El envenenamiento por arsénico (o arsenicosis ) es una afección médica que se produce debido a niveles elevados de arsénico en el cuerpo. [4] Si el envenenamiento por arsénico ocurre durante un breve período de tiempo, los síntomas pueden incluir vómitos , dolor abdominal , encefalopatía y diarrea acuosa que contiene sangre . [1] La exposición a largo plazo puede provocar engrosamiento de la piel, piel más oscura , dolor abdominal, diarrea, enfermedad cardíaca , entumecimiento y cáncer . [1]
La causa más común de exposición a largo plazo es el agua potable contaminada . [3] La mayoría de las veces, las aguas subterráneas se contaminan de forma natural; sin embargo, la contaminación también puede ocurrir a partir de la minería o la agricultura. [1] También se puede encontrar en el suelo y el aire. [5] Los niveles recomendados en el agua son inferiores a 10–50 μg/L (10–50 partes por mil millones ). [1] Otras vías de exposición incluyen sitios de desechos tóxicos y pseudomedicamentos . [1] [3] La mayoría de los casos de envenenamiento son accidentales. [1] El arsénico actúa modificando el funcionamiento de alrededor de 200 enzimas . [1] El diagnóstico se realiza mediante análisis de orina, sangre o cabello. [1]
La prevención se realiza mediante el uso de agua que no contenga altos niveles de arsénico. [1] Esto se puede lograr mediante el uso de filtros especiales o utilizando agua de lluvia . [1] No hay buena evidencia que respalde tratamientos específicos para el envenenamiento a largo plazo. [1] Para los envenenamientos agudos, es importante tratar la deshidratación . [4] Se puede utilizar ácido dimercaptosuccínico o sulfonato de dimercaptopropano , mientras que no se recomienda el dimercaprol (BAL). [2] También se puede utilizar la hemodiálisis . [4]
Más de 200 millones de personas en todo el mundo están expuestas a niveles de arsénico superiores a los seguros a través del agua potable. [3] Las zonas más afectadas son Bangladesh y Bengala Occidental . [3] La exposición también es más común en personas de bajos ingresos y minorías. [6] La intoxicación aguda es poco común. [3] La toxicidad del arsénico se ha descrito ya en el año 1500 a. C. en el papiro de Ebers . [7]
La ingestión de grandes cantidades de arsénico puede causar síntomas similares a los de una intoxicación alimentaria , con dolor abdominal , náuseas , vómitos y diarrea que comienzan en cuestión de horas. [8] La diarrea sanguinolenta puede causar una pérdida grave de líquidos, lo que resulta en un shock hipovolémico . [8] El corazón y el sistema nervioso también pueden verse afectados, causando alteraciones del ritmo cardíaco ( prolongación del intervalo QT o taquicardia ), insuficiencia cardíaca, confusión , convulsiones , hinchazón cerebral, coma y muerte. [8] [9] La inhalación de gas arsina , la forma más tóxica de arsénico, causa una enfermedad multisistémica que comienza de 2 a 24 horas después de la inhalación. Los síntomas incluyen malestar gastrointestinal, dolor de cabeza, debilidad, dificultad para respirar, disfunción renal y hepática y destrucción de glóbulos rojos. [8]
La ingestión crónica de niveles bajos de arsénico causa cambios visibles en la piel, típicamente hiperpigmentación (áreas oscuras), pero a veces hipopigmentación (áreas claras) o áreas alternas de cada una. [10] Algunos experimentan un engrosamiento general de la piel en las palmas y plantas de los pies, o pequeñas áreas engrosadas . [10] Alrededor del 5% de los afectados desarrollan bandas de color claro en la uña, llamadas líneas de Mees . [8] La exposición crónica eventualmente causa enfermedad en múltiples sistemas corporales, incluyendo neuropatía periférica (entumecimiento y hormigueo), agrandamiento del hígado y el bazo , diabetes , enfermedad cardíaca , deterioro cognitivo y daño a la vena porta ( fibrosis portal no cirrótica e hipertensión portal ). [8] [11]
La exposición repetida al arsénico también aumenta el riesgo de desarrollar varios tipos de cáncer, en particular de piel , pulmón , hígado , vejiga , próstata y vasos sanguíneos . [8] [11] El cáncer de piel inducido por arsénico más común es el carcinoma de células escamosas in situ , que suele aparecer entre 2 y 20 años después de la exposición al arsénico. [12]
El envenenamiento por arsénico es causado por la ingestión o inhalación accidental de arsénico, generalmente por beber agua de pozo contaminada, comer alimentos cocinados en agua contaminada o estar expuesto a pesticidas, medicinas populares o productos químicos industriales que contienen arsénico. [8] La Organización Mundial de la Salud considera que los niveles de arsénico superiores a 10 partes por mil millones (10 microgramos por litro ) son inseguros. [10]
El arsénico es un elemento químico natural ubicuo y el vigésimo elemento más común en la Tierra. [13] Los niveles de arsénico en las aguas subterráneas varían de alrededor de 0,5 partes por mil millones a 5000 partes por mil millones, dependiendo de las características geológicas de un área y la posible presencia en desechos industriales. [13] [11] Los niveles más altos de arsénico en las aguas subterráneas se han registrado en Brasil, Camboya, Afganistán, Australia y Bangladesh . [11]
