ALUMINIO: CULPABLE O INOCENTE?
Alcira Nesse, Graciela Garbossa, Gladys Pérez,
Daniela Vittori, Nicolás Pregi.
Laboratorio
de Análisis Biológicos, Departamento de Química Biológica, facultad de Ciencias
Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires.
El aluminio
fue considerado, durante mucho tiempo, virtualmente inocuo para los seres
humanos. Sin embargo, su impacto sobre los sistemas biológicos ha sido objeto
de mucha controversia en las décadas pasadas y una profusa investigación ha
demostrado que puede producir efectos adversos en plantas, animales acuáticos y
seres humanos.
BREVE HISTORIA
El arte de
la elaboración de la cerámica fue desarrollado en Asia Menor hace más de 6000
años y la arcilla empleada para producir el bizcocho de mejor calidad consistía,
en gran parte, de silicato hidratado de aluminio. Algunos compuestos de aluminio fueron utilizados
extensamente en Egipto y Babilonia desde 2000 años AC en tintes vegetales y con
propósitos medicinales, pero era conocido en el mundo antiguo como "el
metal de la arcilla". Por miles de años la separación de sus aleaciones
fue tan costosa que era considerado un metal precioso. El elemento, designado
aluminio (Al) por Davy en 1807 no fue aislado en forma reconocible hasta que
Öersted y luego Wohler, lograron producir pequeñas muestras del metal en el
laboratorio. Fue recién hacia fines del siglo XIX que comenzó "la era del
Al", cuando se logró un procedimiento más sencillo y económico para su
obtención. Durante el siglo XX, la química moderna de los compuestos organometálicos enfocó su atención en el
empleo de reactivos de Al como catalizadores y en la preparación de materiales.
De esta manera, el elemento estructural más abundante y más versátil para ser
usado por el hombre, quedó liberado al mundo.
DÓNDE ESTÁ, PARA QUÉ SE USA?
El Al se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza. Una
proporción natural de 8% de la superficie terrestre lo ubica en el primer lugar
de abundancia relativa entre los metales y el tercero entre todos los elementos
de la corteza. La combinación de su disponibilidad con propiedades mecánicas y
eléctricas únicas, aseguran a la química del Al un futuro brillante y en
constante expansión.
Se obtiene
principalmente de la bauxita, un mineral muy abundante, que fue descubierto en
Le Baux, Francia, en el siglo XIX.
El Al es
liviano, fuerte en aleación con otros metales y muy dúctil y maleable, tanto,
que puede ser estirado hasta su transformación en alambre o ser extendido hasta
constituir una lámina extraordinariamente delgada. Estas propiedades lo
convierten en un elemento con numerosas aplicaciones industriales. Una
industria que lo ha adoptado es la aeronáutica, en la cual el Al o sus
aleaciones constituyen el material más adecuado para la construcción de
aeróstatos, fuselajes, alas o aviones de estructura íntegramente metálica. Un
dato curioso es que aproximadamente el 70% del
peso de un avión corresponde a Al y a sus aleaciones ¡sin contar el motor, por
supuesto!
Tiene una
elevada conductividad eléctrica (conduce la misma cantidad de corriente
eléctrica que el cobre con la mitad del peso) lo que lo hace apto para la
fabricación de conductores para líneas de baja, media y alta tensión.
Es
resistente a la corrosión atmosférica y química debido a que forma rápidamente
una capa fina, densa, dura y translúcida de su óxido que impide el ataque
posterior por el oxígeno. La industria náutica lo emplea en la construcción de
cascos de barcos y botes. También es usado en silos, electrodomésticos, antenas
de televisión, radares y radios.
El 14 % de
la producción mundial se destina a la fabricación de utensilios de cocina y
envases para contener alimentos. Es también cada vez más utilizado en
arquitectura, tanto con propósitos estructurales como ornamentales, en paredes,
columnas, plataformas, ventanas, puertas,
marquesinas, cerramientos, pasamanos, tanques, cañerías, muebles, etc.
La
industria pesada lo emplea en la producción y montaje de maquinarias, trenes y
vagones de carga y la industria automotriz en casas rodantes, armadura externa
de motores, acoplados y semi remolques.
Las
aplicaciones del aluminio son muy diversas. El espectro de industrias que lo
incorporan a procesos productivos
abarca desde la simpleza de la elaboración de un papel decorativo o una hoja de
papel para envolver un regalo, hasta la complejidad tecnológica necesaria para
construir espejos reflectores para proyectores y telescopios, sin descuidar
aplicaciones tan desarrolladas como la manufactura de envases industriales,
equipos deportivos, armaduras de bobinas, materiales refractarios o el empleo
como catalizador.
