Artículo en PDF
Cómo citar el artículo
Número completo
Más información del artículo
Página de la revista en redalyc.org
Sistema de Información Científica
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Acta Bioquím Clín Latinoam 2005; 39 (1): 27-36
Toxicología
Actualización
Hidrocarburos aromáticos policíclicos.
Riesgos para la salud y marcadores
biológicos
Carlos Mastandrea
1
, Carlos Chichizola
1
, Beatriz Ludueña
1
, Héctor Sánchez
1
,
Horacio Álvarez
2
,
Andrea Gutiérrez
2
1. Bioquímico.
2. Ing. Químico.
* Alkemy-Center Lab. Departamento de Toxicolo-
gía Clínica/Laboral e Higiene Industrial. Santa
Fe. Argentina.
Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana
Incorporada al Chemical Abstract Service.
Código bibliográfico: ABCLDL.
ISSN 0325-2957
R
esumen
Los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (PAHs) y sus derivados se hallan
en el medio ambiente y son el producto de diferentes procesos industriales
y de combustión. Algunos de estos compuestos son carcinógenos y/o mutá-
genos y posibles disruptores endocrinos, por lo que su determinación en
muestras biológicas es importante para el control de exposición. Se presen-
ta aquí un análisis de las metodologías analíticas empleadas en la determi-
nación de los PAHs y sus metabolitos en muestras biológicas.
Palabras clave: hidrocarburos aromáticos policíclicos * carcinógenos * mutá-
genos * disruptores endocrinos * hidroxiderivados * aductos * biomarcadores.
S
ummary
POLYAROMATIC HIDROCARBONS.
HEALTH RISK AND BIOMARKERS
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their derivatives are ubiquitous
in the environment and they are produced in several industrial and
combustion proceses. Some of the compounds are carcinogens/mutagens and
act as possible endocrine disruptors. Their determination in biological
samples is an important step for exposure control. A review of the analytical
methodologies used for the determination of PAHs and their metabolites in
biological samples is presented.
Key words: polycyclic aromatic hydrocarbons * carcinogens * mutagens *
endocrin disruptors * hydroxy derivatives * adducts * biomarkers.
Introducción
Los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (PAHs) y sus derivados
están asociados al aumento en la incidencia de diversos tipos de cán-
cer en el hombre. Dadas las diferentes fuentes de estos compuestos y
el hecho de que algunos grupos poblacionales que residen o trabajan
en ambientes directamente influenciados por estas fuentes están
sometidos a un riesgo mayor, se hace necesario el mo-
nitoreo biológico de exposición a estos compuestos
que se puede realizar mediante la determinación de la
concentración de sus metabolitos en fluidos biológicos
acompañado de un efecto bioquímico resultante de su
presencia en el organismo.
El objeto del presente trabajo es realizar una revisión
de los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos, conside-
rando sus orígenes, efectos sobre la salud y los aportes
del laboratorio para evaluar la exposición a los mismos.
Los PAHs son compuestos orgánicos formados por
dos o más anillos aromáticos condensados. Los anillos
pueden estar en forma recta, angulados o racimados.
La estructura condensada más sencilla, formada por
sólo dos anillos aromáticos es el naftaleno (Fig. 1).
El Benzo(a)pireno (BaP) (Fig. 1) es uno de los
PAHs que posee la capacidad de desarrollar efectos
carcinogénicos, genotóxicos y/o mutagénicos y se ha-
lla presente en la mayoría de las fuentes de produc-
ción de estos compuestos. Lo anterior, sumado al tiem-
po de permanencia en el medio ambiente (vida media
en el suelo de 162 días), hacen que este compuesto sea
empleado como elemento de referencia en diferentes
estudios ambientales (1)(2).
