientos Agradezco a mis padres Evelin y Douglas, quienes me enseñaron y motivaron desde pequeña a cumplir mis metas, por ser los principales promotores de mis sueños, por darme alas para volar y la oportunidad de estudiar, pero sobre todo por apoyarme siempre a alcanzar mis objetivos. A mi esposo y colega Alberto, por brindarme su amor, cariño y comprensión, por apoyarme durante el muestreo y además durante todo este arduo trayecto y compartir conmigo alegrías y fracasos. A mi hija Emily, quien me presto el tiempo que le pertenecía, para que yo culminara mis estudios. A mi profesor de investigación y director de tesis el Dr. Martín Rafael Pedroza Montero, muchas gracias por creer en mí y darme la oportunidad de desarrollar este proyecto, por su visión crítica en muchos aspectos cotidianos de la vida, por sus consejos, paciencia y apoyo durante mi formación. A la Dra., Diana María Meza Figueroa, por dedicarme su tiempo, por su motivación, su valiosa guía y asesoramiento para la realización de esta tesis. A la Dra. Aracely Angulo Molina por apoyarme y explicarme pacientemente en la etapa experimental de esta investigación. Al Dr. Francisco Javier Grijalva Noriega por su tiempo y sus acertadas correcciones. A la Universidad de Sonora y al personal docente de la carrera de geología, por sus consejos, por los días de clase y por las noches de campo, porque todos han aportado un granito de arena para mi formación. Además, se agradece al CONACyT porque a través del proyecto de investigación “Síntesis de nuevos nanovectores de fármacos antitumorales para cáncer hepático basados en nanopartículas tejido-específicas” se obtuvieron los recursos financieros necesarios para la realización de este trabajo de tesis.. A todos ustedes mi reconocimiento y gratitud.. VI.

(8) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. ÍNDICE ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS RESUMEN. 1. ABSTRACT. 2. Capítulo 1 | INTRODUCCIÓN. 3. 1.1 Objetivo General. 6. 1.2 Objetivos específicos. 6. 1.3 Justificación. 6. Capítulo 2 | ANTECEDENTES. 7. 2.1 Propiedades químicas y mineralogía del Arsénico. 7. 2.2 Concentración, distribución y movilidad del Arsénico. 10. 2.3 Toxicidad del Arsénico. 14. 2.4 Arsénico en el cuerpo húmano. 15. 2.4 Arsénico asociado a problemas neurológicos. 18. 2.5 Distribución de Arsénico en el mundo. 20. Capítulo 3 | ÁREA DE ESTUDIO. 24. 3.1 Generalidades. 26. 3.2 Trabajos previos. 27. VII.

(9) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Capítulo 4 | MATERIALES Y MÉTODOS. 28. 4.1 Análisis de la distribución de sedimentos de arroyo. 28. 4.2 Muestreo de agua. 30. 4.3 Preparación y análisis de las muestras de agua. 30. 4.4 Animales de experimentación-adaptación. 31. 4.5 Administración y dosificación. 31. 4.6 Exámenes realizados. 31. Capítulo 5 | RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 34. 5.1 Análisis de muestras de agua. 36. 5.2 Resultados de experimento con animales. 38. Capítulo 6 | CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 41. REFERENCIAS. 43. APÉNDICES. 50. A. Aminas cerebrales. 50. B. Síntesis del ATP. 50. C. Espectrofotómetro de emisión atómica con plasma inducidamente. 51. acoplado ICP-AES. ANEXOS. 52. VIII.

(10) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Ciclo del Arsénico. 11. Figura 2.2a Condiciones redox para varios sistemas acuáticos naturales. 12. Figura 2.2b Diagrama de equilibrio redox para As. 12. Figura 2.3. Metilación en el cuerpo humano. 17. Figura 2.4 Interferencia del Arsénico en la metilación. 17. Figura 2.5 Principales acuíferos contaminados por Arsénico. 21. Figura 2.6 Probabilidad de contaminación de aguas subterráneas en medios reductores. 21. Figura 2.7 Distribución de Arsénico en Latinoamérica. 23. Figura 3.1 Localización del área de estudio. 25. Figura 4.1a Mapa de distribución de Arsénico con todos los valores. 29. Figura 4.1b Mapa de distribución de Arsénico con valores altos. 29. Figura 4.2a Toma de muestra de agua. 33. Figura 4.2b Filtrado de las muestras de agua. 33. Figura 4.2c Preservación de las muestras por congelación. 33. Figura 4.2d Medición del peso corporal de un ratón. 33. Figura 5.1 Distribución de Arsénico en sedimentos en el estado de Sonora. 35. Figura 5.2 Arsénico en diferentes provincias de Argentina y Sonora. 36. Figura 5.3a Ratones con comportamiento normal. 40. Figura 5.3b Ratón presentando signo de escape. 40. Figura 5.3c, d, e Mordeduras y signos de agresividad en cola, orejas y lomo. 40. Figura 5.3f Herida provocada por signo de automutilación. 40. IX.

(11) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Principales minerales primarios de Arsénico. 8. Tabla 2.2 Principales minerales secundarios de Arsénico. 9. Tabla 2.3 Constituyente mayoritarios disueltos en el agua. 12. Tabla 2.4 Límites máximos permisibles para agua en algunos lugares del mundo. 15. Tabla 3.1 Coordenadas geográficas de muestreo de agua. 24. Tabla. 5.1 Resultados de Análisis químico de agua. 36. Tabla 5.2a Tabla comparativa de los resultados (Wyatt et al.). 37. Tabla 5.2b Tabla comparativa de los resultados (Meza-Montenegro et al.). 37. Tabla 5.3 Ganancia de peso corporal de los ratones semanalmente. 39. X.

(12) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. RESUMEN En este trabajo se utilizó un Sistema de Información Geográfica y una base de datos de sedimentos de arroyos para generar un mapa de Arsénico del estado de Sonora. Las concentraciones más altas se limitaron a la cuenca del Yaqui, que es la principal fuente de agua para el estado y para la zona agrícola más importante de México. La cuenca hidrográfica del Yaqui alberga algunos de los depósitos de cobre más importantes del mundo, que pueden considerarse parte de un gran cinturón de yacimientos minerales relacionados con la intrusión del norte de México y del suroeste de los Estados Unidos. El agua potable se ha considerado como la principal vía de exposición humana a los metales ambientales en zonas agrícolas de las regiones áridas. En este trabajo, se analizó el contenido de As en agua potable de tres pueblos indígenas ubicados en el Valle de Yaqui. El agua contiene bajos niveles de As en comparación con áreas como Bangladesh, Argentina y la Comarca Lagunera en México. Sin embargo, investigaciones anteriores muestran efectos negativos en la salud para dosis bajas y exposición crónica a As. Para evaluar los efectos sobre la salud, fueron expuestos ratones al agua potable con contenidos bajos, medios y “altos” (0.075, 0.012 and 0.006 mg/L), presentando para las concentraciones más altas alteraciones de conducta tales como pilo erección constante, signo de Straub y agresividad. Estos cambios conductuales son reflejo de la interacción de los animales con un agente neurotóxico. Los resultados de este trabajo muestran que la cuenca del Yaqui es una provincia de arsénico geológico que merece más investigación, principalmente porque casi el 50% de la población de Sonora vive en ciudades y pueblos que se encuentran dentro de esta provincia.. Palabras clave: Arsénico, Neurotoxicidad, Valle del Yaqui. 1.

