Health status if the galician maternal-child population based on its exposure to environmental pollutants

Resumen

La exposición humana a contaminantes presentes en el ambiente se ha convertido en los últimos años en un tema de creciente preocupación, lo que ha provocado que sea uno de los principales focos en recientes investigaciones con la finalidad de poder valorar el riesgo que todo esto supone para la salud. Esta exposición es producida entre otros, por un estilo de vida moderno, la dieta, hábitos personales y ocupacionales. Los contaminantes ambientales son compuestos tóxicos para la salud humana, la mayoría de ellos, persistentes en el medio ambiente y resistentes a la degradación. Estas sustancias se bioacumulan en los organismos vivos y debido a que se biomagnifican, aumentan su concentración a través de la cadena alimenticia. Además, tienen la capacidad de ser transportados a largas distancias desde su fuente de emisión, convirtiéndose en una amenaza mundial para la salud humana y el medio ambiente. Esta exposición humana a contaminantes ambientales, incluso a niveles bajos, puede ocasionar, entre otros, un aumento del riesgo de padecer cáncer, trastornos reproductivos, alteración del sistema inmune, deterioro del comportamiento neurológico, alteración endocrina, genotoxicidad, aumento de defectos congénitos, etc. (Organización Mundial de la Salud, 2019). Con el objetivo de proteger la salud humana y el medio ambiente, se han creado instrumentos y herramientas para regular y controlar las emisiones de estos contaminantes ambientales. El Convenio de Estocolmo (2013) es el plan más ambicioso de los últimos años y surge con el objetivo de eliminar y regular la emisión y descarga de contaminantes orgánicos persistentes (COP) al medio ambiente. Los efectos adversos para la salud de los contaminantes ambientales dependerán de la dosis y la concentración de la sustancia química (Lee et al., 2006). La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC, por sus siglas en inglés, International Agency for Research on Cancer) y la Agencia para el Registro de Sustancias Tóxicas y Enfermedades (ATSDR, por sus siglas en inglés, Agency for Toxic Substances and Disease Registry) han desarrollado algunas listas de agentes tóxicos a lo largo de los años. La IARC clasificó los químicos en 4 grupos: grupo 1 (cancerígeno para los humanos), grupo 2A (probablemente cancerígeno para los humanos), grupo 2B (posiblemente cancerígeno para los humanos), grupo 3 (no clasificable en cuanto a su carcinogenicidad para los humanos) y grupo 4 (probablemente no cancerígeno para los humanos). La ATSDR creó además, una lista prioritaria de sustancias peligrosas que incluye las sustancias que se ha determinado que son de mayor preocupación para la salud pública (Agencia de Sustancias Tóxicas y Registro de Enfermedades, 2013). La acumulación en el organismo de sustancias tóxicas se conoce como carga corporal humana de contaminantes. Está determinado por las tasas de ingesta y excreción de las sustancias por el cuerpo humano (Alcock et al., 2000). Para comprender los niveles y las tendencias de los contaminantes ambientales es muy importante cuantificar el equilibrio entre la acumulación y la excreción del organismo (Bu et al., 2014). La carga corporal humana de contaminantes del cuerpo es diferente para las mujeres y los hombres debido a que las mujeres tienen proporcionalmente más masa corporal magra adiposa que los hombres y, por lo tanto, su carga corporal de de compuestos lipofílicos es superior (Gochfeld, 2007; Reutman y Meadows, 2013). Aunque algunos contaminantes orgánicos se excretan y metabolizan muy rápido, muchos de ellos tienen vidas medias más largas y se acumulan en los tejidos grasos, lo que contribuye a aumentar la carga corporal humana de contaminantes (Landrigan, 1988). Los niveles de algunos de estos compuestos han disminuido porque fueron prohibidos (compuestos organoclorados), su uso ha sido limitado (pesticidas organofosforados), o han sido reemplazados por