Hemólisis por PM de la zona del valle de México

Palestino-Banda Yajseell Saddam¹ ,Vázquez-Torres Lorena¹, Flores-Rojas Geraldine ^1,2 y Quintana-Belmares Raúl Omar ^1,2.

¹Colegio de Montaignac, ²Instituto Nacional de Cancerología.

Comentario

Este proyecto es la continuación de algunas investigaciones realizadas por alumnos de generaciones pasadas y su aportación es de gran importancia puesto que estos resultados ayudan a validar la técnica de hemólisis como un posible detector de suelo en las muestras de partículas contaminantes.

El entusiasmo que mostraron los alumnos al realizar este proyecto dio como resultado un trabajo muy completo y de calidad, donde sus resultados pueden ser publicados en alguna revista científica del área.

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VoBo VoBo

B.E. Geraldine Flores Rojas I.Q. Raúl O. Quintana Belmares

Resumen

Para tener conocimiento más amplio de los mecanismos del daño que puede causar la contaminación, específicamente la contaminación del aire por partículas, se llevó a cabo la campaña MILAGRO 2006, donde se obtuvieron muestras de PMs de dos puntos de la zona metropolitana del valle de México, T0 una zona urbana (Instituto Mexicano del Petróleo) y T1 una zona semiurbana (Universidad Tecnológica de Tecámac), donde la composición de las partículas podría ser diferente. Estudios anteriores han demostrado que la posible presencia de suelo en las partículas favorece el rompimiento de eritrocitos y con esto la liberación de hemoglobina. Teniendo en cuenta que estas muestras podrían tener partículas del suelo, se realizaron experimentos mediante la técnica de hemólisis para analizar el daño que sufre la membrana de los eritrocitos, utilizamos nuestra sangre a la cual le agregamos muestras de PMs para ver si eran capaces de hemolizarla. Se encontró que ambas muestras de PMs (T0 y T1) producen hemólisis a una concentración de 80 mg/mL y que a su vez las partículas de Tecámac la inducen con mayor potencia. Por otra parte al exponer a las células a PMs recolectadas en una zona industrial de la ciudad de México, se encontró que no hemolizan, mientras que nuestro control positivo PMs de Mexicali con alto contenido de suelo, si dañan. Debido a las características geográficas de T0 y T1 la posible presencia de suelo y su participación puede estar influyendo en la capacidad hemolítica de nuestras diferentes PMs.

Hemólisis por PM de la zona del valle de México

La contaminación es todo cambio indeseable en las características del aire, agua o suelo, que afecta negativamente a todos los seres vivientes del planeta. estos cambios se generan principalmente por acción del ser humano, aunque también son importantes las fuentes naturales, como bacterias, restos de heces fecales o el mismo suelo levantado por el aire.

Dentro de la contaminación del aire, se puede dar por gases o material particulado también conocidas como PM (por sus siglas en inglés Particulate Matter).

Las PM representan una mezcla compleja en la que su tamaño aerodinámico juega un papel importante por su capacidad de penetrar al organismo a través del aparato respiratorio. De acuerdo con este criterio las partículas contaminantes se dividen en PM₁₀ (aquellas con diámetros aerodinámicos promedio ≤ a 10 m), partículas gruesas o PM_10-2.5 (aquellas con diámetros aerodinámicos promedio entre 10 y 2.5 m), partículas finas o PM_2.5 (aquellas con diámetros aerodinámicos promedio ≤ a 2.5 m) y las partículas ultrafinas o PM_0.1 (aquellas con diámetros aerodinámicos promedio ≤ a 0.1 m). Sin embargo, las partículas ambientales no solo varían en tamaño, sino también en composición. Todas estas variables dependen de las fuentes de emisión, de los combustibles usados y de las características geográficas de la región. En la actualidad el estudio de la participación del tamaño y la composición de las partículas en el desarrollo de efectos adversos representa un área de interés creciente ^1,2,3.