(13) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. ABSTRACT In this work, a Geographic Information System and a database of stream sediments were used to generate an arsenic map of the state. The highest As contents were constrained to the Yaqui Basin which is the main source of water for the state and for the most important agricultural area in México. The hydrologic Yaqui basin hosts some of the most important copper-dominated deposits that can be considered part of a larger belt of intrusion-related ore deposits of northern Mexico and southwestern United States. Drinking water has been considered as the predominant pathway of human exposure to environmental metals in agricultural areas at arid regions. In this work, As-content of drinking water was analyzed from three indigenous towns located at the Yaqui agricultural Valley. Water contains low levels of As when compared to areas such as Bangladesh, Argentina and Comarca Lagunera in Mexico. However, previous research show negative health effects for low dose and chronic exposure to As. To evaluate the health effects, mice were exposed to drinking water with low, medium and “high” As contents ( 0.075, 0.012 and 0.006 mg/L, respectively). The mice presented behavioral changes, such as pilo erection, Straub sign and aggressiveness. Those alterations coming from the interaction of animals and a neurotoxic agent. The results from this work shows that the Yaqui basin is a geological arsenic province that deserves further research, mainly because nearly 50% of Sonoran population live in cities and towns that are located within this province. Keywords: Arsenic, Neurotoxicity, Yaqui Valley. . 2.

(14) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. )GV«Z[RU. L. INTRODUCCIÓN. a geolog geología es una ciencia que tiene un vínculo directo con las ciencias de la salud,. debido a que existen xist algunos elementos químicos, minerales, rocas, polvos y otros materiales geológicos, que pueden ser dañinos en menor o mayor medida para la salud de los organismos. Estos se encuentran naturalmente en el planeta, por lo que los seres vivos estamos en constante exposición a ellos. El reconocimiento de que existe una íntima relación entre el medio ambiente y la salud de los organismos ha llevado a la reciente creación de un nuevo campo la: Geología Médica. La geología médica se define como: Ciencia que estudia la relación entre la geología natural y los factores de riesgo a la salud en los seres humanos y animales, así como la comprensión de la distribución geográfica de dichos materiales y los problemas de salud (Selinus et al. 2013). Aunque el nombre de este campo puede ser nuevo, el impacto de los materiales geológicos en la salud humana ha perdurado durante miles de años. A través de estudios en esta disciplina, se ha reconocido cuales elementos son tóxicos y se han establecido normas de concentraciones máximas de consumo para algunos elementos dañinos, tal es el caso del Arsénico (As). El As es un elemento ubicuo en la naturaleza, donde se encuentra en cantidades traza en agua, suelo y aire. Debido a sus propiedades químicas es un elemento tóxico para los organismos, ya que la manera en que el organismo lo metaboliza, interfiere con algunos procesos bioquímicos a nivel celular provocando diferentes enfermedades, por lo que la Organización Mundial de la Salud (OMS) ha recomendado su consumo a menos 0.01 mg/L en agua (Hughes et al. 2002).. 3.

(15) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Cuando el As inorgánico es ingerido, se absorbe rápidamente en el torrente sanguíneo y es transportado a los órganos, donde se metaboliza a través de procesos de metilación para generar ácido metilarsónico (MMA) y ácido dimetilarsínico (DMA), finalmente cierto porcentaje es excretado por la orina (Thompson et al. 1993). La interferencia del As en la metilación, así como el consumo de antioxidantes para su metabolización, está relacionado con la aparición de enfermedades como cáncer, diabetes y problemas neurológicos (Zhao et al. 1997, Hughes et al. 2002, Wasserman et al. 2004, Chen et al. 2007). La formación de MMA y DMA en el cerebro durante una exposición, demostró que la metilación también se lleva a cabo en este órgano. El As atraviesa fácilmente la barrera hematoencefálica y se acumula en el cerebro, esto conduce a anomalías neuroconductuales (Gonsebatt et al. 2008). Diversos efectos neurotóxicos se han reportado en humanos (Gerr et al. 2000, Chen et al. 2009). Se determinó que los niveles de aminas cerebrales, como la dopamina y serotonina, se alteran debido a la acumulación de As en el cerebro (Tripathi et al. 1997). En este sentido, se sugiere que las interacciones disfuncionales entre los sistemas de serotonina y dopamina en la corteza prefrontal son un importante mecanismo que subyace a la relación entre la agresión impulsiva, caracterizada por la incapacidad de regular el afecto negativo y los impulsos de hacer daño a sí mismo o a otros (Seo et al. 2008). Se han llevado a cabo experimentos con animales, donde se observan alteraciones en su comportamiento normal debido a mayor exposición a As y otros contaminantes. En un estudio con peces (Neogobius melanostomus) se estableció que aquellos provenientes de un sitio más contaminado eran más agresivos que los de un sitio menos contaminado (Sopinka et al. 2010). La principal vía de exposición a As inorgánico es a través del consumo de agua. La presencia de distintos niveles de As inorgánico en el agua es reconocida en más de 70 países (Jean et al. 2010). Se ha documentado la presencia de provincias arsenicales como las descritas en Bangladesh, Argentina, Chile, India, México y Taiwán (Rosas et al. 1999, Bundschuh et al. 2008). Una provincia geológica arsenical es una zona del planeta que se caracteriza por contener niveles. 4.

(16) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. elevados de As en agua. suelo y sedimentos. En el estado de Sonora se reportaron cantidades altas de Arsénico en agua en Magdalena, Caborca, Etchojoa y Hermosillo (117, 67,51 y 205 mg/L, respectivamente)(Wyatt et al. 1998). Además, en el Valle del Yaqui se reportaron algunos casos que superan los límites permisibles por la OMS y la NOM-201-SSA1-2002 (Meza et al. 2004). El alto contenido de As en agua está controlado por parámetros como la fuente primaria, los procesos de movilización/adsorción y el transporte en solución de este elemento. Las principales fuentes de As son erupciones volcánicas, fuentes geotermales y rocas formadas durante procesos ígneos (Bissen y Frimmel 2003). El recorrido del agua a través de la superficie terrestre y el subsuelo genera la meteorización, desintegración y erosión de las rocas, las cuales podrían estar enriquecidas en este elemento. La interacción de estas rocas y el agua provocaría la concentración de As como especie disuelta (Smedley y Kinniburgh 2002). De esta manera, el agua se convierte en un agente de transporte y las condiciones redox, pH y Eh a las que se encuentre influyen en la especiación, movilización o la retención del As en sedimentos y suelos. En este estudio se realizó el análisis de las cartas geoquímicas de As en sedimentos editadas por el Servicio Geológico Mexicano y se utilizó un Sistema de Información Geográfica para el manejo e interpretación de los datos, con el propósito de entender la distribución del As en sedimentos en Sonora y establecer una provincia geológica arsenical. Sabemos que el agua tiene una firma geoquímica reflejo de la composición de las rocas y sedimentos, con las que se encuentra en contacto. Particularmente, las concentraciones de As en el Valle del Yaqui no son tan elevadas como en otros lugares del mundo, sin embargo, la exposición a concentraciones bajas de este elemento por un periodo de tiempo largo ha provocado en los residentes del Valle del Yaqui efectos negativos en la salud.(Meza et al. 2004, Meza et al. 2005) Por lo anterior surge el interés de evaluar los efectos tóxicos tempranos que la ingesta de agua con diferentes concentraciones de As pudiera provocar. En la mayoría de los estudios de toxicidad de As, se preparan soluciones de agua enriquecida con este elemento para evaluar su efecto. En el presente trabajo de tesis se utilizará agua proveniente de distintas zonas del Valle. 5.

