Impacto ambiental de los tóxicos liberados de las pilas desechadas

Universidad Nacional Autónoma de México

Escuela Nacional Preparatoria

 Plantel 1 “Gabino Barreda”

Encuentro Interinstitucional e Interdisciplinario “Salud y Sociedad”, del Área de las Ciencias Biológicas, Químicas y de la Salud”

RUBRO:

Impacto ambiental

TITULO:

“Impacto ambiental de los tóxicos liberados de las pilas desechadas”

AUTOR: Dr. Héctor Hugo Figueroa Tapia

Correo electrónico: hhft@servidor.unam.mx

                               jjlderecho@yahoo.com.mx


Introducción

La formación integral de los alumnos propuesta a través de los Planes de la Escuela Nacional Preparatoria, dentro de sus diversos objetivos contempla por medio de los contenidos los programas de sus materias, hacer conciencia en los alumnos sobre los problemas nacionales o internacionales que de alguna manera estén afectando a los habitantes de nuestro país, o que signifiquen un riesgo a corto, mediano o largo plazo. Dentro de estos, se encuentran los relacionados a la contaminación ambiental, tanto del aire, de las aguas como de la atmósfera, como resultado de nuestro desarrollo industrial y tecnológico de está último, tenemos que el  incremento de los sistemas lúdicos y de comunicación portátil han requerido de la producción de millones de toneladas de fuentes de energía que son las pilas, las que después de su tiempo de utilidad generalmente son tiradas a la basura.

 

    La contaminación de las pilas como problema mundial

       La contaminación ocasionada por las pilas desechadas en la basura es un tema que requiere de una atención especial ya que  estas  en  contacto con la tierra y la humedad, liberan sus componentes químicos que se acumulan en el suelo contaminándolo. Análisis químicos han mostrado que éstas son las responsables del 93% de mercurio, del 47% de zinc, del 48% de cadmio  y del 22% de níquel presente en la basura doméstica. El manganeso, en forma de dióxido, también es utilizado en la fabricación de pila, por lo que es otro contaminante más de los suelos. Elementos que al ser arrastrados por lixiviación, contaminan los mantos freáticos poniendo en riesgo  la agricultura y la salud humana (Flores 1992)  (Upton 1990). Estudios médicos han demostrado que el consumo frecuente de agua o alimentos contaminados con elementos como el manganeso, cadmio, níquel o mercurio, ocasionan diversas afecciones en vías respiratorias, digestivas, excretoras,  inmunológicas y neurológicas por lo que debe de evitarse su ingestión, y su uso como agua para los sembradíos representa un riesgo potencial. En el hombre y en animales de experimentación se ha señalado su papel en la inducción de efectos mutagénicos, alteraciones teratogénicas (Birge 1976 ), así como el de ser potenciales cancerígenos ( Shields 1990). En el primer caso la manifestación más evidente es cuando de alguna manera alteran el material cromosómico, ya sea través de rompimientos  cromosómicos o de intercambios cromatídicos ( Hollander  )., así como manifestaciones neurológicas.

                                  Antecedentes del problema.

 El desarrollo y utilización de  la tecnología portátil tanto para la comunicación como para el entretenimiento, durante las tres últimas décadas, ha mostrado un notable incremento en los países desarrollados y subdesarrollados de todo el planeta, lo que ha acrecentado  el uso de las pilas y baterías. En la Ciudad de  México se calcula que cada habitante consume anualmente un promedio de seis  pilas  lo que corresponde a un aproximado de 51 millones anuales, que a su vez equivalen a 1275 toneladas, las que al ser desechadas a la basura se oxidan y desintegran, dejando libres  los componentes tóxicos que forman parte de su composición química de los cuales, el 30% corresponden al dióxido de manganeso, cadmio, níquel y mercurio contaminando al suelo y agua. Elementos que se han descritos como altamente mutagénicos y carcinogénicos y que una vez disueltos en el medio son captados por los seres vivos, en primera instancia, por las plantas a través del agua (que requieren  para efectuar la fotosíntesis) y en segundo término por los humano, cuando estos contaminan los mantos freáticos. Por otra parte, en relación a su toxicidad ambiental, la Secretaria del Medio Ambiente a través de su titular informó que  el 40% de éstas entran al mercado mexicano de manera ilegal y  que además presentan un porcentaje mayor de los elementos tóxicos mencionados.

 Presencia en la naturaleza y  efectos tóxicos para la salud humana del Manganeso, Cadmio, Níquel y Mercurio.