FUENTES DE EXPOSICION
Exposición ambiental
El Al
natural se encuentra en el suelo formando parte de la estructura química de los
aluminosilicatos presentes en muchos minerales y rocas. Estos compuestos son
muy estables y, por lo tanto, insolubles en el medio ambiente natural. La
acción combinada de factores atmosféricos promueve cambios físicos y químicos
que suscitan la ruptura de las rocas superficiales. Así se originan minerales
arcillosos que luego se transforman en óxidos e hidróxidos de aluminio, más
solubles. Por otra parte, debe considerarse que, debido a la acción del hombre,
el Al puede existir en altas concentraciones en los alrededores de los sitios
donde se desechan residuos de ciertas industrias, refinerías, fundiciones,
canteras y minas. Se ha calculado que un 70% de las tierras cultivables tienen
suficiente acidez como para ocasionar problemas de toxicidad originada por la
solubilización de Al.
El polvo desprendido de los minerales y materiales
rocosos es la fuente más grande de partículas portadoras de Al en la atmósfera.
Por el contrario, las concentraciones en el agua natural no presentan
variaciones importantes, con excepción de aquellas zonas en las que las lluvias
ácidas modifican el pH de lagos y aguas subterráneas, provocando aumento en la
concentración de Al.
La lluvia
ácida constituye un aporte significativo de Al al medio ambiente,
principalmente, en vastas zonas de América del Norte, Alemania y países
escandinavos. En nuestro país, este efecto está atenuado por varios factores:
a) la circulación de los vientos en el hemisferio norte, de oeste a este,
impide que la densa contaminación de esa zona se desplace hacia el sur, b) el
petróleo utilizado tiene bajo contenido de azufre lo que disminuye la formación
de especies ácidas contaminantes y c) la naturaleza calcárea del suelo tiene
efecto neutralizante.
En términos
de contaminación ambiental, es importante resaltar que, desechar una lata, significa
generar un residuo por 500 años. En cambio, el proceso de reciclado del metal
reduce en un 95% la contaminación ambiental generada durante su fabricación y
requiere menos del 10% del consumo eléctrico necesario para obtener la misma
cantidad de Al a partir de bauxita.
Exposición por la dieta
Muchos
vegetales incorporan Al del suelo en el que son cultivados. Cuando el pH del
suelo es menor que 5, este metal es solubilizado en el agua y absorbido por las
raíces de las plantas.
El
contenido de Al en los comestibles es altamente variable debido a su empleo
generalizado no sólo en la manufactura sino también durante el almacenamiento
en latas y envoltorios. Los alimentos que contribuyen en mayor proporción al Al
dietario son cereales, quesos procesados y sal, ya que contienen compuestos de
Al agregados como aditivos. Durante el procesamiento industrial de conservas de
frutas y cerveza se agregan ciertas sales de Al, las que también son
componentes habituales de polvos de hornear, conservantes, aditivos y agentes
emulsionantes. Las hojas de té tienen, en general, un elevado contenido de Al.
La incorporación al organismo es mayor en los individuos acostumbrados a beber
infusiones con limón, ya que el anión citrato favorece la absorción intestinal
de Al.
Las latas
de bebida y los utensilios de cocina constituyen fuentes adicionales de Al en
la dieta. Afortunadamente, la mayoría de los alimentos no disuelve cantidades
importantes del catión pero tanto el calor suministrado durante la cocción como
la adición de soluciones ácidas y salinas, aumentan considerablemente su
disolución.
Los
estudios dietarios muestran gran variabilidad con respecto a las cantidades de
Al que pueden ser incorporadas a través de comidas y bebidas: entre 3 y 100 mg
Al/día.
La presencia
de Al en el agua de bebida deriva de su fuente natural y de los métodos
empleados para la potabilización que incluyen una etapa de clarificación
química con aluminato de sodio, aluminato de amonio o sulfato de Al. La
cantidad del metal que permanece en solución en el agua de la red urbana
depende no sólo de la concentración residual sino también de otras variables
regionales como el pH y la coexistencia de otras sustancias. A pesar de que, en
comparación con otras, esta fuente de exposición representa una pequeña
proporción de la ingesta diaria de Al, la presencia de un porcentaje elevado de
especies solubles del metal, de bajo peso molecular, químicamente reactivas y,
posiblemente, más fácilmente absorbibles, sería responsable de la mayor
disponibilidad del catión en ese medio.
Exposición iatrogénica
En los
pacientes en estadio terminal de enfermedad renal, tanto la ingestión de
compuestos de Al, prescriptos para contrarrestar la hiperfosfatemia, como la
hemodiálisis utilizando agua con elevado contenido del metal, han sido
asociadas con alteraciones óseas y con la aparición de signos de anemia y
demencia. Si bien en la actualidad se tiende a disminuir la concentración de Al
en los líquidos de diálisis a través del tratamiento del agua por ósmosis reversa,
numerosos pacientes manifiestan aún síntomas de "demencia alumínica".