El arsénico es un elemento omnipresente en el agua potable estadounidense. [14] En los EE. UU., el Servicio Geológico de los EE. UU. estima que la concentración media de agua subterránea es de 1 μg/L o menos, aunque algunos acuíferos subterráneos , en particular en el oeste de los Estados Unidos, pueden contener niveles mucho más altos. Por ejemplo, los niveles medios en Nevada fueron de aproximadamente 8 μg/L [15], pero se han medido niveles de arsénico natural de hasta 1000 μg/L en los Estados Unidos en el agua potable. [16] Las aguas subterráneas asociadas con volcanes en California contienen As en concentraciones que van hasta 48 000 μg/L, y los minerales de sulfuro que contienen As son la fuente principal. [17] Las aguas geotérmicas en Dominica en las Antillas Menores también contienen concentraciones de As >50 μg/L. [18] En Wisconsin, las concentraciones de As en el agua de los acuíferos de arenisca y dolomita fueron tan altas como 100 μg/L. La oxidación de la pirita alojada en estas formaciones fue la fuente probable del As. [19] En el Piamonte de Pensilvania y Nueva Jersey, el agua subterránea en los acuíferos de la era Mesozoica contiene niveles elevados de As: las aguas de pozos domésticos de Pensilvania contenían hasta 65 μg/L, [20] mientras que en Nueva Jersey la concentración más alta medida recientemente fue de 215 μg/L. [21]
El arsénico orgánico es menos nocivo que el inorgánico. Los mariscos son una fuente común de arsénico orgánico menos tóxico en forma de arsenobetaína . [22] Debido a su alta toxicidad, el arsénico rara vez se utiliza en el mundo occidental, aunque en Asia sigue siendo un pesticida popular. El arsénico se encuentra principalmente en el trabajo en la fundición de minerales de zinc y cobre.
En los Estados Unidos, Schoof et al. estimaron una ingesta promedio para adultos de 3,2 μg/día, con un rango de 1 a 20 μg/día. [23] Las estimaciones para los niños fueron similares. [24] Los alimentos también contienen muchos compuestos orgánicos de arsénico. Los principales compuestos orgánicos de arsénico que se pueden encontrar rutinariamente en los alimentos (según el tipo de alimento) incluyen ácido monometilarsónico (MMAsV), ácido dimetilarsínico (DMAsV), arsenobetaína, arsenocolina, arsenosugares y arsenolípidos. El DMAsV o MMAsV se puede encontrar en varios tipos de peces, cangrejos y moluscos, pero a menudo en niveles muy bajos. [25]
La arsenobetaína es la principal forma de arsénico en los animales marinos y se considera no tóxica. La arsenocolina, que se encuentra principalmente en los camarones, es químicamente similar a la arsenobetaína y se considera "esencialmente no tóxica". [26] Aunque la arsenobetaína ha sido poco estudiada, la información disponible indica que no es mutagénica, inmunotóxica ni embriotóxica. [27] Recientemente se han identificado arsenosúcares y arsenolípidos. Actualmente se están estudiando la exposición a estos compuestos y las implicaciones toxicológicas. Los arsenosúcares se detectan principalmente en las algas marinas, pero también se encuentran en menor medida en los moluscos marinos. [28] Sin embargo, los estudios que abordan la toxicidad de los arsenosúcares se han limitado en gran medida a estudios in vitro, que muestran que los arsenosúcares son significativamente menos tóxicos que el arsénico inorgánico y los metabolitos de arsénico metilado trivalente. [29]
Se ha descubierto que el arroz es particularmente susceptible a la acumulación de arsénico en el suelo. [30] El arroz cultivado en los Estados Unidos tiene un promedio de 260 ppb de arsénico, según un estudio; pero la ingesta de arsénico en los EE. UU. sigue estando muy por debajo de los límites recomendados por la Organización Mundial de la Salud . [31] China ha establecido un estándar para los límites de arsénico en los alimentos (150 ppb), [32] ya que los niveles en el arroz superan los del agua. [33]
La Comisión Europea (2000) informa que los niveles de arsénico en el aire varían de 0 a 1 ng/m 3 en áreas remotas, de 0,2 a 1,5 ng/m 3 en áreas rurales, de 0,5 a 3 ng/m 3 en áreas urbanas y hasta aproximadamente 50 ng/m 3 en las proximidades de sitios industriales. Basándose en estos datos, la Comisión Europea (2000) estimó que, en relación con los alimentos, el tabaquismo, el agua y el suelo, el aire contribuye con menos del 1% de la exposición total al arsénico. [ se necesita una mejor fuente ]
El uso de pesticidas a base de arseniato de plomo se ha eliminado de manera efectiva durante más de 50 años. Sin embargo, debido a la persistencia del pesticida en el medio ambiente, se estima que millones de acres de tierra aún están contaminados con residuos de arseniato de plomo. Esto presenta un problema de salud pública potencialmente significativo en algunas áreas de los Estados Unidos (por ejemplo, Nueva Jersey, Washington y Wisconsin), donde grandes áreas de tierra utilizadas históricamente como huertos se han convertido en desarrollos residenciales. [34]
Todavía existen algunos usos modernos de pesticidas a base de arsénico. El arseniato de cobre cromado está registrado para su uso en los Estados Unidos desde la década de 1940 como conservante de la madera, protegiéndola de insectos y agentes microbianos. En 2003, los fabricantes de arseniato de cobre cromado instituyeron un retiro voluntario de los usos residenciales de la madera tratada con el producto químico. El informe final de la Ley de la Agencia de Protección Ambiental de 2008 afirmó que el arseniato de cobre cromado todavía está aprobado para su uso en aplicaciones no residenciales, como en instalaciones marinas (pilotes y estructuras), postes de servicios públicos y estructuras de carreteras de arena.