 Manganeso: Elemento químico de símbolo Mn, perteneciente al grupo 7 de la tabla periódica, de número atómico 25 y masa atómica 54,938. Se presenta como un metal blanco plateado, duro y quebradizo. Se asemeja al hierro, pero es más duro, reacciona con el agua fría, pero en caliente se produce una reacción enérgica. Reacciona suavemente con los ácidos. Se utiliza en la preparación de aleaciones como el ferromanganeso, el acero o el bronce al manganeso. En el suelo el contenido total presenta variaciones considerables de 20 a 6000 ppm, aunque los contenidos comprendidos oscilan entre 200 y 3000 ppm. (White  1970). El manganeso tiene importantes funciones en el metabolismo de las plantas en particular en los procesos siguientes: activación de diferentes enzimas, síntesis de la clorofila,   fotosíntesis,  reducción  de  nitratos,  y   síntesis  de  aminoácidos  y  proteínas (Loue 1988)

( Withe 1970). Desde el punto de vista clínico dosis elevadas de este elemento provocan alteraciones neurológicas y psíquicas, lentitud en los movimientos corporales con falta de coordinación, al ser inhalado produce problemas respiratorios.

Cadmio: Elemento químico de símbolo Cd, perteneciente al grupo 12 de la tabla periódica, de número atómico 48 y masa atómica 112,4. Se presenta como un metal blanco plateado, blando, dúctil y maleable. Químicamente es bastante reactivo y similar al zinc. Reacciona suavemente con el oxígeno; También reacciona con los ácidos,  pero es inerte ante las bases. Se utiliza en la producción de aleaciones especiales, en la industria nuclear, en sistemas de protección electrolítica  y en la fabricación de pilas y baterías (Burns 1996).  Es un metal pesado peligroso. No se utiliza tan frecuentemente como el plomo y el mercurio, pero sus efectos son tal vez peores. Se le emplea mucho en aleaciones, en la industria electrónica y en las baterías recargables de níquel- cadmio. La ingesta de dosis elevadas de este elemento presentan los siguientes síntomas clínicos: Irritación estomacal, vomito, diarrea, hipertensión arterial, anemia. Por otra parte el cadmio en el torrente circulatorio remplaza al calcio de los huesos porque el ión Cd2 + tiene  el mismo tamaño que el Ca2+ y los vuelve quebradizo su ingestión provoca graves disturbios estomacales. La intoxicación colectiva con cadmio más notable ocurrió en Japón , en el río Zintsu, donde se vertieron los desechos de una mina lo que provocó la muerte de 200 personas y miles más fueron afectadas (Garritz 1994),  además se ha detectado que es un teratógeno ( Ishizu 1973) y carcinógeno potencial en animales y humanos (Malcom 1972)( Lemen 1976).

Níquel: Elemento químico de símbolo Ni, perteneciente al grupo 1a de la tabla periódica, de número atómico 28 y masa atómica 58,75. Se presenta como un metal blanco plateado duro, dúctil  y maleable. Presenta ferromagnetismo por debajo de los 345° C. Químicamente es un elemento poco reactivo. Reacciona suavemente en contacto con el aire. Es estable en contacto con el agua y las bases; es atacado por los ácidos no oxidantes y se pasiva con los ácidos oxidantes. Se usa principalmente en la preparación de aleaciones y en la fabricación de pilas, monedas y catalizadores, y como revestimiento protector de otros metales. Entre los compuestos químicos que presentan níquel en su estructura se pueden mencionar al carbonato, los cloruros y los óxidos. El carbonato de níquel, NiCO3, es un sólido cristalino verde, higroscópico, se descompone a bajas temperaturas; se usa en la preparación  de colorantes y como catalizador en la industria petroquímica. El cloruro de níquel es un sólido amarillo verdoso que se usa como mordiente de fibras textiles. El óxido de níquel, NiCO3 es sólido cristalino de color  verde oscuro,  insoluble, que se usa en la preparación de aleaciones, vidrios, cerámica, pilas y baterías.  Clínicamente su toxicidad produce  ataques de asma, bronquitis crónica y salpullidos. Su inhalación puede causar cáncer pulmonar ( Kazantzis 1975).

