Efectos de la

Contaminación Atmosférica

Vamos a dividir los efectos perniciosos de la contaminación en trescategorías:

• Efectos sobre las personas• Efectos sobre el resto de la biosfera• Efectos sobre las cosas

Y diferentes escalas

• Escala local• Escala Regional• Escala Global

Daños a las personas

Las vías de acción de la contaminación atmosférica en las personas son:

RespiraciónIngestiónAcción directa

(sobre la piel, los ojos, etc.)

Las Vías Respiratorias: Están formadas por la boca y las fosas nasales, la faringe, la laringe, la tráquea, los bronquios y los bronquiolos. La laringe es el órgano donde se produce la voz, contiene las cuerdas vocales y una especie de tapón llamado epiglotis para que los alimentos no pasen por las vías respiratorias. La tráquea es un tubo formado por unos veinte anillos cartilaginosos que la mantienen siempre abierta, se divide en dos ramas: los bronquios. Los bronquios y los bronquiolos son las diversas ramificaciones del interior del pulmón,

Los bronquiolos terminan en unos sacos llamadas alvéolos pulmonares que tienen a su vez unas bolsas más pequeñas o vesículas pulmonares, están rodeadas de una multitud de capilares por donde pasa la sangre y al realizarse el intercambio gaseoso se carga de oxígeno y se libera de CO2.

El comportamiento de los elementos contaminantes en el proceso respiratorio depende de la forma en que aparezcan

- Gas- Partículas

En el caso de los gases tiene particular importancia la solubilidad del contaminante. Los más solubles se quedan en las vías respiratorias superiores, los menos pueden llegar a los alvéolos.

El comportamiento de las partículas depende de:La forma (más o menos aerodinámica)La masaEl tamañoLa orientación (en el caso de fibras)

Mecanismos de remoción* Tos* Estornudos* Espiración* En el momento de tragar saliva

Las partículas quedan atrapadas en la mucosa que recubre las paredes traqueo-bronquiales y mediante unos orgánulos especiales llamados cilios ascienden en el fluido mucoso a través de la tráquea para ser tragados con la saliva.

También pueden ser engullidas por unos macrófagos que existen en los alvéolos y pasar a formar parte del fluido mucoso

Una vez en el interior del cuerpo las substancias contaminantes se depositan en: la sangre, la orina,

los tejidos blandos, pelos, uñas, huesos, etc.

Si los mecanismos de remoción son más lentos que los mecanismos de absorción se produce una acumulaciónPor ejemplo el mercurio apenas si es eliminado por el cuerpo con lo cual su concentración va aumentando progresivamente hasta que alcanza valores mortales para el hombre.

Impacto de la contaminación : Diferentes tipos de estudio

Disciplina Población Puntos fuertes Puntosdébiles

Epidemiolo-gía

Comunidades

Grupos deenfermos

ExposiciónNatural

-No extrapolación-Grupos susceptibles-Efectos de nivelesbajos durante unlargo periodo

Dificilcuantificar laexposición

Estudiosclínicos

Experimental

SujetosEnfermos

-Exposicióncontrolada-Personasvulnerables- Causa - Efecto

ExposiciónartificialEfectos agudos

Toxicolo-gía

Animales

Células

Sistemasbioquímicos

Máximarespuesta/dosisAdquisición rápidade datos.Mecanismoscausa/efecto

Se aplica alhombre ?Umbral derespuesta ?Extrapolación

Algunos efectos del Ozono:

Irritación del sistema respiratorio: tos, irritación de la garganta

Reducción de la función respiratoria: Se hace más difícil respirar profundamente, por lo que aumenta el ritmo respiratorio

Se agrava el asma: Parece ser que las personas asmáticas se hacen más sensibles a los alergenos

Puede incrementar la susceptibilidad a infecciones respiratorias

Puede producir inflamación e incluso dañar el tejido pulmonar.

Es poco soluble, penetra con facilidad hasta los alvéolos, por lo que afecta al tejido alveolar.

Ozono:

Grupos de riesgo:

•Niños

•Adultos con vida laboral o que realizan ejercicio físico al aire libre.