Asimismo, el Al continúa siendo uno de los mayores agentes causantes de
alteraciones óseas en esos pacientes.
Por otra
parte, el riesgo de toxicidad por Al no está limitado a los pacientes con
enfermedad renal terminal, ya que otros pacientes con función renal normal, y
aún individuos sanos, están expuestos al metal. El motivo principal de esta
exposición se halla en el extenso uso del elemento en medicina, en la industria
farmacéutica, en la elaboración de vacunas, soluciones nutritivas, etc.
Entre los
medicamentos que contienen Al figuran antiácidos, aspirinas tamponadas,
suplementos de calcio, productos antidiarreicos y antihemorroidales, muchos de
ellos de venta libre, los cuales son comúnmente usados y pueden contribuir a la
severidad de la exposición al metal.
El
acetilsalicilato de Al es el analgésico y antipirético de elección por aquellos
individuos a quienes la aspirina ocasiona irritación de la mucosa gástrica. Los
antiácidos contienen dihidroxi-glicinato, dihidroxi-alantoinato o hidróxido de
aluminio y su ingestión cotidiana constituye una de las mayores fuentes del
metal. Las dosis frecuentemente prescriptas a consumidores regulares de
antiácidos, según distintos autores, oscilan entre 0,5 y 13 mmol Al/kg peso
corporal. Ello implica un consumo diario que puede alcanzar el orden de gramos
del catión.
Las vacunas
que proveen inmunidad contra difteria, tétanos,
hepatitis, rabia y ántrax contienen como adyuvante compuestos de aluminio.
Como
contaminante, el catión se encuentra, frecuentemente, en soluciones
intravenosas y parenterales. Las víctimas más vulnerables de la intoxicación
aguda con el metal se hallan entre los neonatos prematuros alimentados por vía
intravenosa y los pacientes que han sufrido graves quemaduras sometidos a
nutrición parenteral.
Aunque mucho se ha avanzado en la identificación del
impacto del Al sobre la salud humana, lo concreto es que se desconocen los
límites de seguridad para la ingestión oral o administración endovenosa de
compuestos de Al, y la circunstancia más preocupante es que tampoco existen
pautas indicativas del control del metal en las diferentes fuentes de
exposición.
Exposición ocupacional
La
exposición a Al es inevitable debido al incremento de su uso en la vida diaria
y en las industrias. El riesgo es potencialmente mayor entre ciertos grupos
ocupacionales como, por ejemplo, trabajadores de refinerías, fundiciones,
canteras, minas, imprentas, concesionarias de automotores, estaciones de servicio
y personal involucrado en la fabricación de productos metálicos. La exposición
se produce en estos casos por el ingreso del metal a través de la piel o por
inhalación de polvos, vapores y humos.
Otras fuentes de exposición
La
exposición a Al también puede ser el resultado del uso de compuestos del metal
en la manufactura de cosméticos y productos de higiene personal. El lactato de
Al es utilizado en cremas dentales para dientes sensibles. El clorhidrato de
Al, ampliamente usado en la composición de antitranspirantes, actúa suprimiendo
el sudor por formación de un precipitado de hidróxido o desnaturalizando
queratina en la capa córnea que rodea los ductos de las glándulas. A pesar de
que ninguno de estos mecanismos provoca una absorción significativa, no debería
ser ignorada la posibilidad de que el metal contenido en estos productos afecte
la salud, ya que se ha comprobado que los compuestos pueden atravesar la
barrera de la piel.
ALTERACIONES PATOFISIOLOGICAS INDUCIDAS POR ALUMINIO
Debido a la
abundancia natural del Al y a su creciente utilización en la industria y en la
vida moderna, es prácticamente improbable no encontrar trazas de Al en alguna
célula de un ser vivo. Hasta ahora, no se ha demostrado un rol fisiológico para
el metal, por lo que su presencia en el organismo constituye un riesgo de
toxicidad.
La
biodisponibilidad del metal y, en consecuencia, su toxicidad, se ven
influenciadas por la identidad química de la especie reactiva (dependiente del
pH del medio) y por la capacidad de otros ligandos para interferir en la esfera
de hidratación del ion metálico. El pH fisiológico del entorno celular de los
mamíferos oscila levemente alrededor de 7,4. Por lo tanto, los conceptos de
biodisponibilidad y toxicidad potencial del Al sólo tienen sentido a la luz del
conocimiento del comportamiento químico del metal en soluciones acuosas
neutras.
En el medio
extracelular, el Al forma complejos con especies de bajo peso molecular que
poseen átomos de oxígeno donantes de electrones, entre ellas, citrato, hidróxido,
fosfato, ADP y ATP. Estos ligandos mantienen en estado soluble al catión en
suficiente cantidad y por el tiempo necesario para producir una respuesta
tóxica, a nivel celular primero y en todo el organismo luego.