Mercurio: Elemento químico de símbolo Hg, perteneciente al grupo 12 de la tabla periódica, de número atómico 80 y masa atómica  200.59. Se presenta como un líquido metálico, blanco plateado y brillante. Es volátil y produce vapores tóxicos (Foote 1972)  Químicamente  se |comporta en forma similar a los metales nobles; es por tanto poco reactivo. A temperatura ambiente no reacciona con el aire, ni con el agua, ni con bases. Reacciona con el aire a elevada temperatura;  además se combina con la mayor parte de los metales formando amalgamas. El mercurio forma dos series de sales; todas ellas son muy tóxicas. Se  pueden destacar los cloruros y el sulfuro. El cloruro de mercurio o calomelano, Hg2Cl2, es un sólido insoluble blanco o amarillento que se utiliza en la creación de electrodos de referencia y como bactericida. El cloruro de mercurio o sublimado corrosivo, HgCl2, es un sólido cristalino blanco que se descompone al calentarlo y produce vapores  tóxicos; se usa en la preparación de pesticidas y antisépticos y en la preservación de la madera. E l sulfuro de mercurio, HgS, es un sólido rojo oscuro que se encuentra en la naturaleza en forma de cinabrio; se utiliza como pigmento y antiséptico.   En su estado natural no es tóxico, pero sí lo son las diversas formas que puede adoptar en la naturaleza o bien como consecuencia de procesos industriales o de transformación (Goldwater 1971). Según se desprende de la extensa bibliografía existente acerca  de este metal pesado, los polvos y vapores de mercurio se reabsorben casi completamente por vía pulmonar. Las sales de mercurio producen lesiones en la piel y en las mucosas. El metilmercurio, una de las formas más tóxicas  conocidas se disuelve fácilmente en la grasa y pasa la barrera hemato-encefálica y la placenta Clínicamente se han observado las siguientes manifestaciones: Déficit en la capacidad intelectual, pérdida de la memoria, disminución de la coordinación psicomotriz, ceguera, convulsiones, vómito, diarrea e incremento de la presión sanguínea y alteraciones en el sistema inmunológico (Goncharuk 1971 ) entre otros.  Finalmente se ha comprobado su potencial mutagénico (Ramel 1969) y en la inducción de alteraciones cromosómicas (Skerving 1974)  y teratogénico (Gale 1974) (Khera 1974), por lo que ha sido incluido en la lista de los fármacos que afectan el embarazo, así como su potencial carcinogénico

                                                  Marco teórico.

En el año  2003 se celebró el 50 aniversario de la publicación del modelo de la doble hélice propuesto por Watson y Crick (1953 a), artículo que se convirtió en un parte aguas e influyó en forma sobresaliente en la investigación biológica y bioquímica del pasado siglo. En un segundo artículo, ellos emiten sugerencias de algunas de sus implicaciones biológicas (Watson y Crick b), tales como las características de interés biológico destacan que el ADN posee dos cadenas complementarias, que una puede servir como patrón para duplicar a la otra y que la secuencia de las bases representan el código portador de la información genética. Al final del segundo artículo se comentan dos situaciones que el modelo pudiera explicar: la primera es que la mutación espontánea pudiese ser ocasionada por la introducción en la cadena de las bases con formas tautoméricas y la segunda es acerca del apareamiento específico de los cromosomas durante la meiosis.

En el caso particular de las ciencias ambientales éstas se beneficiaron con el modelo, entre ellas destacan la genética toxicológica y la ecología genética, en particular por la incorporación  del conocimiento básico de la estructura del ADN para entender mejor  los mecanismos de la mutación y de la reparación  del ADN y sus efectos en células y organismos. Así como por la comprensión  a nivel molecular de lo que ocurre  en el ADN durante las fases G0 y G1 de la interface, cuando las células son afectadas por mutágenos físicos y químicos, lo que llevó a la interpretación apropiada de los diferentes tipos de daño observados. Se logra entonces concebir adecuadamente los conceptos de daño cromosómico S dependiente y S independiente (Evans 1988). Se desarrollaron técnicas de intercambio de cromátidas hermanas  como consecuencia de la incorporación  al ADN durante S  de agentes como la 5-bromodeoxiuridina y se aplica al estudio de agentes genotóxicos  que no necesariamente son mutágenos  tanto in vitro como in vivo (Lats 1974) (Perry y Wolf 1974) (Perry y Evans 1975). Con la inclusión de sustancias  como la fluorodeoxiuridina al ADN durante  la fase de síntesis  se logra impedir  la condensación  de los cromosomas, con lo cual quedan alargados y se facilita  el análisis de alta resolución  para la detección de aberraciones cromosómicas minúsculas, que se agrega al análisis citogenética clásico para el estudio de las aberraciones mayores, que de otra manera hubiera resultado muy difícil si no imposible.  En cromosomas metafísicos. Con el conocimiento fino del ciclo celular y de la duplicación del ADN se logra interpretar correctamente las estructuras denominadas micronúcleos que han constituido una de las herramientas más sencillas, fáciles de registrar y de aplicación extensa en la mutagénesis  ambiental y experimental (Schmid 1975). Asimismo se logra desarrollar la técnica de células binucleadas para la detección de micronúcleos al inhibir la división celular con citocalacina B con lo cual es posible determinar sin lugar a dudas si el daño cromosómico y en microtúbulos ocurre  por los efectos del agente probado durante la experimentación (Fenech y Morley 1986). Recientemente es posible el análisis  molecular de las aberraciones cromosómicas por medio del método de hibridación “in situ” y su detección con fluorescencia (técnica conocida como FISH por sus siglas). Es factible entonces demostrar que un gen específico o una secuencia conocida de ADN, como por ejemplo de un centrómero o de un telómero, se ha perdido, se ha adicionado o se ha reacomodado en un cromosoma o en un núcleo interfásico (Lichter y Ried 1994).