Sin embargo, a la fecha las características de las PM₁₀ que se registran rutinariamente en las ciudades, son: masa y tamaño.

Las evidencias de los efectos nocivos de la contaminación ambiental se centran en los efectos de las PM y su relación con enfermedades respiratorias o con la inducción de cáncer^{4, 5}, además de su relación con efectos sobre el aparato cardiovascular².

Los mecanismos por los que las partículas ejercen sus efectos adversos no se conocen. En general se sabe que las partículas tienen la capacidad de estimular la secreción de citocinas pro-inflamatorias, de inducir muerte celular por necrosis y apoptosis, además de tener efectos genotóxicos^{6, 7, 8, 9, 10, 11}. Independientemente de la manera en la que las partículas ejerzan sus efectos en un sitio distante al que penetran al organismo, existen estudios que demuestran la existencia de ellos. Estos describen exposiciones controladas a niveles altos de PM y encuentran alteraciones del ritmo cardiaco, incrementos en la presión sanguínea, aumento en la viscosidad sanguínea, incremento de fibrinógeno y alteraciones en el riego sanguíneo favoreciendo la coagulación^6,7.

Epidemiológicamente, la relación entre efectos a la salud y contaminación del aire por fuentes naturales ha sido poco estudiada. Sin embargo existen estudios donde se demuestran que partículas compuestas por suelo en su mayoría, son capaces de inducir hemólisis, anafases anormales, como es el caso de las PM de Mexicali, BC^{12, 13}.

Recientemente se realizó una campaña llamada MILAGRO (observaciones de Investigación Global y Local, por sus siglas en Inglés: Megacity Initiative: Local and Global Research Observations). En donde durante el mes de marzo del 2006 un equipo de científicos provenientes de todo el mundo, estudiaron variaciones en la atmósfera de la ciudad y de sus alrededores, con el propósito de aprender más acerca de la contaminación del aire que se genera en grandes ciudades conocidas como, megaciudades¹⁹.

Parte de la campaña se enfocó en cómo evolucionan las partículas de contaminación del aire que se generan dentro de la Ciudad de México a medida que el viento las desplaza, en donde componentes como el suelo, que a pesar de no generarse en la zona pueden influir en la composición final de las PM colectadas.

Con el objeto de enriquecer el conocimiento de la participación del suelo en las partículas contaminantes y sus efectos tóxicos, decidimos analizar las PM recolectadas durante la campaña MILAGRO con una técnica conocida como hemólisis, la cual ha demostrado que las PM con un contenido elevado de suelo son capaces de romper los eritrocitos y liberar su hemoglobina, como es el caso de las PM de Mexicali, B.C.

Metodología

Muestreo y recuperación de partículas.

Se utilizaron muestreadores de altos volúmenes Adersen (Modelo 1200 VFC) de 1.13 m³/min, y filtros de membrana de nitrocelulosa con poro de 3 µm (Sartorius, Germany). Los muestreos se hicieron por 24 horas, durante todos los días de la campaña (5 semanas, 7 días a la semana), en los sitios T0 (Instituto Mexicano del Petróleo) y T1 (Universidad Tecnológica de Tecamac). De cada uno de los filtros se recuperaron las partículas mediante un barrido suave con el bisturí y se guardaron cubiertas de la luz a 4ºC en frascos de vidrio previamente horneado a 200°C durante 4 horas para eliminar la presencia de endotoxinas.

Manejo de muestras

Las muestras de cada día se identificaron con números progresivos. Las muestras se esterilizaron antes de cada experimento y se trabajó con concentraciones iniciales de 1 mg/mL. Todas las suspensiones se hicieron inmediatamente antes de realizar los experimentos.