Formación:
Los PAHs se forman por pirólisis o com-
bustión incompleta de materia orgánica que contiene
carbono e hidrógeno. A elevadas temperaturas, la pi-
rólisis de compuestos orgánicos produce fragmentos
de moléculas y radicales que se combinan para dar lu-
gar a los PAHs. La composición de los productos de la
pirosíntesis depende del combustible, la temperatura
y el tiempo de permanencia a altas temperaturas. Los
combustibles que forman PAHs son metano, otros hi-
drocarburos, hidratos de carbono, ligninas, péptidos,
etc. Sin embargo, los compuestos insaturados y las es-
tructuras cíclicas suelen favorecer la formación de las
PAHs. Evidentemente, los PAHs se liberan de la zona
de combustión en forma de vapores. Debido a sus ba-
jas presiones de vapor, la mayoría de los PAHs se con-
densan en el acto sobre partículas de hollín o forman
ellos mismos partículas muy pequeñas. Los PAHs libe-
rados a la atmósfera en forma de vapor son adsorbidos
por las partículas presentes en ella. Por ello, se produ-
cirá una diseminación de aerosoles que contiene
PAHs, que pueden ser transportados a grandes distan-
cias por los vientos (1-3).
Estabilidad:
Los sistemas conjugados de orbitales
π
de los PAHs son los responsables de su estabilidad quí-
mica. Son sólidos a temperatura ambiente y su volatili-
dad es pequeña. Dependiendo de su carácter aromáti-
co los PAHs absorben la luz ultravioleta y producen un
espectro fluorescente característico. Son solubles en
muchos disolventes orgánicos, pero prácticamente in-
solubles en agua, tanto menos cuanto mayor sea su pe-
so molecular (1)(4).
Químicamente, los PAHs reaccionan por sustitu-
ción del hidrógeno o por adición cuando se produce
la saturación, conservándose el sistema de anillos. La
mayoría de los PAHs sufren fotooxidación, siendo ésta
una forma para eliminarlos de la atmósfera. La reac-
ción de fotooxidación más frecuente es la formación
de endoperóxidos, que pueden convertirse a quino-
nas. Los PAHs reaccionan rápidamente con óxidos de
nitrógeno o HNO
3
. Por ejemplo, el antraceno puede
oxidarse a antraquinona por acción del HNO
3
o dar
un derivado nitrogenado mediante una reacción de
sustitución con NO
2
. El hecho de que los PAHs consi-
derados cancerígenos o no, al reaccionar con otras
sustancias no significa que se inactiven como tales; por
el contrario, muchos de ellos se transforman en cance-
rígenos más potentes que el correspondiente com-
puesto progenitor (1)(4).
Así el benzo(a)antraceno que está presente en el al-
quitrán de hulla, en el humo del cigarrillo, en las fábri-
cas de gas; es un carcinógeno débil, pero algunos de
sus derivados lo son mucho más como los 6-, 7-, 8- y 12-
metilbenzo(a)antraceno y algunos de sus derivados di-
metilados.
UTILIDAD DE ALGUNOS PAHS
El
antraceno
se utiliza en la producción de antroqui-
nona, una importante materia prima para la fabrica-
ción de colorantes rápidos. Se emplea también como
diluyente para conservantes de madera y en la produc-
ción de fibras sintéticas, plásticos y monocristales.
El
fenantreno
se utiliza en la fabricación de coloran-
tes y explosivos, en la investigación clínica y la síntesis
de fármacos.
El
benzofurano
se emplea en la fabricación de resinas
de cumarona-indeno.
El
fluoranteno
es un componente que se utiliza como
material de revestimiento para proteger el interior de
las tuberías de agua potable de acero y hierro dúctil y
los tanques de almacenamiento (1)(2).
Acta Bioquím Clín Latinoam 2005; 39 (1): 27-36
28
Mastandrea C y col.
Naftaleno
Benzo(a)pireno
Figura 1.
Estructura química del Naftaleno y el Benzo(a)pireno.