•Personas mayores

•Personas con enfermedades pulmonares, tales como asma

•Personas especialmente sensibles al ozono

EEUU: 0.08 ppm/8 hora

Canada: 0.082 ppm/1 hora

Japon: 0.06 ppm /1 hora

OMS: 0.075-0.10 ppm/1 h.

0.05-0.06 ppm/8 h

Efectos del monóxido de carbono CO:

El principal mecanismo de acción del monóxido de carbono reside en su gran afinidad (240 veces mas fuerte que la del oxígeno) por la hemoglobina para formar la carboxihemoglobina (COHb). Esta gran afinidad entre la hemoglobina y el CO hace que la capacidad para transportar oxígeno en la sangre se ve fuertemente disminuida lo que va a provocar un aumento del ritmo cardiaco para compensar dicha pérdida de capacidad de transporte de oxígeno por la sangreLa cantidad de COHb formada en la sangre de una persona depende de un número de factores entre los que cabe citar

Concentración y duración de la exposiciónEjercicioTemperatura Estado de salud del individuoMetabolismo del individuo

La figura nos muestra el tanto por ciento de COHb para diferentes niveles de concentración de CO, diferentes niveles de exposición así como diferentes grados de ventilación

CO (ppmv)

La eliminación del CO es lenta, con un tiempo de vida media de 2 a 6.5 horas, por lo que el CO se pude acumular en una exposición continuada, siendo el sistema vascular su principal almacén.

El principal motivo de preocupación, desde el punto de vista de la salud, con niveles relativamente bajos de CO (< 50 ppmv) son los efectos cardiovasculares (debido al incremento del ritmo cardiaco) y neurológicos (debido a la falta de oxígeno en el cerebro). Valores superiores a un 6% de Carboxihemoglobina pueden causar arritmias en personas con problemas en la arteria coronaria. Estudios epidemiológicos han puesto de manifiesto un incremento de mortalidad en individuos con problemas cardiovasculares sometidos a valores relativamente elevados de CO

La disminución de la cantidad de oxígeno en sangre a consecuencia de la presencia de COHb provoca una disminución de oxígeno en el cerebro con los consiguientes efectos neurológicos . La siguiente tabla nos da algunas de las respuestas de una persona a diferentes niveles de COHb

Niveles de COHb Efectos

0-1% ninguno2.5% Pérdida de discriminacion de intervalo temporal3% Cambios en los umbrales de brillo4.5% Incremento del tiempo de reacción a estímulos visuales10% Cambios en la destreza de conducción10-20% Dolores de cabeza, fatiga, perdidad de coordinación

Indice 100: 9 ppmv (8 horas)

Dióxido de azufre SO2

Es muy soluble en agua por lo que la mayor parte del SO2 va a quedar retenido en las vías respiratorias superiores. Menos del 1% alcanza los alvéolos. Con el ejercicio y la respiración por la boca aumenta la proporción de SO2 que llega a los pulmones.Algunos efectos del SO2

Cambios en la función mecánica de las vías superiores Incremento de la resistencia al flujo nasal. Disminución del flujo nasal.

Puede producir bronquitis crónica.

Puede producir bronco-constricción en asmáticos. A concentraciones altas puede afectar a personas normales.

Largas exposiciones pueden alterar los mecanismos de defensa de los pulmones y agravar enfermedades cardiovasculares.

Grupos de riesgo:

Personas asmáticasPersonas mayores

USA:

0.2 a 0.5 ppm/ 1hora

Dióxido de nitrógeno NO2

Es menos soluble que el SO2 por lo que penetra más fácilmente en los pulmones, cuyo tejido se puede dañar.

Personas con exposiciones elevadas (trabajadores de industrias tales como: fabricación de ácido nítrico, uso de explosivos, silos) puede desarrollar edema pulmonar

Estudios toxicológicos revelan que el NO2 puede incrementar el efecto de enfermedades patógenas, se ha observado destrucción de tejido pulmonar a concentraciones elevadas. Con concentraciones de 0.5 ppmv, (umbral de efectos adversos) se han detectado destrucción de cilias, obstrucción de bronquiolos, variaciones en el tejido alveolar.

Estudios epidemiológicos no han revelado ninguna efecto/causaentre enfermedades y NO2 a las concentraciones usuales

201: 0.65 ppmv (24 h)

Las partículas se suelen dividir en PM10 aquellas que tienen un tamaño menor de 10 micras y PM2.5, las que tienen un tamaño menor que 2.5 micras.