Los estudios de exposición en la industria de fundición de cobre son mucho más amplios y han establecido vínculos definitivos entre el arsénico, un subproducto de la fundición de cobre, y el cáncer de pulmón por inhalación. [35] Los efectos dérmicos y neurológicos también aumentaron en algunos de estos estudios. [36] Aunque con el tiempo, los controles ocupacionales se volvieron más estrictos y los trabajadores estuvieron expuestos a concentraciones reducidas de arsénico, las exposiciones al arsénico medidas a partir de estos estudios variaron de aproximadamente 0,05 a 0,3 mg/m 3 y son significativamente más altas que las exposiciones ambientales al arsénico en el aire (que varían de 0 a 0,000003 mg/m 3 ). [37]
El arsénico interfiere con la longevidad celular por inhibición alostérica de una enzima metabólica esencial , el complejo piruvato deshidrogenasa , que cataliza la oxidación del piruvato a acetil-CoA por NAD + . Con la enzima inhibida, el sistema energético de la célula se altera dando como resultado la apoptosis celular . Bioquímicamente, el arsénico impide el uso de tiamina dando como resultado un cuadro clínico parecido a la deficiencia de tiamina . El envenenamiento con arsénico puede elevar los niveles de lactato y provocar acidosis láctica . Los niveles bajos de potasio en las células aumentan el riesgo de experimentar un problema de ritmo cardíaco potencialmente mortal por el trióxido de arsénico. [ cita requerida ] El arsénico en las células claramente estimula la producción de peróxido de hidrógeno ( H2O2 ). Cuando el H2O2 reacciona con ciertos metales como el hierro o el manganeso , produce un radical hidroxilo altamente reactivo . El trióxido de arsénico inorgánico que se encuentra en el agua subterránea afecta particularmente los canales de potasio dependientes del voltaje , [38] alterando la función electrolítica celular y provocando trastornos neurológicos, episodios cardiovasculares como intervalo QT prolongado, neutropenia , presión arterial alta , [39] disfunción del sistema nervioso central, anemia y muerte.
La exposición al arsénico desempeña un papel clave en la patogénesis de la disfunción endotelial vascular, ya que inactiva la óxido nítrico sintasa endotelial, lo que conduce a la reducción de la generación y biodisponibilidad de óxido nítrico. Además, la exposición crónica al arsénico induce un alto estrés oxidativo, que puede afectar la estructura y función del sistema cardiovascular. Además, se ha observado que la exposición al arsénico induce aterosclerosis al aumentar la agregación plaquetaria y reducir la fibrinólisis . Además, la exposición al arsénico puede causar arritmia al aumentar el intervalo QT y acelerar la sobrecarga de calcio celular. La exposición crónica al arsénico regula positivamente la expresión del factor de necrosis tumoral-α, la interleucina-1, la molécula de adhesión celular vascular y el factor de crecimiento endotelial vascular para inducir la patogénesis cardiovascular.
— Pitchai Balakumar y Jagdeep Kaur, "Exposición al arsénico y trastornos cardiovasculares: una descripción general", Toxicología cardiovascular , diciembre de 2009 [40]
También se ha demostrado que el arsénico induce hipertrofia cardíaca al activar ciertos factores de transcripción involucrados en la remodelación patológica del corazón. [41] Los estudios de cultivo de tejidos han demostrado que los compuestos de arsénico bloquean los canales IKr e Iks y, al mismo tiempo, activan los canales IK-ATP. Los compuestos de arsénico también alteran la producción de ATP a través de varios mecanismos. A nivel del ciclo del ácido cítrico , el arsénico inhibe la piruvato deshidrogenasa y al competir con el fosfato desacopla la fosforilación oxidativa , inhibiendo así la reducción vinculada a la energía de NAD+ , la respiración mitocondrial y la síntesis de ATP. También aumenta la producción de peróxido de hidrógeno, que podría formar especies reactivas de oxígeno y estrés oxidativo. Estas interferencias metabólicas conducen a la muerte por insuficiencia orgánica multisistémica , probablemente por muerte celular necrótica , no apoptosis . Una autopsia revela una mucosa de color rojo ladrillo , debido a una hemorragia grave . Aunque el arsénico causa toxicidad, también puede desempeñar un papel protector. [42]
El arsenito inhibe no sólo la formación de acetil-CoA sino también la enzima succínico deshidrogenasa. El arsenato puede reemplazar al fosfato en muchas reacciones. Es capaz de formar Glc-6-arsenato in vitro; por lo tanto, se ha argumentado que la hexoquinasa podría ser inhibida. [43] (Eventualmente este puede ser un mecanismo que conduce a la debilidad muscular en el envenenamiento crónico por arsénico). En la reacción de la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa, el arsenato ataca al tioéster unido a la enzima. El 1-arseno-3-fosfoglicerato formado es inestable y se hidroliza espontáneamente. Por lo tanto, la formación de ATP en la glucólisis se inhibe mientras se evita la reacción de la fosfoglicerato quinasa. (Además, la formación de 2,3-bisfosfoglicerato en los eritrocitos podría verse afectada, seguida de una mayor afinidad por el oxígeno de la hemoglobina y, posteriormente, una mayor cianosis). Como lo demostró Gresser (1981), las partículas submissionocondriales sintetizan adenosina-5'-difosfato-arsenato a partir de ADP y arsenato en presencia de succinato. Por lo tanto, mediante una variedad de mecanismos, el arsenato conduce a un deterioro de la respiración celular y, posteriormente, a una disminución de la formación de ATP. [44] Esto es consistente con el agotamiento de ATP observado en las células expuestas y los hallazgos histopatológicos de hinchazón mitocondrial y celular, agotamiento de glucógeno en las células hepáticas y cambio graso en el hígado, el corazón y el riñón.
