En nuestra vida cotidiana estamos expuestos a cientos, posiblemente miles, de sustancias químicas. En tanto que el denominado “exposoma” engloba todos los factores ambientales que influyen en el bienestar humano a lo largo de la vida, como el estilo de vida, la exposición a sustancias químicas y las presiones sociales, y está ampliamente reconocido como relevante para desencadenar o acelerar enfermedades.
El exposoma tóxico es de especial interés, ya que existe una correlación positiva entre el creciente número de sustancias químicas producidas y los resultados adversos, como el aumento de la prevalencia de enfermedades no transmisibles, así como los trastornos del comportamiento. Además, la exposición a sustancias químicas denominadas “disruptores endocrinos” o neurotóxicas se ha asociado directamente con efectos en el neurodesarrollo de los niños. Así lo explican investigadores alemanes del Centro Helmholtz de Investigación Medioambiental (UFZ, por sus siglas en alemán) en un estudio publicado el jueves último en Science.
“A diario estamos expuestos a una gran variedad de sustancias químicas que se distribuyen y acumulan en nuestro organismo. Se trata de mezclas muy complejas que pueden afectar las funciones corporales y nuestra salud”, afirma la profesora Beate Escher, jefa del Departamento de Toxicología Celular del UFZ y catedrática de la Universidad de Tubinga.
“Los estudios sobre el medio ambiente y el agua han demostrado que los efectos de las sustancias químicas se acumulan cuando aparecen en bajas concentraciones en mezclas complejas. Todavía no se ha investigado suficientemente si esto también ocurre en el cuerpo humano, y es precisamente aquí donde entra en juego nuestro estudio”, añade.
En la investigación, los autores se propusieron investigar cómo diversas y complejas mezclas químicas extraídas de la sangre de mujeres embarazadas actúan conjuntamente para llegar al punto final de la neurotoxicidad (del desarrollo).
Para ello, los autores se basaron en la información de más de 600 muestras de sangre de embarazadas de la cohorte madre-hijo LiNA de Leipzig, coordinada por el UFZ desde 2006.
Los investigadores analizaron primero la presencia de sustancias químicas individuales en estas muestras. “Queríamos averiguar qué sustancias químicas contenía el plasma sanguíneo y en qué concentraciones. Utilizamos un proceso de extracción en dos pasos para aislar mezclas químicas lo más diversas posible”, explica Georg Braun, investigador postdoctoral del grupo de trabajo de Beate Escher y primer autor del estudio.
“Mediante análisis de espectrometría de masas, buscamos 1.000 sustancias químicas diferentes que sabíamos que podían estar presentes en el medio ambiente, que potencialmente podían ser ingeridas por los seres humanos y que podían ser relevantes para los efectos adversos sobre la salud humana. De ellas, pudimos cuantificar unas 300 sustancias químicas en varias muestras de plasma”, detalla Braun.
Esto proporcionó a los investigadores información sobre la composición y las proporciones de concentración de las mezclas químicas presentes en las 600 muestras individuales de plasma.
Los investigadores utilizaron un modelo de predicción para calcular los efectos neurotóxicos de las mezclas químicas. Para comprobar experimentalmente las predicciones de los efectos de las mezclas, utilizaron un bioensayo celular, basado en células humanas que indica efectos neurotóxicos.
“Analizamos sustancias químicas individuales, así como unas 80 mezclas químicas autoproducidas diferentes, en proporciones de concentración realistas. También se analizaron los extractos de las muestras de plasma”, explica Braun.
Todas las embarazadas eran portadoras de un complejo cóctel de sustancias químicas, pero el número de sustancias químicas cuantificadas variaba en gran medida entre las muestras.
En concreto, se detectaron entre 5 y 146 sustancias químicas por cada mujer, con un percentil del 10 al 90 que oscilaba entre 38 y 79 sustancias químicas. Las sustancias químicas se clasificaron en seis categorías: industria y bienes de consumo, pesticidas, productos farmacéuticos, productos de cuidado personal, alimentos y otros consumos, y compuestos endógenos.
NEUROTOXICIDAD
La lista de 473 sustancias químicas detectadas se emparejó con los posibles impulsores del riesgo de mezcla mediante el uso de los criterios y modelos definidos y las 50 sustancias químicas principales en términos de concentración y frecuencia de detección en el estudio para obtener una lista de 143 sustancias químicas, 121 de las cuales se probaron en el ensayo de neurotoxicidad in vitro, y 23 sustancias químicas tenían datos de un estudio anterior.
