Hidroarsenicismo: mecanismos de acción asociados a la toxicidad del arsénico / Hydroarsenicism: Mechanisms of action related to arsenic toxicity

La exposición crónica al arsénico (As) inorgánico a través del agua de bebida da lugar al desarrollo de la enfermedad conocida como hidroarsenicismo. Esta enfermedad presenta sintomatología característica, sin embargo, para la mayoría de los efectos tóxicos que produce del As aún no se conoce en detalle el mecanismo de acción tóxica. Los mecanismos moleculares de acción del arsenito (unión a grupos sulfhidrilos) y del arseniato (sustitución del fosfato) están bien identificados, sin embargo, las consecuencias a nivel subcelular, celular, tisular y orgánico de esos mecanismos todavía presentan muchos huecos por llenar. A nivel subcelular y celular, la generación de especies reactivas de oxígeno (ERO) y de nitrógeno (ERN) son los mecanismos de acción tóxica del As más estudiados últimamente. Se los ha vinculado con la diferenciación y proliferación de queratinocitos, con la disfunción endotelial, con la resistencia a la insulina, con la inducción de peroxidación lipídica en hígado, de necrosis tubular renal y con cambios en la expresión del receptor estrogénico. Por último, la respuesta celular a proteínas no plegadas (como consecuencia del estrés del retículo endoplásmico) podría ser un mecanismo para explicar la afectación de la inmunidad humoral y la celular.

Chronic exposure to inorganic arsenic (As) through drinking water leads to the development of the disease known as hydroarsenicism. This disease presents characteristic symptomatology but the mechanisms underlying most of the toxic effects produced by As are not fully understand. The molecular mechanisms of action of arsenite (binding to sulfhydryl groups) and arsenate (phosphate substitution) are well identified, however, the consequences at the subcellular, cellular, tissue and organic levels of these mechanisms still have many gaps to fill. At the subcellular and cellular level, the generation of reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) are the most studied mechanisms of toxic action. They have been linked to the differentiation and proliferation of keratinocytes, endothelial dysfunction, insulin resistance, induction of lipid peroxidation in the liver, renal tubular necrosis and changes in the expression of estrogen receptor. Finally, the cellular response to unfolded proteins (as a consequence of the stress of the endoplasmic reticulum) could be a mechanism to explain the affectation of humoral and cellular immunity.

Daño al ADN asociado al contenido de arsénico urinario en una población de jóvenes expuesta al arsénico por el agua de bebida / DNA damage associated to urinary arsenic content in a children population exposed to arsenic by drinking water

El arsénico es un contaminante ampliamente distribuido en el mundo. En Argentina se estima que cerca de un millón y medio de personas están expuestas a sus efectos deletéreos por ingesta de agua con altos tenores de este metaloide. El presente trabajotuvo como objetivo establecer si existe correlación entre la exposición a arsénico inorgánico (AsI) a través del consumo de aguas y el nivel de daño al ADN. Muestras de orina y sangre fueron recolectadas de una población de la provincia de Santiago del Estero. Sobre éstas se evaluó el contenido de arsénico urinario (Asu) como marcador de exposición reciente y el daño producidoal ADN mediante el ensayo de electroforesis de células únicas (test del cometa) en sangre como índice de genotoxicidad. De la población total estudiada (n=65), el 41,54% fueron niños. El 57% de la población infantil presentó valores de Asu superiores al valor máximo referencial (hasta 40μgAs/g creatinina) en un rango comprendido entre 41,78 y 3918,10 μgAs/g creatinina. La evaluación genotóxica en sangre reveló que los niños expuestos a elevados niveles de arsénico presentaron un porcentajede células con alto daño al ADN significativamente mayor al compararlo con aquellos con Asu menor al valor de referencia (32,79% ± 3,32 vs 9,77% ± 6,59; p<0,001). A pesar del bajo número de muestras analizadas en este estudio preliminar, existe una buena correlación entre el contenido de arsénico urinario en la población general y el daño al ADN (r=0,6509; p=0,0117). Los resultados obtenidos muestran que la población estudiada expuesta a altos niveles de arsénico, representa un grupo de riesgo para el desarrollo de patologías relacionadas con este tóxico.