Los experimentos demostraron una trombosis arterial mejorada en un modelo animal de rata, elevaciones de los niveles de serotonina, tromboxano A[2] y proteínas de adhesión en plaquetas, mientras que las plaquetas humanas mostraron respuestas similares. [45] El efecto sobre el endotelio vascular puede eventualmente ser mediado por la formación de óxido nítrico inducida por arsénico. Se demostró que concentraciones de +3As sustancialmente más bajas que las concentraciones requeridas para la inhibición de la proteasa lisosomal catepsina L en la línea de células B TA3 fueron suficientes para desencadenar la apoptosis en la misma línea de células B, mientras que esto último podría ser un mecanismo que mediara los efectos inmunosupresores. [46]
Sus efectos conmutagénicos pueden explicarse por la interferencia con la reparación por escisión de bases y nucleótidos, eventualmente a través de la interacción con estructuras de dedos de zinc. [47] El ácido dimetilarsínico, DMA(V), causó roturas de cadenas simples de ADN como resultado de la inhibición de enzimas reparadoras a niveles de 5 a 100 mM en células epiteliales humanas de tipo II . [48] [49]
También se ha demostrado que la MMA(III) y la DMA(III) son directamente genotóxicas al producir escisiones en el ADN superenrollado ΦX174. [50] Una mayor exposición al arsénico se asocia con una mayor frecuencia de aberraciones cromosómicas, [51] micronúcleos [52] [53] e intercambios de cromátidas hermanas. Una explicación de las aberraciones cromosómicas es la sensibilidad de la proteína tubulina y del huso mitótico al arsénico. Las observaciones histológicas confirman los efectos sobre la integridad celular, la forma y la locomoción. [54]
El DMA(III) es capaz de formar especies reactivas de oxígeno por reacción con el oxígeno molecular. Los metabolitos resultantes son el radical dimetilarsénico y el radical peroxilo de dimetilarsénico. [55] Se ha demostrado que tanto el DMA(III) como el DMA(V) liberan hierro del bazo de caballo, así como de la ferritina hepática humana, si se administra ácido ascórbico simultáneamente. Por lo tanto, se puede promover la formación de especies reactivas de oxígeno. [56] Además, el arsénico podría causar estrés oxidativo al agotar los antioxidantes de la célula, especialmente los que contienen grupos tiol. La acumulación de especies reactivas de oxígeno como la citada anteriormente y radicales hidroxilo, radicales superóxido y peróxidos de hidrógeno causa una expresión génica aberrante en concentraciones bajas y lesiones de lípidos, proteínas y ADN en concentraciones más altas que finalmente conducen a la muerte celular. En un modelo animal de rata, se midieron los niveles de orina de 8-hidroxi-2'-desoxiguanosina (como biomarcador de daño del ADN por especies reactivas de oxígeno) después del tratamiento con DMA(V). En comparación con los niveles de control, resultaron ser significativamente mayores. [57] Esta teoría está respaldada además por un estudio transversal que encontró peróxidos lipídicos séricos medios elevados en los individuos expuestos a As, que se correlacionaron con los niveles sanguíneos de arsénico inorgánico y metabolitos metilados y se correlacionaron inversamente con los niveles de sulfhidrilo no proteico (NPSH) en sangre completa. [58]
Otro estudio encontró una asociación de los niveles de As en sangre total con el nivel de oxidantes reactivos en plasma y una relación inversa con los antioxidantes plasmáticos. [59] Un hallazgo de este último estudio indica que la metilación podría ser de hecho una vía de desintoxicación con respecto al estrés oxidativo: los resultados mostraron que cuanto menor era la capacidad de metilación de As, menor era el nivel de capacidad antioxidante plasmática. Como revisó Kitchin (2001), la teoría del estrés oxidativo proporciona una explicación para los sitios tumorales preferidos relacionados con la exposición al arsénico. [60] Considerando que hay una alta presión parcial de oxígeno en los pulmones y que la DMA (III) se excreta en estado gaseoso a través de los pulmones, este parece ser un mecanismo plausible para la vulnerabilidad especial. El hecho de que la DMA se produzca por metilación en el hígado, se excrete a través de los riñones y luego se almacene en la vejiga explica las otras localizaciones tumorales.
