Introducción

La exposición humana a los plaguicidas tiene características diferentes según se produzca durante la producción o el uso industrial (tabla 1). La formulación de productos comerciales (mediante la mezcla de ingredientes activos con otros coformulantes) tiene algunas características de exposición en común con el uso de plaguicidas en la agricultura. De hecho, dado que la formulación normalmente la realizan pequeñas industrias que fabrican muchos productos diferentes en operaciones sucesivas, los trabajadores están expuestos a cada uno de varios pesticidas durante un corto período de tiempo. En salud pública y agricultura, la regla general es el uso de una variedad de compuestos, aunque en algunas aplicaciones específicas (por ejemplo, programas de defoliación del algodón o control de la malaria) se puede usar un solo producto.

Tabla 1. Comparación de las características de exposición durante la producción y uso de plaguicidas

Fuente: OMS 1982a, modificado.

La medición de indicadores biológicos de exposición es particularmente útil para usuarios de pesticidas donde las técnicas convencionales de evaluación de exposición a través del monitoreo del aire ambiental son escasamente aplicables. La mayoría de los plaguicidas son sustancias liposolubles que penetran en la piel. La ocurrencia de absorción percutánea (piel) hace que el uso de indicadores biológicos sea muy importante para evaluar el nivel de exposición en estas circunstancias.

Insecticidas Organofosforados

Indicadores biológicos de efecto:

Las colinesterasas son las enzimas diana responsables de la toxicidad de los organofosforados (OP) para las especies de insectos y mamíferos. Existen dos tipos principales de colinesterasas en el organismo humano: la acetilcolinesterasa (ACHE) y la colinesterasa plasmática (PCHE). OP causa efectos tóxicos en humanos a través de la inhibición de la acetilcolinesterasa sináptica en el sistema nervioso. La acetilcolinesterasa también está presente en los glóbulos rojos, donde se desconoce su función. La colinesterasa plasmática es un término genérico que cubre un grupo no homogéneo de enzimas presentes en las células gliales, el plasma, el hígado y algunos otros órganos. La PCHE es inhibida por los OP, pero su inhibición no produce alteraciones funcionales conocidas.

La inhibición de la actividad de ACHE y PCHE en sangre está altamente correlacionada con la intensidad y duración de la exposición a OP. El ACHE en sangre, al ser el mismo objetivo molecular que el responsable de la toxicidad aguda de OP en el sistema nervioso, es un indicador más específico que el PCHE. Sin embargo, la sensibilidad de ACHE y PCHE en sangre a la inhibición de OP varía entre los compuestos OP individuales: a la misma concentración en sangre, algunos inhiben más ACHE y otros más PCHE.

Existe una correlación razonable entre la actividad de ACHE en sangre y los signos clínicos de toxicidad aguda (tabla 2). La correlación tiende a ser mejor a medida que la tasa de inhibición es más rápida. Cuando la inhibición ocurre lentamente, como sucede con las exposiciones crónicas de bajo nivel, la correlación con la enfermedad puede ser baja o totalmente inexistente. Cabe señalar que la inhibición de ACHE en sangre no es predictiva de efectos crónicos o retardados.

Tabla 2. Gravedad y pronóstico de la toxicidad aguda de OP a diferentes niveles de inhibición de ACHE

Se han observado variaciones de las actividades de ACHE y PCHE en personas sanas y en condiciones fisiopatológicas específicas (tabla 3). Por lo tanto, la sensibilidad de estas pruebas en el control de la exposición a OP se puede aumentar adoptando como referencia los valores individuales previos a la exposición. Las actividades de colinesterasa después de la exposición se comparan luego con los valores de referencia individuales. Se deben utilizar los valores de referencia de la actividad de colinesterasa de la población solo cuando no se conocen los niveles de colinesterasa previos a la exposición (tabla 4).

Tabla 3. Variaciones de las actividades ACHE y PCHE en personas sanas y en condiciones fisiopatológicas seleccionadas

¹ Fuente: Augustinsson 1955 y Gage 1967.

Tabla 4. Actividades de colinesterasa de personas sanas sin exposición a OP medidas con métodos seleccionados

* resultado medio, ± desviación estándar.
Fuente: ¹ Leyes 1991.    ² Alcini et al. 1988.