otros. Sin embargo, otros productos químicos emergentes están aumentando sus niveles en el medio ambiente (Esteban y Castaño, 2009; Lu et al., 2015; Toms et al., 2016). La exposición a contaminantes ambientales, empieza en la etapa uterina, en la cual, el feto se ve expuesto a agentes externos que pueden traspasar la placenta, a través de la transferencia transplacentaria, llegando a afectar a su desarrollo (Cerrillos et al., 2019; Covaci et al., 2008; Fernández-Cruz et al., 2017a; Freire et al., 2018; Irwinda et al., 2019; E. Vizcaino et al., 2014). Tanto el feto como el lactante, son especialmente vulnerables a los efectos de estos compuestos químicos, ya que se encuentran en etapas críticas de crecimiento, desarrollo de órganos, diferenciación celular e inmadurez de su metabolismo (Freire et al., 2019; Vafeiadi et al., 2014). Hasta el momento existen pocas evidencias de la magnitud real de sus efectos en la relación a la salud en las primeras etapas de la vida. Hay algunos estudios que intentan relacionar la presencia de contaminantes ambientales con la pérdida fetal, alteraciones en el sistema endocrino, supresión inmune, neurotoxicidad, alteraciones cognitivas y sensoriales, entre otros (Chen et al., 2018; Cortés-Eslava et al., 2018; Freire et al., 2019; Taylor et al., 2018). Alteraciones en el sistema endocrino, tanto en bebés como en niños de corta edad, puede terminar en alteraciones del crecimiento y el desarrollo. Estas alteraciones y efectos adversos sobre la salud en estas etapas de la vida, podrían persistir de por vida (Kim et al., 2018).   Otra vía de exposición a estos compuestos es la leche materna, la cual contiene contaminantes procedentes de la carga corporal materna. Durante el proceso de lactancia, la grasa de la madre comienza a movilizarse y excreta los contaminantes acumulados en su cuerpo por medio de la leche materna, transfiriéndolos al lactante (Nickerson, 2006). La exposición a contaminantes es mayor durante la lactancia debido, principalmente, al elevado porcentaje de grasa que puede contener la leche materna, lo que favorece la presencia en elevadas concentraciones (10 veces más altas que la comida normal) de sustancias lipofílicas. Además de todo esto, la lactancia materna supone una exposición continuada a contaminantes durante un periodo de tiempo determinado (Jacobson et al., 1990; Jensen y Slorach, 1991; Kreuzer et al., 1997; Rogan et al., 1987; OMS, 2010). Sin embargo, es importante tener en cuenta la dificultad para distinguir los efectos asociados con la exposición tóxica en el útero de la exposición durante la lactancia materna. Los modelos más utilizados para estimar la carga química del cuerpo del bebé están relacionados con la carga corporal de la madre, la duración de la lactancia, los cambios de la leche materna durante esta y la cinética de transferencia y el metabolismo del compuesto (Nickerson, 2006). El biomonitoreo es una herramienta que permite evaluar la exposición a contaminantes ambientales por medio del análisis de muestras biológicas. De esta forma las autoridades pueden establecer regulaciones para evitar o reducir lo más posible la exposición a sustancias tóxicas. El biomonitoreo humano puede proporcionar información sobre el comportamiento de una sustancia química y su posible impacto toxicológico, que es crucial para caracterizar la exposición, evaluar el riesgo e informar a los organismos responsables (Angerer et al., 2006; Calafat y Needham, 2009). Están surgiendo nuevos métodos de biomonitorización que utilizan procedimientos no invasivos (mediante el uso de muestras biológicas no invasivas) en contraste con los métodos de análisis tradicionales, como el análisis de sangre. Los nuevos enfoques de análisis ofrecen ventajas en el muestreo, la manipulación y los problemas éticos, al tiempo que garantizan la fiabilidad y una sensibilidad similar (Alves et al., 2014). La población seleccionada en la presente Tesis Doctoral, está formada por una cohorte de población materno-infantil en la localidad