En cuanto a la metilación del ADN, algunos estudios sugieren la interacción de As con metiltransferasas que conduce a una inactivación de genes supresores de tumores a través de hipermetilación; otros afirman que la hipometilación podría ocurrir debido a una falta de SAM que resulta en una activación aberrante de genes. [61] Un experimento de Zhong et al. (2001) con células de pulmón humano A549, riñón UOK123, UOK109 y UOK121 expuestas a arsenito aisló ocho fragmentos de ADN diferentes mediante reacciones en cadena de polimerasa arbitrariamente cebadas sensibles a la metilación. [62] Resultó que seis de los fragmentos estaban hipermetilados y dos de ellos estaban hipometilados. [62] Se encontraron niveles más altos de actividad de ARNm y enzima de metiltransferasa de ADN. [62]
Kitchin (2001) propuso un modelo de factores de crecimiento alterados que conducen a la proliferación celular y, por lo tanto, a la carcinogénesis . [60] A partir de las observaciones, se sabe que el envenenamiento crónico con dosis bajas de arsénico puede conducir a una mayor tolerancia a su toxicidad aguda. [63] [64] Las células tumorales pulmonares GLC4/Sb30 que sobreexpresan MRP1 acumulan poco arsenito y arsenato. Esto está mediado por un eflujo dependiente de MRP-1. [65] El eflujo requiere glutatión, pero no formación de complejos arsénico-glutatión. [66]
Aunque se han propuesto muchos mecanismos, no se puede dar un modelo definitivo para los mecanismos de envenenamiento crónico por arsénico. Los eventos predominantes de toxicidad y carcinogenicidad podrían ser bastante específicos de cada tejido. El consenso actual sobre el modo de carcinogénesis es que actúa principalmente como promotor de tumores. Su co-carcinogenicidad se ha demostrado en varios modelos. Sin embargo, el hallazgo de varios estudios de que las poblaciones andinas expuestas crónicamente al arsénico (como la mayoría de las extremadamente expuestas a la luz ultravioleta) no desarrollan cáncer de piel con la exposición crónica al arsénico, es desconcertante. [67]
Las dos formas de arsénico inorgánico, reducido (As(III) trivalente) y oxidado (As(V) pentavalente), pueden absorberse y acumularse en los tejidos y fluidos corporales. [68] En el hígado, el metabolismo del arsénico implica metilación enzimática y no enzimática; el metabolito excretado con mayor frecuencia (≥ 90%) en la orina de los mamíferos es el ácido dimetilarsínico o ácido cacodílico, DMA(V). [69] El ácido dimetilarsénico también se conoce como Agente Azul y se utilizó como herbicida en la guerra estadounidense en Vietnam .
En los seres humanos, el arsénico inorgánico se reduce de pentóxido a trióxido de forma no enzimática, utilizando glutatión o mediante la mediación de enzimas. La reducción del pentóxido de arsénico a trióxido de arsénico aumenta su toxicidad y biodisponibilidad. La metilación se produce a través de enzimas metiltransferasas. La S-adenosilmetionina (SAM) puede servir como donante de metilo. Se utilizan varias vías, siendo la principal la que depende del entorno actual de la célula. [70] Los metabolitos resultantes son el ácido monometilarsónico, MMA(III), y el ácido dimetilarsónico, DMA(III).
La metilación se ha considerado un proceso de desintoxicación, [¿ por quién? ] pero la reducción de +5 As a +3 As puede considerarse como una bioactivación [ aclaración necesaria ] en cambio. [71] Otra sugerencia es que la metilación podría ser una desintoxicación si "no se permite que los intermediarios As[III] se acumulen" porque los organoarsénicos pentavalentes tienen una menor afinidad por los grupos tiol que los arsénicos pentavalentes inorgánicos. [70] Gebel (2002) afirmó que la metilación es una desintoxicación a través de la excreción acelerada. [72] Con respecto a la carcinogenicidad, se ha sugerido que la metilación debe considerarse una toxificación. [60] [73] [74]
El arsénico, especialmente el +3 As, se une a grupos sulfhidrilo simples, pero con mayor afinidad a los vecinales , por lo que reacciona con una variedad de proteínas e inhibe su actividad. También se propuso que la unión del arsenito en sitios no esenciales podría contribuir a la desintoxicación. [75] El arsenito inhibe a miembros de la familia de las disulfuro oxidorreductasas como la glutatión reductasa [76] y la tiorredoxina reductasa. [77]
El arsénico no unido restante (≤ 10%) se acumula en las células, lo que con el tiempo puede provocar cáncer de piel, vejiga, riñón, hígado, pulmón y próstata. [69] Se han observado otras formas de toxicidad por arsénico en humanos en la sangre, la médula ósea, el corazón, el sistema nervioso central, el tracto gastrointestinal, las gónadas, los riñones, el hígado, el páncreas y los tejidos de la piel. [69]
Se estima que la dosis letal mínima aguda de arsénico en adultos es de 70 a 200 mg o 1 mg/kg/día. [78]
Otro aspecto es la similitud de los efectos del arsénico con la respuesta al choque térmico. La exposición a corto plazo al arsénico tiene efectos sobre la transducción de señales que induce proteínas de choque térmico con masas de 27, 60, 70, 72, 90 y 110 kDa, así como metalotioneína , ubiquitina , quinasas activadas por mitógeno [MAP], quinasa regulada extracelular [ERK], quinasas terminales c-jun [JNK] y p38. [54] [79] A través de JNK y p38 activa c-fos, c-jun y egr-1 que generalmente son activados por factores de crecimiento y citoquinas. [54] [80] [81] Los efectos dependen en gran medida del régimen de dosificación y también pueden ser invertidos.
