Patologías asociadas a la distribución natural de se, ca y mg sobre la corteza terrestre.

Tommaso Tosiani

Tommaso Tosiani D. Licenciado en Química, M.Sc. Ph.D. en Geoquímica, Universidad Central de Venezuela (UCV). Profesor, UCV. Dirección: Instituto de Ciencias de la Tierra, Facultad de Ciencias, UCV. Aptdo. 47509, Los Chaguaramos 1041-A, Caracas, Venezuela. email: tosiani@cantv.net

RESUMEN

La distribución de los elementos en la superficie terrestre depende de las características de los minerales que contienen a los elementos, de la litología, y de los procesos de meteorización. La concentración y distribución de Ca, Mg y Se en forma natural, en las aguas, suelos y sedimentos, en algunas regiones pueden ser determinantes para la salud de las poblaciones. La Geología Médica es la ciencia interdisciplinaria que se encarga de estudiar cómo estos factores geológicos naturales influyen la salud de animales y de humanos. Para estos efectos, los elementos pueden ser clasificados en esenciales y tóxicos para la salud; por ejemplo, Ca, Mg y Se son considerados elementos esenciales. A través de la historia de la medicina, se ha demostrado que la deficiencia de dichos micronutrientes tiene incidencia sobre efectos adversos a la salud en poblaciones que carecen de ellos, independientemente de la condición social de la población. En Venezuela, la distribución estadística de las causas primarias de mortalidad puede ser parcialmente determinada por el impacto de factores geológicos regionales investigados en Geología Médica, los cuales pudieran no haber sido detectados o reconocidos por los especialistas en salud pública y biomedicina. La realización y el desarrollo de investigaciones en esas disciplinas, que ayuden a extender nuestro conocimiento de aquellos problemas de origen geo-ambiental, son de importancia para establecer una agenda regional y nacional en salud pública.

Pathologies associated with the natural distribution of se, ca and mg on the earth crust

SUMMARY

The distribution of the elements in the earth surface depends on the properties of the minerals containing the elements, the lithology and the weathering processes. The natural distribution and concentration of trace elements such as Ca, Mg and Se in water, soil and sediments, have been recognized as important factors in maintaining good health. Medical Geology is the interdisciplinary science that studies the influence of the natural environmental geologic factors and geologic processes on animal and human health. It has been shown that the deficiency of Ca, Mg and Se has detrimental effects on the health of populations worldwide, independently of their social condition. In Venezuela, the statistical distribution of the primary causes of mortality could partially be determined by regional geologic factors studied by Medical Geology, which may not have been detected and/or recognized by the public health and biomedical communities. Understanding the potential of this discipline for dealing with a wide variety of environmental health problems is of importance in developing a regional and national public health agenda.

Patologias associadas à distribuição natural de se, ca e mg sobre a crosta terrestre.

RESUMO

A distribuição dos elementos na superfície da Terra depende das características dos minerais que contêm aos elementos, da litologia, e dos processos de meteorização. A concentração e distribuição de Ca, Mg e Se em forma natural, nas águas, solos e sedimentos, em algumas regiões podem ser determinantes para a saúde das populações. A Geologia Médica é a ciência interdisciplinária que se encarrega de estudar como estes fatores geológicos naturais influem na saúde de animais e de humanos. Neste sentido, os elementos podem ser classificados em essenciais e tóxicos para a saúde; por exemplo, Ca, Mg e Se são considerados elementos essenciais. Através da historia da medicina do meio-ambiente, tem sido demonstrado que a deficiência de ditos micro-nutrientes tem incidência sobre efeitos adversos à saúde em populações que carecem deles, independentemente da condição social da população. Na Venezuela, a distribuição estatística das causas primarias de mortalidade pode ser parcialmente determinada pelo impacto de fatores geológicos regionais investigados pela Geologia Médica, os quais puderam não haver sido detectados ou reconhecidos pelos especialistas na saúde pública e biomedicina. A realização e o desenvolvimento de investigações nessa disciplina, que ajudem a estender nosso conhecimento daqueles problemas de origem geo-ambiental, são de importância para estabelecer uma agenda regional e nacional em saúde pública.

