El monitoreo biológico humano utiliza muestras de fluidos corporales u otro material biológico fácilmente obtenible para la medición de la exposición a sustancias específicas o no específicas y/o sus metabolitos o para la medición de los efectos biológicos de esta exposición. El monitoreo biológico permite estimar la exposición individual total a través de diferentes vías de exposición (pulmones, piel, tracto gastrointestinal) y diferentes fuentes de exposición (aire, dieta, estilo de vida u ocupación). También se sabe que en situaciones de exposición complejas, que se encuentran con mucha frecuencia en los lugares de trabajo, diferentes agentes de exposición pueden interactuar entre sí, ya sea aumentando o inhibiendo los efectos de los compuestos individuales. Y dado que los individuos difieren en su constitución genética, exhiben variabilidad en su respuesta a las exposiciones químicas. Por lo tanto, puede ser más razonable buscar efectos tempranos directamente en los individuos o grupos expuestos que intentar predecir los peligros potenciales de los patrones de exposición complejos a partir de datos pertenecientes a compuestos individuales. Esta es una ventaja del biomonitoreo genético para efectos tempranos, un enfoque que emplea técnicas que se enfocan en daño citogenético, mutaciones puntuales o aductos de ADN en tejido humano sustituto (consulte el artículo “Principios generales” en este capítulo).

¿Qué es la genotoxicidad?

La genotoxicidad de los agentes químicos es un carácter químico intrínseco, basado en el potencial electrofílico del agente para unirse con sitios nucleófilos en las macromoléculas celulares como el ácido desoxirribonucleico, el ADN, el portador de la información hereditaria. La genotoxicidad es, por tanto, la toxicidad que se manifiesta en el material genético de las células.

La definición de genotoxicidad, como se analiza en un informe de consenso (IARC 1992), es amplia e incluye efectos directos e indirectos en el ADN: (1) la inducción de mutaciones (genéticas, cromosómicas, genómicas, recombinantes) que a nivel molecular son similares a eventos que se sabe que están involucrados en la carcinogénesis, (2) eventos sustitutos indirectos asociados con mutagénesis (p. ej., síntesis de ADN no programada (UDS) e intercambio de cromátidas hermanas (SCE), o (3) daño en el ADN (p. ej., la formación de aductos ), lo que eventualmente puede conducir a mutaciones.

Genotoxicidad, mutagenicidad y carcinogenicidad

Las mutaciones son cambios hereditarios permanentes en las líneas celulares, ya sea horizontalmente en las células somáticas o verticalmente en las células germinales (sexuales) del cuerpo. Es decir, las mutaciones pueden afectar al propio organismo a través de cambios en las células del cuerpo, o pueden transmitirse a otras generaciones a través de la alteración de las células sexuales. Por lo tanto, la genotoxicidad precede a la mutagenicidad, aunque la mayor parte de la genotoxicidad se repara y nunca se expresa como mutaciones. Las mutaciones somáticas se inducen a nivel celular y en el caso de que conduzcan a la muerte celular oa neoplasias malignas, pueden manifestarse como diversos trastornos de los tejidos o del propio organismo. Se cree que las mutaciones somáticas están relacionadas con los efectos del envejecimiento o con la inducción de placas ateroscleróticas (consulte la figura 1 y el capítulo sobre Cáncer).

Figura 1. Vista esquemática del paradigma científico en toxicología genética y efectos en la salud humana

Las mutaciones en la línea de células germinales pueden transferirse al cigoto, el óvulo fertilizado, y expresarse en la generación de descendientes (ver también el capítulo Sistema reproductivo). Los trastornos mutacionales más importantes que se encuentran en el recién nacido son inducidos por mala segregación de cromosomas durante la gametogénesis (el desarrollo de las células germinales) y dan como resultado síndromes cromosómicos graves (p. ej., trisomía 21 o síndrome de Down y monosomía X o síndrome de Turner).

El paradigma de la genotoxicología de la exposición a los efectos anticipados puede simplificarse como se muestra en la figura 1.

La relación entre la genotoxicidad y la carcinogenicidad está bien respaldada por varios hechos de investigación indirecta, como se muestra en la figura 2. 