De acuerdo con la figura,

PM10 es retenido en las vías superiores

PM2.5 puede penetrar más fácilmente en los pulmones

Partículas

(Diámetro mediano en masa)

Habida cuenta de la dificultad de las partículas para seguir la corriente de aire, estas tienden a depositarse en la ramificaciones bronquiales, donde existe una alta concentración de terminaciones nerviosas que tienden a provocar el acto reflejo de la tos o la bronco-constricción. La sensibilidad de las terminaciones nerviosas a estímulos químicos puede producir variaciones en el ritmo respiratorio.

La deposición de las partículas no solo depende de la masa y la forma sino también de su composición, pH, solubilidad, etc

Una vez depositadas, su eliminación depende de la zona donde han sido retenidas. En las vías respiratorias superiores, los cilia las eliminan en menos de 24h. Obviamente cuanto mas hondo penetren más difícil es su eliminación. Así en la zona alveolar pueden permanecer hasta varias semanas.

Por lo general las partículas más pequeñas son las más peligrosas

Penetran hasta lo más profundo del aparato respiratorio, por lo que resultan mas difíciles de eliminar

Presentan una proporción área/tamaño muy grande por lo que la interacción con el tejido pulmonar aumenta

Una buena parte de las substancias nocivas, plomo, zinc, cromo, mercurio, sulfatos y nitratos se encuentran en éstas partículas más pequeñas

Estudios de un grave episodio de contaminación que tuvo lugar en Londres en 1952 revelan que concentraciones de partículas superiores a 700 µg/m^3 con un exceso de SO2 de 0.27 ppm produjo un incremento notable del riesgo de mortalidad.

Desde 1986 diferentes estudios epidemiológicos revelan que existe una cierta relación potencial entre la mortalidad/morbilidad y exposiciones agudas al standard de 24 horas (150 µg/m^3)

Grupos de riesgo son:

Niños

Personas mayores

Personas con problemas respiratorios y coronarios

Personas asmáticas

100= PM2.5 40 µg/m3 24 h100=PM10 150 µg/m3 24 h

PlomoEs un metal pesado de color gris, con bajo punto de

fusión, dúctil y maleable y resistente a la corrosión que aparece de forma natural en el suelo, el agua e incluso en aire.Se ha empleado en

cañerías,tejadosbaterías de automóvilespinturas

En la época moderna ha sido empleado como antidetonante en los motores de gasolina. En la actualidad ha sido prohibido su uso en este tipo de combustible. Las gasolinas con plomo de 97 octanos ya han sido sustituidas en toda la UE, incluso en España.

La vía de entrada del plomo en el cuerpo es la ingestión de alimentos, agua y mediante la respiración de partículas.

Debido a que el cuerpo lo elimina con alguna dificultad, el plomo se acumula en el mismo. Se localiza principalmente en la sangre, los tejidos blandos y, debido a su similaridad con el calcio, en los huesos.

Debido a su amplio uso, la cantidad(carga) de plomo en el cuerpo se estima que es una 300 veces superior a la de nuestros antepasados pre-industriales

Exposiciones agudas al plomo (contenido en sangre > 60 µg/dL, el standard 1.5 µg/M^3(aire, 3 meses) = 30 µg/dL(sangre) ) pueden producir

cólicos, shocks,

anemia severa,

daños en el riñón

daños irreparables en el cerebro

la muerte

Exposiciones crónicas

Pueden producir daños en el cerebro

Daño en los riñones

En el sistema nervioso.

Daños en la naturaleza

Daños a la vegetación

Los daños producidos en la vegetación fueron uno de los primerossíntomas de los efectos de la contaminación atmosférica, en este sentido se puede considerar que la vegetación ha actuado como centinela de los efectos nocivos de la contaminación atmosférica.

Inicialmente fueron los efectos producidos en los alrededores de los grandes núcleos industriales, principalmente en industrias que emitían grandes cantidades de SO2 y metales pesados como puede ser las centrales térmicas y las fundiciones.