(17) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. del Yaqui, con concentraciones de As naturales, extraídas directamente de pozo y que se emplea para consumo humano y animal. El agua se utilizará para evaluar los efectos tóxicos tempranos producidos por una exposición crónica a As en un modelo murino, el cual consiste en el uso de cepas de ratones para estudiar una afección humana. Objetivo General ·. Establecer una provincia geológica arsenical en el estado de Sonora y evaluar los efectos neurotóxicos tempranos de As en aguas naturales de una región a través de un modelo murino.. Objetivos específicos ·. Identificar la posible existencia de una asociación geográfica entre la ocurrencia de valores altos de As en sedimentos y áreas específicas del estado de Sonora.. ·. Colectar agua de consumo humano en zonas de baja, media y alta exposición de As.. ·. Analizar los niveles de As en agua de 3 localidades, para detectar zonas de vulnerabilidad.. ·. Determinar posibles alteraciones conductuales producto de daño neurológico, en una etapa temprana de exposición a As, a través de un modelo murino.. Justificación El Arsénico es un elemento extremadamente tóxico para el organismo, por lo que es de suma importancia conocer su distribución y dinámica en el estado de Sonora. Reconocemos que es fundamental dedicar atención preferente a los riesgos a la salud. Para eso es necesario hacer una evaluación y establecer cuales zonas representan mayor peligro, para después tomar las medidas de prevención necesarias y la reducción sistemática de sus causas. El uso de modelos animales tiene algunas ventajas, entre las cuales se destacan que las condiciones de exposición pueden ser bien controladas. En este sentido, es posible identificar y aislar las que tienen un impacto directo en el desarrollo del problema neurológico. Es con este tipo de estudios donde se puede contribuir a un mejor entendimiento de cómo actúa el As en un organismo vivo.. 6.

(18) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. )GV«Z[RU. E. ANTECEDENTES . l Arséni Arsénico (As) es un elemento que se conoce desde la antigüedad, es. extremadamente tóxico, por lo que se usa como plaguicida e insecticida. En la edad media su efecto lo popularizó como “el veneno perfecto” ya que es incoloro, inodoro e insípido y era difícil detectarlo en el cuerpo humano, relacionándose con muchos asesinatos llevados a cabo en esa época, incluyendo la muerte de Napoleón Bonaparte y el caso del Rey George III, entre otros. Para comprender las consecuencias o los efectos de la ingesta de este elemento y además entender su comportamiento en el medio ambiente y así evitar la exposición a este contaminante, es necesario entender sus propiedades y características más elementales.. . 2.1 Propiedades químicas y mineralogía del Arsénico El As es clasificado como un metaloide, se encuentra en el grupo VA de la tabla periódica, con número atómico 33 y masa atómica de 74.92 gr/mol. El As elemental es un sólido, color gris metálico, de tendencia calcófila, generalmente se encuentra formando enlaces químicos covalentes con otros elementos. En la naturaleza se encuentra en compuestos orgánico o inorgánicos. Los compuestos orgánicos se forman cuando el As interacciona con H y C. Estos compuestos aparecen el ambiente en presencia de algunos organismos que metabolizan el As inorgánico y generalmente se encuentra en pocas cantidades. Los compuestos que se forman cuando el As se enlaza con O, Fe, S se denominan inorgánicos (O'Day P.A. 2006). Los estados de oxidación más comunes del As inorgánico son: +V (arsenato), +III (arsenito), 0 (As), y –III (arsina) (Watts y Teel 2003). Las principales fuentes de As inorgánico son las. 7.

(19) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. erupciones volcánicas o yacimientos minerales asociados a otros procesos ígneos; donde se encuentra como componente en los minerales que conforman las rocas (O'Day P.A. 2006). Se conocen alrededor de 300 especies minerales de As, de éstos alrededor del 60% son arseniatos, 20% son sulfuros y sulfosales, 10% son óxidos y el resto son arsenitos, arseniuros, elementos nativos y aleaciones metálicas (Bowell y Parshley 2001). Los minerales de As formados directamente al momento de cristalización de una roca ígnea se denominan primarios y los principales pueden observarse en la tabla 2.1:. MINERAL. FÓRMULA. SISTEMA. Arsenopirita. FeAsS. Monoclínico. Cobaltita. CoAsS. Ortorrómbico. Enargita. Cu3AsS4. Ortorrómbico. Gersdorffita. NiAsS. Cúbico. Löllingita. FeAs2. Ortorrómbico. Oropimente. As2S3. Monoclínico. Rejalgar. AsS. Monoclínico. Tennantita. (Cu, Ag, Fe, Zn)12As4S13. Isométrico. Tabla 2.1 Principales minerales primarios de Arsénico. Modificado de Gerr et al. (2000). La exposición de los minerales primarios a la atmósfera y a las aguas superficiales o subterráneas, promueve reacciones de alteración que causan la formación de minerales secundarios, tales como óxidos y arseniatos de Fe (Tabla 2.2 ) (Drahota y Filippi 2009). Además, la disolución, desgaste y erosión de las rocas fomenta su concentración en agua y sedimentos, donde es movilizado por agentes geológicos (Bissen y Frimmel 2003). En esta manera su concentración y redistribución depende de las condiciones medioambientales (Gulens et al. 1979).. 8.

(20) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. GRUPO Óxidos. Arseniatos de Fe. Sulfoarsenatos de Fe Sulfoarsenitos. Arseniatos de Ca y Mn. Otros Arseniatos. MINERAL. FÓRMULA. SISTEMA. Arsenolita Claudetita Arsenosiderita Kaatialaita Kolfanita Parasimplesita Farmacosiderita Escorodita Simplesita Yukonita Beudantita Bukovskyita Sarmientita Zykaíta Haidingerita Hornesita Farmacolita Picrofarmacolita Weilita Adamita Annabergita Austinita Bayldonita Clinoclasa Conicalcita Cornubita Duftita Eritrina Eucroita Fornacita Köttigita Legrandita Mansfielfita Mimetita Olivenita. As2O3 As2O3. Cúbico Monoclínico Monoclínico Monoclínico Monoclínico Monoclínico Cúbico Ortorrómbico Triclínico Amorfo Hexagonal Triclínico Monoclínico Ortorrómbico Ortorrómbico Monoclínico Monoclínico Triclínico Triclínico Ortorrómbico Monoclínico Ortorrómbico Triclínico Monoclínico Ortorrómbico Triclínico Ortorrómbico Monoclínico Ortorrómbico Monoclínico Monoclínico Monoclínico Ortorrómbico Hexagonal Monoclínico. Ca2Fe3O2(ASO4)3·3H2O Fe (H2AsO4)3·5(H2O) Ca2Fe3O2(AsO4)3·2H2O Fe3(AsO4)2·8H2O K[Fe4(OH)4(AsO4)3]·6,5H2O FeAsO4·2H2O Fe3(AsO4)2·8H2O Ca7Fe12(AsO4 )10(OH)20·15H2O PbFe3(AsO4)(SO4)(OH)6 Fe2(AsO4)(SO4)(OH)·7H2O Fe2(AsO4)(SO4)(OH)·5H2O Fe4(AsO4)3(SO4)(OH)·15H2O Ca(AsO3OH)·H2O Mg3(AsO4)2·8H2O Ca(HAsO4)·2H2O Ca4Mg(AsO4)2(HAsO3OH)2·11H2O CaHAsO4 Zn2(AsO4)(OH). Ni3(AsO4)2·8H2O Zn2(AsO4)(OH) PbCu3(AsO4)2(OH)2 Cu3(AsO4)(OH)3 CaCu(AsO4)(OH) Cu5(AsO4)2(OH)4 PbCu(AsO4)(OH) Co3(AsO4)2 ·8H2O Cu2(AsO4)(OH)·3(H2O) Pb2Cu(AsO4 )(CrO4)(OH) Zn3(AsO4)2·8H2O Zn2(AsO4)(OH)·H2O AlAsO4·2H2O Pb5(AsO4)3Cl Cu2(AsO4)(OH). Tabla 2.2 Principales minerales secundarios de Arsénico. Modificado de Gerr et al. (2000). 9.

