Modelo geo-estadístico de riesgo por contaminación por
31
Transcript of Modelo geo-estadístico de riesgo por contaminación por
1
Modelo geo-estadístico de riesgo por contaminación por metales pesados, el manganeso, plomo y arsénico y su
influencia en la salud ambiental
Informe Técnico
Dr. Oliver Mendoza-Cano
Responsable Técnico
Colaboradores:
Cuevas-Arellano Herguin Benjamín, Barrón-Quintana Julián, Minakata-Escalante Maria del Pilar, Zizumbo-Villarreal Rogelio.
2
Colima, Colima, Noviembre de 2013
RESUMEN
La evaluación de los peligros de contaminación de cualquier acuífero que
suministre agua potable a la población es un prerrequisito esencial para la
protección de la salud humana, así como la de los recursos hídricos subterráneos.
En el presente trabajo se utiliza la metodología recomendada por la USEPA para
evaluar el riesgo para la salud de la ingestión crónica de metales pesados) a partir
de los datos de presencia de arsénico (As), manganeso (Mn) y plomo (Pb) en
pozos de agua del estado de Colima. Se muestrearon 36 fuentes de
abastecimiento de agua potable de pozos subterráneos dentro del estado de
Colima. Este estudio se realizó mediante ICP-OES. Los resultados fueron As
0.02066 mg/L (0.03289-0.08299 mg/L), Mn 0.111452 mg/L (0.000-1.002), Pb
0.004390 (0.007-0.009 mg/L).
Utilizando la plataforma ArcGIS, se valora la concentración de arsénico, plomo y
manganeso y se hizo la interpolación para cada metal y punto de muestreo a
través del análisis geo estadístico modelo IDW (ponderación de distancia inversa)
calculando isolíneas de las concentraciones de metales en términos de población
constante con abasto de agua potable. Se estimó la exposición via consumo de
agua y se evaluaron parámetros de HQ (hazard quoficient) para cada metal,
también se realizó la evaluación de riesgos para el arsénico de la población
expuesta.
Se calcularon en Map- Info del HQ para el arsénico (As) , plomo ( Pb ) y
manganeso (Mn ) según el modelo geoestadístico, el promedio estatal ponderado
para el area total afectada del HQ para As, Mn y Pb fue de 2.41, 0.2723 y 0.02728
respectivamente. También se realizó un análisis de componentes principales
(ACP) y el análisis de varianza (P<0.05) en el contenido de arsénico en las
muestras con respecto a los grupos con manganeso y todos los demás metales
son significativamente diferentes. El estudio indica que a haber HQ>1 en As y Mn
puede haber efectos adversos potenciales que pueden ocurrir por la presencia de
3
metales en el agua potable y que obligan a un nuevo estudio.
INTRODUCCIÓN
El hecho de que la contaminación de las aguas subterráneas sea un problema
creciente en la salud pública y paralelamente sea de mayor importancia cada vez,
radica en que restringe la disponibilidad de agua potable para la población. En los
últimos años, los problemas del agua han sido objeto de una preocupación y un
debate crecientes en el plano internacional. Destacando la necesidad de métodos
innovadores para evaluar, desarrollar y manejar los recursos de agua dulce, a su
vez la necesidad de reformar los sectores de los recursos hídricos en todo el
mundo.
México con al menos 94 por ciento de ríos y lagos contaminados, la
sobrexplotación de 102 acuíferos, la desaparición de cinco lagunas y 38 ciudades
con problemas serios de abasto de agua potable, México enfrenta una crisis de
escasez del líquido que ya amenaza el desarrollo de ciertas urbes y ha generado
conflictos sociales. (Jornada, 2006).
Hasta hace relativamente pocos años existían pocos estudios relacionados con la
geoquímica y contaminación por metales pesados y/o arsénico en las aguas,
sedimentos y organismos en la República Mexicana et. al. países del mundo, sin
embargo, actualmente esta situación se ha revertido, ya que desde la década
pasada la cantidad de trabajos relacionados a los temas antes mencionados han
ido en aumento, tal como lo menciona Huerta (1998).
Actualmente existe un conocimiento extenso a nivel mundial sobre la presencia de
metales tóxicos en el ambiente, así como las repercusiones negativas que estos
elementos y sus compuestos tienen sobre la salud y la calidad de vida de los
seres vivos, aún a pesar de que algunos metales como el hierro (Fe), cobre (Cu),
manganeso (Mn) y zinc (Zn) son esenciales para los organismos vivos a
4
concentraciones específicas, sus efectos tóxicos son observados cuando la
concentración de éstos aumenta. La ingestión de agua que contenga una
significada proporción de metales, puede producir efectos adversos de salud que
pueden variar desde falta de aliento hasta tipos severos de cáncer (Cantor, 1997;
Calderon, 2000; Xia and Liu, 2004; Dogan et al., 2005).
Existen artículos como el de Meza et al (2004), que reportaba presencia de
metales en agua potable en México (Sonora) y su influencia en la excreción
urinaria.
Por otro lado, las aguas subterráneas en Colima, México se han explorado para
metales pesados en un estudio previo, donde mostró población expuesta a
concentraciones de arsénico, manganeso y plomo que van desde 0.1 hasta 10
µg/L para As, Mn (0.2-4170 µg/L) y Pb (0.04-15.2 µg/L) Mahlknecht y López
(2008). En algunos puntos, se encuentran altas concentraciones de metales
indicando que personas que utilizan aguas subterráneas sin tratar, corran el riesgo
de envenenamiento crónico.
La creciente disponibilidad de información demográfica y sobre salud con índices
geográficos, así como los avances en la tecnología computacional, los sistemas
de posicionamiento global y los sistemas de información geográfica han
contribuido sustancialmente al desarrollo de la epidemiología espacial, la cual se
aborda en este trabajo de acuerdo a la vertiente de estimación del riesgo en
relación a fuentes puntuales de exposición (Hernández-Ávila y Lazcano-Ponce,
2013).