El uso de las plantas superiores como un sistema para el monitoreo de mutágenos ambientales.

 La Citogenética corresponde a la rama de la Genética que efectúa el análisis del comportamiento  de los cromosomas de una célula en mitosis o  meiosis, es decir, en división. Los estudios citogenéticas son útiles para el taxónomo, para el biólogo evolucionista, ya que permite detectar las diferencias entre los taxa y  conocer  así sus patrones de divergencia para el fitomejorador con el fin de  poder llevar a cabo la manipulación de los genotipos para la  selección de especies con altos rendimientos (Kenton 1986 ) y finalmente para el genetista  al analizar a nivel cromosómico el efecto sobre el genoma de los contaminantes ambientales, productos del desarrollo industrial que acompaña a la cultura contemporánea, del género en estudio.

A través del tiempo ha existido un creciente interés en el uso de vegetales para la identificación de agentes físicos y químicos con potencial mutagénico (Nilan 1972). En 1978, un taller organizado por el Instituto Nacional de Ciencias Ambientales y de la Salud de EUA, revisó la utilidad de una extensa variedad de plantas para la detección de daño genético inducido por agentes mutagénicos ambientales (de Serres 1978). En estos organismos es posible observar un espectro amplio de alteraciones genéticas que incluyen mutaciones génicas y aberraciones cromosómicas. Además tienen una gran diversidad de aplicaciones en el estudio de ambientes, como la determinación de materiales de desecho mutagénicos provenientes de industrias que descargan en arroyos y ríos  o de contaminantes atmosféricos en medios rurales y urbanos. Los vegetales no solo son capaces de elucidar la mutagenicidad del compuesto original sino también de sus metabolitos, muchos de los cuales son similares a aquellos encontrados en organismos animales completos. Otra de las ventajas de las plantas superiores como sistemas de prueba es que no están restringidas al laboratorio y son usadas también en el campo (de Serres 1992). Cabe mencionarse que estos vegetales son económicos y de fácil manejo y pueden utilizarse para el monitoreo de mutágenos ambientales tanto de tipo físico (radiaciones ionizantes) (Figueroa 1972) como químico (metales, disolventes, plaguicidas, etc).

Más de 500 especies han sido empleadas en mutagénesis,  en contraste pocas se han usado para establecer si un compuesto en particular es clastogénico (capaz de romper cromosomas) o turbagénico (que provoca alteraciones del huso tales como la C- mitosis). Idealmente las plantas con una cantidad pequeña de grandes cromosomas son las adecuadas para el estudio de las aberraciones cromosómicas. Después de los tratamientos con un agente clastogénico se espera observar rupturas e intercambios en los cromosomas, que puedan involucrar aberraciones subcromatídicas, cromatídicas  o cromosómicas.

Los exámenes en metafase con el uso de la colchicina (Ronchi  1970) y /o anafase son los más frecuentemente utilizados para el análisis de las aberraciones inducidas. Las que aparecen en anafase pueden ser registradas  con mayor facilidad que aquellas en metafase, ya que proveen un medio rápido para estimar el daño cromosómico y proporcionan datos sobre la formación de cromosomas  con el centrómero inactivado o anafases multipolares, que la observación de metafases no aportan (Gómez Arroyo et – al, 1985, 1986).   Otra manifestación del efecto de estos agentes a la presencia de micronúcleos que corresponden al núcleo o núcleos adicionales al núcleo principal de la célula localizándose  separado de él,  se producen durante  la telofase de la mitosis o de la meiosis por cromosomas retardados o por fragmentos cromosómicos derivados de alteraciones  estructurales espontáneas o inducidas experimentalmente ( Ledeveur 1983 ).