Arsenic is an environmental pollutantwidely distributed in the world. In Argentine about a million and a half of inhabitants are exposed to its deleterious effect by drinking water with high levels of this metalloid. In this work the correlation between the exposure to inorganic arsenic and thelevel of DNA damage in blood cells was assessed. Urine and blood samples were taken from a population of Santiago del Estero province. Urinary total arsenic (Asu) content (a recent exposure biomarker) and single cell gel electrophoresis (Comet assay) wereperformed. Children represented the 41.54% of the sampled population (n=65) and 57% of them had Asu levels between 41.78 and 3918.10 μgAs/g creatinine (reference value: less than 40μgAs/g creatinine). Comet assay showed that children with high levelof Asu presented a percentage of cells with high DNA damage increased respect to those with Asu below the reference value (32.79% ± 3.32 vs 9.77% ± 6.59, p< 0.001). Despite the small number of samples analyzed in this preliminary study, there is a clear tendency of correlation between total arsenic content in urine and DNA damage (r=0.6509, p=0.0117). The data obtained showed that the children population exposed to high levels of arsenic represent a group of risk for developing pathologies related with this toxic.

Un hidrogel de hidróxido de aluminio para eliminar el arsénico del agua / An aluminum hydroxide hydrogel to remove arsenic from water

Objetivos. Describir la síntesis y los resultados preliminares de la aplicación de un hidrogel de hidróxido de aluminio que, agregado directamente al agua, pueda lograr la eliminación total del arsénico, cualquiera que sea la naturaleza del agua y el estado de oxidación del metaloide. Métodos. Las materias primas utilizadas para obtener el hidrogel de hidróxido de aluminio fueron: sulfato de aluminio hidratado (que se utiliza para potabilizar aguas), hipoclorito de calcio en polvo, hidróxido de amonio y agua destilada (cuando el gel se preparó a escala de laboratorio) y agua de ósmosis inversa de igual o mejor calidad que el agua destilada (cuando se produjo el gel a escala piloto). El control de calidad del producto final consistió en la determinación de su capacidad para adsorber el arsénico y la realización de pruebas bacteriológicas para demostrar su esterilidad. El producto fue aplicado a muestras de agua a las que se añadió arsénico en el laboratorio y a muestras de aguas arsenicales naturales procedentes de la provincia de Tucumán, Argentina. Para el análisis del arsénico en el agua se utilizó el método colorimétrico del dietilditiocarbamato de plata. Resultados. La aplicación del hidrogel proporcionó una gran reducción del arsénico. Tanto en las aguas arsenicales naturales como en las artificiales, después del tratamiento las concentraciones de arsénico quedaron por debajo del límite de detección del método analítico utilizado (0,01 partes por millón). Las pruebas bacteriológicas del producto terminado revelaron la ausencia de bacterias viables. Conclusiones. La aplicación del hidrogel de hidróxido de aluminio proporcionó la deseada reducción de la concentración de arsénico en el agua. Este método de desarsenización es barato y fácil de utilizar en poblaciones rurales dispersas de zonas afectadas por el hidroarsenicismo que carecen de agua potable e infraestructura sanitaria y eléctrica.

Objective. To describe the making of and the preliminary results from an aluminum hydroxide hydrogel that, when added directly to water, can totally eliminate arsenic, regardless of the nature of the water and the oxidation state of the metalloid. Methods. The raw materials used to make the aluminum hydroxide hydrogel were: hydrated aluminum sulfate (which is used to make water safe for drinking), calcium hypochlorite in powder form, ammonium hydroxide, and distilled water (when done at the laboratory scale), and water from inverse osmosis of the same or better quality than the distilled water (when done at a pilot scale). Quality control for the finished product consisted of determining its ability to adsorb arsenic and performing bacteriological tests to demonstrate its sterility. The product was used with water samples to which arsenic had been added in the laboratory and with water samples from the province of Tucumán, Argentina, with naturally occurring arsenic. To analyze the arsenic in the water the colorimetric silver diethyldithiocarbamate method was used. Results. Using the hydrogel greatly reduced the amount of arsenic. Treating both the natural and laboratory-produced arsenical waters yielded arsenic concentrations under the limit (0.01 parts per million) that was detectable with the analytical method used. The bacteriological tests of the finished product indicated there were no viable bacteria. Conclusions. Using the aluminum hydroxide hydrogel produced the desired reduction in the arsenic concentration in the water. This method for removing arsenic is inexpensive and easy to use in scattered rural populations in areas having high arsenic levels and lacking drinkable water, as well as an adequate sanitary and electric-power infrastructure.