de Ourense en Galicia (España). Las mujeres embarazadas y lactantes son incorporadas al estudio por ginecólogos, obstetras, matronas, personal general del hospital y el grupo de investigación durante las consultas entre septiembre de 2016 y enero de 2017, en las cuales, se obtiene el consentimiento informado por escrito, así como cuestionarios específicos sobre la familia, las características demográficas, la dieta y el estilo de vida. Un total de 192 mujeres embarazadas (unidas al estudio para la evaluación de la exposición prenatal) y 140 madres (incorporadas para la evaluación de la exposición postnatal). Teniendo en cuenta las cuestiones anteriores, la presente Tesis Doctoral tiene como objetivo principal la evaluación de la exposición a productos químicos ambientales en la población materno-infantil seleccionada, basándonos en el análisis de muestras biológicas no invasivas, como son las muestras de placenta y meconio, representativas de la exposición prenatal, y leche materna y pelo del infante, representativas de la exposición postnatal. Toda la información adquirida se ha tratado de relacionar con los datos epidemiológicos de la población (dieta, hábitos personales y exposición ambiental, doméstica o laboral). Se han incluido en este estudio, contaminantes prioritarios para la Organización Mundial de la Salud (OMS), especialmente pesticidas organoclorados (OCP), bifenilos policlorados (PCB), hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), polibromodifenil éteres (PBDE) y otros tipos de pesticidas como pesticidas organofosforados (OPP) y piretroides (PYR), así como metales y semimetales capaces de causar efectos adversos en la salud. El muestreo de placenta se realizó en el momento del nacimiento. Las placentas se recogieron en bolsas de polipropileno (Shen et al., 2005) y se congelaron a -20 °C (Leino et al., 2013; Nanes et al., 2014; Shen et al., 2005; Esther Vizcaino et al., 2014). La homogenización se llevó a cabo en una picadora y se almacenaron alícuotas de esta en botellas de vidrio ámbar a -20 °C. El muestreo de meconio se realizó directamente en el pañal del bebé en los primeros días postnatales y se trató como una muestra única (Bielawski et al., 2005; Hong et al., 2002; Ostrea et al., 2002). Se recogieron en recipientes de vidrio con una espátula metálica (Ortega-García et al., 2006). Se mantuvieron congelados hasta el análisis (Bielawski et al., 2005; Ortega-García et al., 2006; Ostrea et al., 2002). El muestreo de leche materna se realizó a los dos meses posteriores al parto. El volumen de la muestra debería de ser por lo menos de 50 ml y se recogió en botellas de vidrio (Kamińska et al., 2014). Una vez que se recogió la leche, se mantuvo en refrigeración (<18 ° C) durante un tiempo máximo de 24 h (Vigh et al., 2013). Las muestras de leche materna se matuvieron en congelación -20 °C hasta el análisis (Çok et al., 2012; Covaci y Schepens, 2001; Croes et al., 2012; Shen et al., 2007; Vigh et al., 2013). Justo antes del análisis, las muestras se descongelaron y se homogenizaron. Las muestras de pelo se obtuvieron del cuero cabelludo de la parte posterior de la cabeza del niño a los 6 meses de vida en papel de aluminio (Kucharska et al., 2014; Ostrea et al., 2006) como protección contra la luz, y se mantuvieron en refrigeración hasta el momento del análisis. (Covaci et al., 2002; Ostrea et al., 2006). El pelo se cortó y se seleccionaron muestras de al menos 200 mg (Covaci et al., 2002) con tijeras de acero inoxidable (Kucharska et al., 2014). Los dos grandes bloques en los que se divide la siguiente Tesis Doctoral son: - Evaluación de la exposición prenatal a contaminantes ambientales utilizando muestras biológicas humanas no invasivas, como la placenta y el meconio. Para realizar esta evaluación prenatal, se han establecido los siguientes objetivos parciales: - Desarrollar un método analítico de extracción para determinar la presencia de los contaminantes ambientales anteriormente citados (OCP, PCB, PAH, PBDE, OPP, PYR, metales