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Emisiones atmosféricas de origen biológico

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AutoresYiniva Camargo Caicedo

Diana Henao MarínAndrés Mauricio Vélez-Pereira

Universidad del MagdalenaFacultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria

Producto Resultado de InvestigaciónSanta Marta D.T.C.H.

Emisiones atmosféricas

de origen biológico

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Emisiones atmosféricas de origen biológico

Edición: Primera - Noviembre 2011ISBN: 978-958-746-037-7

Autores: Yiniva Camargo Caicedo, Andrés M. Vélez-Pereira y Diana M. Henao Marín

Diseño y Diagramación: Luis Felipe Marquez LoraCorrección de estilo: Gustavo Arrieta LópezCiudad: Santa Marta, D.T.C.H. - Colombia

El presente material no puede ser duplicado, ni reproducido por ningún medio, sin previa autorización escrita de la Editorial Unimagdalena. Las opiniones

expresadas en esta obra son responsabilidad exclusiva del autor.

©EDITORIAL DE LA UNIVERSIDAD DEL MAGDALENACoordinación de Publicaciones y Propiedad Intelectual

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Vicerrector de Investigación: José Henry Escobar AcostaDecano Facultad de Ingeniería: Juan Carlos De la Rosa Serrano

Coordinador de Publicaciones y Propiedad Intelectual: Guillermo Augusto Ceballos Ospino

Servicio de Canje: canjebiblioteca@unimagdalena.edu.co

biblioteca@unimagdalena.edu.co

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Presentación

Este libro de divulgación de resultados de los estudios realizados por el Grupo de Investigación en Modelación de Sistemas Ambientales-GIMSA del Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la Universidad del Magdalena, tiene por objeto la socialización del trabajo que se ha venido realizando desde hace tres años, en la Línea de Investigación de Calidad del Aire y en las áreas específicas de Microbiología Ambiental y Salud Pública.

Las páginas iníciales de este producto de investigación presentan los fundamentos que le permiten al lector ubicarse en la temática mediante la identificación de los aerosoles biológicos y su presencia en la atmós-fera, el conocimiento de su tipología y principales fuentes de emisión, su comportamiento aerodinámico y viabilidad, y finalmente, sus efectos en el ambiente y la salud humana.

El capítulo final presenta los resultados de la investigación efectuada en una de las fuentes de emisiones de Bioaerosoles como es el siste-ma de disposición final de residuos sólidos municipales, referenciada ampliamente en diversos estudios efectuados en México, Puerto Rico y España, y que en Colombia registra un estudio de similares caracte-rísticas en el relleno Sanitario Curva de Rodas de la ciudad de Mede-llín. Se resumen los resultados relevantes de la investigación titulada Evaluación de Partículas Viables Biológicas emitidas desde el Relleno Sanitario Palangana del Distrito de Santa Marta (Colombia), orientada a establecer la presencia de bacterias y hongos generados en las unida-

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des de proceso del relleno sanitario y su distribución espacio-temporal hacia las comunidades aledañas a la zona de estudio.

Se espera proporcionar los elementos necesarios para que estudiantes, docentes e investigadores evalúen la potencialidad de esta línea de in-vestigación y la importancia de la aplicación de los resultados obtenidos para la toma de decisiones, la reglamentación de la normativa ambiental y los mecanismos para el control de impactos que incrementen la pro-blemática en lo que se refiere a salud pública.

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Dedicatoria

A Dios, por darme cada día la sabiduría para enseñar a otrosA mi hijo Juan Pablo porque en cada joven inquieto puedo verte a ti

A mi inquieta Andrea Carolina, porque con tus travesuras alegras mis días

Yiniva Camargo Caicedo

A Luis Eduardo Vélez Tovar y Beatriz Elena Pereira Robles, Mis Padres por ser los forjadores de mi vida, por enseñarme con sus valiosos con-sejos y sabiduría a ser la persona que hoy soy, Gracias de todo Corazón

Oronte Pereira Barranco (Q.E.P.D.)Siempre tendrá un lugar en mi corazón

Andrés Mauricio Vélez Pereira

A Dios por nunca desampararme en el camino, a mis padres por ser mi más firme bastón y ejemplo a seguir

A mis amigos por sus sabios consejos y en especial a Yiniva Camargo por su confianza y respaldo permanente

Diana Henao Marín

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Agradecimientos

Por el apoyo institucional, financiero y personal, los autores manifiestan sus agradecimientos.

A la Vicerrectoría de Investigación de la Universidad del Magdalena, por financiar el proyecto de investigación que dio origen a este producto.

Al Ingeniero Luis María Manjarrés, Docente Tiempo Completo de la Uni-versidad del Magdalena.

A la Ingeniera Leda Mendoza, Docente Tiempo Completo de la Univer-sidad del Magdalena.

A la Bióloga Lineth Cantillo, excoordinadora del Laboratorio de Microbio-logía de la Universidad del Magdalena.

De manera muy especial los autores quieren agradecer al Doctor Miguel Ángel Sánchez-Monedero, Investigador del Centro de Edafología y Bio-logía Aplicada del Segura-CEBAS, del Consejo Superior de Investiga-ciones Científicas de España, por su colaboración permanente y apoyo incondicional.