Si bien la toxicidad
del Al ha sido bien documentada, los mecanismos por los cuales actúa todavía no
han sido totalmente esclarecidos. Se han
demostrado acciones perjudiciales del catión en sistemas celulares y sobre
distintos órganos tales como cerebro, hígado, hueso, músculo esquelético,
corazón y médula ósea. A título de ejemplo, en este artículo, sólo serán
mencionados algunos de los efectos demostrados sobre los sistemas
eritropoyético y nervioso.
Aluminio y sistema eritropoyético
Las
primeras observaciones que permitieron asociar la sobrecarga de Al con el
desarrollo de anemia fueron detectadas en pacientes con encefalopatía
dialítica.
La anemia
fue inducida experimentalmente mediante la administración de compuestos de
Al. Cuando ratas y ratones, sin
carencia de hierro, fueron sobrecargados oralmente con citrato de Al en forma
crónica, los animales mostraron inhibición del desarrollo de células
progenitoras eritroides de médula ósea (más detalles en la referencia Vittori y
col. 1999). La observación de que el metal se deposita en el tejido óseo
sustenta la hipótesis de un efecto citotóxico local lento sobre células
progenitoras eritroides en su nicho habitual de la médula ósea.
Los efectos
perjudiciales del Al sobre el sistema eritropoyético trascienden su acción
sobre las células inmaduras, manifestándose también en eritrocitos maduros de
sangre periférica. Ya en 1929, se reportaron cambios morfológicos en glóbulos
rojos de conejos que habían sido sobrecargados con el catión y, recientemente
hemos observado por microsocopía electrónica de barrido, las alteraciones
inducidas por el metal en glóbulos rojos de ratas tratadas crónicamente, a las
cuales se les administró citrato de Al en forma oral, así como en glóbulos
rojos humanos sometidos a un proceso de envejecimiento in vitro en presencia de compuestos de Al (referencias Vittori y
col. 1999 y 2002) (ver FOTOS).
En vista de las alteraciones hematológicas detectadas, diseñamos
experimentos para determinar los mecanismos mediante los cuales el metal ejerce
su toxicidad. Hemos observado una asociación entre alteraciones de la
integridad de proteínas de la membrana eritrocitaria y la aparición de
anomalías morfológicas (ver referencia Vittori y col. 2002). Por otra parte,
hemos demostrado que el Al, el cual comparte con el hierro la proteína de
transporte transferrina, interfiere con los mecanismos celulares de captación
de hierro y con la síntesis de hemoglobina (ver referencias Pérez y col. 1999 y
2001) (ver FIGURA).
Nuestra línea actual de trabajo nos conduce a ensayar la hipótesis sobre
la posible interferencia del Al con la función de la eritropoyetina, hormona
responsable de la proliferación, diferenciación y supervivencia celular.
Aluminio
y Sistema Nervioso
Actualmente, se considera que el
cerebro constituye un sitio importante de acumulación de Al, independientemente
de la vía por la cual el mismo ingresa al organismo. Diversas manifestaciones
neurológicas en el ser humano han sido atribuidas a la intoxicación por Al:
pérdida de la memoria, temblores, depresión de la movilidad motora, pérdida de
la curiosidad, ataxia y convulsiones generalizadas con estado epiléptico. Por
esta razón, el Al es considerado un elemento neurotóxico. En niños pequeños, la
neurotoxicidad se manifiesta por regresión de las aptitudes verbales y motoras.
Numerosos estudios epidemiológicos y
experimentales han sugerido una posible conexión entre la neurotoxicidad
producida por Al y la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer. Aunque esta
relación todavía es motivo de controversia, no se puede ignorar la
participación de la intoxicación alumínica en el desarrollo de severas
manifestaciones neurológicas.
Cuál es la perspectiva?
En el caso particular
de los seres humanos, dado el extraordinario incremento del uso del Al, es de
esperar que la exposición al metal aumente a medida que se eleva el promedio de
vida de la población. Debido a la creciente biodisponibilidad del metal y a sus
efectos sobre los seres vivos (de los cuales sólo unos pocos han sido mostrados
en este artículo), surge la necesidad de investigar los mecanismos por los
cuales el Al es incorporado a diferentes células, modificando su
metabolismo y morfología, así como también determinar cuáles son las especies
del catión involucradas en tales acciones. Los estudios podrían revelar, en los
próximos años, importantes interacciones de este elemento no esencial para el
organismo con mecanismos de organización y funcionamiento celular, permitiendo
así conformar un panorama más completo de la actividad del Al en los seres
vivos. Mientras tanto, conviene evitar o disminuir al mínimo la exposición al
metal.
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