Para Kavcar et al. (2009), los niveles de coeficiente de peligro (HQ)>1 indican
efectos adversos potenciales que pueden ocurrir por la presencia de metales en el
agua potable y que obligan a un nuevo estudio. En ese sentido, Mahlknecht y
López (2008) para 76 pozos de agua subterránea dentro del estado de Colima,
midieron vía ICP-MS arsénico (As), plomo (Pb) y manganeso (Mn) anteriormente,
obteniendo unos valores de Mn 272.5 µg/L media, (0.2-4,170 µg/L), As 1.6311
5
µg/L media (0.03-10.1 µg/L), Pb 1.28421 µg/L (0.04-15.2 µg/L). Dicho análisis fue
el precedente para cuantificar HQ y con eso poder justificar estudios de salud
ambiental por esa via de exposición en la piblación de Colima, México.
Arsénico , plomo y manganeso
Arsénico
El arsénico es un elemento presente en el ambiente de manera natural, en formas
orgánicas e inorgánicas. El arsénico inorgánico es considerado la principal forma
de arsénico del agua subterránea, del agua superficial, suelo y algunos alimentos
(NCR, 2001). El arsénico en el agua subterránea es originado de fuentes
geológicas (Kurttio et al., 1998). Foster et. al. (2006) menciona que el arsénico es
el elemento traza que más preocupa en el agua subterránea ya que es tanto tóxico
como carcinógeno en concentraciones bajas. Apenas se empieza a conocer el
rango de condiciones hidrogeológicas que facilitan su solubilidad en el agua
subterránea, pero su movilidad en profundidades someras bajo condiciones
fuertemente reductoras en acuíferos geológicamente recientes.
Galindo et. al (2005), menciona que decenas de millones de personas afectadas
por la exposición a agua con elevadas concentraciones de arsénico han sido
documentadas en muchas áreas del mundo. Entre las áreas con mayor población
y extensión geográfica implicadas destacan en Asia el Golfo de Bengala en
Bangladesh y noreste de la India (Rahman et al., 2001; Bhattacharyya et al.,
2003), Mongolia Interior en China (Guo et al., 2001), Taiwán y Vietnam (Smedley y
Kinniburgh, 2002). En América esta problemática está siendo afrontada en
Norteamérica en el oeste de Estados Unidos (BEST, 2001) y México (Rodríguez et
al., 2004);
La contaminación natural de las aguas subterráneas por metales se ha convertido
en un tema crucial la calidad del agua en muchas partes del mundo. Estudios
6
recientes indican que el límite de seguridad por ejemplo para el arsénico en el
suministro de agua establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS)
es 10µg / L (0.01 mg/L), (en México la NOM-127-SSA1-1994 marca apenas 0.025
mg/L). Ciento treinta y siete millones de personas en todo el mundo bebe agua
con contenido de arsénico superior lo que la OMS recomienda, mientras tanto, los
suministros de 57 millones toman agua con un nivel de 0.05 mg/L o más
(Ravenscroft, 2007). Obviamente, el arsénico es venenoso y millones de personas
están sufriendo sus efectos. Sin embargo, el análisis de arsénico es lento y
costoso, por lo que siguen siendo las fuentes de agua subterránea de muchas
regiones las que se explotan.
Plomo
Según Foster et al. (2006), el plomo (Pb) está catalogado como constituyente
disuelto en agua subterránea, y es considerado un elemento traza tóxico e
indeseable en cantidades excesivas. Los cálculos del CDC mencionan que en
promedio un 10–20% de la exposición de los niños al plomo se da a través del
agua que beben. Si bien la pintura y el polvo son las causas más comunes de los
niveles elevados de plomo en la sangre de los niños, en algunos casos el agua de
la llave puede ser una fuente primaria de exposición (Renner, 2009). La corrosión
de la tubería de plomo de las casas son también una importante fuente de metales
traza (Calderon, 2000; Tamasi y Cini, 2004). Niveles significantes de metales traza
pudieron ser detectados después del estancamiento de agua en los sistemas de
distribución especialmente durante la noche (Van Dijk-Looijaard and van
Genderen, 2000; Seifert et al., 2000).
Según Ornelas et. al (2007) México es considerado como uno de los grandes
productores de plomo; junto con la República de Perú produce alrededor del 14%
de la producción mundial. En México destaca el estado de Chihuahua, que en el
año 2003 ocupó el primer lugar en producción de plomo, con un 48% del total
7
producido en México y un volumen de producción anual de 54,807 toneladas
(Gobierno del Estado de Chihuahua, 2004).
Manganeso
El manganeso (Mn) soluble se presenta ampliamente en el agua subterránea en
condiciones reductoras, debido al consumo del oxígeno disuelto ocasionado por
procesos químicos de origen natural o antropogénico, y alcanza concentraciones
elevadas en condiciones ácidas cuando hay una mayor solubilidad. Al igual que el
hierro que es altamente soluble, puede producir el rechazo de las fuentes de
abastecimiento porque imparte un sabor desagradable y porque mancha la ropa
durante el lavado. Existe una creciente preocupación de que el Mn altamente
soluble pueda también representar un peligro para la salud si se ingiere durante un
largo plazo (Foster et al. 2006)
Por otro lado, la neurotoxicidad inducida por manganeso puede ocurrir por su
ingestión. Kawamura et al (1941) y Kondalis et al. (1989) documentaron brotes de
la toxicidad del manganeso en Grecia y Japón relacionados con el consumo de
agua de pozos contaminados con excesiva concentración de manganeso (1.8-14
mg Mn/L). Recientemente, Woolf et al. (2002) reportó que un niño de 10 años con
funciones anormales de memoria visual y verbal presentaba elevadas
concentraciones de manganeso en suero (0.90 µg/dL versus el valor normal de
<0.265 µg/dL), manganeso en sangre total, orina y pelo, después de la ingestión
crónica de agua conteniendo niveles moderados de manganeso (∼ 1.2 ppm). Los
niveles normales de manganeso en los Estados Unidos de América son <0.06
ppm.