Como control positivo se utilizaron muestras de la Ciudad de Mexicali que han demostrado tener un efecto hemolítico importante por su gran contenido de suelo y como control negativo muestras del Norte de la Ciudad de México recolectadas en la época de secas durante el 2004-2005 en una zona industrial, además de agua, la cual se sabe que induce el 100% de hemólisis.

Hemólisis

Para determinar si las PM₁₀ eran capaces de inducir hemólisis, se obtuvieron muestras de sangre de donadores sanos (3 mL aproximadamente). Se centrifugó la sangre y se lavaron las células al menos 4 veces con PBS. Se disolvieron los eritrocitos en PBS para tener una concentración final de 0.08% de eritrocitos y se les agregaron las diferentes muestras de PM₁₀ a una concentración de 80 mg/mL. Como control positivo de inducción del 100% de hemólisis se utilizó agua destilada. Se incubaron durante 1 hora en agitación constante a temperatura ambiente. Transcurrido el tiempo de incubación se centrifugaron a 1500 rpm durante 10 minutos y se analizó el sobrenadante en un espectrofotómetro a 540 nm.

Resultados y Discusión

Se recolectaron diferentes masas de PM₁₀ en cada día de muestreo que varían desde 1.69 hasta 59.89 mg para T0 y desde 1.32 mg hasta 74.25 mg para T1 como se observa en la figura 1. Debido a la baja cantidad de PM recolectadas en T1 se decidió juntas las PM de varios días para obtener una masa mayor.

En la figura 2 se puede observar que todas las muestras inducen hemólisis al exponer eritrocitos a una concentración de 80 mg/mL de las PM de T0 y T1, al igual que el control positivo (PM₁₀ de Mexicali), mientras que las PM₁₀ de la Cd de México (zona industrial) no indujeron hemólisis.

Las PM que más hemolizaron fueron las de T1, aunque no presentaron tanta variabilidad en cada muestra como lo presentaron T0. El promedio total de los porcentajes de hemolisis para T0 fue de de 31.35, mientras que para T1 fue de 58.97% (Figura 3).

Esto se puede explicar debido a que T1 es una zona semirural, donde la presencia de suelo es más importante que para T0, la cual es una zona urbana completamente; sin embargo a pesar de esto, la influencia del viento podría explicar parcialmente la presencia de suelo en PM₁₀ de T0.

Conclusiones

La participación del suelo en las PM₁₀ colectadas durante la campaña milagro podría explicar la inducción de hemólisis en estos experimentos o demostrar que el contenido de las PM₁₀ de T0 y T1 es diferente al inducir diferentes patrones de hemólisis (variabilidad y porcentaje).

Es importante señalar que la influencia del aire puede participar en determinar la composición de las PM₁₀.

Agradecimientos

LASPAU 2005, CONACYT 43138-M y CAM-MIT, MILAGRO 2006

Referencias

1.- Alfaro-Moreno E, Martínez L, García-Cuellar C, Bonner JC, Murray JC, Rosas I, Rosales SP, Osornio-Vargas AR. Biologic effects induced in vitro by PM₁₀ from three different zones of Mexico City. Environ Health Perspect 2002; 110(7):715-20.

2.- Kang JY. Cardiovascular Toxicity of Particulate Air Pollution. Cardiovasc Toxicol 2002; 2(4):233-236.

3.- Osornio-Vargas AR, Alfaro-Moreno E, Martínez L, García-Cuellar C, Rosales SP, Miranda J, Bonner JC, Rosas I. Comparative cellular effects induced in vitro by PM_2.5 and PM₁₀ from two different zones of México city. Environ Health Perspect 2003; 111(10): 1289-1293.

4.- Beeson W, Lawrence, Abbey DE, Knutsen SF. Longterm concentrations of ambient air pollutants and incident lung cancer in California adults. Results from the AHSMOG study. Environ Health Perspect 1998; 106: 813-23.

5.- Pope CA 3rd, Burnett RT, Thun MJ, Calle EE, Krewski D, Ito K, Thurston GD. Lung cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particulate air pollution. JAMA 2002; 287(9):1132-41.