(21) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. 2.2 Concentración, movilidad y distribución del Arsénico El As se encuentra ampliamente distribuido sobre la corteza terrestre, no obstante, por razones naturales o humanas que influyen en la movilidad del As, en algunos lugares del mundo existe una concentración mayor al promedio establecido. En general, la cantidad total estimada de As en la corteza terrestre es de 0.01 mg/kg (Bissen y Frimmel 2003) y en aguas dulces de 0.1 – 2.0 µg/L en. ríos y de <10 µg/L para aguas. subterráneas (Watts y Teel 2003). La concentración de As en ríos y otras masas de agua, depende de la interacción agua-roca, considerando principalmente la composición geológica de la superficie de recarga. Además, el agua es un recurso que está en constante movimiento, recorre la superficie terrestre o se infiltra al subsuelo, donde atraviesa rocas y otros materiales geológicos, enriqueciéndose en estos (Figura 2.1) (Smedley y Kinniburgh 2002). En un sistema acuático natural donde los compuestos inorgánicos de As pueden presentarse como especie disuelta en sedimentos y agua, existe en dos estados de oxidación: As+3 y As+5. Parámetros ambientales como las condiciones de potencial redox (Eh) y potencial de Hidrógeno (pH) predominantes, determinan el estado de oxidación en la que se encuentre el As. (Braman y Foreback 1973, Matisoff et al. 1982, Robertson F.N. 1986). En un ambiente acuático aeróbico (Eh alto), la especie predominante será As+5 en cambio en un ambiente con bajo Eh, la especie predominante será As+3 (Figura 2.2). Además, el estado de valencia en que se encuentre el As está relacionado directamente con su toxicidad, siendo el As+3 más tóxico que As+5 (Sciences N.A. 1977), otros parámetros que influyen en su toxicidad se verán en el apartado 2.3. Por otro lado, la movilidad del As depende de su especie, siendo el As+3 más móvil que el As+5. En ese sentido, se afirma que los factores ambientales como el pH y Eh influyen en la movilidad del As (Bissen y Frimmel 2003). De esta manera, cualquier soluto, gas disuelto o fase sólida, que tienda a alterar las condiciones redox de la fase acuosa donde se encuentre el As, influenciará fuertemente en la adsorción o desorción del As disuelto.. 10.

(22) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Figura 2.1 Ciclo del Arsénico: las flechas rojas indican la dirección de transporte del As, las flechas azules representan el ciclo del agua.. 11.

(23) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Figura 2.2 a) Condiciones redox para varios sistemas acuáticos naturales, b) Diagrama de equilibrio redox para As. Los campos en verde representan las especies reducidas que son más móviles y éstas se encuentran en ambientes aislados de la atmosfera como aguas subterráneas. Modificado de Bissen y Frimmel (2003).. La mayoría de las sustancias disueltas en las aguas subterráneas se encuentran en estado iónico,. aunque también se pueden encontrar como sustancias neutras. A pesar de la gran variabilidad de los elementos presentes en el agua, existen algunos iones que normalmente siempre están presentes en aguas naturales y su suma representa casi la totalidad de los iones disueltos. Éstos reciben el nombre de iones fundamentales y pueden observarse en la tabla 2.3. ANIONES. CATIONES. Clururos Cl-. Sodio Na+. Sulfatos SO4-2. Calcio Ca+2. Bicarbonato CO3H-. Magnesio Mg+2. carbonato (CO3-2). Potasio (K+). nitrato (NO-3). Fierro (Fe+2).. Tabla 2.3 Constituyentes mayoritarios disueltos en el agua.. 12.

(24) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. El resto de iones y sustancias disueltas se encuentran por lo general en cantidades más pequeñas que las anteriores y se denominan iones menores (Drever J.I. 1988). En condiciones oxidantes generalmente sobre la superficie, el Fe+2 es oxidado a Fe+3 y el Mg+2 es oxidado a Mg+3, en este caso precipitan y disminuyen las concentraciones naturales en el agua al adsorber el As (Robertson F. N. 1989). La adsorción consiste en la retención de As por la superficie de otro material sin estar dentro de su estructura y promueve la presencia de As en sedimentos. Cuando el pH de un ambiente oxidante se eleva, provoca la desorción de As. Este es el mecanismo más efectivo para la movilización de As en superficie. Además, en esta desorción se liberan vanadatos, fosfatos, uranilos y molibdatos, etc. (Drever J.I.1988). En los ríos, es común que se presente una rápida acumulación de los sedimentos. Éstos pueden incluir materia orgánica acumulada y su descomposición consume todo el O2 disuelto, NO3 y SO4; creando así las condiciones reductoras. Mientras se presentan estos fenómenos, la reducción de As+5 a As+3, es la primera reacción que ocurre. El cambio en las condiciones redox promueve la desorción y disolución del As (Drever J.I.1988). Estas condiciones reductoras donde el As es más móvil se presentan generalmente en lugares aislados de la atmosfera, donde la cantidad de oxigeno es menor, por ejemplo, en los acuíferos. En general, existe una mayor abundancia de As en aguas subterráneas que en aguas superficiales, debido a la mayor interacción con las rocas, a tiempos de residencia más prolongados y a las condiciones oxidantes presentes en muchos ambientes superficiales (Smedley y Kinniburgh 2002, Akter et al. 2005). Los acuíferos son grandes reservorios de agua y una de las principales fuentes de agua potable en el mundo, por lo que la mayor concentración y disolución de este elemento en aguas subterráneas representa un problema de salud pública. Además, en estas condiciones predomina en su especie inorgánica reducida (As+3) que es la más tóxica. La sobreexplotación de acuíferos para consumo humano promueve su abatimiento, forzando a obtener agua cada vez de zonas más profundas, donde las condiciones favorecen con mayor intensidad la desorción de As.. 13.

(25) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. 2.3 Toxicidad del Arsénico El As es abundante en la corteza terrestre y como se mencionó antes puede ser liberado al agua subterránea bajo ciertas condiciones. Es un elemento altamente tóxico y fue clasificado como carcinógeno humano clase I, por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) por su asociación con un aumento en el riesgo de cáncer de piel y otros órganos. La exposición al As también ha sido relacionada con un mayor riesgo de diabetes, enfermedad cardiovascular, resultados adversos del embarazo, y problemas neurológicos como la disminución de la función intelectual de los niños (Chen et al. 2007, Wasserman et al. 2007). La toxicidad del As depende de factores como su especie, estructura y solubilidad. Por ejemplo, el As inorgánico es más toxico que el orgánico, y a su vez el trivalente es más tóxico que el pentavalente. El grado de toxicidad de las diferentes especies de As de mayor a menor es: (council N.R. 1999). - Arsina (H3As) Más tóxico. - As+3 inorgánico (arsenito) - As+ 3 orgánico - As+5 inorgánico (arsenato) - As+5 orgánico - As elemental En los organismos, el As+3 y el As+5 actúan de manera diferente. La toxicidad del Arsenito As+3 se debe a su unión a los grupos sulfhídrilo de las proteínas y pueden desactivar un gran variedad de enzimas (Scott et al. 1993). En cambio, el arsenato As+5 actúa como análogo tóxico del fosfato, para actividades de transporte y de fosforación enzimática, lo que impide la síntesis del ATP (APENDICE B) (Schoolmeester and White 1980). La intoxicación por As es aguda cuando se expone a altas concentraciones de éste por un periodo de tiempo corto. Los síntomas inmediatos incluyen vómitos, dolor abdominal, diarrea, entumecimiento y hormigueo de extremidades y en casos extremos la muerte (council N.R. 1999).. 14.