 

                                                  Objetivos

            Ante la información descrita y con la finalidad de que a través del desarrollo de diversos proyectos experimentales por parte de los alumnos bajo la asesoría del profesor, contribuir al conocimiento sobre los efectos toxicológicos de los principales elementos químicos utilizados en la fabricación de pilas alcalinas,  se expone el presente proyecto, tomando como sistema de bioensayo a las semillas de Vicia faba, con los siguientes objetivos: Comprobar el efecto a nivel de la mortalidad y el crecimiento  del tallo y raíz de las plántulas así como en la frecuencia de micronúcleos y aberraciones cromosómica en las células del tejido meristemático de la raíz, utilizando para la germinación y crecimiento de las semillas una solución del lixiviación de las pilas desechadas obtenida en el laboratorio, así como soluciones a diversas dosis de cada uno de los componentes tóxicos tales como el peróxido de manganeso y los óxidos de cadmio, níquel y mercurio.

 

                           Resultados esperados para los alumnos e Institución

Para los alumnos: En primer lugar al concluir el presente proyecto los alumnos habrán adquirido con la práctica, una gran experiencia que abarcará, desde la búsqueda del problema, la revisión bibliográfica sobre el mismo, el desarrollo de la hipótesis para encontrar alguna respuesta sobre este, el diseño y elaboración del cronograma y del desarrollo experimental, el manejo y preparación del material de estudio, así como de las metodologías específicas para su realización. Su capacidad de observación tanto de los ejemplares de estudio como de las diversas preparaciones microscópicas se acentuará.

Por otra parte al analizar y comparar   los resultados tendrá una base más firme para reflexionar sobre las trascendencia de los mismos, tanto a nivel cromosómico y molecular, como ante la problemática nacional e internacional que representa el desecho indiscriminado de las pilas. Ejercerá su capacidad de síntesis al tener que elaborar el resumen que se solicita ante cualquier presentación, que deberá abarcar en unas 300 a 600 palabras desde el planteamiento del problema, hipótesis, metodología, resultados y conclusiones, logrando con esto tener una visión completa del proceso de la investigación experimental y la aplicación del método científico.

Para la Institución.- Además de cumplir con la formación integral del alumno, Como resultado de este proyecto se elaboraran numerosas preparaciones para  serán analizadas las etapas de las mitosis y los cromosomas tanto normales como aberrantes, material que al finalizar el proyecto, podrá ser repartido a los diversos planteles para que sea utilizado en las prácticas de biología.

Resultados obtenidos hasta la fecha: Como resultados de este proyecto dos trabajos sobre el efecto de la mortalidad en Drosophila melanogaster y el efecto en la mortalidad y crecimiento del tallo y raíz en Vicia faba pasaron a la Final de la Feria de las Ciencias. Comprobándose en ambos Modelos de investigación la toxicidad de los componentes químicos de las pilas.  . Finalmente con relación a los alumnos, la presentación y difusión de sus resultados en el Plantel sentarán las bases para el inicio de una campaña para la recolección y canalización a los centros de reciclaje de las pilas de desechadas tanto por los mismos alumnos como por familiares o habitantes del entorno.

                                                         Conclusiones

Ya que el uso de las pilas es imprescindible para la vida moderna, para  evitar  su acumulamiento incontrolable en los depósitos municipales de basura,  se ha  propuesto como una medida para la recolección de las desechadas recolectarlas en contenedores especiales para sean sujetas del tratamiento de reciclaje de los elementos que las componen, reutilizando algunos y evitando el efecto como contaminantes ambientales de otros, ya que al ser desintegradas, con el tiempo,  liberan los elementos tóxicos contienen  al reaccionar con el agua de la lluvia (proceso de lixiviación), contaminando los mantos freáticos.  Aunque a  partir del 2007 el Gobierno de la Ciudad de México estableció el Programa del Manejo Responsable de Pilas, para el cual  existen 250 depósitos distribuidos en diversas localizaciones de la vía pública, en los que los usuarios pueden depositar sus pilas inservibles para que una vez recolectadas sean enviadas a una planta procesadora instalada en Irapuato, en la que solo  el 30%  de sus componentes son recuperados para su reciclamiento, resulta que este número es insuficiente tanto para él número de habitantes como para la recolección del total de pilas desechadas, para lo que proponemos que la ubicación de los contenedores estén principalmente en lugares de gran asistencia pública como oficinas de gobierno, escuelas, mercados, tiendas de autoservicio, cines teatros etc. Por otra parte la campaña de concientización sobre el manejo de las pilas debe ser continua y de gran difusión a través de los distintos medios de comunicación que el gobierno posee, ya que es sus responsabilidad velar por la salud de la comunidad, así como la de tomar las medidas de prevención que aseguren el bienestar de sus habitantes.

              

 

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Norma Angelica Martinez Suárez,
1 feb. 2012 15:00
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