Preferiblemente, la muestra de sangre debe tomarse dentro de las dos horas posteriores a la exposición. Se prefiere la venopunción a la extracción de sangre capilar de un dedo o del lóbulo de la oreja porque el punto de muestreo puede estar contaminado con el pesticida que reside en la piel de los sujetos expuestos. Se recomiendan tres muestras secuenciales para establecer una línea de base normal para cada trabajador antes de la exposición (OMS 1982b).

Varios métodos analíticos están disponibles para la determinación de ACHE y PCHE en sangre. Según la OMS, el método espectrofotométrico de Ellman (Ellman et al. 1961) debería servir como método de referencia.

Indicadores biológicos de exposición.

La determinación en orina de metabolitos que se derivan de la fracción fosfato de alquilo de la molécula OP o de los residuos generados por la hidrólisis del enlace P-X (figura 1) se ha utilizado para monitorear la exposición OP.

Figura 1. Hidrólisis de insecticidas OP

Metabolitos de fosfato de alquilo.

Los metabolitos de fosfato de alquilo detectables en la orina y el principal compuesto original del que pueden originarse se enumeran en la tabla 5. Los fosfatos de alquilo urinarios son indicadores sensibles de exposición a compuestos OP: la excreción de estos metabolitos en la orina suele ser detectable a un nivel de exposición de que no se puede detectar la inhibición de la colinesterasa plasmática o eritrocitaria. La excreción urinaria de fosfatos de alquilo se ha medido para diferentes condiciones de exposición y para varios compuestos OP (tabla 6). La existencia de una relación entre las dosis externas de OP y las concentraciones urinarias de fosfato de alquilo se ha establecido en algunos estudios. En algunos estudios también se ha demostrado una relación significativa entre la actividad de la colinesterasa y los niveles de fosfatos de alquilo en la orina.

Tabla 5. Fosfatos de alquilo detectables en orina como metabolitos de plaguicidas OP

Tabla 6. Ejemplos de niveles de fosfatos de alquilo en orina medidos en diversas condiciones de exposición a OP

¹ Para abreviaturas ver tabla 27.12 [BMO12TE].
² Dillon y Ho 1987.
³ Richter 1993.
⁴ van Sittert y Dumas 1990.

 Los fosfatos de alquilo generalmente se excretan en la orina en poco tiempo. Las muestras recolectadas poco después del final de la jornada laboral son adecuadas para la determinación de metabolitos.

La medición de fosfatos de alquilo en la orina requiere un método analítico bastante sofisticado, basado en la derivatización de los compuestos y la detección por cromatografía gas-líquido (Shafik et al. 1973a; Reid y Watts 1981).

Residuos hidrolíticos.

p-Nitrofenol (PNP) es el metabolito fenólico de paratión, metilparatión y etil paratión, EPN. La medición de PNP en la orina (Cranmer 1970) se ha utilizado ampliamente y ha demostrado ser exitosa para evaluar la exposición al paratión. La PNP urinaria se correlaciona bien con la dosis absorbida de paratión. Con niveles urinarios de PNP de hasta 2 mg/l, la absorción de paratión no causa síntomas y se observa poca o ninguna reducción de las actividades de la colinesterasa. La excreción de PNP ocurre rápidamente y los niveles urinarios de PNP se vuelven insignificantes 48 horas después de la exposición. Por lo tanto, las muestras de orina deben recolectarse poco después de la exposición.

Carbamatos

Indicadores biológicos de efecto.

Los pesticidas de carbamato incluyen insecticidas, fungicidas y herbicidas. La toxicidad de los carbamatos insecticidas se debe a la inhibición de ACHE sináptica, mientras que otros mecanismos de toxicidad están involucrados para los carbamatos herbicidas y fungicidas. Por lo tanto, solo la exposición a insecticidas carbamatos puede monitorearse a través del ensayo de la actividad de la colinesterasa en glóbulos rojos (ACHE) o plasma (PCHE). ACHE suele ser más sensible a los inhibidores de carbamato que PCHE. Generalmente se han observado síntomas colinérgicos en trabajadores expuestos a carbamatos con una actividad de ACHE en sangre inferior al 70% del nivel inicial individual (WHO 1982a).