Fuentes de exposición
Los PAHs pueden hallarse casi en todas partes, en
el aire, la tierra y el agua, procedentes de fuentes na-
turales o antropogénicas. La contribución de las fuen-
tes naturales, como los incendios forestales y los volca-
nes, es mínima comparada con las emisiones causadas
por el ser humano. La combustión de combustibles
fósiles es la principal fuente de emisión de PAHs.
Otras emisiones proceden de la combustión de resi-
duos y madera, así como de los vertidos de petróleo
crudo o refinado que en sí mismo contiene PAHs. Es-
tos compuestos también están presentes en el humo
del tabaco y en los alimentos a la parrilla, ahumados y
fritos (5).
La principal fuente de PAHs es el aire de las atmósfe-
ras de trabajo de alquitrán de hulla, que se forman por
pirólisis de la hulla en fábricas de gas y coque, donde se
producen emisiones de humos de la brea calentada. Ge-
neralmente, el contenido de BaP es máximo en el aire
situado en la parte superior de los hornos. El aire situa-
do en la parte superior de los canales de humos y del
precipitador de alquitrán es extremadamente rico en es-
te compuesto, habiéndose medido concentraciones de
hasta 500 mg/m
3
de BaP.
En la siguiente lista se han utilizado las mediciones
de BaP en diferentes tipos de lugares de trabajo para
clasificarlos según el grado de exposición (1):
• Exposición muy alta a BaP (> 10 mg/m
3
): Traba-
jos en fábricas de gas y coque; plantas de alumi-
nio; fábricas de electrodos de grafito; manipula-
ción de breas y alquitranes calentados.
• Exposición moderada (0,1 a 10 mg/m
3
): Traba-
jos en fábricas de gas y coque; acerías; fábricas de
electrodos de grafito; plantas de aluminio; fundi-
ciones.
• Exposición baja (< 0,1 mg/m
3
): Fundiciones;
producción de asfaltos; plantas de producción
de aluminio con electrodos precocidos; talleres
de reparación de automóviles y garajes; minas de
hierro y construcción de túneles.
Los trabajadores que permanecen cerca de los hor-
nos están altamente expuestos a estos PAHs. Mediante
técnicas de muestreo personal, se ha podido compro-
bar la presencia de otros PAHs como naftaleno, fenan-
treno, fluoranteno, pireno y antraceno en las muestras
de aire tomadas.
La producción de aluminio se realiza mediante un
proceso electrolítico a temperaturas de 970 ºC. Exis-
ten dos tipos de ánodos: el de Soderberg y el de grafi-
to (“precocido”). El primero de ellos, que es el más
empleado, es la principal causa de exposición a los
PAHs en la industria del aluminio. Este ánodo está for-
mado por una mezcla de coque y alquitrán de hulla.
Los electrodos de grafito se utilizan en las plantas
de reducción de aluminio, en los hornos eléctricos de
acero y en otros procesos metalúrgicos. La materia
prima para la fabricación de estos electrodos suele ser
coque de petróleo mezclado con alquitrán como li-
gante. El cocido de los mismos se realiza calentando
esta mezcla a temperaturas superiores a los 1.000 ºC,
proceso durante el cual se liberan grandes cantidades
de PAHs.
Otra fuente importante es la utilización del asfalto
para pavimentar calles y carreteras que procede princi-
palmente de los residuos de destilación del petróleo
crudo. El asfalto de petróleo contiene pocos PAHs su-
periores. No obstante, en algunos casos este asfalto se
mezcla con alquitrán de hulla, lo que aumenta el riesgo
de exposición cuando se trabaja con el asfalto caliente.
En otros trabajos donde se utiliza el alquitrán derretido
como recubrimientos de grandes superficies (aisla-
miento de paredes, oleoductos, etc.), los trabajadores
pueden sufrir una intensa exposición. Las fuentes de
PAHs en el trabajo, además del alquitrán de hulla y el
asfalto, son el negro de humo, la creosota, los aceites
minerales (aceites lubricantes y aceites de corte), los
humos y hollines procedentes de diferentes combustio-
nes y los gases de escape de los vehículos (1)(2)(4).