El Dr. Schauss (1981), pudo establecer la relación entre manganeso y
comportamiento antisocial, cuando en su estudio tomando como muestra presos
de la cárcel de máxima seguridad en el Deueul Vocational Institute, Stanislaus,
8
California, los cuales estaban condenados por delitos como asesinatos, raptos,
robos a mano armada y asaltos con armas de fuego que habían finalizado en
muerte. Pudo constatar que la población carcelaria registraba un nivel promedio
de 2.20 ppm de manganeso. Los controles de la población establecían rangos de
0.30 partes por millón mientras que los guardias de la cárcel tenían un rango
promedio de 0.55 partes por millón. Se estableció así, que la presencia
significativa de manganeso está relacionada con el factor que condiciona la
agresividad anormal, conducta criminal, y comportamientos antisociales.
La evaluación de los peligros de contaminación de cualquier acuífero que
suministra el vital liquido a la población es un prerrequisito esencial para la
protección de los recursos hídricos subterráneos, ya que identifica aquellas
actividades humanas que tienen la mayor probabilidad de tener impactos
negativos sobre el acuífero y así indica la priorización de las medidas de control y
mitigación necesarias. Debido a los complejos o inestables regímenes de flujo de
agua subterránea, la no delimitación de las zonas de captura (perímetros de
protección) puede estar cargada de problemas y solamente es posible la
aplicación limitada. En tales situaciones el mapeo de vulnerabilidad a la
contaminación de acuíferos tendrá que asumir el rol principal en la evaluación de
los peligros de contaminación del agua subterránea para fuentes de
abastecimiento de agua individuales, aceptando la incertidumbre sustancial sobre
la extensión precisa de sus áreas de captura (Foster et al. 2007)
Un 50% de los estados de la república Mexicana cuentan con estudios parciales
relativos al conocimiento de cómo funciona el agua subterránea, lo que permite
tener un referente general de la situación de la calidad físico-química del agua
subterránea en especial en la parte centro-norte del país; se conoce su respuesta
a la extracción que induce cambio en su calidad físico-química en la mayoría de
las veces degradándose con el tiempo de extracción; los estudios también
proponen controles viables y económicos de la calidad del agua obtenida en
9
pozos (Carrillo-Rivera et al., 1996; Huizar-Álvarez et al., 2004, Cardona et al.,
2004).
El agua subterránea en algunas partes de México, está en función de la presencia
de diferentes elementos químicos en cantidad que supera en mucho la NOM-
0127; ya que se tiene calidad de agua degradada por la presencia de iones como:
Pb, Na+, Cl-, As, F, Fe, Mn, SO-4, y compuestos orgánicos. La presencia de varios
de estos iones en el agua que consume la población en cantidad superior al
considerado en la NOM-0127, puede causar enfermedades, algunas de ellas
neurotóxicas (Mn, As, Cr), enfermedades de la piel (As), sistema óseo y dientes
(F), hipertensión arterial (Na+, también su exceso relativo al calcio (Ca2+) y
magnesio (Mg+) impacta a la agricultura) y otras incluso de tipo cancerígeno (As),
(Domínguez y Carrillo-Rivera, 2007)
Un enfoque para la evaluación de esos impactos es mediante la aplicación de una
evaluación del riesgo ambiental. La evaluación de los riesgos de contaminación a
una toma de agua superficie implica la asimilación de los grandes volúmenes de
datos variables en el espacio La capacidad intrínseca de los sistemas de
información geográfica (SIG) para almacenar, analizar y visualizar datos tales las
convierte en herramientas ideales las evaluaciones de riesgo (Rejeski, 1993). Este
documento ilustra algunos de los usos potenciales de los SIG en las evaluaciones
de riesgo a escala real de gestión que involucran grandes volúmenes de datos
digitales y describe algunas de las dificultades experimentadas en el mismo.
Como el costo de aplicación de procesos de recuperación de lugares
contaminados excede la disponibilidad de financiamiento, se han desarrollado
metodologías, como la evaluación de riesgos, para seleccionar aquellos lugares
que implican un mayor riesgo para la salud pública (Peña et al. 2006)
En el presente trabajo se utiliza la metodología recomendada por la USEPA para
10
evaluar el riesgo para la salud de la ingestión crónica de metales pesados
(USEPA1992 y Chrotowsky 1994) a partir de los datos de concentración de
metales pesados en pozos de agua del estado de Colima.
Modelación geo-estadística y salud pública
Los sistemas de información geográfica (SIG) y los modelos geo-estadísticos de
las concentraciones de metales en el agua subterránea han tenido el potencial
para mejorar las evaluaciones de la exposición en el pasado, pero en la actualidad
los datos sobre el uso y la validez de estos métodos son limitados (Ayotte et al.,
2006; Lee 2005; Meliker et al 2008; Yang et al., 2009). El presente estudio, se
propone investigar el uso de los SIG y la modelización geo-estadística en la
mejora de la evaluación de la exposición en los actuales estudios de cáncer de
arsénico y de posibles efectos adversos de otros metales mediante la ingesta
directa de agua potable suministrada por el estado. El área del estado de Colima,
puede ser de los mejores lugares para evaluar el impacto de los SIG en la
exposición metales pesados y las estimaciones de riesgo debido a que tiene
población expuesta a concentraciones de metales ya evaluadas en Mahlknecht y
López (2008). El objetivo de este proyecto es no sólo para mejorar la evaluación
de la exposición de metales en el estado de Colima, sino también para determinar
si el uso de estas nuevas técnicas se puede cuantificar un HQ y con eso poder
justificar estudios de salud ambiental mucho mas amplios por esa via de
exposición en la población de Colima, México.