La inhibición de las colinesterasas por carbamatos es rápidamente reversible. Por lo tanto, se pueden obtener resultados negativos falsos si transcurre demasiado tiempo entre la exposición y el muestreo biológico o entre el muestreo y el análisis. Para evitar tales problemas, se recomienda recolectar y analizar muestras de sangre dentro de las cuatro horas posteriores a la exposición. Se debe dar preferencia a los métodos analíticos que permitan la determinación de la actividad de la colinesterasa inmediatamente después del muestreo de sangre, como se discutió para los organofosforados.

Indicadores biológicos de exposición.

La medición de la excreción urinaria de metabolitos de carbamato como método para controlar la exposición humana hasta ahora se ha aplicado solo a unos pocos compuestos y en estudios limitados. La Tabla 7 resume los datos relevantes. Dado que los carbamatos se excretan rápidamente en la orina, las muestras recolectadas poco después del final de la exposición son adecuadas para la determinación de metabolitos. Los métodos analíticos para las mediciones de metabolitos de carbamato en la orina han sido informados por Dawson et al. (1964); DeBernardinis y Wargin (1982) y Verberk et al. (1990).

Tabla 7. Niveles de metabolitos de carbamato urinarios medidos en estudios de campo

¹ Ocasionalmente se han informado intoxicaciones sistémicas.
² 2-dimetilamino-4-hidroxi-5,6-dimetilpirimidina.
³ 2-metilamino-4-hidroxi-5,6-dimetilpirimidina.
x = desviación estándar.

ditiocarbamatos

Indicadores biológicos de exposición.

Los ditiocarbamatos (DTC) son fungicidas ampliamente utilizados, agrupados químicamente en tres clases: tiurams, dimetilditiocarbamatos y etileno-bis-ditiocarbamatos.

Disulfuro de carbono (CS₂) y su metabolito principal, el ácido 2-tiotiazolidina-4-carboxílico (TTCA), son metabolitos comunes a casi todos los DTC. Se ha observado un aumento significativo en las concentraciones urinarias de estos compuestos para diferentes condiciones de exposición y para varios pesticidas DTC. La tiourea de etileno (ETU) es un metabolito urinario importante de los bis-ditiocarbamatos de etileno. También puede estar presente como impureza en formulaciones comerciales. Dado que se ha determinado que ETU es un teratógeno y carcinógeno en ratas y en otras especies y se ha asociado con toxicidad tiroidea, se ha aplicado ampliamente para controlar la exposición al etileno-bis-ditiocarbamato. ETU no es específico del compuesto, ya que puede derivar de maneb, mancozeb o zineb.

Se ha propuesto la medición de los metales presentes en el DTC como un enfoque alternativo para monitorear la exposición al DTC. Se ha observado un aumento de la excreción urinaria de manganeso en trabajadores expuestos a mancozeb (tabla 8).

Tabla 8. Niveles de metabolitos de ditiocarbamato en orina medidos en estudios de campo

* Resultado medio según Maroni et al. 1992.
¹ TTCA = ácido 2-tiotiazolidina-4-carbonílico.
² ETU = etilentiourea.

 CS₂, TTCA y manganeso se encuentran comúnmente en la orina de sujetos no expuestos. Por lo tanto, se recomienda la medición de los niveles urinarios de estos compuestos antes de la exposición. Las muestras de orina deben recogerse por la mañana después del cese de la exposición. Métodos analíticos para las medidas de CS₂, TTCA y ETU han sido reportados por Maroni et al. (1992).

Piretroides sintéticos

Indicadores biológicos de exposición.