Figura 2. Las interrelaciones de genotoxicidad y carcinogenicidad    

Esta correlación proporciona la base para aplicar biomarcadores de genotoxicidad que se utilizarán en el seguimiento humano como indicadores del riesgo de cáncer.

Toxicidad genética en la identificación de peligros

El papel de los cambios genéticos en la carcinogénesis subraya la importancia de las pruebas de toxicidad genética en la identificación de carcinógenos potenciales. Se han desarrollado varios métodos de prueba a corto plazo que pueden detectar algunos de los puntos finales de genotoxicidad supuestamente relevantes en la carcinogénesis.

Se han realizado varios estudios extensos para comparar la carcinogenicidad de los productos químicos con los resultados obtenidos al examinarlos en pruebas a corto plazo. La conclusión general ha sido que, dado que ninguna prueba validada por sí sola puede proporcionar información sobre todos los criterios de valoración genéticos mencionados anteriormente; es necesario probar cada producto químico en más de un ensayo. Además, el valor de las pruebas a corto plazo de toxicidad genética para la predicción de la carcinogenicidad química se ha discutido y revisado repetidamente. Sobre la base de dichas revisiones, un grupo de trabajo de la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC, por sus siglas en inglés) concluyó que la mayoría de los carcinógenos humanos dan resultados positivos en las pruebas a corto plazo que se usan de forma rutinaria, como la Salmonella, ensayo y los ensayos de aberraciones cromosómicas (tabla 1). Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los carcinógenos epigenéticos, como los compuestos hormonalmente activos que pueden aumentar la actividad genotóxica sin ser genotóxicos en sí mismos, no pueden detectarse mediante pruebas a corto plazo, que miden solo la actividad genotóxica intrínseca de una sustancia.

Tabla 1. Genotoxicidad de las sustancias químicas evaluadas en los Suplementos 6 y 7 de las Monografías de la IARC (1986)

Biomonitoreo Genético

El monitoreo genético utiliza métodos de toxicología genética para el monitoreo biológico de los efectos genéticos o la evaluación de la exposición genotóxica en un grupo de personas con exposición definida en un lugar de trabajo o a través del medio ambiente o el estilo de vida. Por lo tanto, el monitoreo genético tiene el potencial para la identificación temprana de exposiciones genotóxicas en un grupo de personas y permite la identificación de poblaciones de alto riesgo y, por lo tanto, prioridades para la intervención. Se justifica el uso de biomarcadores predictivos en una población expuesta para ahorrar tiempo (en comparación con las técnicas epidemiológicas) y para prevenir efectos finales innecesarios, a saber, el cáncer (figura 3).

Figura 3. La predictibilidad de los biomarcadores permite tomar acciones preventivas para disminuir los riesgos para la salud en las poblaciones humanas

Los métodos utilizados actualmente para el biomonitoreo de la exposición genotóxica y los efectos biológicos tempranos se enumeran en la tabla 2. Las muestras utilizadas para el biomonitoreo deben cumplir varios criterios, incluida la necesidad de que sean fácilmente obtenibles y comparables con el tejido objetivo.

Tabla 2. Biomarcadores en el seguimiento genético de la exposición a genotoxicidad y las muestras de células/tejidos más utilizadas

Los tipos de daño en el ADN molecularmente reconocible incluyen la formación de aductos de ADN y la reorganización de la secuencia de ADN. Estos tipos de daños pueden detectarse mediante mediciones de aductos de ADN utilizando diversas técnicas, por ejemplo, el posmarcaje con 32P o la detección de anticuerpos monoclonales contra aductos de ADN. La medición de las roturas de las cadenas de ADN se lleva a cabo convencionalmente mediante elución alcalina o ensayos de desenrollado. Las mutaciones pueden detectarse secuenciando el ADN de un gen específico, por ejemplo, el gen HPRT.

Han aparecido varios informes metodológicos que discuten las técnicas de la tabla 2 en detalle (CEC 1987; IARC 1987, 1992, 1993).