6.- Brook RD, Brook JR, Rajagopalan S. Air pollution: the "Heart" of the problem. Curr Hypertens Rep 2003; 5(1):32-9.

7.- Donaldson K, Stone V, Seaton A, MacNee W. Ambient particle inhalation and the cardiovascular system: potential mechanisms. Environ Health Perspect 2001; 109(4):523-7.

8.- García-Cuellar C, Alfaro-Moreno E, Martínez-Romero F, Ponce de León Rosales S, Rosas I, Pérez Cárdenas E, Osornio-Vargas AR. DNA damage induced by PM₁₀ from different zones of Mexico City. Ann Occup Hyg 2002; (supplement 1) 425-428.

9.- Knaapen AM, den Hartog GJ, Bast A, Borm PJ. Ambient particulate matter induces relaxation of rat aortic rings in vitro. Hum Exp Toxicol 2001; 20(5):259-65.

10.- MacNee W, Donaldson K. How can ultrafine particles be responsible for increased mortality? Monaldi Arch Chest Dis 2000; 55(2):135-9.

11.- Utell MJ, Frampton MW. Acute health effects of ambient air pollution: the ultrafine particle hypothesis. J Aerosol Med 2000; 13(4):355-59.

12.- Alfaro Moreno E, Arenas Huertero F, Taja Chayeb L, Cervantes Peredo A, Osornio Vargas AR. Alteraciones Cromosómicas Inducidas por polvo Casero de la Ciudad de Mexicali, Baja California. Rev Inst Nal Cancerol Méx 1995; 41:196-204.

13.- Alfaro Moreno E, Flores Rojas G, Hartasanchez Frenk F, Orozco de la Huerta A, Quintana Belmares R, Osornio Vargas AR. In vitro induction of abnormal anaphases by contaminating atmospheric dust from the City of Mexicali, Baja California, Mexico. Arch Med Res 1997; 28(4):549-553.

14.- Arenas Huertero FJ, Osornio Vargas AR, Neyra Zárraga O, Aguilar-Santamaría MA. Inducción de daño genético en cultivo de linfocitos humanos por un polvo contaminante ambiental de la ciudad de Mexicali. Rev Inst Nal Enf Resp Méx 1991; 4 (3): 130-135.

15.- Osornio-Vargas AR, Hernandez-Rodriguez NA, Yanez-Buruel AG, Ussler W, Overby LH, Brody AR. Lung cell toxicity experimentally induced by a mixed dust from Mexicali, Baja California, Mexico. Environ Res 1991; 56(1):31-47.

16.- Ramírez Hernández A, Arenas Huertero FJ, Osornio Vargas AR. Inducción de anafases anormales por polvos inorgánicos en cultivo de células BALBc/3T3. Rev Inst Nal Cancerol Méx 1993; 39, 1917-1922.

17.- Yañez-Buruel Ariana G. Desarrollo de sistemas “in vitro” que permitan valorar citotoxicidad de partículas contaminantes (polvo). Tesis para obtención del grado de QFB, UNAM, Facultad de Química 1985.

18.- Ganster P. Environmental Issues of the California-Baja California Border Region. Border Environment Research Reports 1996; (Number 1).

19.- http://mce2.org

Apéndice A

Figura 1. Masas recolectadas de PM durante los diferentes días de muestreo en la Campaña MILAGRO 2006. T0 representa el IMP y T1 representa la Universidad Tecnológica de Tecamac.

Apéndice B

Figura 2. Porcentaje de hemólisis en muestras control (DF y Mexicali mostradas en barras rosas), muestras de T0 (barras moradas) y T1 (barras amarillas) por los diferentes días de muestreo.

Apéndice C

Figura 3. Porcentaje de hemólisis en eritrocitos expuestos a 80 mg/mL de diferentes PM₁₀

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