Los piretroides sintéticos son insecticidas similares a las piretrinas naturales. Se han identificado metabolitos urinarios adecuados para su aplicación en el control biológico de la exposición a través de estudios con voluntarios humanos. El metabolito ácido ácido 3-(2,2'-dicloro-vinil)-2,2'-dimetil-ciclopropano carboxílico (Cl₂CA) es excretado tanto por sujetos que recibieron dosis orales de permetrina y cipermetrina como por el análogo de bromo (Br₂CA) por sujetos tratados con deltametrina. En los voluntarios tratados con cipermetrina, también se ha identificado un metabolito fenoxi, ácido 4-hidroxi-fenoxibenzoico (4-HPBA). Estas pruebas, sin embargo, no se han aplicado con frecuencia para monitorear exposiciones ocupacionales debido a las complejas técnicas analíticas requeridas (Eadsforth, Bragt y van Sittert 1988; Kolmodin-Hedman, Swensson y Akerblom 1982). En aplicadores expuestos a cipermetrina, los niveles urinarios de Cl₂Se ha encontrado que el CA oscila entre 0.05 y 0.18 mg/l, mientras que en formuladores expuestos a a-cipermetrina, se ha encontrado que los niveles urinarios de 4-HPBA son inferiores a 0.02 mg/l.

Se recomienda un período de recolección de orina de 24 horas que comienza después del final de la exposición para las determinaciones de metabolitos.

Organoclorados

Indicadores biológicos de exposición.

Los insecticidas organoclorados (OC) se utilizaron ampliamente en las décadas de 1950 y 1960. Posteriormente, el uso de muchos de estos compuestos se suspendió en muchos países debido a su persistencia y la consiguiente contaminación del medio ambiente.

El monitoreo biológico de la exposición a OC se puede realizar mediante la determinación de pesticidas intactos o sus metabolitos en sangre o suero (Dale, Curley y Cueto 1966; Barquet, Morgade y Pfaffenberger 1981). Después de la absorción, el aldrín se metaboliza rápidamente a dieldrín y puede medirse como dieldrín en la sangre. Endrin tiene una vida media muy corta en la sangre. Por lo tanto, la concentración de endrina en sangre es útil solo para determinar los niveles de exposición recientes. La determinación del metabolito urinario anti-12-hidroxi-endrina también ha demostrado ser útil para controlar la exposición a la endrina (van Sittert y Tordoir 1987).

Se han demostrado correlaciones significativas entre la concentración de indicadores biológicos y la aparición de efectos tóxicos para algunos compuestos de OC. Los casos de toxicidad debido a la exposición al aldrín y al dieldrín se han relacionado con niveles de dieldrín en sangre superiores a 200 μg/l. Se ha indicado una concentración de lindano en sangre de 20 μg/l como el nivel crítico superior en lo que respecta a los signos y síntomas neurológicos. No se han notificado efectos adversos agudos en trabajadores con concentraciones de endrina en sangre inferiores a 50 μg/l. Se ha demostrado la ausencia de efectos adversos tempranos (inducción de enzimas microsomales hepáticas) en exposiciones repetidas a endrina en concentraciones urinarias de anti-12-hidroxi-endrina por debajo de 130 μg/g de creatinina y en exposiciones repetidas a DDT en concentraciones séricas de DDT o DDE por debajo de 250 µg/l.

El OC se puede encontrar en bajas concentraciones en la sangre o la orina de la población general. Ejemplos de valores observados son los siguientes: concentraciones en sangre de lindano hasta 1 μg/l, dieldrín hasta 10 μg/l, DDT o DDE hasta 100 μg/l y anti-12-hidroxi-endrín hasta 1 μg/g creatinina Por lo tanto, se recomienda una evaluación de referencia antes de la exposición.

Para sujetos expuestos, las muestras de sangre deben tomarse inmediatamente después del final de una sola exposición. Para condiciones de exposición a largo plazo, el tiempo de recolección de la muestra de sangre no es crítico. Las muestras puntuales de orina para la determinación de metabolitos urinarios deben recolectarse al final de la exposición.

Triazinas

Indicadores biológicos de exposición.

La medición de la excreción urinaria de metabolitos triazínicos y el compuesto original no modificado se ha aplicado a sujetos expuestos a atrazina en estudios limitados. La Figura 2 muestra los perfiles de excreción urinaria de los metabolitos de atrazina de un trabajador industrial con exposición dérmica a atrazina que oscila entre 174 y 275 μmol/turno de trabajo (Catenacci et al. 1993). Dado que otras clorotriazinas (simazina, propazina, terbutilazina) siguen la misma ruta de biotransformación de la atrazina, se pueden determinar los niveles de metabolitos triazínicos desalquilados para monitorear la exposición a todos los herbicidas de clorotriazina. 