La genotoxicidad también se puede controlar indirectamente mediante la medición de aductos de proteínas, es decir, en la hemoglobina en lugar del ADN, o mediante el control de la actividad de reparación del ADN. Como estrategia de medición, la actividad de monitoreo puede ser única o continua. En todos los casos, los resultados deben aplicarse al desarrollo de condiciones de trabajo seguras.

Biomonitoreo Citogenético

Una justificación teórica y empírica vincula el cáncer con el daño cromosómico. Los eventos mutacionales que alteran la actividad o la expresión de los genes del factor de crecimiento son pasos clave en la carcinogénesis. Muchos tipos de cáncer se han asociado con aberraciones cromosómicas específicas o inespecíficas. En varias enfermedades humanas hereditarias, la inestabilidad cromosómica se asocia con una mayor susceptibilidad al cáncer.

La vigilancia citogenética de personas expuestas a sustancias químicas cancerígenas y/o mutagénicas oa radiaciones puede revelar efectos sobre el material genético de las personas en cuestión. Los estudios de aberraciones cromosómicas de personas expuestas a radiaciones ionizantes se han aplicado a la dosimetría biológica durante décadas, pero hasta ahora solo se dispone de resultados positivos bien documentados para un número limitado de carcinógenos químicos.

El daño cromosómico microscópicamente reconocible incluye tanto aberraciones cromosómicas estructurales (CA), en las que se ha producido un cambio importante en la morfología (forma) de un cromosoma, como por intercambios de cromátidas hermanas (SCE). SCE es el intercambio simétrico de materiales cromosómicos entre dos cromátidas hermanas. Los micronúcleos (MN) pueden surgir de fragmentos cromosómicos acéntricos o de cromosomas completos rezagados. Estos tipos de cambios se ilustran en la figura 4.

Figura 4. Cromosomas de linfocitos humanos en metafase, que revelan una mutación cromosómica inducida (flecha que apunta a un fragmento acéntrico)

Los linfocitos de sangre periférica en humanos son células adecuadas para usarse en estudios de vigilancia debido a su fácil acceso y porque pueden integrar la exposición durante una vida útil relativamente larga. La exposición a una variedad de mutágenos químicos puede resultar en una mayor frecuencia de CA y/o SCE en los linfocitos sanguíneos de las personas expuestas. Además, la extensión del daño se correlaciona aproximadamente con la exposición, aunque esto se ha demostrado solo con unos pocos productos químicos.

Cuando las pruebas citogenéticas en linfocitos de sangre periférica muestran que el material genético ha sido dañado, los resultados pueden usarse para estimar el riesgo solo a nivel de la población. Una mayor frecuencia de CA en una población debe considerarse una indicación de un mayor riesgo de cáncer, pero las pruebas citogenéticas, como tales, no permiten predecir el riesgo individual de cáncer.

La importancia para la salud del daño genético somático visto a través de la estrecha ventana de una muestra de linfocitos de sangre periférica tiene poca o ninguna importancia para la salud de un individuo, ya que la mayoría de los linfocitos portadores de daño genético mueren y son reemplazados.

Problemas y su Control en Estudios de Biomonitoreo Humano

Es necesario un diseño de estudio riguroso en la aplicación de cualquier método de biomonitoreo humano, ya que muchos factores interindividuales que no están relacionados con la(s) exposición(es) química(s) específica(s) de interés pueden afectar las respuestas biológicas estudiadas. Dado que los estudios de biomonitoreo humano son tediosos y difíciles en muchos aspectos, es muy importante una cuidadosa planificación previa. Al realizar estudios citogenéticos en humanos, la confirmación experimental del potencial de daño cromosómico del (de los) agente(s) de exposición debe ser siempre un requisito previo experimental.

En los estudios de biomonitoreo citogenético, se han documentado dos tipos principales de variaciones. El primero incluye factores técnicos asociados con las discrepancias en la lectura de portaobjetos y con las condiciones de cultivo, específicamente con el tipo de medio, la temperatura y la concentración de sustancias químicas (como la bromodesoxiuridina o la citocalasina-B). Además, los tiempos de muestreo pueden alterar los rendimientos de aberraciones cromosómicas, y posiblemente también los hallazgos de la incidencia de SCE, a través de cambios en las subpoblaciones de linfocitos T y B. En los análisis de micronúcleos, las diferencias metodológicas (por ejemplo, el uso de células binucleadas inducidas por citocalasina-B) afectan claramente los resultados de la puntuación.