y semimetales) en muestras de placenta y meconio utilizando la extracción selectiva con líquidos presurizados (SPLE) y la cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas en tándem de tipo cuadrupolo (GC-QqQ-MS/MS). - Determinar los contaminantes ambientales (tanto contaminantes orgánicos como metales pesados y semimetales) en 88 muestras de placenta y 53 de meconio de la cohorte seleccionada, correlacionando su presencia con los hábitos de consumo y el estilo de vida materno. - Evaluación de la transferencia transplacentaria de contaminantes ambientales y buscar sus posibles fuentes de emisión. En una primera etapa se optimizó el procedimiento de extracción de las muestras de placenta. Con el método optimizado, las recuperaciones obtenidas fueron cuantitativas (52 – 94 %) con aceptables límites de cuantificación (0.015–2.2 ng/g) y una desviación estándar relativa inferior al 16%. Todo ello confirma que el procedimiento desarrollado posee la robustez necesaria para la determinación de los contaminantes orgánicos en las muestras de placenta. Basados en esta metodología, la extracción de contaminantes en muestras de meconio fue realizada obteniéndose de igual modo recuperaciones cuantitativas (55 – 112 %). La mayoría de los compuestos analizados se encontraron en ambas matrices biológicas. La concentración media de los hidrocarburos aromáticos policíclicos fue de 199 ng/g de grasa y 122 ng/g; pesticidas organofosforados 23 ng/g grasa y 7.9 ng/g; piretroides 12 ng/g de grasa y 4.3 ng/g; pesticidas organoclorados 6.9 ng/g placenta y 12 ng/g; para los bifenilos policlorados similares a las dioxinas tienen una concentración media de 7.9 ng/g grasa y 29 ng/g y los bifenilos policlorados no similares a las dioxinas 18 ng/g grasa y 29 ng/g finalmente, los polibromodifenil éteres aparecen con una concentración media de 8.6 ng/g grasa y 0.6 ng/g en las muestras analizadas de placenta y meconio respectivamente. La presencia de contaminantes orgánicos en el meconio indica que existe transferencia transplacentaria. A pesar de que la placenta actuaría como una barrera parcial, ya que para la mayor parte de los compuestos estudiados las concentraciones encontradas de meconio son más bajas, para otros como es el caso de los pesticidas organoclorados y algunos PCB, se encuentran niveles más altos. Lo obtenido corrobora lo obtenido por otros autores (Ostrea et al., 2009). Con el objetivo de poder evaluar la relación entre los contaminantes obtenidos en una y otra matriz, se realizó una regresión multivariante de tipo PLS2 donde las únicas correlaciones significativas, fueron las encontradas para los pesticidas piretroides. Ostrea et al. (2009) concluyó en sus estudios que el análisis del meconio es la medida más sensible para evaluar la presencia de pesticidas. En el presente trabajo, se ha demostrado el uso de meconio para tal fin, así como el de la placenta. Después de realizar el análisis de las muestras recogidas de la cohorte correspondiente, se evaluó la relación de la presencia de los mismos con las características epidemiológicas de la población muestreada. Los resultados muestran una relación entre los contaminantes del tipo OCP, PBDE, PYR y OPP detectados en las muestras de placenta y meconio, y la edad de la madre, la paridad, así como la ganancia de peso durante el embarazo. Para contaminantes del tipo PAH las relaciones significativas fueron las encontradas para los hábitos tabáquicos de la madre y su lugar de residencia. Además de la evaluación de contaminantes orgánicos en muestras de placenta y meconio para el estudio de la exposición prenatal, en la presente Tesis Doctoral se realizó una evaluación adicional de metales tóxicos y metaloides en la placenta, donde se cuantificaron los niveles de estos compuestos (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Li, Mn, Mo, Ni, Pb, Rb, Se, Sr, Tl, Zn) evaluando las posibles fuentes de exposición. Los compuestos con una mayor presencia en las muestras analizadas fueron Zn, Rb y Cu con concentraciones