Figura 2. Perfiles de excreción urinaria de metabolitos de atrazina

La determinación de compuestos no modificados en orina puede ser útil como confirmación cualitativa de la naturaleza del compuesto que ha generado la exposición. Se recomienda un período de recolección de orina de 24 horas iniciado al comienzo de la exposición para la determinación de metabolitos.

Recientemente, mediante el uso de un ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (prueba ELISA), se identificó un conjugado de ácido mercaptúrico de atrazina como su principal metabolito urinario en trabajadores expuestos. Este compuesto se ha encontrado en concentraciones al menos 10 veces superiores a las de cualquier producto desalquilado. Se ha observado una relación entre la exposición dérmica y por inhalación acumulada y la cantidad total de ácido mercaptúrico conjugado excretado durante un período de 10 días (Lucas et al. 1993).

Derivados de cumarina

Indicadores biológicos de efecto.

Los rodenticidas de cumarina inhiben la actividad de las enzimas del ciclo de la vitamina K en el hígado de los mamíferos, incluidos los humanos (figura 3), lo que provoca una reducción relacionada con la dosis de la síntesis de factores de coagulación dependientes de la vitamina K, a saber, el factor II (protrombina). , VII, IX y X. Los efectos anticoagulantes aparecen cuando los niveles plasmáticos de factores de coagulación han caído por debajo de aproximadamente el 20% de lo normal.

Figura 3. Ciclo de la vitamina K

Estos antagonistas de la vitamina K se han agrupado en compuestos denominados de “primera generación” (p. ej., warfarina) y de “segunda generación” (p. ej., brodifacoum, difenacoum), este último caracterizado por una vida media biológica muy larga (100 a 200 días). ).

La determinación del tiempo de protrombina se usa ampliamente para monitorear la exposición a las cumarinas. Sin embargo, esta prueba es sensible solo a una disminución del factor de coagulación de aproximadamente el 20 % de los niveles plasmáticos normales. La prueba no es adecuada para la detección de los primeros efectos de la exposición. Para ello, se recomienda la determinación de la concentración de protrombina en plasma.

En el futuro, estas pruebas podrían ser reemplazadas por la determinación de precursores de factores de coagulación (PIVKA), que son sustancias detectables en sangre solo en caso de bloqueo del ciclo de la vitamina K por cumarinas.

En condiciones de exposición prolongada, el momento de la extracción de sangre no es crítico. En casos de sobreexposición aguda, se debe realizar un seguimiento biológico durante al menos cinco días después del evento, en vista de la latencia del efecto anticoagulante. Para aumentar la sensibilidad de estas pruebas, se recomienda la medición de los valores de referencia antes de la exposición.

Indicadores biológicos de exposición.

La medición de cumarinas no modificadas en sangre se ha propuesto como prueba para controlar la exposición humana. Sin embargo, la experiencia en la aplicación de estos índices es muy limitada principalmente porque las técnicas analíticas son mucho más complejas (y menos estandarizadas) en comparación con las requeridas para monitorear los efectos sobre el sistema de coagulación (Chalermchaikit, Felice y Murphy 1993).

Herbicidas fenoxi

Indicadores biológicos de exposición.

Los herbicidas fenoxi apenas se biotransforman en los mamíferos. En humanos, más del 95 % de una dosis de ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) se excreta sin cambios en la orina en cinco días, y el ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético (2,4,5-T) y el ácido 4-cloro-2-metilfenoxiacético (MCPA) también se excretan en su mayoría sin cambios a través de la orina unos pocos días después de la absorción oral. La medición de compuestos inalterados en la orina se ha aplicado para monitorear la exposición ocupacional a estos herbicidas. En estudios de campo, se ha encontrado que los niveles urinarios de trabajadores expuestos oscilan entre 0.10 y 8 μg/l para 2,4-D, entre 0.05 y 4.5 μg/l para 2,4,5-T y por debajo de 0.1 μg/l a 15 μg/l para MCPA. Se recomienda un período de recolección de orina de 24 horas a partir del final de la exposición para la determinación de compuestos inalterados. Draper (1982) ha publicado métodos analíticos para medir herbicidas fenoxi en la orina.

Compuestos de amonio cuaternario

Indicadores biológicos de exposición.