La evaluación de los peligros de contaminación de cualquier acuífero que
suministra el vital liquido a la población es un prerrequisito esencial para la
protección de los recursos hídricos subterráneos, ya que identifica aquellas
actividades humanas que tienen la mayor probabilidad de tener impactos
negativos sobre el acuífero y así indica la priorización de las medidas de control y
11
mitigación necesarias. Debido a los complejos o inestables regímenes de flujo de
agua subterránea, la no delimitación de las zonas de captura (perímetros de
protección) puede estar cargada de problemas y solamente es posible la
aplicación limitada. En tales situaciones el mapeo de vulnerabilidad a la
contaminación de acuíferos tendrá que asumir el rol principal en la evaluación de
los peligros de contaminación del agua subterránea para fuentes de
abastecimiento de agua individuales, aceptando la incertidumbre sustancial sobre
la extensión precisa de sus áreas de captura (Foster et al. 2007)
Un 50% de los estados de la república Mexicana cuentan con estudios parciales
relativos al conocimiento de cómo funciona el agua subterránea, lo que permite
tener un referente general de la situación de la calidad físico-química del agua
subterránea en especial en la parte centro-norte del país; se conoce su respuesta
a la extracción que induce cambio en su calidad físico-química en la mayoría de
las veces degradándose con el tiempo de extracción; los estudios también
proponen controles viables y económicos de la calidad del agua obtenida en pozos
(Carrillo-Rivera et al., 1996; Huizar-Álvarez et al., 2004, Cardona et al., 2004).
El agua subterránea en algunas partes de México, está en función de la presencia
de diferentes elementos químicos en cantidad que supera la NOM-0127; ya que se
tiene calidad de agua degradada por la presencia de iones como: Pb, Na+, Cl-, As,
F, Fe, Mn, SO-4, y compuestos orgánicos. La presencia de varios de estos iones
en el agua que consume la población en cantidad superior al considerado en la
NOM-0127, puede causar enfermedades, algunas de ellas neurotóxicas (Mn, As,
Cr), enfermedades de la piel (As), sistema óseo y dientes (F), hipertensión arterial
(Na+, también su exceso relativo al calcio (Ca2+) y magnesio (Mg+) impacta a la
agricultura) y otras incluso de tipo cancerígeno (As), (Domínguez y Carrillo-Rivera,
2007).
Un enfoque para la evaluación de esos impactos es mediante la aplicación de una
evaluación del riesgo ambiental. La evaluación de los riesgos de contaminación a
12
una toma de agua superficie implica la asimilación de los grandes volúmenes de
datos variables en el espacio La capacidad intrínseca de los sistemas de
información geográfica (SIG) para almacenar, analizar y visualizar datos tales las
convierte en herramientas ideales las evaluaciones de riesgo (Rejeski, 1993).
En el presente informe, se utiliza la metodología recomendada por la USEPA para
evaluar el riesgo para la salud de la ingestión crónica de metales pesados
(USEPA1992 y Chrotowsky 1994) a partir de los datos de concentración de
metales pesados en pozos de agua.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se analizó la calidad del agua en pozos del estado de Colima, en función a los
metales Manganeso, Plomo y Arsénico.
Área de estudio
El estado de Colima cuenta con una superficie aproximada de 5,627 km2, el cual
equivale al 0.3% de la superficie total de México. Con coordenadas al norte 19°31',
al sur 18°41' de latitud norte; al este 103°29', al oeste 104°41' de longitud oeste
(INEGI, 2000). La mayoría de la población reside en las zonas urbanas donde el
agua es suministrada por los organismos operadores de agua potable y
alcantarillado de los 10 municipios que conforman al estado de Colima.
La información básica para este estudio estuvo constituida por los valores de
concentración de metales pesados para 36 pozos de agua subterránea para
suministro de agua potable, seleccionados aleatoriamente dentro del estado de
Colima. Dicho estudio tomó en consideración las concentraciones de arsénico
13
(As), plomo (Pb) y manganeso. (Figura 1)
Figura 1. Pozos muestreados en el proyecto dentro del territorio estatal.
Preparación y análisis de las muestras
Se tomó como referencia la NOM-014-SSA1-1993 "Procedimientos sanitarios para
el muestreo de agua para uso y consumo humano en sistemas de abastecimiento
de agua públicos y privados" para la toma de muestras, y se analizaron mediante
la técnica EPA 200.7, por espectrofotometría de Emisión Óptica- Plasma Acoplado
Inductivamente (ICP-OES).
Interpolación espacial
Se utilizó la plataforma SIG ArcGIS, valorando las diferentes concentraciones de
As, Pb y Mn. Se realizó una interpolación para cada metal y punto muestreado por
medio del análisis geoestadístico a través de un modelo IDW (Inverse Distance
Weighting) dentro de la extensión Geostatistical Analyst arrojando isolineas de las
concentraciones de los metales en términos de la población; y se analizó para
estimar el número de habitantes constantes en base a 3 categorías: Bebés (BB),
Niños (NN) y Adultos (AD), tomando los datos poblacionales de INEGI (Censo
2010). Se evaluaron parámetros de HQ (Hazard Quoficient) para cada metal,
también se realizó la evaluación de riesgo para el arsénico de la población
14
expuesta.
Evaluación del riesgo y población expuesta
La estimación de la ingestión diaria y la dosis de exposición en el estudio se hizo
según Hurtado-Jiménez y Gardea-Torresdey (2005), para tres casos en una
comunidad dentro de la región: caso 1: bebé de 10 kg; caso 2: niño de 20 kg, y
caso 3: adulto de 70 kg. Las estimaciones están basadas en la siguiente
información: a) el bebé consume diariamente 500 ml de jugos de frutas y una
fórmula alimenticia que requiere de 750 ml de agua de la llave hervida; b) el niño
consume diariamente 750 ml de agua embotellada, 250 ml de agua hervida, 250
ml de bebidas envasadas y c) el adulto consume 1 500 ml de agua embotellada,
350 ml de agua hervida, 350 ml de bebidas envasadas.