(26) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. La intoxicación es crónica cuando la ingesta ocurre en dosis pequeñas y por un periodo de tiempo largo. En este caso los primeros síntomas se observan generalmente en la piel e incluyen hiperpigmentación y queratosis, principalmente en las palmas de las manos y la planta de los pies, desórdenes en el sistema nervioso, así como distintitos tipos de cáncer (council N.R. 1999, Hughes M.F 2002). Debido a los efectos que conlleva la exposición a As, ya sea aguda o crónica, la contaminación por este elemento en aguas y suelos es un problema muy extendido; varias regiones presentan niveles importantes de consumo en agua contaminada. Sin embargo, las autoridades de varios países, así como organizaciones encargadas del estudio de la salud humana, han establecido límites permisibles de concentración de As en agua de bebida. Los valores máximos permitidos en agua de consumo humano en varios países se presentan en la tabla 2.4.. Argentina. Límite máximo permisible para agua de consumo humano (mg/L) 0.05. Brasil. 0.01. Cánada. 0.025. México. 0.025. Chile. 0.01. Perú. 0.05. World Health Organization (WHO). 0.01. Alemania. 0.01. Estados Unidos de América. 0.01. India. 0.05. China. 0.05. Taiwán. 0.025. País/Organización. Tabla 2.4 Límites máximos permisibles para agua en algunos lugares del. mundo. Modificado de Bundschuh et al. (2008).. 2.4 Arsénico en el cuerpo humano El As puede entrar al cuerpo humano a través de diferentes rutas. Por vía oral a través del agua y de los alimentos, humos y polvos representan partículas muy finas que pueden entrar vía respiratoria, así como vía cutánea, cuando está en contacto con la piel (W.H.O. 1981).. 15.

(27) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Cuando el As inorgánico es ingerido, se absorbe rápidamente en el torrente sanguíneo y es transportado al hígado y otros órganos, donde es metabolizado para generar ácido metilarsónico (MMA) y ácido dimetilarsínico (DMA) (Aposhian H.V. 1997), de esta manera, un gran porcentaje de As es excretado a través de la orina, no obstante, otra cantidad se almacena en tejidos del pulmón, hígado, riñón, cerebro, las uñas y el cabello (Chiou et al. 1995). La metabolización del As en el organismo interfiere con algunas reacciones bioquímicas que ocurren en el cuerpo humano, una de ellas es la metilación y el consumo de antioxidantes. Conocer el papel que desarrolla el As durante este proceso es un factor determinante para entender su toxicidad. La metilación consiste en un proceso químico en el cual se añaden moléculas de metilo (CH3) a las bases nitrogenadas del ADN (citosina). Las uniones de estas pequeñas moléculas de metilo actúan como un interruptor de genes, ya que “apagan”, la expresión de un determinado gen, inhibiendo la formación de proteínas. Puesto que las proteínas que se forman a partir de éstos son las que determinan la estructura y función concreta de cada célula, podemos decir que la metilación controla el correcto funcionamiento celular. Cuando este mecanismo actúa incorrectamente se produce el caos, por ejemplo, si se metilan los genes encargados de la supresión de diversos tumores, estos dejarían de actuar y se produciría un tumor canceroso (Jones P.A. 2012). El As inorgánico es metabolizado por un proceso secuencial que implica la reducción de As pentavalente (As+5) a As trivalente (As+3), seguido de la metilación oxidativa de As orgánico pentavalente (MMA, DMA) (pérdida de dos electrones) (Cullen et al. 1984, Thomas et al. 2001). La reducción de As+5 a As+3 ocurre por la ganancia de dos electrones donados principalmente por el antioxidante glutatión (GSH). Además, su fase de conversión inorgánicoorgánico ocurre por el consumo continuo de la molécula S-adenosil-metionina (SAM) (Zhao et al. 1997, Sciandrello et al. 2004). SAM es un constituyente esencial para la correcta metilación del ADN al ser el donador de moléculas de metilo (CH3), que son responsables de la regulación de la expresión génica (Detich et al. 2003). En ese sentido, el As puede afectar a la expresión de genes supresores de tumor, por interferir con los patrones de metilación del ADN (Zhao et al. 1997). Sin embargo, no se conocen con exactitud los procesos involucrados.. 16.

(28) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. SAM. Figura 2.3 Metilación en el cuerpo humano.. Figura 2.4 Interferencia del Arsénico en la metilación.. 17.

(29) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Varios factores pueden influir en la capacidad de metilación del As, entre ellos la dosis, tiempo de exposición, alimentación y genética (Vahter y Marafante 1987). Anteriormente se definía a la metilación del As, como un mecanismo de desintoxicación producido por el organismo, debido a que el producto final (MMA) al ser orgánico es menos tóxico que sus especies inorgánicas. Sin embargo, sumado a la interferencia en la metilación y otros procesos bioquímicos, se descubrió que un derivado de MMA es más tóxico que el As trivalente (Cullen et al. 1989, Petrick et al. 2000). por lo que se plantea que la metilación realmente no es un proceso de desintoxicación (Petrick et al. 2000). 2.5 El Arsénico y su relación con enfermedades neurodegenerativas Aparte de los efectos cancerígenos mencionados, se han hecho estudios donde se afirma que existen consecuencias neurológicas negativas de la exposición aguda y crónica en adultos (Jiménez-Capdeville y Giordano 2003). Algunos informes médicos e industriales documentan impactos adversos en adultos sobre varias funciones cognitivas como la memoria, aprendizaje y concentración, así como neuropatías periféricas y centrales (Schoolmeester y White 1980, BollaWilson y Bleecker 1987). La formación de metabolitos de As (MMA y DMA) en el cerebro durante una exposición, demostró que la metilación también se lleva a cabo en el cerebro. El As atraviesa fácilmente la barrera hematoencefálica y se acumula en el cerebro, este mecanismo conduce a alteraciones en los procesos neuroconductuales (Gonsebatt et al. 2008). La mayoría de los efectos adversos de As se desarrollan por la inhibición de enzimas importantes como el GSH, es importante mencionar que GSH tiene funciones específicas dentro del sistema nervioso.. Los niveles de dopamina, norepinefrina y serotonina se alteran después de la. exposición a As. (Tripathi et al. 1997) . De esta manera, los procesos bioquímicos normales de interacción entre los sistemas de serotonina y dopamina en la corteza prefrontal son perturbados, debido a la acumulación de As en el cerebro. Esta alteración es un importante mecanismo, asociado al proceso de toma de decisiones, que conlleva a un comportamiento agresivo. (Seo et al. 2008). 18.

(30) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Los efectos neurológicos de As pueden desarrollarse dentro de unas pocas horas después de la ingestión, pero por lo general se ve en 2-8 semanas después de la exposición (Wasserman et al. 2006). Se encontró una asociación negativa entre la habilidad verbal y la memoria a largo plazo con la ingesta de Pb y As en niños que vivían cerca de una fundidora de estos elementos en México (Calderon et al. 2001). En el 2004 se realizó un estudio transversal en 201 niños de alrededor de 10 años, donde se midió la capacidad intelectual a través de exámenes que son aplicados para evaluar la Escala de Inteligencia en niños. Se determinó la fuente primaria de suministro de agua y se midieron las concentraciones de As excretadas en la orina. Finalmente, se asoció la exposición a As en agua con una reducción de la función intelectual, pues los niños expuestos a niveles de As en agua obtuvieron puntuaciones significativamente menores (Wasserman et al. 2004).. En el 2007 se realizó un estudio similar en 301 niños de seis años donde se correlacionaron los resultados de los mismos exámenes, con la exposición a As y los resultados fueron muy parecidos a los del estudio en niños de 10 años. Sin embargo, para los niños de 6 años de edad la magnitud de la asociación entre el agua con As y la función intelectual es más débil, y la relación dosis-respuesta es menos estable. Dichos hallazgos podrían indicar que los niños más pequeños que han estado expuestos durante un periodo de tiempo menor podrían manifestar consecuencias menos adversas que las que se observan en los niños mayores, donde la exposición ha durado mayor tiempo (Wasserman et al. 2007).. Otros estudios se relacionan con cambios y alteraciones en el comportamiento normal de los organismos. Por ejemplo, en el 2010 se realizó un estudio con peces (Neogobius melanostomus) donde se seleccionó un grupo procedente de sitios altamente contaminados con As y otros elementos, y otro grupo de sitios menos contaminados en el lago Ontario. Los peces se sometieron a un concurso de recursos (alimento y espacio) para determinar el efecto de estos contaminantes en la agresión y el establecimiento de jerarquías de dominio, que a su vez influyen en el acceso a las oportunidades de alimento, refugio y apareamiento. Se estableció que los peces provenientes de un sitio más contaminado eran más agresivos que los provenientes de un sitio limpio (Sopinka et al. 2010).. 19.