Luz Parodi y Marisela Mendoza practicantes de microbiología de la UPC, quienes fueron pieza clave en el análisis de laboratorio.

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Sandra Balaguera Rincones, Luis Vélez Pereira, Tatiana Guerrero Vélez, Luis Carlos Guerrero Vélez y Diego Peñaloza Ruiz, por su apoyo incondicional en las labores de campo y la ejecución del proyecto.

A todas y cada una de las personas que no fueron mencionadas pero que aportaron en la realización de este producto de divulgación, desde la etapa inicial de desarrollo del proyecto de investigación.

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Contenido

17 Introducción

■Capítulo 1Generalidades de los Aerosoles Biológicos19 Aerobiología, su Historia y Actualidad24 Generalidades de los Microorganismos en el Aire26 Aerobacterias27 Toxinas Bacterianas: Exotoxinas y Endotoxinas27 Exotoxinas28 Endotoxinas29 Fuentes31 Aerosoles Fungí33 Esporas Fúngicas34 Micotoxinas35 Fuentes38 Aerosoles Víricos40 Fuentes41 Aerosoles Polínicos44 Fuentes45 Referencias

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■Capítulo 2La Atmósfera y su Relación con los Microorganismos62 Capas de la Atmósfera y su Relación con la Presencia de Aero-

soles Biológicos63 Dinámica Atmosférica y su Relación con la Concentración de

Aerosoles Biológicos69 Referencias

■Capítulo 3Comportamiento Aerodinámico y Viabilidad de los Aerosoles Biológicos74 Aerodinámica de los Aerosoles75 Movimiento Browniano77 Fuerzas Gravitatorias78 Gradientes Térmicos79 Fuerzas Electrostáticas80 Aerodinámica de los Aerosoles Biológicos82 Dinámica Atmosférica y su Influencia en el Comportamiento de

los Aerosoles Biológicos84 Viabilidad de los Aerosoles Biológicos85 Características Fisicoquímicas de la Atmósfera y su Relción con

la Viabilidad de los Aerosoles Biológicos86 Contenido de Agua o Humedad Relativa88 Temperatura88 Radiaciones ultravioleta89 Velocidad del Viento90 Otros factores Ambientales90 Carbono90 Concentración de Oxígeno91 Factores Microbiológicos92 Modelos de Viabilidad92 Modelo de Decaimiento Exponencial93 Modelo cinético93 Referencias

■Capítulo 4Efectos de los Aerosoles Biológicos101 Efectos a la Salud

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102 Enfermedades infecciosas103 Enfermedades respiratorias104 Cáncer106 Exposiciones Específicas106 Bacterias107 Endotoxinas109 ß (1 → 3)-glucanos110 Hongos113 Micotoxinas114 Virus116 Virus causantes de la gastroenteritis aguda116 Virus causantes de infecciones en el tracto respiratorio116 Efectos en el Ambiente117 Conclusiones119 Referencias

■Capítulo 5Aerosoles Biológicos en Sistemas de Disposición Final de Residuos Sólidos: Estudio de Caso124 Introducción126 Planteamiento del Problema126 Identificación del Problema129 Justificación130 Metodología130 Área de estudio130 Localización General131 Muestreo en la zona de estudio131 Estaciones de Muestreo134 Equipos136 Toma de Muestra137 Cuantificación del material e identificación de organismos137 Cuantificación del Material138 Determinación de la Concentración138 Determinación de la concentración por Ensayo138 Determinación de la concentración por Etapa138 Determinación de la concentración por Jornada139 Determinación de la Concentración Promedio139 Resultados139 Concentración de Aerosoles Biológicos

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145 Distribución por Microorganismos145 Distribución por tamaño147 Géneros fungí asociados a los aerosoles biológicos149 Distribución Espacio-Temporal155 Conclusiones155 Caracterización de los microorganismos presentes156 Cuantificación de los aportes de microorganismos emitidos

desde el Relleno Sanitario Palangana158 Distribución Espacio-temporal de los microorganismos presentes159 Establecimiento del comportamiento aerodinámico de las

partículas160 Referencias

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Lista de Tablas

28 Tabla 1.1 Tipos de Toxinas Bacterianas36 Tabla 1.2 Principales fuentes de Aerosoles Fungí60 Tabla 2.1 Fuentes naturales y antropogénicas que contribuyen a

incrementar la concentración de bacterias en la atmósfera91 Tabla 3.1 Principales efectos causados sobre la viabilidad de los

microorganismos por los factores ambiental104 Tabla 4.1 Enfermedades respiratorias no infecciosas, agentes po-

tenciales y ambientes que incrementan el riesgo107 Tabla 4.2 Efectos adversos a la salud asociados a la exposición de

bioaerosoles109 Tabla 4.3 Efectos a la salud producidos por endotoxinas bacteria-

nas relacionados con ambientes laborales111 Tabla 4.4 Enfermedades transmitidas por hongos aerotransporta-