Como lo muestran algunos experimentos revisados por Del Razo (2001), las especies reactivas de oxígeno inducidas por niveles bajos de arsénico inorgánico aumentan la transcripción y la actividad de la proteína activadora 1 (AP-1) y el factor nuclear-κB ( NF-κB ) (tal vez potenciado por niveles elevados de MAPK), lo que resulta en la activación de c-fos/c-jun, sobresecreción de citocinas proinflamatorias y promotoras del crecimiento que estimulan la proliferación celular. [79] [82] Germolec et al. (1996) encontraron un aumento en la expresión de citocinas y la proliferación celular en biopsias de piel de individuos expuestos crónicamente a agua potable contaminada con arsénico. [83]
El aumento de AP-1 y NF-κB obviamente también da como resultado una regulación positiva de la proteína mdm2, lo que disminuye los niveles de proteína p53. [84] Por lo tanto, teniendo en cuenta la función de p53, una falta de ella podría causar una acumulación más rápida de mutaciones que contribuyen a la carcinogénesis. Sin embargo, altos niveles de arsénico inorgánico inhiben la activación de NF-κB y la proliferación celular. Un experimento de Hu et al. (2002) demostró un aumento de la actividad de unión de AP-1 y NF-κB después de la exposición aguda (24 h) a arsenito de sodio +3, mientras que la exposición a largo plazo (10-12 semanas) arrojó el resultado opuesto. [85] Los autores concluyen que lo primero puede interpretarse como una respuesta de defensa mientras que lo segundo podría conducir a la carcinogénesis. [85] Como indican los hallazgos contradictorios y las hipótesis mecanicistas conectadas, existe una diferencia en los efectos agudos y crónicos del arsénico en la transducción de señales que aún no se entiende claramente. [ cita requerida ]
Estudios han demostrado que el estrés oxidativo generado por el arsénico puede alterar las vías de transducción de señales de los factores de transcripción nuclear PPAR, AP-1 y NF-κB, [69] [85] [86] así como las citocinas proinflamatorias IL-8 y TNF-α. [69] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] La interferencia del estrés oxidativo con las vías de transducción de señales puede afectar los procesos fisiológicos asociados con el crecimiento celular, el síndrome metabólico X, la homeostasis de la glucosa, el metabolismo de los lípidos, la obesidad, la resistencia a la insulina , la inflamación y la diabetes-2. [92] [93] [94] Evidencias científicas recientes han dilucidado los roles fisiológicos de los PPAR en la ω-hidroxilación de ácidos grasos y la inhibición de factores de transcripción proinflamatorios (NF-κB y AP-1), citocinas proinflamatorias (IL-1, −6, −8, −12 y TNF-α), moléculas de adhesión cell4 (ICAM-1 y VCAM-1), óxido nítrico sintasa inducible, óxido nítrico proinflamatorio (NO) y factores antiapoptóticos. [69] [87] [92] [94] [95]
Estudios epidemiológicos han sugerido una correlación entre el consumo crónico de agua potable contaminada con arsénico y la incidencia de diabetes tipo 2. [69] El hígado humano después de la exposición a fármacos terapéuticos puede presentar hipertensión portal hepática no cirrótica, fibrosis y cirrosis. [69] Sin embargo, la literatura no proporciona evidencia científica suficiente para demostrar causa y efecto entre el arsénico y la aparición de diabetes mellitus tipo 2. [69]
El arsénico se puede medir en la sangre o la orina para controlar la exposición ambiental u ocupacional excesiva, confirmar un diagnóstico de envenenamiento en víctimas hospitalizadas o para ayudar en la investigación forense en un caso de sobredosis fatal. Algunas técnicas analíticas son capaces de distinguir las formas orgánicas de las inorgánicas del elemento. Los compuestos orgánicos de arsénico tienden a eliminarse en la orina en forma inalterada, mientras que las formas inorgánicas se convierten en gran medida en compuestos orgánicos de arsénico en el cuerpo antes de la excreción urinaria. El índice actual de exposición biológica para los trabajadores estadounidenses de 35 μg/L de arsénico urinario total puede ser superado fácilmente por una persona sana que consuma una comida de marisco. [96]
Existen pruebas para diagnosticar el envenenamiento midiendo el arsénico en la sangre, la orina, el cabello y las uñas. La prueba de orina es la prueba más confiable para detectar la exposición al arsénico en los últimos días. La prueba de orina debe realizarse dentro de las 24 a 48 horas para un análisis preciso de una exposición aguda. Las pruebas en el cabello y las uñas pueden medir la exposición a altos niveles de arsénico durante los últimos 6 a 12 meses. Estas pruebas pueden determinar si una persona ha estado expuesta a niveles de arsénico superiores a la media. Sin embargo, no pueden predecir si los niveles de arsénico en el cuerpo afectarán la salud. [97] La exposición crónica al arsénico puede permanecer en los sistemas corporales durante un período de tiempo más largo que una exposición más corta o más aislada y puede detectarse en un período de tiempo más largo después de la introducción del arsénico, lo que es importante para tratar de determinar la fuente de la exposición.