El diquat y el paraquat son herbicidas escasamente biotransformados por el organismo humano. Debido a su alta solubilidad en agua, se excretan fácilmente sin cambios en la orina. Con frecuencia se han observado concentraciones en orina por debajo del límite analítico de detección (0.01 μg/l) en trabajadores expuestos al paraquat; mientras que en países tropicales se han medido concentraciones de hasta 0.73 μg/l después de un manejo inadecuado del paraquat. Se han notificado concentraciones de dicuat en orina inferiores al límite de detección analítico (0.047 μg/l) en sujetos con exposiciones dérmicas de 0.17 a 1.82 μg/h y exposiciones por inhalación inferiores a 0.01 μg/h. Idealmente, se debe utilizar para el análisis un muestreo de orina de 24 horas recolectado al final de la exposición. Cuando esto no sea práctico, se puede utilizar una muestra puntual al final de la jornada laboral.

La determinación de los niveles de paraquat en suero es útil con fines pronósticos en caso de intoxicación aguda: es probable que sobrevivan los pacientes con niveles de paraquat en suero de hasta 0.1 μg/l veinticuatro horas después de la ingestión.

Summers (1980) revisó los métodos analíticos para la determinación de paraquat y diquat.

Pesticidas misceláneos

4,6-dinitro-o-cresol (DNOC).

El DNOC es un herbicida introducido en 1925, pero el uso de este compuesto ha ido disminuyendo progresivamente debido a su alta toxicidad para plantas y humanos. Dado que las concentraciones de DNOC en sangre se correlacionan hasta cierto punto con la gravedad de los efectos adversos para la salud, se ha propuesto la medida de DNOC inalterado en sangre para controlar las exposiciones ocupacionales y para evaluar el curso clínico de los envenenamientos.

Pentaclorofenol.

El pentaclorofenol (PCP) es un biocida de amplio espectro con acción pesticida contra malezas, insectos y hongos. Se han recomendado mediciones de PCP sin cambios en sangre o orina como índices adecuados para monitorear las exposiciones ocupacionales (Colosio et al. 1993), porque estos parámetros están significativamente correlacionados con la carga corporal de PCP. En trabajadores con exposición prolongada a PCP, el momento de la recolección de sangre no es crítico, mientras que las muestras de orina deben recolectarse a la mañana siguiente de la exposición.

Shafik et al. (1973b) han descrito un método de residuos múltiples para la medición de plaguicidas halogenados y nitrofenólicos.

Otras pruebas propuestas para el control biológico de la exposición a pesticidas se enumeran en la tabla 9.

Tabla 9. Otros índices propuestos en la literatura para el monitoreo biológico de la exposición a plaguicidas

Conclusiones

Se han aplicado indicadores biológicos para monitorear la exposición a pesticidas en varios estudios experimentales y de campo.

Algunas pruebas, como las de colinesterasa en sangre o pesticidas no modificados seleccionados en orina o sangre, han sido validadas por una amplia experiencia. Se han propuesto límites de exposición biológicos para estas pruebas (tabla 10). Otras pruebas, en particular las de metabolitos sanguíneos o urinarios, adolecen de mayores limitaciones por dificultades analíticas o por limitaciones en la interpretación de los resultados.

Tabla 10. Valores límite biológicos recomendados (a partir de 1996)

¹ Los índices de exposición biológica (BEI) son recomendados por la Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH 1995).
² Los valores de tolerancia biológica (BAT) son recomendados por la Comisión Alemana para la Investigación de los Peligros para la Salud de los Compuestos Químicos en el Área de Trabajo (DFG 1992).
³ Los límites biológicos basados ​​en la salud (HBBL) son recomendados por un grupo de estudio de la OMS (OMS 1982a).
⁴ Los valores límite biológicos (BLV) son propuestos por un Grupo de Estudio del Comité Científico sobre Pesticidas de la Comisión Internacional de Salud Ocupacional (Tordoir et al. 1994). Se requiere una evaluación de las condiciones de trabajo si se excede este valor.

Este campo está en rápido desarrollo y, dada la enorme importancia del uso de indicadores biológicos para evaluar la exposición a estas sustancias, se desarrollarán y validarán continuamente nuevas pruebas.

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