PALABRAS CLAVE / Agua / Calcio / Geología Médica / Geoquímica / Magnesio / Patología / Selenio /

Recibido: 20/03/2007. Modificado: 02/01/2008. Aceptado: 03/01/2008.

La Geología Médica, es una disciplina emergente que está relacionada con la influencia de los factores y procesos naturales geológicos sobre la distribución geográfica de problemas de salud en el hombre y los animales. Esta disciplina requiere de la contribución de diversos campos científicos para comprender las diferentes partes del problema, y poderlo mitigar o resolver. Diversos nombres se han asignado a la disciplina que involucra la participación de la ciencia médica, la geociencia y la toxicología, sin embargo la Geología Medica se inició como una nueva disciplina cuando en 1998 se estableció un grupo de trabajo dentro de la Comisión de Ciencias Geológicas para la Planificación Ambiental, conocida como COGEOENVIRONMENT bajo la Unión Internacional de Ciencias Geológicas (IUGS). En el 2000 la UNESCO y la IUGS establecieron un proyecto de 5 años, el IGCP #454 integrado por el grupo de trabajo en Geología Médica; el objetivo del proyecto fue integrar a los científicos de los países desarrollados y en vías de desarrollo, para enfocar la importancia de los factores geológicos que afectan la salud de humanos y animales. Finalmente en enero 2006 se estableció formalmente la Asociación Internacional de Geología Médica (IMGA) cuyo propósito es facilitar la interacción entre los geocientíficos y los investigadores en biomedicina y salud pública, para el estudio de los problemas de salud en humanos y animales ocasionados por materiales o procesos geológicos. De los promotores de esta asociación, nace la edición del libro Essentials of Medical Geology (Selinus, 2005) en donde se discute extensamente sobre los efectos del medio ambiente en la salud pública.

Los tópicos que abarca la Geología Médica son extensos y diversificados, incluyendo problemas en la salud causados por la deficiencia (o exceso) de elementos trazas, rocas, minerales, así como el impacto de eventos geológicos tales como erupciones volcánicas, terremotos, exposición a materia particulada, etc. En este trabajo se enfatiza particularmente una revisión sobre la evidencia disponible acerca de los efectos de Ca, Mg y Se, que por su deficiente abundancia natural en algunas regiones, han causado problemas de salud en las respectivas poblaciones.

Deficiencia y Exceso de Elementos

Desde el punto de vista geoquímico los elementos frecuentemente se clasifican en mayoritarios, minoritarios y traza, dependiendo de su abundancia relativa en los diferentes ambientes. Otra clasificación para la salud humana es la de elemento esencial y elemento tóxico; algunos elementos considerados como esenciales pueden llegar a ser tóxicos en su concentración natural (Figura 1) o por su forma prevalente, esto es, por su especiación en el medio ambiente. En este trabajo solo se discutirán los elementos Ca, Mg y Se, que por su deficiencia en el medio-ambiente natural han tenido una marcada influencia en la salud de las poblaciones que directa o indirectamente están en contacto con los productos derivados de sus suelos y aguas.

Selenio

Desde la década de los años 50 el Se ha sido identificado como un elemento traza esencial para humanos y animales en diversas funciones metabólicas. Centeno et al. (2005) llevó a cabo una revisión exhaustiva sobre las patologías derivadas de este elemento químico. La deficiencia de este elemento ha sido implicada en la causa de varias enfermedades que incluyen cáncer, esclerosis y distrofia muscular (Levander, 1986). Sin embargo, no se habían reportado efectos directos sobre la salud humana hasta principios de los años 70, cuando en China se descubrió que la enfermedad de Keshan (degenerativa del corazón) y la de Kashin-Beck (osteopatía, deformación ósea) estaban estrechamente asociadas a geoambientes (Figura 2) deficientes de Se (Johnson et al., 2000). Aunque la enfermedad de Keshan está descrita en la literatura china desde hace más de 100 años, su causa era desconocida (Ge y Yang, 1993; Tan et al., 2002). La disminución de estas enfermedades ha sido considerable; de una incidencia de 44% en 1970, se redujo a 14% en 1980 y a 1% en 1984, debido a intervenciones nutricionales mediante adición de Se en los alimentos (Li et al, 1984). Se ha encontrado recientemente que una adecuada ingesta de Se favorece la excreción de arsénico por la orina, correlación que ha sido demostrada por Christian et al. (2006) quienes determinaron la concentración de Se y As en 93 mujeres embarazadas expuestas a aguas contaminadas con As en la región de Antofagasta, Chile. Taylor et al. (1994) en su investigación sobre el virus de inmunodeficiencia humana (VIH) indicaron que la estructura del virus de inmunodeficiencia tiene cuatro genes, tres de los cuales utilizan el Se para su función. Se supone que el agotamiento del Se en el organismo puede accionar el crecimiento del virus, lo que realza los síntomas del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) y debilita el sistema inmunológico (Dworkin, 1994; Rayman, 2000). El Se es un constituyente esencial de la enzima glutationa peroxidasa (GPx) que actúa como antioxidante y previene la degeneración del tejido (Rayman, 2000). La función de esta enzima es mantener adecuadamente bajos los niveles de peróxido de hidrógeno en las células, disminuyendo el daño potencial por parte de los radicales libres (Abdulah et al., 2005).