bles112 Tabla 4.5 Hongos responsables de enfermedades ocupacionales113 Tabla 4.6 Hongos toxigénicos, metabolitos químicos y efectos a la

salud 117 Tabla 4.7 Efectos adversos al ambiente asociados a la exposición

de bioaerosoles133 Tabla 5.1 Coordenadas de las estaciones de muestreo141 Tabla 5.2 Concentración de Aerobacterias emitidas desde el Relle-

no Sanitario Palangana142 Tabla 5.3 Concentración de Aerosoles fungí emitidos desde el Re-

lleno Sanitario Palangana143 Tabla 5.4 Concentración de Aerosoles Staphylococcus emitidos

desde el Relleno Sanitario Palangana147 Tabla 5.5 Concentración (UFC/m3) de los Géneros de Hongos

asociados a los aerosoles fungí en las diversas estaciones de monitoreo

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Lista de Figuras

28 Figura 1.1 Clasificación de las exotoxinas según su mecanismo y lugar de acción.

43 Figura 1.2 Clasificación de los granos de polen según la forma, tamaño y estructura de la exina

61 Figura 2.1 Capas de la Atmósfera64 Figura 2.2 Variación de la Concentración de Contaminantes en

Función de la Velocidad y Dirección del Viento65 Figura 2.3 Influencia de la Infraestructura en la Dirección y Veloci-

dad del Viento66 Figura 2.4 Influencia del Relieve en la Dirección y Velocidad del

Viento 68 Figura 2.6 Comportamiento de la Dinámica Atmosférica y Conta-

minantes en el Día68 Figura 2.7 Comportamiento de la Dinámica Atmosférica y Conta-

minantes en la Noche76 Figura 3.1 Descripción del movimiento de una partícula bajo la

acción de las fuerzas brownianas78 Figura 3.2 Descripción del movimiento de una partícula bajo la

acción de las fuerzas gravitatorias84 Figura 3.3 Factores que afectan la viabilidad de los aerosoles bio-

lógicos115 Figura 4.1 Exposición directa e indirecta de huéspedes suscepti-

bles a virus aerosolizado 131 Figura 5.1 Ubicación de la zona de estudio 134 Figura 5.2 Ubicación de las Estaciones135 Figura 5.3 Impactador de Cascada Marca Tisch Environmental de

2 etapas135 Figura 5.4 Etapas del impactador de Cascada136 Figura 5.5 Distribución de los tamaños de las partículas según las

etapas y su comparación con el sistema respiratorio humano144 Figura 5.6 Promedio geométrico de la concentración de aerosoles

biológicos emitidos desde el Relleno Sanitario Palangana146 Figura 5.7 Distribución de Microorganismos por tipo o medio de

Cultivo146 Figura 5.8 Distribución Porcentual del tamaño de la partícula por

Jornada y Campaña148 Figura 5.9 Distribución porcentual de los géneros de hongos aso-

ciados a las diversas campañas de muestreo

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149 Figura 5.10 Distribución Espacio-Temporal de Aerobacterias emitidas desde el Relleno Sanitario Palangana en la jornada de la Mañana

150 Figura 5.11 Distribución Espacio-Temporal de Aerobacterias emiti-das desde el Relleno Sanitario Palangana en la jornada de la Tarde

151 Figura 5.12 Distribución Espacio-Temporal de Aerosoles Fungí emitidos desde el Relleno Sanitario Palangana en la jornada de la Mañana

152 Figura 5.13 Distribución Espacio-Temporal de Aerosoles Fungí emitidos desde el Relleno Sanitario Palangana en la jornada de la Tarde

153 Figura 5.14 Distribución Espacio-Temporal de Aerosoles Staphylo-coccus emitidos desde el Relleno Sanitario Palangana en la jornada de la Mañana

154 Figura 5.15 Distribución Espacio-Temporal de Aerosoles Staphylo-coccus emitidos desde el Relleno Sanitario Palangana en la jornada de la Tarde

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Introducción

En los últimos años el creciente interés por evaluar las diversas fuentes de Contaminación Atmosférica, ha llevado a incrementar la inversión a nivel mundial en investigaciones orientadas no sólo a cuantificar la contaminación física y química, sino a estimar la contaminación del aire originada por microorganismos; en principio, porque ha sido posible es-tablecer que las emisiones atmosféricas de origen biológico represen-tan riesgos para la salud de los seres humanos, generando a corto y mediano plazo problemas de salud pública que pueden afectar a una comunidad, a una población, a un país o grupo de países.

En el campo de la Ingeniería Ambiental se han implementado tecnolo-gías para el tratamiento de aguas residuales y aguas para consumo hu-mano, así como para el aprovechamiento, tratamiento y disposición de residuos sólidos municipales, que a su vez han originado otras fuentes de contaminación por la generación y dispersión de aerosoles biológi-cos.

Esta situación ha fomentado el estudio de emisiones de origen bioló-gico conocidas como Bioaerosoles, asociadas tanto a actividades in-dustriales y agrícolas en ambientes outdoor, como a su presencia en instalaciones para el cuidado de la salud, residencias, oficinas y aulas de clases en ambientes indoor. Las posibles consecuencias nocivas de