Para estimar la exposición y la evaluación de riesgo se usó la siguiente ecuación
de USEPA (1992) y de Chrotowski (1994):
CDI = ! × !"!"
(1)
donde CDI es la ingesta diaria crónica (mg/kg/d), C es la concentración del agua
para beber contaminada (mg/L), DI es la tasa media de consumo de agua potable
(L/d), y BW es el peso corporal en (kg). La evaluación de la exposición
determinista implicó el uso de la ecuación (1) para estimar la exposición individual
a cada uno de los metales traza con la máxima y mínima concentración dentro de
cada una de las cinco clases calculadas para cada metal.
El riesgo para cáncer asociado a la exposición e ingestión está calculado
siguiendo la ecuación (Patrick, 1994):
15
R = CDI × SF (2)
donde R es la probabilidad de un exceso de desarrollar cáncer durante toda la
vida como resultado de la exposición a un contaminante (o riesgo carcinogénico),
CDI es la ingesta diaria crónica (mg/kg/d) y SF la curva del factor del contaminante
(mg/kg/d)-1
Para estimar el riesgo no carcinogénico, el cociente de peligro (HQ) se calcula
mediante la siguiente ecuación (USEPA, 1999):
HQ = !"#!"#
(3)
Donde RfD es la dosis de referencia (mg/kg/d). SF y RfD se obtuvieron de la base
de datos USEPA (IRIS, 2005).
Se calcularon en Map-Info los HQ para arsénico (As), plomo (Pb) y manganeso
(Mn) mediante el modelo geoestadístico, cruzando la información con la base de
datos de INEGI (2010) de los datos poblacionales en el estado de las localidades
con agua entubada.
Análisis de componentes principales
El análisis de componentes principales (ACP) es un método de modelado bilineal
que da una visión general de la información principal interpretable en una tabla de
datos multidimensional. La información transmitida por las variables originales se
proyecta en un número menor de variables subyacentes denominadas
componentes principales. El primer componente principal cubre la mayor cantidad
de variación en los datos como sea posible. El segundo componente principal es
ortogonal a la primera y cubra la mayor parte de la variación restante como sea
16
posible, y así sucesivamente (Dominique, 2009). Al graficar los componentes
principales, se puede ver la interrelación entre las distintas variables, y detectar e
interpretar patrones de muestra, las agrupaciones, las similitudes o diferencias. El
análisis de clustering agrupa muestras con características similares (Ibarra-
Junquera, 2013) estos análisis estadísticos se llevaron a cabo utilizando el
software Matlab 2010b (MathWorks Inc., USA).
RESULTADOS
La TABLA I muestra diferentes parámetros propuestos de límites máximos
permisibles para los 3 metales, con el propósito de comparar valores e identificar
la cantidad de pozos muestreados (en porcentaje) fuera del límite señalado.
TABLA I.TABLA COMPARATIVA DE FUENTES NACIONALES E INTERNACIONALES DE LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES CON LOS RESULTADOS DEL MUESTREO.
Contaminante
Límite máximo
permisible por la OMS
(mg/l)
% de pozos muestreados
fuera del parámetro
Límite máximo
permisible por la EPA
(mg/l)
% de pozos muestreados
fuera del parámetro
Límite máximo
permisible por la
NOM-127-SSA1-1994
(mg/l)
% de pozos muestreados
fuera del parámetro
Arsénico 0.01 80.56 0.01 80.56 0.05 8.33
Plomo 0.05 0 0.015 0 0.025 0
Manganeso 0.5 5.56 0.15 25 0.15 25
Plomo
Los datos de HQ obtenidos en la población expuesta en el estado de Colima se
muestran en la TABLA II.
TABLA II.RESULTADOS DE HQ EN LA POBLACIÓN EXPUESTA DE COLIMA PARA Pb.
PLOMO (Pb)
CLASE No mg/L en agua de Pb Poblaciones Habitantes HQ
17
[ ] mínima [ ] máxima BB NN AD
CLASE 0 0.001 0.0026 5 8180 0.038571429 0.006428571 0.002571429
CLASE 1 0.0026 0.0042 45 131267 0.072857143 0.012142857 0.004857143
CLASE 2 0.0042 0.0058 97 266446 0.107142857 0.017857143 0.007142857
CLASE 3 0.0058 0.0074 10 3907 0.141428571 0.023571429 0.009428571
CLASE 4 0.0074 0.009 0 0 0.175714286 0.029285714 0.011714286
409800
El mapa de concentración de Plomo muestra la variación de concentraciones
encontradas en los diferentes puntos de muestreo, clasificadas en 5 niveles.
(Figura 2)
Figura 2. Módulo de concentración de Plomo en los puntos de muestreo.
18
Las superficies de los diferentes niveles de HQ calculados en la población para el
plomo se muestran en la Figura3.
Figura 3. Superficies de niveles de HQ en la población para plomo
Manganeso
La TABLA III enlista los resultados de HQ en la población expuesta de Colima.
TABLA III. RESULTADOS DE HQ EN POBLACIÓN EXPUESTA DE COLIMA PARA EL Mn.
MANGANESO (Mn)
CLASE No mg/L en agua de Mn Poblaciones Habitantes HQ
[ ] mínima [ ] máxima (0,2] (20%) (2,18] 33% > 18 47%
CLASE 0 0 0.05 79 58794 0.013392857 0.002232143 0.000892857
CLASE 1 0.05 0.1 45 156190 0.040178571 0.006696429 0.002678571
CLASE 2 0.1 0.15 16 18911 0.066964286 0.011160714 0.004464286
CLASE 3 0.15 0.5 15 175493 0.174107143 0.029017857 0.011607143
19
CLASE 4 0.5 1.004 3 412 0.402857143 0.067142857 0.026857143
409800
La Figura 4 muestra el mapa de variación de concentraciones del Manganeso en
los puntos de muestreo en el estado.