medias de 42952, 15407 y 4837 ng/g peso seco. - Evaluación de la exposición postnatal a contaminantes ambientales utilizando muestras humanas no invasivas, como leche materna y cabello infantil. Para alcanzar esta evaluación postnatal, se han establecido los siguientes objetivos parciales: - Establecer una nueva metodología analítica para determinar los contaminantes seleccionados en muestras de leche materna, usando una metodología similar a la anteriormente utilizada para el análisis de muestras de placenta y meconio, pero con algunas diferencias asociadas al elevado contenido graso de la misma. Para ello,a la nueva de extracción metodología de extracción selectiva con líquidos presurizados se le adicionarán aditivos, realizando la detección de los contaminantes con la misma técnica analítica anteriormente mencionada y que sería la GC-QqQ-MS/MS. - Determinar los contaminantes orgánicos en 60 muestras de leche materna y cabello infantil para correlacionar su presencia con los hábitos de consumo y el estilo de vida materno. - Evaluar el riesgo para la salud infantil que conlleva la ingesta de la leche materna analizada, debido a la presencia en la misma de los contaminantes ambientales. El método analítico para la determinación de los contaminantes ambientales anteriormente citados se puso a punto, con el uso de KOH como aditivo clave en el proceso de extracción selectiva con líquidos presurizados. El procedimiento de detección usado fue el mismo que el optimizado con anterioridad. Las recuperaciones obtenidas fueron cuantitativas (60% a 121%), los límites de cuantificación aceptables (0.0026–0.0204 ng/g) con una desviación estándar relativa inferior al 20%. La metodología optimizada se aplicó a las muestras seleccionadas de leche materna (60). Para la determinación de las muestras de pelo del bebé (20), se aplicó una metodología puesta a punto previamente por el grupo de investigación (González-Gómez et al. (2018)). En las muestras analizadas, se encontraron la mayoría de los compuestos estudiados en el siguiente orden de concentración media ΣPAH > ΣNDLPCB > ΣOCPs > ΣDLPCB > ΣPYR > ΣOPP > ΣPBDE. Los hidrocarburos aromáticos policíclicos aparecen con una concentración media de 63 ng/g grasa y 17 ng/g; los bifenilos policlorados no similares a las dioxinas 40 ng/g grasa y 3.4 ng/g; los pesticidas organoclorados tienen una concentración media de 37 ng/g grasa y 1.1 ng/g; en el caso de los bifenilos policlorados similares a las dioxinas la concentración media es de 17 ng/g grasa y 0.027 ng/g; los piretroides 19 ng/g grasa y 2.0 ng/g; los pesticidas organofosforados aparecen con una concentración media de 13 ng/g grasa y 2.9 ng/g y finalmente los polibromodifenil éteres aparecen con una concentración media de 3.9 ng/g grasa y 0.34 ng/g en las muestras seleccionadas de leche y pelo respectivamente. La paridad de la madre, su edad y el aumento de peso durante el embarazo fueron, de la misma forma que sucedía en las muestras de placenta y meconio, los posibles factores que influyeron en la presencia de niveles de pesticidas organoclorados, bifenilos policlorados y piretroides. En el caso de los hidrocarburos policíclicos aromáticos, el lugar de residencia y el hábito tabáquico de la madre fueron los factores más importantes. En ausencia de un valor internacionalmente establecido para la ingesta diaria admisible (TDI del inglés, tolerable daily intake) de estos compuestos y así, poder evaluar el riesgo para la salud del lactante de la ingesta de leche materna muestreada debido a la presencia de contaminantes ambientales, se utilizaron lo diferentes valores propuestos por las diferentes agencias en diferentes países. Se calculó la ingesta diaria estimada (EDI del inglés, estimated daily intake) y los resultados obtenidos mostraron que en algunas muestras, y según el organismo internacionale, algunas podrían causar riesgos para la salud del lactante. Especialmente en lo referente a los niveles de hidrocarburos aromáticos policíclicos y bifenilos policlorados.