Geoquímicamente, el Se es similar al azufre y se presenta en los estados de oxidación -2, 0, +4 y +6. En rocas sedimentarias el Se se asocia a la fracción arcillosa y se encuentra en altas concentraciones en las lutitas, más que en caliza y arenisca. En los suelos ácido-neutros el Se inorgánico (Se⁺⁴) se presenta como una especie muy insoluble, y es adsorbido fuertemente sobre las superficies de arcillas y oxi-hidróxidos de Fe con mayor preferencia que el Se⁺⁶ (Mayland et al., 1989). A pH neutro-alcalino el Se⁺⁶ es una especie soluble que puede ser fácilmente disponible para las plantas. El intervalo adecuado de concentraciones de Se en los suelos es muy estrecho. Por debajo de 11mg·g^-1 es deficiente y produce serios trastornos de salud por deficiencia en los alimentos que de allí se derivan, mientras que por encima de 900mg·g^-1 resulta tóxico (Yang y Xia, 1995).

Por razones geológicas, Finlandia es un territorio con baja disponibilidad de Se. Por ello, en la década de los 60 se estableció que la alta incidencia de enfermedades en los animales en ese país era causada por la baja ingesta de este elemento. Luego de establecer una política de suplemento de Se en los alimentos, al final de los años 70 estas enfermedades fueron eliminadas (Koivistoinen y Huttunen, 1986). La Tabla I presenta la ingesta diaria de Se en diversas áreas geográficas (nótense los valores bajos en las áreas afectadas por las enfermedades de Keshan y Kashin-Beck en China).

La ingesta de Se en Venezuela se considera en un intervalo óptimo y bastante alto (Jaffe, 1973); alimentos como leche, queso, huevos y carne tienen 3-10 veces más Se que alimentos similares producidos en el este de EEUU. La posible fuente es el sésamo con que se producen los alimentos para animales, que proviene de un área selenífera en el Estado Portuguesa (Mondragón y Jaffe, 1976). Sin embargo, el exceso de Se también ha sido determinado como dañino a la salud. En una zona selenífera de Venezuela (Villa Bruzual, Distrito Turén, Estado Portuguesa) el análisis del suero sanguíneo en 111 niños (Se= 0,813mg·l^-1), se comparó con 50 niños de Caracas (Se= 0,355mg·l^-1). Los niños de Villa Bruzual presentaban pérdida del cabello y anomalías en piel y uñas (Jaffe et al.. 1972). En el caso de animales, Otaiza et al. (1981) determinaron la concentración de Se en 502 muestras de sangre total de bovinos lecheros hembras de varias razas y mestizajes, de los estados Falcón, Lara y Yaracuy; los promedios generales de Se sanguíneo oscilaron entre 0,29 ±0,16μg·ml^-1 (Yaracuy) y 0,33 +0,22μg·ml^-1 (Lara). Los valores de Se en sangre más altos encontrados en el país, en animales a pastoreo, fueron obtenidos en Portuguesa por Otaiza et al. (1977), con un promedio general de 0,67 ±0,65μg·ml^-1 y un promedio para el grupo Mestizo Cebú de 1,08 +0,73μg·ml^-1. Es el caso de vacas, en Suecia el promedio de Se en sangre es de 0,030μg·ml^-1 (Jacobson et al., 1970), en Escocia es de 0,051-0,113μg·ml^-1 (Trinder et al., 1973) y en Canadá de 0,031μg·ml^-1 (Boyd, 1975). Como consecuencias de estos resultados, se concluyó que no existe una deficiencia de Se en la población bovina de esas zonas ganaderas en Venezuela. Al contrario, se debería restringir el empleo de Se como componente de pre-mezclas minerales y de microelementos en suplementos de consumo animal.