Figura 4.Módulo de concentración de Manganeso en los puntos de muestreo.
En la Figura 5 se puede apreciar las diferentes superficies de niveles de HQ en la
población.
20
Figura 5.Superficies de niveles de HQ en la población para Manganeso
Arsénico
La TABLA IV muestra los resultados de HQ obtenidos en la población expuesta, así como de riesgo.
TABLA IV. RESULTADOS DE HQ EN POBLACIÓN DE COLIMA PARA EL AS, ASÍ COMO DE RIESGO
ARSÉNICO (As)
CLASE No Poblacio
nes Habitantes mg/L en agua de As HQ RIESGO
Media (STD)
[ ] máxima (0,2] (20%) (2,18] 33% > 18 47% (0,2] (20%) (2,18] 33% > 18 47%
CLASE 0 3 994 0.003 0.01 1.736625 0.2894375 0.115775 0.000781481 0.000130247 5.20988E-
05
CLASE 1 139 233002 0.01 0.025 4.375 0.729166667 0.291666667 0.00196875 0.000328125 0.00013125
CLASE 2 13 82490 0.025 0.05 9.375 1.5625 0.625 0.00421875 0.000703125 0.00028125
CLASE 3 0 0 0.05 0.06 13.75 2.291666667 0.916666667 0.0061875 0.00103125 0.0004125
CLASE 4 1 93314 0.06 0.082 17.873875 2.978979167 1.191591667 0.008043244 0.001340541 0.00053621
6
409800
21
El mapa de los valores de las concentraciones de Arsénico encontradas en los puntos de muestreo se aprecia en la Figura 6.
Figura 6.Módulo de concentración de Arsénico en los puntos de muestreo
La Figura 7 ilustra las superficies de los diferentes niveles de HQ en la población, mientras que la Figura 8 muestra el mapa de riesgo.
.
Figura 7.Superficies de niveles de HQ en la población para Arsénico.
22
Figura 8. Mapa de riesgo para arsénico. COLIMA.
La TABLA V enlista los promedios estatales obtenidos de los 3 HQ, así como el promedio de riesgo para el arsénico.
TABLA V.RESULTADOS DEL PROMEDIO ESTATAL PONDERADO DE HQ DE LOS 3 DIFERENTES METALES PESADOS CONSIDERADOS EN EL ESTUDIO, ASÍ COMO EL
PROMEDIO ESTATAL DE RIESGO DE ARSÉNICO.
PROM. ESTATAL
HQ
PROM. ESTATAL RIESGO
Arsénico 2.419186 0.001089
Plomo 0.0272847
Manganeso 0.02723562
*NOTA: En el caso de los mapas que muestran las superficies de niveles de HQ de los 3 metales, así
como el mapa de riesgo del arsénico (Figuras 3,5,7 y 8), el método de interpolación utilizado (IDW), y
generalmente la mayoría de estos procesos, utilizan algoritmos en el que sus predicciones están
influenciadas por los puntos de muestra vecinos, y para el método seleccionado en este proceso la
distancia es la principal factor en su consideración, dejando como efecto el cortar el proceso hacia los
extremos de todos los puntos usados como variable a interpolar.
23
CONCLUSIONES
Junto con (Huerta, 1998), podemos decir que la contaminación por metales pesados
en aguas subterráneas es un problema de salud grave. Hasta hace relativamente
pocos años existían pocos estudios relacionados con la geoquímica y contaminación
por metales pesados en las aguas en la República Mexicana, sin embargo,
actualmente esta situación se ha revertido, ya que desde la década pasada la
cantidad de trabajos relacionados a los temas antes mencionados han ido en
aumento.
Actualmente existe un conocimiento extenso a nivel mundial sobre la presencia de
metales tóxicos en el ambiente, así como las repercusiones negativas que estos
elementos y sus compuestos tienen sobre la salud y la calidad de vida de los seres
vivos, aún a pesar de que algunos metales son esenciales para los organismos vivos
a concentraciones específicas, sus efectos tóxicos son observados cuando la
concentración de éstos aumenta. La ingestión de agua que contenga una significada
proporción de metales, puede producir efectos adversos de salud que pueden variar
desde falta de aliento hasta tipos severos de cáncer (Cantor, 1997; Calderon, 2000;
Xia and Liu, 2004; Dogan et al., 2005).
La identificación y cuantificación de ciertos metales pesados presentes en mayores
cantidades que las normales en el agua es de recalcarse, como el caso del
manganeso en este estudio, sim embargo recae la atención en el arsénico debido a
sus características cancerígenas que ponen en riesgo a la población que tiene
contacto directo con el agua contaminada.
Para Kavcar et al. (2009), los niveles de coeficiente de peligro (HQ)>1 indican
efectos adversos potenciales que pueden ocurrir por la presencia de metales en el
agua potable y que obligan a un nuevo estudio. Se observa en la TABLA IV que de
los 15 HQ calculados para el arsénico, 9 son mayores que 1, resultando la categoría
de población bebés la más vulnerable. En esa misma categoría se presentó el HQ
más alto, siendo el valor de 17.87, 17 veces mayor que el valor de referencia (1),
que indica un efecto adverso potencial. Las poblaciones restantes también son
afectadas, presentando valores de HQ mayores a 1 en las clases 3,4 y 5 para los
24
niños, y en la clase 5 en el caso de los adultos. En las 3 poblaciones los valores de
HQ más altos fueron presentados en la misma clase: la número 5. El promedio
estatal del HQ del arsénico también rebasó el valor 1, ya que fue de 2.41, apreciable
en la TABLA V.
Podemos coincidir con (Hernández-Ávila y Lazcano-Ponce, 2013), cuando dicen que
la creciente disponibilidad de información demográfica y sobre salud con índices
geográficos, así como los avances en la tecnología computacional, los sistemas de
posicionamiento global y los sistemas de información geográfica han contribuido
sustancialmente al desarrollo de la epidemiología espacial, la cual se aborda en este
trabajo de acuerdo a la vertiente de estimación del riesgo en relación a fuentes
puntuales de exposición .