Las lesiones inducidas en el ADN de los linfocitos por exposición química que dan lugar a la formación de aberraciones cromosómicas estructurales, intercambio de cromátidas hermanas y micronúcleos deben persistir. in vivo hasta que se extraiga la sangre y luego in vitro hasta que el linfocito cultivado comience la síntesis de ADN. Por lo tanto, es importante puntuar las células directamente después de la primera división (en el caso de aberraciones cromosómicas o micronúcleos) o después de la segunda división (intercambios de cromátidas hermanas) para obtener la mejor estimación del daño inducido.

La puntuación constituye un elemento extremadamente importante en el biomonitoreo citogenético. Los portaobjetos deben ser aleatorizados y codificados para evitar, en la medida de lo posible, el sesgo del anotador. Deben mantenerse criterios de calificación, control de calidad y análisis e informes estadísticos estandarizados. La segunda categoría de variabilidad se debe a condiciones asociadas a los sujetos, como edad, sexo, medicación e infecciones. Las variaciones individuales también pueden ser causadas por la susceptibilidad genética a los agentes ambientales.

Es fundamental obtener un grupo de control simultáneo que coincida lo más posible en factores internos como el sexo y la edad, así como en factores como el tabaquismo, las infecciones virales y las vacunas, el consumo de alcohol y drogas y la exposición a rayos X. . Además, es necesario obtener estimaciones cualitativas (categoría de trabajo, años de exposición) y cuantitativas (p. ej., muestras de aire de la zona de respiración para análisis químico y metabolitos específicos, si es posible) o la exposición a los agentes genotóxicos putativos en el lugar de trabajo. Debe prestarse especial atención al adecuado tratamiento estadístico de los resultados.

Relevancia del biomonitoreo genético para la evaluación del riesgo de cáncer

El número de agentes que se ha demostrado repetidamente que inducen cambios citogenéticos en humanos todavía es relativamente limitado, pero la mayoría de los carcinógenos conocidos inducen daño en los cromosomas de los linfocitos.

La extensión del daño es una función del nivel de exposición, como se ha demostrado que es el caso, por ejemplo, con cloruro de vinilo, benceno, óxido de etileno y agentes anticancerígenos alquilantes. Incluso si los criterios de valoración citogenéticos no son muy sensibles o específicos en lo que respecta a la detección de exposiciones que ocurren en los entornos laborales actuales, los resultados positivos de tales pruebas a menudo han impulsado la implementación de controles higiénicos incluso en ausencia de evidencia directa que relacione el daño cromosómico somático con resultados adversos para la salud.

La mayor parte de la experiencia con la aplicación del biomonitoreo citogenético se deriva de situaciones ocupacionales de “alta exposición”. Muy pocas exposiciones han sido confirmadas por varios estudios independientes, y la mayoría de estos se han realizado mediante el biomonitoreo de aberraciones cromosómicas. La base de datos de la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer enumera en sus volúmenes actualizados 43–50 de las Monografías de la IARC un total de 14 carcinógenos ocupacionales en los grupos 1, 2A o 2B, para los cuales hay datos citogenéticos humanos positivos disponibles que en la mayoría de los casos son apoyado por la citogenética animal correspondiente (tabla 3). Esta base de datos limitada sugiere que existe una tendencia a que los productos químicos cancerígenos sean clastogénicos, y que la clastogenicidad tiende a asociarse con carcinógenos humanos conocidos. Claramente, sin embargo, no todos los carcinógenos inducen daño citogenético en humanos o animales de experimentación. in vivo. Los casos en los que los datos en animales son positivos y los hallazgos en humanos son negativos pueden representar diferencias en los niveles de exposición. Además, las exposiciones humanas complejas y a largo plazo en el trabajo pueden no ser comparables con los experimentos con animales a corto plazo.