Calcio y magnesio

Una de las asociaciones que más han intrigado a los investigadores en geología médica, es la correlación entre la dureza del agua y la incidencia de enfermedades cardiovasculares. Generalmente se acepta como la dureza del agua a la suma de las concentraciones de Ca y Mg, determinados mediante titulación con EDTA, y expresado en mmol·l^-1 (ISO, 1984), o como equivalentes de alcalinidad o CaCO₃ en mg·l^-1 (APHA, 1998). Sawyer y McCarty (1978) propusieron una clasificación de los tipos de dureza de agua. Se considera que un agua blanda tiene <75mg·l^-1 CaCO₃, un agua moderadamente dura 75-150mg·l^-1 CaCO₃ y un agua dura con >150mg·l^-1 CaCO₃. Las sales de Mg, aunque son muy solubles, en las aguas naturales normalmente no exceden de 10mg·l^-1, siendo usualmente el Ca quien le confiere la dureza al agua.

La primera evidencia sobre la incidencia directa de la dureza del agua en la salud humana fue reportada por el químico japonés Kobayashi (1957). En su estudio epidemiológico estableció que la mayor tasa de mortalidad por enfermedades cerebrovasculares en Japón estaba ubicada en las regiones donde las aguas de los ríos son más "blandas", con pH mas ácido que los de aguas "duras". Durante las primeras dos décadas de investigación sobre la dureza del agua y su asociación con las enfermedades cardiovasculares, se publicaron más de 100 artículos (Hewitt y Nery, 1980).

Al final de los 70, la Organización Mundial de la Salud estableció algunas recomendaciones en el tratamiento de las aguas, especialmente cuando provienen de procesos de desalinización (WHO, 1978). Sobre este tema se han presentado diversos trabajos, entre ellos en Canadá (Neri et al., 1972; Anderson et al., 1975; Anderson et al., 1969), Inglaterra (Crawford y Crawford, 1967; Stitt et al., 1973), Australia (Lyster, 1972) y EEUU (Schroeder, 1960; Hudson y Gilcreas, 1976), en donde sugieren que existe una correlación negativa entre la concentración de Ca+Mg en el agua ingerida y las enfermedades cardiovasculares. Esta correlación negativa ha sido evidenciada en países desarrollados y en países en desarrollo ubicados en regiones tropicales (Masirioni, 1979; Pocock et al., 1980; Teitge, 1990). Un estudio sobre la población femenina en Suecia demostró una tasa de mortalidad 34% menor en las áreas suplidas con aguas que contienen >70mg·l^-1 de Ca, en comparación con áreas donde los niveles de Ca son <31mg·l^-1 (Rubenowitz et al., 1999). Resultados similares fueron encontrados para el Mg, donde la tasa de mortalidad fue 30% menor en las áreas donde la concentración de Mg en agua potable era >9,9mg·l^-1, comparada con áreas con menos de 3,4mg·l^-1. En personas del sexo masculino en Suecia, Rubenowitz et al. (1996) investigaron 854 casos de sujetos fallecidos por infarto al miocardio con edades entre 50 y 69 años de edad, en 17 municipalidades, y 989 casos que fallecieron de cáncer en el mismo período y en las mismas áreas. Los grupos que consumieron aguas con >9,8mg·l^-1 de Mg tuvieron una mortalidad 35% menor con respecto a los que consumieron aguas con >3,5mg·l^-1 de Mg. Teitge (1990) condujo un estudio entre 1973 y 1983 en un distrito de la antigua República Democrática de Alemania, sobre una población de 3013 casos. En las áreas suplidas con aguas que contenían >30mg·l^-1 de Mg la incidencia de infarto al miocardio fue de 20,6 por 10000 habitantes, mientras que en las áreas suplidas con 3mg·l^-1 la mortalidad por la misma causa fue de 32,7 por 10000 habitantes. Yang and Chiu (1998) describieron la asociación entre la ingesta de aguas duras y la incidencia de cáncer colorectal en Taiwán. El estudio contempló 996 casos de fallecimientos por cáncer colorectal contra 996 casos control fallecidos por otras causas entre los años 1990 y 1994. El resultado indicó que existe un 38% más de riesgo en mortalidad por cáncer colorectal en los individuos que ingieren aguas consideradas como blandas, con respecto a los que consumen aguas duras. La industria de aguas de Taiwán ha considerado estos resultados para el tratamiento de las aguas potables. Otro estudio reciente, realizado por Yang et al. (2006) en Taiwán, sobre una muestra de 10094 casos de fallecidos por infarto entre 1994 y 2003 (comparado con 10094 casos control), evidencia nuevamente el efecto preventivo en el consumo de aguas duras.