Los modelos de mapas presentados se encuentran para predecir la distribución
espacial de la contaminación de los diferentes metales pesados. Al identificarse las
concentraciones del plomo, arsénico y manganeso, se abren puertas hacia la
identificación y predicción de áreas vulnerables, e implementación de medidas de
prevención orientadas al cuidado de la salud humana y preservación de los recursos
naturales; así como servir de base hacia un diseño y aplicación de modelos geo-
estadísticos en la evaluación de la epidemiología y riesgo con potenciales
beneficios para el sector público.
Más estudios se requieren para concretar la relación entre altas concentraciones de
metales pesados en el agua y ciertas enfermedades en la población, pero
ciertamente los modelos presentados pueden ser utilizados para mejorar la
comprensión de esa relación, involucrando así la calidad de vida de las personas y
millones de pesos en costos de salud.
REFERENCIAS
Bocanegra O.C., Bocanegra E.M., Alvarez A.A. (2002). Arsénico en aguas
subterráneas: su impacto en la salud [en línea].
http://www.alhsud.com/public/articulos/Bocanegra2-Alvarez.pdf 24/11/2013.
25
Calderon R.L. (2000). The epidemiology of chemical contaminants of drinking water.
Food Chem Toxicol. 38. S13-20.
Cantor, K.P. (1997). Drinking water and cancer. Cancer Causes Control 8, 292–308.
CEPIS. (2001). Manual de evaluación y manejo de sustancias tóxicas en aguas
superficiales. Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente.
Manual. 24 pp.
Chrostowski P.C.(1994). Exposure assessment principles. In: Patrick, D.R. (Ed.),
Toxic Air Pollution Handbook. Van Nostrand Reinhold, New York, NY, 154 pp.
Cornelis R. and Nordberg M. (2007). General Chemistry of Metals Sampling,
Analytical Methods and Methodology including Speciation Analysis In: Handbook on
the Toxicology of Metals (G.F Nordberg, B.A Fowler, M. and L.T Friberg). Elsevier
Publisher, USA, 11-38.
Cui Y, Zhu Y, Zhai R, Huang Y, Chen D, Huang Y, et al. Transfer of metals from soil
to vegetables in an area near a smelter in Nanning, China. Environ Int 2004;30:785–
91.
Cui Y, Zhu Y, Zhai R, Huang Y, Qiu Y, Liang J. Exposure to metal mixtures and
human health impacts in a contaminated area in Nanning, China. Environ Int
2005;31:784–90.
Dogan, M., Dogan, A.U., Celebi, C., Baris, Y.I. (2005). Geogenic arsenic and a
survey of skin lesions in the Emet region of Kutahya, Turkey. Indoor Built Environ.
14, 533–536
Dominique Dufour, Olivier Gibert, Andrés Giraldo, Teresa Sánchez, Max Reynes,
Jean-Pierre Pain, Alonso González, Alejandro Fernández y Alberto Díaz. (2009).
Differentiation between Cooking Bananas and Dessert Bananas. 2. Thermal and
26
Functional Characterization of Cultivated Colombian Musaceae (Musa sp.). J. Agric.
Food Chem. 57, 7870–7876.
Flora S.J., Mittal M., Mehta A. (2008). Heavy metal induced oxidative stress & its
possible reversal by chelation therapy. Indian J Med Res. 128. 501-23.
Foster Stephen; Hirata Ricardo; Gomes Daniel; D`Elia Monica; Paris Marta.
Protección de la Calidad del Agua Subterránea. Editorial Banco Mundial. Segunda
edición. Año 2007. Páginas: 87-100.
Greger, J. L., & Malecki, E. A. (1997). Manganese: how do we know our limits.
Nutrition Today, 32, 116±121.
Guangming Zeng, Jie Liang, Shenglian Guo, Lin Shi, Ling Shiang, Xiaodong Li,
Chunyuan Du. Spatial analysis of human health risk associated with ingesting
manganese in Huangxing Town, Middle China. (2009). Chemosphere, 77. 368-375.
GWP. (2006). Amenazas Naturales a la Calidad del Agua Subterránea, evitar
problemas y formular estrategias de mitigación. Global Water Partnership. Serie de
notas informativas, Nota 14. Washington D.C. 8 pp.
Hernández M., Lazcano E., Hernández J. E., Santos R. (2013). Salud Pública:
Teoría y Práctica. Instituto Nacional de Salud Pública. México, D.F. México. 728 pp.
Hossain M. and Piantanakulchai M. (2013). Groundwater arsenic contamination risk
prediction using GIS and classification tree method. Engineering Geology 156,37-45.
Hurtado R. y Gardea J. (2005). Estimación de la exposición a fluoruros en Los Altos
de Jalisco, México. Salud Pública vol 47. 58-63.
Ibarra-Junquera Vrani, Escalante-Minakata Pilar, Chávez-Rodríguez Arturo Moisés,
Comparan-Dueñas Isabel Alicia, Osuna-Castro Juan Alberto, Ornelas-Paz José de
27
Jesús, Pérez-Martínez Jaime David y Noé Aguilar Cristóbal (2013). Optimization,
Modeling, and Online Monitoring of the Enzymatic Extraction of Banana Juice. Food
Bioprocess Technol. DOI 10.1007/s11947-013-1136-2
INEGI. (2010). Marco Geoestadístico Nacional [en
línea].http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/geoestadistica/m_geoestadistico.aspx
Jiménez B. E. (2001). La contaminación ambiental en México: causas, efectos y
tecnología apropiada. Editorial Limusa, S.A de C.V. México, D.F. México. 927pp.
Kawamura R, Ikuta H, Fukuzumi S, Yamada R, Tsubaki S, Kodama T, et al.