(31) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Además, daños neurológicos como la alteración en el sentido del olfato (Sloman K.A 2007) o disfunción neurológica (Smith et al. 1995, Weis et al. 2001) podrían alterar el proceso de toma de decisiones, tales como cuando se inicia la agresión al enfrentar a un competidor. En un estudio en niños se analizó la posible asociación entre la exposición al arsénico y el comportamiento, donde se encontró que aquellos que consumían cantidades mayores de As presentaban mayor comportamiento de oposición y problemas cognitivos (Roy et al. 2011). Estos datos sugieren una potencial asociación adversa entre el As y el comportamiento de los niños e indican la necesidad de estudiar más a fondo los efectos de arsénico en el comportamiento. 2.6 Distribución de Arsénico en el mundo La contaminación de aguas y suelos por As es un problema muy extendido a nivel global. En Bangladesh existe una concentración de 10-1300 mg/L, millones de habitantes están bebiendo agua contaminada lo que ha provocado múltiples enfermedades asociadas a este elemento. La crisis del arsénico en Bangladesh ha sido calificada por la OMS como el mayor envenenamiento en la historia, comparándose en magnitud con otros desastres como el accidente nuclear en Chernóbil, Ucrania (Smith et al. 2000). Además, se han encontrado altas concentraciones en Taiwán, India, y algunos lugares de Latinoamérica y cada año se descubren provincias geológicas arsenicales en nuevos países o regiones. Hoy en día la contaminación de agua subterránea se conoce como un problema global. En la Figura 2.6 puede verse un mapa de distribución de As en acuíferos del mundo. En la figura 2.7 se muestra la probabilidad de contaminación de aguas subterráneas, basándose en las condiciones geológicas/geoquímicas predominantes como la disponibilidad de fuente de As y condiciones hidrogeoquímicas favorables para la movilización en las aguas subterráneas (Bundschuh et al. 2017). .. 20.

(32) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Figura 2.5 Principales acuíferos contaminados por Arsénico.. Figura 2.6 Probabilidad de contaminación de aguas subterráneas por As para medios reductores (aguas subterráneas).. 21.

(33) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. En Latinoamérica se han establecido Provincias arsenicales en base a las altas concentraciones encontradas de este elemento. La presencia de As en acuíferos y aguas superficiales, ha sido bien documentada en lugares como Argentina, Chile, Perú y México como se aprecia en la Figura 2.7.(Grinspan y Biagini 1984, Smith et al. 1998, Rosas et al. 1999, Pérez-Carrera y FernándezCirelli 2005) El As natural en aguas superficiales y subterráneas de Latinoamérica está asociado a volcanismo cuaternario asociado a flujos de lava, fumarolas, fuentes hidrotermales y fenómenos geotérmicos relacionados con el volcanismo del “Anillo de fuego del pacifico" (de Esparza M.C. 2008). En México se han encontrado fuentes de agua con concentraciones elevadas de As (Bundschuh et al. 2008). Éste elemento está presente en rocas volcánicas asociadas a los depósitos geotérmicos del Eje Neovolcánico Transmexicano, donde los suelos ricos en este metaloide, contaminan el agua superficial y subterránea (Birkle y Bundschuh 2008).. En seis regiones de la comarca Lagunera situadas en la parte central del norte de México, se detectó exposición crónica a As a través del agua potable y se estimó que alrededor de 200.000 habitantes estuvieron en riesgo de intoxicación durante 1963-1983 (Cebrian et al. 1983). Aquí, el agua no solamente era utilizada para consumo humano, sino también para actividades agrícolas. Lo que desarrolla un proceso que contamina las plantas cultivadas y la leche de las vacas (Rosas et al. 1999).. En 1998 se realizó un estudio en el estado de Sonora donde se reportaron altos valores de concentración de As en el agua potable de Magdalena (117 mg/L) , Caborca (67 mg/L), Etchojoa (51 mg/L) y Hermosillo (305 mg / L) (Wyatt et al. 1998). En el Valle del Yaqui se detectaron zonas donde el agua contenía concentraciones de As que se acercaban mucho a la NOM-201SSA1-2002 y que superaban a las de la US-EPA (Meza et al. 2004).. Debido a las altas concentraciones de As reportadas en algunos lugares del estado de Sonora y aunado a la toxicidad que representan, en muchos estudios se plantea la necesidad de estudiar su distribución y concentración, así como sus efectos a mediano y largo plazo.. 22.

(34) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Figura 2.7 Distribución de Arsénico en Latinoamérica. Modificado de Bundschuh et al (2008).23.

(35) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. )GV«Z[RU. E. ÁREA DE ESTUDIO. l área dde estudio se seleccionó después del análisis de la distribución de As en. di nt del estado stad de Sonora. Se eligió el Valle del Yaqui, pues esta región comprende el sedimentos delta formado por el río Yaqui que se ubica en la provincia hidrogeológica de la Sierra madre Occidental y drena la cuenca hidrológica del mismo nombre en una superficie de 69,590 km2. Este río es el principal vehículo de transporte de material sedimentario, cuya principal fuente. proviene de las rocas de la parte norte que rodean la enorme cuenca y rellena con sus depósitos aluviales los cauces que se han prolongado hasta la costa. (Monreal et al. 2003). Por lo que se le atribuye el transporte de material sedimentario enriquecido en As que posteriormente desemboca en la planicie deltaica del Valle del Yaqui. El rio Yaqui es el más grande del estado de Sonora, en términos de extensión y de los recursos hídricos que proporciona. Sus afluentes principales son los ríos Moctezuma y Tecoripa por margen derecha y los ríos Sahuaripa, Bacanora y Chico por la margen izquierda. El área de estudio se localiza al sur del estado de Sonora (Figura 3.1) y dentro de esta se incluyen las poblaciones de Vícam, Cócorit y Pótam (tabla 3.1).. Área de muestreo. Coordenadas. Pótam. 557962 mE. 3056224 mN. Vícam. 559436 mE. 3057514 mN. Cócorit. 602536 mE. 3050886 mN. Tabla 3.1 Coordenadas geográficas del área de estudio. 24.

(36) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Tabla 3.1 Coordenadas geográficas de muestreo de agua. Figura 3.1 Localización del área de estudio. 25.