El caso más emblemático se registra en Finlandia, donde el índice de mortalidad por infarto al miocardio es uno de los más altos del mundo. Los estilos de vida en las áreas de alta incidencia eran similares a los estilos de vida en áreas de baja incidencia (Kousa y Nikkarinen, 2003; Kousa et al., 2004). En el estudio se tomaron como muestra 19000 casos de fallecimiento por infarto y se analizaron 12500 muestras de aguas subterráneas. El resultado fue contundente, y la distribución geográfica de la incidencia de infartos al miocardio no tuvo que ver con el estilo de vida, ni tampoco se explicaba por factores genéticos. La correlación entre Ca y Mg es muy buena (r= 0,85), y las concentraciones en las aguas subterráneas varían de 1,00 a 9,77mg·l^-1 para Mg, y de 4,39 a 37,37mg·l^-1 para Ca. En este estudio se encontró que la relación Ca/Mg de 2,16/11,66 fue el indicador que mejor se asoció a la incidencia de infarto al miocardio. Sauvant y Pepin (2002) previamente habían determinado que la alta relación de Ca/Mg en las aguas subterráneas estaba asociada a una alta incidencia de infarto al miocardio. Las Figuras 3 y 4 demuestran claramente que la menor incidencia ocurre en las áreas donde la relación Ca/Mg es mas baja. La litología en Finlandia está dominada por rocas graníticas pobres en Ca, que subyacen depósitos de sedimentos glaciales recientes (Korsman et al., 1997). Kousa et al. (2006) examinaron, en áreas rurales de Finlandia, la relación de la concentración de Ca y Mg en aguas subterráneas y su efecto sobre la incidencia de infarto al miocardio en hombres de 35-74 años. Sus resultados son concluyentes en cuanto a que el riesgo de infarto al miocardio se asocia a la deficiencia de Mg en la dieta y en el agua que ingieren los habitantes, en donde la relación Ca/Mg es alta. En algunos trabajos revisados para esta discusión, se manifiesta claramente un ejercicio estadístico que apunta a las propiedades benéficas del Ca y Mg, ambos asociados a la dureza del agua; sin embargo, en otros trabajos se asocia a la alta concentración de Mg o a la baja relación Ca/Mg como favorables para la baja incidencia de infarto al miocardio. Se interpreta que, efectivamente, es el Mg quien ejerce los efectos benéficos en la salud, y debido a que éste contribuye en algunos casos a la dureza del agua, otros autores discuten los resultados basándose en la dureza del agua.

En dos regiones de Italia Menotti y Signoretti (1979) demostraron, en una recopilación de 15 años sobre decesos por infarto en una población de 40-59 años de edad, que el área con agua potable que contenía <0,7mg·l^-1 de Mg mostró una mayor incidencia de mortalidad por enfermedades cardiovasculares con respecto a la otra área, cuya agua potable contenía 27mg·l^-1 de Mg. Cuando el agua de la población que consumía más Mg fue reducida a menos de 1mg·l^-1, en solo 5 años la mortalidad se hizo similar al área que consumía menos.