Posteriormente, estudios sobre daños producidos en los cultivos en los alrededores de las grandes ciudades, como sucedió en los Angeles a mediados de los años 40, dieron como resultado que estos daños estaban producidos por el ozono y PAN formados en el smog fotoquímico de la ciudad.

Entre los contaminantes que han sido reconocidos desde hace tiempo como dañinos a la vegetación merece la pena destacar a SO2, ozono, fluoruros, PAN, etc, y desde hace algunos años, dado su enorme impacto sobre los bosques, la deposición ácida. Contaminantes menores se puede citar, NO2, Cl2, HCl.

Epidermis superior

Cutícula

Parénquima de empalizada

Parénquima esponjoso

Estomas

Epidermis inferior

Estructura de una hoja

a) Epidermis Superior : Capa monoestratificada de células vivas en el haz de la hoja. Presenta pocos estomas, es transparente y sus funciones son de protección, mantenimiento de la forma y permitir el paso de la luz hacia los estratos celulares más internos. Carece de cloroplastos y está recubierta por fuera por una capa de cutina, la cutícula.b) Parénquima de Empalizada : Está formado por dos o tres capas de células alargadas y ricas en cloroplastos. Posee pocos espacios intercelulares y por su función recibe también el nombre de parénquima asimilador o clorénquima.

c) Parénquima Esponjoso : Junto con la capa anterior constituyen el mesófilo. Lo forman células irregulares que dejan grandes espacios intercelulares entre ellas. Estos espacios permiten la circulación de los gases, y se comunican con el ambiente a través de los ostíolos de los estomas. También posee clorofila, aunque en menor cantidad.

d) Epidermis Inferior : Se encuentra en el envés de la hoja y su estructura es igual que la de la epidermis superior, aunque presenta mayor cantidad de estomas.

Estoma

e) Estomas : Son los encargados de asegurar el intercambio gaseoso y regular la transpiración de los órganos verdes y aéreos de los vegetales. Abundan en la cara inferior de las hojas y están regularmente repartidos por toda la epidermis. El estoma consta de un ostíolo, orificio delimitado por dos células arriñonadas ; las células oclusivas, que presentan cloroplastos. En algunas especies aparecen, células anexas en número de dos, tres, o más. Todas estas células forman en conjunto el aparato estomático.

Las tres funciones principales de la hojafotosíntesis (en los cloroplastos)transpiraciónrespiración

requieren el paso de gases (CO2 y H2O) de la atmósfera a su interior a través de los estomas. Es este mismo sistema el que permite que gases contaminantes entren en su interior. Al igual que en el hombre, estos penetran en la planta a través del sistema respiratorio de la misma.

Los contaminantes pueden entrar también a través de las raícesformando parte de los nutrientes disueltos en el agua.

Efectos sobre la vegetación y las cosechas

Los daños a las plantas se pueden clasificar en visible y no visibles,Los daños visibles se refieren a desviaciones respecto de la apariencia normal de la hoja. Una hoja ‘normal’ presenta un buen color con una estructura celular ‘normal’ en las diferentes capas. Desviaciones respecto de este aspecto ‘normal’ van desde el colapso del tejido o necrosis a la pérdida del colorLa necrosis tiene lugar cuando se ha dañado el parénquima esponjoso o el parénquima de empalizada, la hoja aparece muy descolorida, con posible pérdida de tejido, apareciendo orificios en la misma. Un efecto menos dramático aparece cuando se decolora, con reducción o pérdida de cloroplastos, o clorosis. El daño a la epidermis es llamado vidriado (glazing) y si es a zonas o puntos: punteado (flecking)

SO2: Afecta al tejido mesófiloDependiendo de la concentración, produce, manchas blancas, rojas, marrones e incluso negras dependiendo de la especie. El daño se extiende desde la base hasta la cima de la hoja por ambas caras. Las hojas más jóvenes resultan más afectadas, En las dicotiledoneas, efectos agudos se manifiestan con necrosis intervenal

Algunos daños por SO2

Sensibles Intermedias Resistentes

Guisante Gladiolo Crisantemo

Aster Tulipan

Pino Blanco Pino Austriaco Cedro rojo

Abedul Aliso Arce

Espinacas Tomate Maiz

Alfalfa Lechuga Patatas

Avena Trigo Brocoli

arbustos con flores/plantas ornamentales

Sensibilidad de las plantas al SO2

arboles/arbustos

huerta/cosechas

Ozono: Afecta principalmente al parénquima de empalizada y en menor medida al parénquima esponjoso. Los síntomas se reflejan en la superficie superior de la hoja. Las plantas mas jovenes son las mas sensibles. Aparecen el punteado (flecking) debido a la muerte o daño del parénquima. Las manchas pueden ser blancas, cobrizas o amarillas. Es común el daño del O3 a las hojas de pino, apareciendo las puntas de color marrón.