Tabla 3. Carcinógenos humanos probados, probables y posibles para los cuales existe exposición ocupacional y para los cuales se han medido puntos finales citogenéticos tanto en humanos como en animales de experimentación

¹ CA, aberración cromosómica; SCE, intercambio de cromátidas hermanas; MN, micronúcleos.
(–) = relación negativa para un estudio; – = relación negativa;
(+) = relación positiva para un estudio; + = relación positiva;
? = no concluyente; área en blanco = no estudiado

Fuente: IARC, 1987; actualizado a través de los volúmenes 43–50 de las monografías de IARC.

Los estudios de genotoxicidad en humanos expuestos incluyen varios puntos finales distintos de los puntos finales cromosómicos, como daño en el ADN, actividad de reparación del ADN y aductos en el ADN y en las proteínas. Algunos de estos puntos finales pueden ser más relevantes que otros para la predicción del riesgo carcinogénico. Los cambios genéticos estables (p. ej., reordenamientos cromosómicos, deleciones y mutaciones puntuales) son muy relevantes, ya que se sabe que estos tipos de daño están relacionados con la carcinogénesis. La importancia de los aductos de ADN depende de su identificación química y de la evidencia de que resultan de la exposición. Algunos criterios de valoración, como SCE, UDS, SSB, rotura de cadenas de ADN, son posibles indicadores y/o marcadores de eventos genéticos; sin embargo, su valor se reduce en ausencia de una comprensión mecánica de su capacidad para conducir a eventos genéticos. Claramente, el marcador genético más relevante en humanos sería la inducción de una mutación específica que se ha asociado directamente con el cáncer en roedores expuestos al agente en estudio (figura 5).

Figura 5. Relevancia de los diferentes efectos del biomonitoreo genético para el riesgo potencial de cáncer

Consideraciones éticas para el biomonitoreo genético

Los rápidos avances en las técnicas de genética molecular, la mayor velocidad de secuenciación del genoma humano y la identificación del papel de los genes supresores de tumores y los protooncogenes en la carcinogénesis humana plantean cuestiones éticas en la interpretación, comunicación y uso de este tipo de informacion personal. La rápida mejora de las técnicas para el análisis de genes humanos pronto permitirá la identificación de aún más genes de susceptibilidad heredados en individuos sanos y asintomáticos (Oficina de Evaluación de Tecnología de EE. UU. 1990), prestándose para ser utilizados en la detección genética.

Muchas cuestiones de interés social y ético surgirán si la aplicación del cribado genético pronto se convierte en una realidad. En la actualidad, se sospechan aproximadamente 50 rasgos genéticos del metabolismo, polimorfismos enzimáticos y reparación del ADN para sensibilidades de enfermedades específicas, y se dispone de una prueba de ADN de diagnóstico para unas 300 enfermedades genéticas. ¿Debería realizarse algún examen genético en el lugar de trabajo? ¿Quién debe decidir quién se someterá a las pruebas y cómo se utilizará la información en las decisiones de empleo? ¿Quién tendrá acceso a la información obtenida del cribado genético y cómo se comunicarán los resultados a la(s) persona(s) involucrada(s)? Muchas de estas preguntas están fuertemente vinculadas a las normas sociales y los valores éticos predominantes. El objetivo principal debe ser la prevención de la enfermedad y del sufrimiento humano, pero debe respetarse la propia voluntad y las premisas éticas del individuo. Algunas de las preguntas éticas relevantes que deben responderse mucho antes del comienzo de cualquier estudio de biomonitoreo en el lugar de trabajo se dan en la tabla 4 y también se analizan en el capítulo Cuestiones éticas.

Tabla 4. Algunos principios éticos relacionados con la necesidad de saber en los estudios de biomonitoreo genético ocupacional

Se debe dedicar tiempo y esfuerzo a la fase de planificación de cualquier estudio de biomonitoreo genético, y todas las partes necesarias (los empleados, los empleadores y el personal médico del lugar de trabajo colaborador) deben estar bien informados antes del estudio y los resultados deben darse a conocer a todos. también después del estudio. Con el cuidado adecuado y resultados confiables, el biomonitoreo genético puede ayudar a garantizar lugares de trabajo más seguros y mejorar la salud de los trabajadores.

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