Causas de Fallecimiento en Venezuela

En Venezuela el tema de la geología médica no ha sido abordado aun en forma sistemática. De acuerdo al Ministerio de Salud (2005), las primeras 4 causas de muerte en Venezuela, que constituyen el 51,69% de la mortalidad (excluyendo accidentes y homicidios), son las enfermedades del corazón, el cáncer, las cerebro-vasculares y la diabetes (Tabla II). Del anuario de mortalidad en Venezuela (Ministerio de Salud, 2005), se extrajeron los datos de fallecimiento por estado, causado por diversas enfermedades (Tabla III). Llaman la atención los estados Trujillo y Bolívar como los de mayor y menor incidencia, respectivamente en fallecimientos por enfermedades del corazón. Asimismo, se observan en este análisis dos anomalías (Figura 5): A pesar de ser el Estado Trujillo el de mayor índice de fallecimientos por causa del corazón, apenas el 20,4% de los fallecimientos son personas con edad <65 años, por lo que podría interpretarse que es la población anciana la que fallece por esta causa. Sin embargo, en el Estado Bolívar el 40,2% de los decesos por causa del corazón es la población con edad <65 años, y esto debería ser una señal de alarma. Las causas de estos decesos no necesariamente son conocidas, y además de los tópicos tratados en este trabajo, se deben investigar el estilo de vida, la alimentación con exceso de grasas y bajo consumo de frutas y hortalizas, los índices de pobreza, la disponibilidad de servicios médicos, etc. En cuanto a fallecimientos por cáncer en el país, en la Tabla III destacan los estados Falcón y Miranda como los de mayor incidencia. Por el otro lado están los estados Portuguesa y Cojedes como los de más baja incidencia, muy por debajo de la media nacional. En cuanto a la diabetes, los estados llaneros Cojedes, Guárico y Apure aparecen con la mitad de incidencia con respecto a Táchira, Zulia y Trujillo; este último muy por encima de la media nacional. Por accidentes cerebro-vasculares resaltan los estados costeros y áridos Sucre, Nueva Esparta y Falcón, y estos dos últimos también coinciden con alta incidencia de cáncer. Los decesos en el Estado Sucre por accidentes cerebro-vasculares, que casi doblan la media nacional, también se reflejan en los anuarios del Ministerio de Salud de los años anteriores.

No es posible especular sobre las causas que afectan en mayor o menor intensidad a cada estado, pero se debe reconocer que las características geológicas y geoquímicas de cada región son muy diversas. Por ejemplo, en el Estado Bolívar el agua que surte a la población proviene de las cuencas de los ríos Caroní, Cuyuní y Orinoco; el agua del Caroní apenas tiene Ca= 0,5mg·l^-1 y Mg= 0,2mg·l^-1, el Orinoco Ca= 2mg·l^-1 y Mg= 0,7mg·l^-1 (Tosiani, 2007), mientras que la cuenca del Cuyuní tiene un promedio de Ca= 1,5mg·l^-1 y Mg= 0,7mg·l^-1 (Tosiani et al., 2004), valores todos muy bajos, siendo muy probable que sean los mas bajos del país, ya que el Escudo de Guayana se caracteriza por escasos afloramientos de tipo calcáreo a excepción de las dolomitas de Guacuripia. Es necesario realizar un trabajo a escala nacional, de evaluación del agua potable que llega a cada población, y junto a ello se requiere obtener datos epidemiológicos más locales que permitan establecer correlaciones y emitir recomendaciones dirigidas a mejorar la salud de la población.

Conclusiones y Recomendaciones

El ajuste de la concentración de elementos esenciales y no-esenciales en los suelos y las aguas potables, podría ser considerado como un factor preventivo y curativo para una serie de enfermedades. Entre los factores de riesgo, además del estilo de vida, el tipo de alimentación, acceso a servicios médicos, y condición social, están los factores ambientales. La investigación de los diversos factores ambientales es un tema que debe abordarse en Venezuela a través de la Geología Médica. Solo con estudios integrales, donde se consideren todos los factores en forma multifactorial, se podría entonces cuantificar el efecto de algunos elementos en la incidencia de enfermedades distribuidas geográficamente. Además de la cartografía geológica, se hace imprescindible la elaboración de mapas geoquímicos en donde las concentraciones de los elementos en aguas, sedimentos y suelos sean representados. Finalmente, se espera que este trabajo haga una contribución para que los geocientíficos y los profesionales de la salud busquen un punto de encuentro a fin de dar impulso a esta nueva disciplina.

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