Algunas hojas dañadas por O3, solo aparece punteo en la cara superior de la hoja

Sensibles Intermedias Resistentes

Petunia Begonia Gladiolo

Coleo Lila Azalea

Sicamore Americ. Roble negro Nogal Negro

Roble Blanco Rododendro Arce rojo

Alfalfa Pepino Arroz

Patata Col Fresas

Tomate Guisante Remolacha

arbustos con flores/plantas ornamentales

Sensibilidad de las plantas al O3

arboles/arbustos

huerta/cosechas

PAN: El PAN afecta al mesófilo esponjoso adyacente a los estomas causando su colapso, formandose grandes bolsas de aire que son responsables del aspecto vidrioso que se observa en la superficie inferior de muchas dicotiledoneas. El PAN tiene un carácter más fitotóxico que el O3, plantas sensibles tales como la petunia, tomate y lechuga se pueden dañar con concentraciones de 15 a 20 ppbv durante unas pocas horas.

Algunas plantas dañadas por PAN

Sensibles Intermedias Resistentes

Petunia Coleo Lirio

Aster Lila Orquidea

Manzano Roble blanco

Fresno verde Pino austriaco

Judia Alfalfa Col

Lechuga Espinaca Maiz

Tomate Soja rabano

arbustos con flores/plantas ornamentales

Sensibilidad de las plantas al PAN

arboles/arbustos

huerta/cosechas

FLUOR: El daño por flúor procede de la captación de fluoruros en medio gaseoso a través de los estomas o a través de partículas solubles depositadas sobre la hoja. De cualquiera de las maneras a través del sistema venoso llega a la hoja donde se acumula en la punta y/o borde de la misma. El daño se debe a una acumulación del fluoruro

Sensibles Intermedias Resistentes

Gladiolo Azalea Petunia

Tulipan Rosa Crisantemo

Pino ponderosa Abeto Grande Roble blanco

Alamo Pino austriaco

Maiz dulce Tomate Tabaco

Trigo(joven) Alfalfa Col

Avena(joven) Espinacas Pepino

arbustos con flores/plantas ornamentales

Sensibilidad de las plantas al Fluor

arboles/arbustos

huerta/cosechas

Etileno: Es una de las sustancias mas comunes en las atmósferas urbanas contaminadas, es un subproducto de la combustión de la gasolina. Una de las funciones normales del etileno es el de la maduración. Normalmente se recogen las frutas verdes y se le da un ‘toque’ de etileno para que maduren. También las frutas lo producen cuando maduran. De ahí que se diga que una manzana podrida, pudre al resto del cesto, mediante la emisión de etileno

Daños a los animales

Estudios epidemiológicos demuestran que las personas sometidas durante mucho tiempo a altos niveles de contaminación presentan problemas respiratorios, es lógico pensar, aunque no se han hecho estudios específicos, que los animales domésticos (perros, gatos, etc) sometidos también a estas mismas exposiciones deben de presentar problemas similares.

Los daños más estudiados en los animales son aquellos que se derivan de las industrias del flúor o que lo emplean en alguno de sus procesos. La mayor parte de la contaminación por flúor se debe a la ingestión por parte de los animales de forrajes contaminados. Así pues, son aquellos animales que dependan de este tipo de comida, los más afectados. La fluorosis, la enfermedad provocada por el flúor, se ha diagnosticado en animales pastando cerca de plantas de fertilizantes fosfatados, y fundiciones de aluminio y en otras industrias tales como: fósforo, ácido fosfórico, vidrio, aceros...

El flúor, aunque no en forma elemental, se encuentra de forma natural en cantidades variables en el suelo, agua, la vegetación y los tejidos de los animales. Puede tener efectos beneficiosos si se toman en pequeñas cantidades. Los efectos dañinos aparecen cuando se toman en grandes cantidades.