El cabello es un bioindicador potencial de exposición al arsénico debido a su capacidad para almacenar oligoelementos de la sangre. Los elementos incorporados mantienen su posición durante el crecimiento del cabello. Por lo tanto, para una estimación temporal de la exposición, se debe realizar un ensayo de la composición del cabello con un solo cabello, lo que no es posible con técnicas más antiguas que requieren homogeneización y disolución de varias hebras de cabello. Este tipo de biomonitoreo se ha logrado con técnicas microanalíticas más nuevas, como la espectroscopia de fluorescencia de rayos X basada en radiación de sincrotrón y la emisión de rayos X inducida por micropartículas. Los rayos altamente enfocados e intensos estudian pequeñas manchas en muestras biológicas, lo que permite el análisis a nivel micro junto con la especiación química. En un estudio, este método se ha utilizado para seguir el nivel de arsénico antes, durante y después del tratamiento con óxido arsénico en pacientes con leucemia promielocítica aguda. [98]
El dimercaprol y el ácido dimercaptosuccínico son agentes quelantes que separan el arsénico de las proteínas sanguíneas y se utilizan para tratar la intoxicación aguda por arsénico. El efecto secundario más importante es la hipertensión . El dimercaprol es considerablemente más tóxico que el succímero. [ cita requerida ] [99] Los monoésteres de ácido dimercaptosuccínico, por ejemplo, MiADMSA, son antídotos prometedores para la intoxicación por arsénico. [100]
El potasio suplementario disminuye el riesgo de sufrir un problema de ritmo cardíaco potencialmente mortal debido al trióxido de arsénico. [101]
A partir de aproximadamente el año 3000 a. C., se comenzó a extraer arsénico y a agregarlo al cobre para alearlo con bronce , pero los efectos adversos para la salud de trabajar con arsénico llevaron a que se abandonara cuando se descubrió una alternativa viable, el estaño. [104]
Además de su presencia como veneno, el arsénico se ha utilizado con fines medicinales durante siglos. Se ha utilizado durante más de 2400 años como parte de la medicina tradicional china. [105] En el mundo occidental, los compuestos de arsénico, como el salvarsan , se utilizaban ampliamente para tratar la sífilis antes de que se introdujera la penicilina . Con el tiempo, fue reemplazado como agente terapéutico por las sulfamidas y luego por otros antibióticos . El arsénico también era un ingrediente de muchos tónicos (o " medicamentos patentados ").
Además, durante la época isabelina , algunas mujeres utilizaban una mezcla de vinagre , tiza y arsénico aplicada tópicamente para blanquear su piel. Este uso del arsénico tenía como objetivo prevenir el envejecimiento y la aparición de arrugas en la piel, pero una parte del arsénico se absorbía inevitablemente en el torrente sanguíneo. [ cita requerida ]
Durante la época victoriana (finales del siglo XIX) en los Estados Unidos, los periódicos estadounidenses anunciaban "obleas de arsénico para el cutis" que prometían eliminar imperfecciones faciales como lunares y granos. [103]
Algunos pigmentos, en particular el popular verde esmeralda (conocido también con otros nombres), se basaban en compuestos de arsénico. La sobreexposición a estos pigmentos era una causa frecuente de envenenamiento accidental de artistas y artesanos.
El arsénico se convirtió en un método favorito para el asesinato de la Edad Media y el Renacimiento , particularmente entre las clases dominantes en Italia supuestamente. Debido a que los síntomas son similares a los del cólera , que era común en ese momento, el envenenamiento por arsénico a menudo pasaba desapercibido. [106] : 63 Para el siglo XIX, había adquirido el apodo de "polvo de herencia", tal vez porque se sabía o se sospechaba que los herederos impacientes lo usaban para asegurar o acelerar sus herencias. [106] : 21 También fue una técnica de asesinato común en el siglo XIX en situaciones de violencia doméstica, como el caso de Rebecca Copin , quien intentó envenenar a su esposo "poniendo arsénico en su café". [107]
En la Hungría posterior a la Primera Guerra Mundial , el arsénico extraído hirviendo papel matamoscas fue utilizado en unos 300 asesinatos por parte de los Creadores de Ángeles de Nagyrév .