(37) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. 3.1 Generalidades El acuífero del Valle del Yaqui designado con la clave 2060 por la CONAGUA cubre un área aproximada de 6595 Km2, se encuentra dentro de la en la subprovicia fisiográfica denominada Los Deltas de la Provincia Fisiográfica de las Sierras Sepultadas. Este se alimenta principalmente por las infiltraciones del río Yaqui, de los canales y del agua de riego en suelos agrícolas, la temperatura media anual es de 20.03º C (CONAGUA, 2015). La geomorfología del área se encuentra influida por la forma y disposición del delta del rio Yaqui y por formaciones de origen volcánico que predominan dentro de la región del Valle del Yaqui, resultado de la actividad volcánica del Oligoceno al Plioceno y Pleistoceno (CONAGUA, 2015). Geológicamente la sucesión terciaria de esta área comprende rocas pertenecientes a las secuencias riolíticas contemporáneas al Supergrupo Volcánico Superior de la Sierra Madre Occidental, que se presentan como afloramientos aislados formando cerros de laderas escarpadas. Litológicamente están conformadas por tobas rioliticas, riodacíticas, riolita, riodacita, ignimbritas, con algunas intercalaciones de brecha volcánica, toba lítica y obsidiana. Esta unidad cubre discordantemente a las andesitas del Grupo Volcánico Inferior (CONAGUA, 2015). En el sistema acuífero existen cuatro tipos de familias de aguas, las cuales son de menor a mayor presencia Sódicas-Sulfatadas (Na-SO4), Sódicas-Bicarbonatadas (Na-HCO3), MagnésicasCloruradas (Mg-Cl) y Cálcicas-Cloruradas (Ca-Cl). El Ph varía entre 4.5 y 8.7, pero la mayor parte de la zona cuenta con valores superiores a siete (CONAGUA, 2015). En las poblaciones seleccionadas del Valle del Yaqui el agua subterránea es una fuente importante de abastecimiento público de agua potable. De acuerdo al Censo de Población y Vivienda realizado en 2010 por el Instituto Nacional de Estadística y Geografía, la población total de Vícam es de 9,364 habitantes, de los cuales 4,677 son hombres y 4,687 son mujeres; La población total de Cócorit es de 7953 personas, de cuales 3987 son hombres y 3966 mujeres; finalmente, la población total de Pótam es de 6,417 habitantes, de los cuales 3,333 son hombres y 3,084 son mujeres.. 26.

(38) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. 3.2 Trabajos previos En estudios en agua de consumo, se han encontrado concentraciones superiores a la NOM-201SSA1-2002 y se determinó que hay diferencias en cuanto a la metabolización del As determinadas por distintas proporciones en los metabolitos de este elemento en orina de algunos grupos indígenas, relacionadas a diferencias genéticas entre los pobladores (Meza et al. 2004). Se han hecho esfuerzos por entender el papel de los genes en el control del metabolismo del As y la toxicidad, buscando haplotipos asociados con el metabolismo. Por ejemplo, en personas procedentes del Valle del Yaqui, se encontraron tres polimorfismos de nucleótido único en AS3MT que están en desequilibrio de ligamiento (LD) y asociados con un fenotipo de metilación alterado por As (Meza et al. 2005). Además, un clúster de LD en el cromosoma, cerca de la AS3MT locus indica que varios genes estarían actuando para modificar el fenotipo de la metilación del As o para alterar la susceptibilidad (Gomez-Rubio et al. 2010). Estas alteraciones entre los polimorfismos de varios genes que codifican miembros de la transferasa GSH (GST) y metabolitos de As en orina, indican riesgo de inducción a cáncer (Lin et al. 2007, McCarty et al. 2007, Paiva et al. 2010). Otros trabajos realizados en el Valle del Yaqui corresponden al uso de plaguicidas y pesticidas, pues su incorporación al suelo a través de los años ha provocado la acumulación de As y otros elementos tóxicos a nivel local. En el 2013 se reportó por primera vez la presencia de As, Pb y otros residuos de pesticidas, en niños que vivían en zonas agrícolas en el Valle del Yaqui. Los contaminantes provenían de pesticidas antiguos históricamente acumulados en la zona, de los cuales incluso algunos compuestos ya habían sido prohibidos (Meza-Montenegro et al. 2013). Además, en un estudio realizado en el Valle del Yaqui, niños que vivían en un lugar muy contaminado con As y otros materiales comparado con otros que vivían en lugares menos contaminados, se encontró que los menos expuestos tenían más habilidades como mejor coordinación ojo-mano y memoria de corto plazo (30 minutos) y mayor resistencia física (Guillete et al. 1998).En general, estos estudios indican la aparición de efectos negativos y riesgo a enfermedades graves en pobladores del Valle del Yaqui, producto de la exposición crónica a As en bajas concentraciones. Lo que representa un problema de salud pública cuyo origen vale la pena estudiar.. 27.

(39) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. )GV®Z[RU. U. MATERIALES Y MÉTODOS. vez estudiados los elementos ilustrados en los capítulos 1 y 2, se tiene lo na ve. necesario una evaluación de la distribución de sedimentos, así como de un análisis ri para realizar li. preliminar de los efectos tóxicos, causados por As en agua de bebida. A continuación, se presenta la metodología de experimentación: 4.1 Análisis de distribución de sedimentos de arroyo I.. Se realizó un análisis cuidadoso de las cartas geoquímicas editadas por el Servicio Geológico Mexicano, utilizado todas las que cubren el estado de Sonora y enfocándonos solamente en el As. (S.G.M. 1997, S.G.M. 1999, S.G.M. 1999, S.G.M. 2000, S.G.M. 2000, S.G.M. 2002, S.G.M. 2002, S.G.M. 2002, S.G.M. 2002, S.G.M. 2003).. II.. Los datos fueron integrados a través de un Sistema de Información Geográfica (ArcGIS 10.1) donde se digitalizaron en diferentes capas. De esta manera, se agruparon en concentraciones de: < 25 mg/Kg. III.. 26 - 50 mg/Kg. 51 - 100 mg/Kg. >100 mg/Kg. Con la información obtenida se realizó un mapa de distribución de As en sedimentos para todo el estado de Sonora (figura 4.1a). Posteriormente se discriminaron los datos que contenían concentraciones menores a 25mg/Kg (figura 4.1b).. 28.

(40) Figura 4.1 Mapas de distribución de Arsénico (a) con todos los valores, (b) con valores altos.. Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. 29.

(41) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. 4.2 Muestreo de agua IV.. En base al mapa generado en el análisis anterior, se establecieron tres zonas objetivo para el muestreo de agua, el punto uno en Pótam, el punto dos en Vícam y el punto tres en Cócorit.. V.. En todos los casos se efectuó el muestreo de 10 L agua del abastecimiento de agua potable, se dejó correr el agua de la llave durante 3 minutos y posteriormente fue cuidadosamente recolectada en envases de polietileno previamente lavado con ácido clorhídrico y enjuagado con agua desionizada. (Fig. 4.2a) Finalmente, las muestras fueron transportadas en una hielera a la Universidad de Sonora.. 4.3 Preparación y análisis de las muestras de agua VI.. Una muestra de 0.5 litros de cada contenedor fue separada en botellas de polietileno previamente lavadas y esterilizadas, para ser adicionada con 5mL de ácido nítrico. Esto con el fin de preservarla tal como se encontró en condiciones naturales y así evitar la precipitación de As hasta su análisis.. VII.. El agua restante se utilizó para suministro de los ratones por lo que fue filtrada a través de un filtro Type Hawp de 0.45 UM dentro de una campana de extracción, esto con el objetivo de eliminar bacterias y otros materiales que pudieran enfermar a los animales (Fig. 4.2c), posteriormente se colocaron en recipientes de polietileno de 150 ml de capacidad previamente lavados y esterilizados en autoclave a 120ºC y 1 atmósfera de presión durante 15 minutos. Finalmente, las muestras fueron congeladas para su preservación y se descongelaron en partes semanalmente, con el objetivo de ir suministrando a los ratones.. La determinación de As total de las muestras se llevó a cabo con un Espectrofotómetro de emisión atómica con plasma inducidamente acoplado ICP-AES. (APENDICE C). El. 30.