La ingestión de flúor puede provenir de una acumulación de los mismos en la hojas de las plantas que constituyen los forrajes expuestas a fluoruros gaseosos, partículas o la toma de los mismos por parte de la planta a partir del suelo.

Fluorosis:

La fluorosis puede ser aguda o crónica. La fluorosis aguda apenas si se observa en los animales, no sucede lo mismo con al fluorosis crónica que se ha encontrado con frecuencia en cabañas que han comido forrajes con alto contenido en flúor durante tiempo prolongado.

Debido a que el flúor interfiere con el metabolismo normal del calcio el daño por flúor se manifiesta por cambios en la dentadura y el esqueleto. Uno de los primeros signos de fluorosis es pequeñas motas blancas que aparecen en el esmalte dental. La fluorosis crónica se manifiesta por una incompleta formación del esmalte, la dentina y el diente propiamente dicho. Estos cambios dentales ocurren cuando el diente se está formando y son irreversibles

Ejemplo de dientes afectados por fluorosis

Un animal afectado por fluorosis tiene una menor capacidad de alimentarse pues mastican peor.

Desde el punto de vista humano, la fluoración de las aguas ha conducido a que en nuestros niños se haya desarrollado un problema de fluorosis.

Efectos sobre los materiales

Se sabe perfectamente que los contaminantes gaseosos y las partículas afectan profundamente a los materiales de construcción: hierro, piedra, pinturas, caucho, piel…. Los efectos sobre monumentos antiguos empieza a ser preocupante a lo largo y ancho de la vieja Europa, pues su perdida es muchas veces irrecuperable.

Los materiales se ven afectados de diversa manera: física y química. Los mecanismos físicos fundamentales son la abrasión por partículas o el efecto pasivo de la deposición de partículas, singularmente hollines

Los mecanismos químicos cuando se produce una reacción entre los materiales y algún compuesto químico, bien de forma directa (aire contaminado -- material), bien cuando se depositan las partículas, bien secas o bien en disolución. El daño químico resulta en muchas ocasiones irreparable

Corrosión:

La corrosión de los metales es uno de los problemas mas generales de la contaminación. Dado que la corrosión es un proceso natural, es difícil reconocer muchas veces el papel jugado por los contaminantes, que por lo general aceleran los procesos de corrosión naturales.

Parece ser que el SO2 y las PM aceleran la corrosión de los metales ferrosos, probablemente debido a la presencia asociada de ácido sulfúrico. Curiosamente en atmósferas con un alto grado de oxidantes, tal como el ozono, los efectos de la corrosión parecen ser menores, debido a que bajo la acción de oxidación por el ozono se forma una capa de óxido que aísla al resto del metal de la oxidación por ácido sulfúrico.

Metales:

Metales como zinc utilizados para proteger al acero son atacados por SO2 en presencia de humedad. El cobre reacciona con el SOx para formar la pegatina verde que se ve sobre los objetos de cobre y que es sulfato de cobre. Esta capa de sulfato protege al resto del material de un posterior ataque. Esta capa verde la podemos ver en los estatuas de bronce que hay en muchas ciudades europeas.

Materiales de construcción: Contrariamente a los metales donde es difícil de valorar la influencia de la contaminación sobre la corrosión. En el caso de la construcción, es evidente que una buena parte de la suciedad de los edificios se debe a la contaminación.

Una buena parte de esta suciedad está provocada por los humos que se depositan sobre los edificios procedentes del tráfico de automóviles, de las calefaciones, etc. Este tipo de problema es relativamente fácil de solucionar. Mediante técnicas de abrasión por arena se pueden limpiar fácilmente, eso sí, con un buen coste para el contribuyente. Ahora bien, el ataque químico es mucho mas difícil de solucionar. Los materiales a base de carbonato cálcico (p. ej. caliza, mármol) reaccionan con ácido sulfúrico para dar CaSO4*2H2O (yeso). Este proceso tiene lugar en los poros y fisuras que siempre presenta la roca. Al tener el yeso un volumen mayor , hace de cuña y rompe la roca, desmenuzandola. Así mismo el silicato es más soluble que el carbonato