En la China imperial, el trióxido de arsénico y los sulfuros se utilizaban en asesinatos, así como para la pena capital de miembros de la familia real o la aristocracia. Los estudios forenses han determinado que el emperador Guangxu (fallecido en 1908) fue asesinado con arsénico, muy probablemente ordenado por la emperatriz viuda Cixi o el generalísimo Yuan Shikai . Del mismo modo, en la antigua Corea , y particularmente en la dinastía Joseon , los compuestos de arsénico y azufre se habían utilizado como ingrediente principal del sayak (사약; 賜藥), que era un cóctel de veneno utilizado en la pena capital de figuras políticas de alto perfil y miembros de la familia real. [108] Debido a la prominencia social y política de los condenados, muchos de estos eventos fueron bien documentados, a menudo en los Anales de la dinastía Joseon ; a veces se retratan en miniseries históricas de televisión debido a su naturaleza dramática. [109]
Uno de los peores incidentes de envenenamiento por arsénico a través del agua de pozo ocurrió en Bangladesh , lo que la Organización Mundial de la Salud calificó como el "mayor envenenamiento masivo de una población en la historia" [110] y fue reconocido como un importante problema de salud pública. La contaminación en las llanuras fluviales Ganga-Brahmaputra en la India y Padma-Meghna en Bangladesh demostró tener efectos adversos sobre la salud humana. [111]
Se cree que el envenenamiento por arsénico debido a la exposición a las aguas subterráneas es responsable de la enfermedad que experimentaron quienes presenciaron el impacto de Carancas en 2007 en Perú , ya que los residentes locales inhalaron vapor contaminado con arsénico, producido a partir de aguas subterráneas que hirvieron por el intenso calor y la presión producidos por un meteorito de condrita que impactó el suelo. [112]
En los EE. UU. en 1975, bajo la autoridad de la Ley de Agua Potable Segura, la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. determinó que los niveles de arsénico (contaminante inorgánico, IOC) de la Regulación Nacional Provisional Primaria del Agua Potable eran de 0,05 mg/L (50 partes por mil millones, ppb). [113]
A lo largo de los años, muchos estudios han informado de los efectos dependientes de la dosis del arsénico en el agua potable y el cáncer de piel. Para prevenir nuevos casos y muertes por enfermedades cancerosas y no cancerosas, la Ley de Agua Potable Segura ordenó a la Agencia de Protección Ambiental que revisara los niveles de arsénico y especificó el nivel máximo de contaminante (MCL). Los MCL se establecen lo más cerca posible de los objetivos de salud, teniendo en cuenta los costos, los beneficios y la capacidad de los sistemas públicos de agua para detectar y eliminar contaminantes utilizando tecnologías de tratamiento adecuadas. [113] [114]
En 2001, la Agencia de Protección Ambiental adoptó un estándar más bajo de MCL 0,01 mg/L (10 ppb) para el arsénico en el agua potable que se aplica tanto a los sistemas de agua comunitarios como a los sistemas de agua no comunitarios no transitorios. [113]
En otros países, al elaborar normas nacionales sobre el agua potable basadas en los valores de referencia, es necesario tener en cuenta diversas condiciones geográficas, socioeconómicas, alimentarias y de otro tipo que afectan a la exposición potencial. Estos factores dan lugar a normas nacionales que difieren apreciablemente de los valores de referencia. Este es el caso de países como la India y Bangladesh, donde el límite permisible de arsénico en ausencia de una fuente alternativa de agua es de 0,05 mg/L. [115] [116]
Las tecnologías de eliminación de arsénico son procesos de tratamiento tradicionales que se han adaptado para mejorar la eliminación del arsénico del agua potable. Si bien algunos de los procesos de eliminación, como los procesos de precipitación, los procesos de adsorción, los procesos de intercambio iónico y los procesos de separación (por membrana), pueden ser técnicamente viables, su costo puede ser prohibitivo. [113]
Para los países subdesarrollados, el desafío consiste en encontrar los medios para financiar esas tecnologías. La Agencia de Protección Ambiental, por ejemplo, ha estimado que el costo anualizado nacional total del tratamiento, el monitoreo, la presentación de informes, el mantenimiento de registros y la administración para hacer cumplir la norma MCL es de aproximadamente 181 millones de dólares. La mayor parte del costo se debe a la instalación y operación de las tecnologías de tratamiento necesarias para reducir el arsénico en los sistemas públicos de agua. [117]
La exposición al arsénico a través de las aguas subterráneas es muy preocupante durante el período perinatal. Las mujeres embarazadas son una población de alto riesgo, no solo porque corren el riesgo de sufrir consecuencias adversas, sino porque la exposición intrauterina también supone riesgos para la salud del feto.
Existe una relación dosis-dependiente entre la exposición perinatal al arsénico y la mortalidad infantil, lo que significa que los bebés nacidos de personas expuestas a concentraciones más altas o expuestas durante períodos más prolongados tienen una tasa de mortalidad más alta. [118]
Los estudios han demostrado que la ingestión de arsénico a través del agua subterránea durante el embarazo plantea peligros para la embarazada, incluyendo, entre otros, dolor abdominal, vómitos, diarrea, cambios en la pigmentación de la piel y cáncer. [119] La investigación también ha demostrado que la exposición al arsénico también causa bajo peso al nacer, bajo tamaño al nacer, mortalidad infantil y una variedad de otros resultados en los bebés. [119] [120] Algunos de estos efectos, como una menor tasa de natalidad y tamaño, pueden deberse a los efectos del arsénico en el aumento de peso durante el embarazo. [120]
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