Intoxication by manganese in well water. Arch Exp Med 1941;18: 145–69.
Kondakis XG, Makris N, Leotsinidis M, Prinou M, Papapetropoulos T. Possible health
effects of high manganese concentrations in drinking water. Arch Environ Health
1989;44:175–8.
Klaassen C.D. and Watkins J.B. (2003). Essentials of Toxicology. McGraw-Hill. USA,
472 pp.
Kongkea Phan, Suthipong Stiannopkao, Kyoung-Woong Kim, Ming Hung Wong,
Vibol Sao, Jamal Hisham Hashim, Mohamed Salleh Mohamed Yasin, Syed
Mohamed Alijunid. Helath Risk assessement of inorganic arsenic intake of Cambodia
residents though groundwater drinking pathway. (2010). Water Research, 44. 5777-
5788.
Lin M.C. and Liao C.M. (2008). Assessing the risks on human health associated with
inorganic arsenic intake from groundwater-cultured milkfish in southwestern Taiwan.
Food and Chemical Toxicology Volume 46. 701-709.
28
Lin Y.P., Cheng B.Y, Chu H.J, Chang T.K and Yu H.L. (2011). Assessing how heavy
metal pollution and human activity are related by using logistic regression and kriging
methods. Geoderma Volume 163. 275-282.
O’Rourke, M.K., van de Water, P.K., Jin, S., Rogan, S.P., Weiss, A.D., Gordon, S.M.,
Moschandreas, D.J., Lebow- itz, M.D., 1999. Evaluations of primary metals from
NHEXAS Arizona: distributions and preliminary expo- sures. J. Expo. Anal. Environ.
Epidemiol. 9, 435–445.
Organización Mundial de la Salud (OMS). (2006). Guías para la calidad del agua
potable [en línea].
http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwq3_es_fulll_lowsres.pdf
25/11/2013
Organización Mundial de la Salud (OMS). (2012). Arsénico [en línea].
http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs372/es/ 24/11/2013
Organización Mundial de la Salud (OMS). (2013). Intoxicación por plomo y salud [en
línea].http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs379/es/ 25/11/2013.
Ravenscroft. 2007. Arsenic in drinking water: a global threat to health [Online].
Available: www.admin. cam.ac.uk/news/dp/2007082901. [Accessed: 25 Feb 2011]
Renner R. (2009). Out of Plumb: When Water Treatment Causes Lead
Contamination. EHP. V 117. 542-547.
Repetto, M. (1981). Toxicología fundamental. Editorial Científico Médica. Barcelona,
España. 432 pp
29
Reyes M.G., Alvarado A.I., Antuna D.M., González L.S. y Vázquez E.C. Metales
pesados: importancia y análisis [en línea].
http://www.repositoriodigital.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/8815/AN%C3%81LI
SIS%20DE%20ARS%C3%89NICO%20Y%20METALES%20PESADOS%20EN%20
E%20L%20AGUA%202.pdf?sequence=1 24/11/2013
Seifert, B., Becker, K., Helm, D., Krause, C., Schulz, C., Seifert, M., 2000. The
German Environmental Survey 1990/ 1992 (GerES II): reference concentrations of
selected environmental pollutants in blood, urine, hair, house dust, drinking water
and indoor air. J. Expo. Anal. Environ. Epidemiol. 10, 552–565.
SSA. (1993) Norma Oficial Mexicana NOM-014-SSA1-1993. Procedimientos
sanitarios para el muestreo de agua para uso y consumo humano en sistemas de
abastecimiento de agua públicos y privados. Secretaría de Salud. Diario Oficial de la
Federación. 12 de Agosto de 1994.
SSA. (1994) Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994. Salud ambiental, agua
para uso y consumo humano-límites permisibles de calidad y tratamientos a que
debe someterse el agua para su potabilización. Secretaría de Salud. Diario Oficial de
la Federación. 30 de Noviembre de 1995.
Sthiannopkao S. Kim K.W., Sotham S. Choup S. (2008). Arsenic and manganese in
tuve well waters of Prey Veng and Kandal Provinces, Cambodia. Applied
Geochemistry. 23. 1086-1093.
Schauss, A.G. “Comparative hair mineral analysis results of 21 elements in random
selected behaviorally ‘normal’ 19-59 years old population and violent adult criminal
ofenders”. Int. J. Biosocial Research 1:21-41, 1981.
Tamasi, G., Cini, R. (2004). Heavy metals in drinking waters from Mount Amiata
(Tuscany, Italy): possible risks from arsenic for public health in the province of Siena.
Sci. Total Environ. 327, 41–51.
30
Thomann R. V. (1984). Physio-chemical and ecological modeling the fate of toxic
substances in natural water systems. Ecological Modelling Volume 22. 145-170.
U.S. DEPARTMENT OF HEALTH AND HUMAN SERVICES. (2007).
TOXICOLOGICAL PROFILE FOR LEAD [en línea].
http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp13.pdf 26/11/2013
U.S. EPA. Guidelines for Exposure Assessment. U.S. Environmental Protection
Agency, Risk Assessment Forum, Washington, DC, EPA/600/Z-92/001, 1992.
US Environmental Protection Agency. (2005). IRIS (Integrated Risk Information
System) [en línea]. www.epa.gov/iris September 2005.
USEPA. (1999). Guidance for performing aggregate exposure and risk assessments.
US Environmental Protection Agency. Manual. Washington, DC. 42 pp.
Van Dijk-Looijaard, A.M., van Genderen, J., 2000. Levels of exposure from drinking
water. Food Chem. Toxicol. 38, S37–S42.
Varela J., López L. y Montiel A. (2013). El Arsénico y sus riesgos. Revista
Universidad de Sonora, 46-48.
Woolf A, Wright R, Amarasiriwardena C, Bellinger D. A child with chronic manganese
exposure from drinking water. Environ Health Perspect 2002;110:613–6.