(42) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. método utilizado es descrito el USEPA 200.7 Revisión 4.4: Determination of Metals and Trace. Elements in Water and Wastes by Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry. La curva de calibración mostro una linealidad de r=0.999 y el límite de detección fue de 0.005 mg/L. La curva de calibración se realizó con cinco estándares y un blanco, para asegurar la confiabilidad de los datos. 4.4 Animales de experimentación - Adaptación VIII.. La experimentación se llevó a cabo en ratones macho de la cepa CD1 procedentes del bioterio de la Universidad Autónoma de Guerrero, de 6-8 semanas de edad y un peso de 20-25 gr. Los animales se mantuvieron en condiciones controladas a una temperatura de 19-23º C y lapsos de Luz/Oscuridad de 12 horas. Se distribuyeron 5 ratones por jaula y se adaptaron durante 7 días a las condiciones del laboratorio para cuidado de animales (bioterio) de la Universidad de Sonora. Durante el experimento todos los animales se manejaron bajo los lineamientos que establece la Norma Oficial Mexicana NOM-062ZOO-199, Así como por los comités internacionales sobre manejo, uso y cuidado de animales de laboratorio. Particularmente, las recomendadas por el “Commite on Care and Use of Laboratory Animals of the institute of Laboratory Animals Resources” y la “Guide for the care and use of laboratory animals”(council N.R. 2010).. 4.5 Administración y dosificación IX.. Los animales tenían acceso libre al agua y los alimentos, antes y durante la exposición. Cada grupo fue suministrado con una muestra de agua proveniente de un lugar diferente, al grupo control se le suministro agua potable estéril (autoclaveada) y a todos los grupos se les dio alimento purina rico en nutrientes ® ad libitum. El consumo de alimentos y agua se registró semanalmente en todos los grupos a lo largo del experimento.. 31.

(43) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. 4.6 Exámenes realizados X.. Los ratones fueron supervisados diariamente y se llevó un registro de los posibles cambios que pudieran tener, acorde al perfil neurofarmacológico descrito por (AnguloMolina 2011) Las observaciones que se hicieron fueron aquellas relacionadas con la conducta como: - Alteraciones físicas en: ojos, cola, lomo, patas y orejas. - Actividad locomotora: Desplazamiento espontaneo del ratón. - Temblor: Movimiento discreto y continuo del cuerpo o de alguna de sus partes. - Pilo erección: Levantamiento persistente de los pelos del torso. - Signo de Straub: Levantamiento persistente de la cola que toma la forma de J. - Estereotipias: Movimientos repetitivos sin un motivo aparente como - Convulsiones: Movimiento alternados de flexión y estiramiento. - Marcha tambaleante: Desplazamiento irregular e incordiando. - Inmovilidad: Permanencia, sin movimientos corporales en el mismo sitio. - Vocalización: Chillidos durante la realización de la maniobra anterior. - Facilidad de manejo: Grado de dificultad para manipular al animal. - Escape: Movimiento de huida. - Fuerza muscular: Resistencia que pone el animal a la tracción. - Lagrimeo: Presencia de secreciones sobre el globo ocular y sobre los parpados - Salivación: Presencia de secreciones alrededor del hocico.. XI.. La medición del peso corporal se llevó a cabo, con una báscula compacta de precisión Marca: Ohaus, Modelo:H-2716 y la ayuda de un recipiente de plástico para contener al ratón (Fig.4.2d). La medición se realizó semanalmente, para evaluar el adecuado crecimiento de los animales y comparar cambios con respecto al grupo control.. XII.. La cantidad de comida ingerida fue medida a través de la diferencia en peso de la comida colocada, menos la comida restante, después de una semana.. 32.

(44) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. Fig. 4.2a. Fig. 4.2c. Fig. 4.2b. Fig. 4.2d. Figura 4.2 (a) Toma de muestra de agua, (b) Filtrado de las muestras de agua, (c) preservación de las muestras por congelación, (d) medición del peso corporal de un ratón.. 33.

(45) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. )GV®Z[RU. DISCUSIÓN Y RESULTADOS. S. e realizó un mapa de concentraciones de As en sedimentos de Sonora, en base a la. info ió of cida por el Servicio Geológico Mexicano. En dicho mapa se observa que la información ofrecida mayoría de las muestras colectadas con mayores concentraciones (>25 mg/Kg) y que superan el límite permisible establecido por SEMARNAT, están acotadas a la cuenca del rio Yaqui. La cuenca del río Yaqui comprende las rocas de la Sierra Madre Occidental (SMO). La cual es resultado de diversos episodios magmáticos y tectónicos durante el cretácico-Cenozoico, asociados a la subducción de la placa Farallón bajo la placa de Norteamérica y a la apertura del Golfo de California (Ferrari et al. 2005). La deformación Laramide ocurrió entre el Cretácico y Paleógeno como respuesta al ajuste de la geometría de la subducción (Coney y Reynolds 1977). Ésta afectó a las rocas de la SMO y comprende afloramientos de rocas ígneas Laramídicas que siguen un alineamiento NW-SE que consisten en numerosos plutones de dimensiones variables, cuya composición varía entre cuarzodiorita y granito. Estos plutones están, a su vez, cortados por enjambres de diques de aplita, pegmatita, granófido y lamprófido. (Valencia-Moreno y Ortega-Rivera 2011). Además, la Orogenia Laramide tuvo una gran relevancia en la generación y emplazamiento de numerosos yacimientos minerales, incluyendo la extensión sur del cinturón de pórfidos de cobre del suroeste de América del Norte (Valencia-Moreno et al. 2006). Debido a la distribución de As en el estado de Sonora, se propone que su origen proviene de una fuente natural, durante el desarrollo de procesos geológico-tectónicos que se relacionan a la subducción de la placa Farallón bajo la placa norteamericana y guarda cierta relación geológica con el cinturón de pórfidos de cobre, sin embargo, no se descarta la posibilidad de redistribución y enriquecimiento local de este elemento, en áreas tratadas antropogénicamente.. 34.

(46) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. SIMBOLOGÍA >100 ppm 50 – 100 ppm 25 – 50 ppm Cuenca del río Yaqui Área de estudio. Figura 5.1 Distribución de Arsénico en sedimentos en el estado de Sonora. 35.

(47) Evidencia de una provincia geológica arsenical en el norte de México y las implicaciones de la exposición de bajo nivel en el agua potable: perspectivas desde un modelo murino.. 5.1 Análisis de muestras de agua La muestra colectada en Vícam contiene 0.012 mg/l lo que supera al límite recomendado por la World Health Organization (WHO). La muestra de Cócorit presentó 0.006 mg/l y la muestra de Pótam 0.075 mg/l, lo que la convierte en la zona más contaminada por As, superando el límite recomendado por la World Health Organization (WHO) y la NOM-201-SSA1-2002. Los resultados de los análisis de agua pueden observarse en la tabla 5.1.. CONCENTRACIÓN EN mg/L ELEMENTO. SÍMBOLO. Aluminio Arsénico Bario Cobre Hierro Manganeso Molibdeno Selenio Estroncio Vanadio. Al As Ba Cu Fe Mn Mo Se Sr V. Vícam-01. Cócorit-01. Pótam-01. 0.011 0.012 0.057 0.007 <LCM 0.007 0.056 0.010 0.819 0.062. 0.013 0.006 0.035 0.017 <LCM <LCM 0.012 0.007 0.564 0.037. 0.024 0.075 0.014 0.007 0.019 0.012 0.034 0.006 0.121 0.135. AGDI-01 (Blanco) 0.011 ND ND 0.005 ND ND ND ND ND ND. Tabla 5.1 Resultados de análisis químico de agua.. En la figura 5.2 se muestran las concentraciones de diferentes. provincias. arsenicales. en. Argentina. comparada con la de la cuenca del Yaqui en Sonora. La cuenca del valle del yaqui tiene menor cantidad de. As. A pesar de que las muestras de agua no contienen concentraciones extremadamente altas, la ingesta de pequeñas cantidades, provoca una intoxicación crónica, y efectos graves a largo plazo. En la tabla 5.3a se hace una comparación con los datos de Wyatt y colaboradores, donde la muestra tomada en el pueblo de Pótam alcanza valores significativamente mayores comparada con otros Figura 5.2 Arsénico en diferentes. pueblos de Sonora.. provincias de Argentina y Sonora.. 36.