De las 143 sustancias químicas, 93 (65%) causaron una inhibición robusta del crecimiento de las neuritas (un tipo de prolongación de las neuronas), con concentraciones de efecto que reducían la longitud de las neuritas en un 10%.
En tanto, 28 sustancias químicas eran neurotóxicos específicos (10 sustancias químicas tenían concentraciones >10 veces inferiores para inhibir la longitud de las neuritas que para causar citotoxicidad, y 18 inhibían la longitud de las neuritas pero no eran citotóxicas), 54 eran moderadamente potentes (de 1 a 10 veces más potentes para la inhibición del crecimiento de las neuritas que para la citotoxicidad, y para 11 sustancias químicas, la neurotoxicidad se producía por debajo de las concentraciones citotóxicas y era un efecto indirecto de la citotoxicidad.
Del estudio se desprende que las sustancias químicas que más contribuyeron a la neurotoxicidad in vitro fueron el aditivo alimentario galato de laurilo, el oxidante 2,6-di-terc-butil-1,4-benzoquinona y los biocidas de amonio cuaternario (por ejemplo, bencildimetilhexadecilamonio, hexadeciltrimetilamonio, bencildimetiltetradecilamonio y lauramidopropilbetaína). El biocida, 1,2-benzoisotiazolinona; el oxidante, 2,6-di-terc-butil-1,4-benzoquinona; el intermedio de síntesis, 1-naftol; el retardante de llama, tris(cloropropil)-fosfato (TDCPP); y los ácidos grasos, ácido azelaico o palmitoiletanolamida, también contribuyeron con frecuencia a los efectos predichos de la mezcla de sustancias químicas neurotóxicas.
Incluyendo las concentraciones extrapoladas, el insecticida fluorado flubendiamida, la cafeína y el antiinflamatorio ibuprofeno se identificaron como importantes contribuyentes adicionales a los efectos de la mezcla (tabla S23).
RESULTADOS CLAROS
Los resultados fueron claros. “Los experimentos de laboratorio confirmaron las predicciones del modelo: los efectos de las sustancias químicas se suman en mezclas complejas”, afirma la toxicóloga medioambiental Beate Escher.
“Incluso si las concentraciones individuales de sustancias químicas neurotóxicas son tan bajas que cada una de ellas está por debajo del umbral de efecto, sigue habiendo un efecto sobre las células nerviosas en mezclas complejas con muchas otras sustancias químicas”, agrega.
Pero, ¿qué significan exactamente estos resultados? “Con nuestro estudio hemos podido demostrar por primera vez que lo que se sabe sobre los efectos de las mezclas químicas en el medio ambiente también se aplica a los seres humanos”, expresa Escher.
“Por tanto, es imperativo que nos replanteemos la evaluación de riesgos. Las sustancias indicadoras por sí solas distan mucho de ser suficientes. En el futuro, debemos aprender a pensar en términos de mezclas”, subraya.
Por su parte, la inmunóloga medioambiental de la UFZ y directora del estudio LiNA, la doctora Gunda Herberth, añade: “Cada vez está más claro que muchas enfermedades como las alergias, los trastornos del sistema inmunitario, la obesidad o el desarrollo del sistema nervioso están relacionadas con la exposición a sustancias químicas en el útero o en la primera infancia”.
El método de ensayo presentado en este estudio -la extracción de mezclas químicas de muestras humanas y su caracterización mediante análisis químico combinado con sistemas de biotest basados en células- abre nuevas posibilidades para investigar los efectos de mezclas químicas complejas en la salud humana.
En futuros proyectos de investigación, los científicos quieren perfeccionar su método de ensayo y estudiar los efectos de las mezclas químicas en otros parámetros relevantes para la salud, como la inmunotoxicidad.
Además, les gustaría descubrir posibles vínculos entre la exposición química y el desarrollo de trastornos del desarrollo en los niños.
Como miembros del Centro Alemán para la Salud del Niño y el Adolescente, una red de investigación de hospitales universitarios, universidades e instituciones de investigación no universitarias de toda Alemania, los investigadores de la UFZ colaborarán en el futuro con numerosos expertos de los campos de la medicina y la epidemiología para aplicar en la práctica estos métodos de biomonitorización humana basada en los efectos.