PAHs - Efectos sobre la salud
En 1775, un médico inglés, Sir Percival Pott, descri-
bió por primera vez un cáncer de origen profesional.
Asoció el cáncer de escroto de los deshollinadores con
su prolongada exposición a alquitrán y hollín, en con-
diciones deficientes de higiene personal. En el dece-
nio de 1930 se describió el cáncer de pulmón en los
trabajadores de la industria del acero y del coque y en
1933 se demostró que el BaP, presente en el alquitrán
de hulla era cancerígeno. Los estudios epidemiológi-
cos indican una mayor frecuencia de cáncer de pul-
món en los trabajadores de las industrias de coque,
aluminio y acero (1)(2)(4). No todos los PAHs han
mostrado poseer efectos carcinogénicos, genotóxicos
o mutágenos y muchas veces el efecto se atribuye a la
presencia conjunta de más de un compuesto de la fa-
milia y de algunos de sus derivados, principalmente los
nitroderivados (Tabla I).
Los efectos tóxicos de algunos PAHs sobre la piel es-
tán asociados con dermatitis aguda y crónica con sínto-
mas de quemazón, picor y edema, que son más pronun-
ciados en las regiones de la piel expuesta. La exposición
prolongada causa pigmentación en las zonas de la piel
expuesta, con cornificación de las capas superficiales y
telangioectasis. También se puede observar irritación
de las vías aéreas superiores con bronquitis y tos cróni-
ca. En los ojos producen lagrimeo, fotofobia, edema de
párpados e hiperemia conjuntival (1).
Acta Bioquím Clín Latinoam 2005; 39 (1): 27-36
Hidrocarburos aromáticos policíclicos
29
Actualmente se admite que los PAHs son previamen-
te activados en el organismo antes de ejercer su efecto
como disruptor endocrino o cancerígeno/mutágeno.
Tras la exposición prolongada pueden producir cán-
cer cutáneo (escroto y cara), cáncer broncogénico en
vías respiratorias, cáncer de vejiga; en el sistema hema-
topoyético pueden originar leucemia y linfoma (2-4).
En la especie humana la vía respiratoria es conside-
rada la más importante, particularmente para indivi-
duos ocupacionalmente expuestos, de igual manera la
vía dérmica puede ser tanto o más importante.
Muchas de estas sustancias también tienen efecto
negativo sobre el sistema inmunológico, característica
que parece estar asociada a la capacidad carcinogéni-
ca (4).
Un esquema propuesto para la
carcinogenicidad
por
exposición ambiental considera las siguientes etapas:
exposición, activación metabólica, formación de aduc-
tos entre PAHs y ADN, mutaciones en genes críticos
como, por ejemplo, el p53 (gen represor de tumores)
y sucesión de mutaciones en otros genes (6-8).
Es importante recalcar que la aparición del cáncer
es un proceso que involucra varias etapas, siendo tam-
bién influenciado por susceptibilidad individual y otros
factores, tales como la edad, sexo, etnia, estado de sa-
lud, nutrición y polimorfismo genético. En general,
una mayor concentración de aductos PAHs-ADN se en-
cuentra en personas ocupacionalmente expuestas.
En relación al efecto de los PAHs como posibles dis-
ruptores endocrinos, muchos estudios indican que di-
ferentes compuestos químicos presentes en el ambien-
te, además de los PAHs, como los pesticidas, dioxinas,
furanos y bifenilos policlorados, presentan actividad
estrogénica
in vitro
. De cualquier manera la potencia
de estos compuestos es muy baja comparada con estró-
genos endógenos y además no está claro si los huma-
nos ante una mezcla química ambiental reciben un
efecto estrogénico neto (9).
Biotransformación de los PAHs
Los PAHs son agonistas de los receptores de hidro-
carburos aromáticos (AhR) y está bien establecido que
la inducción de muchas enzimas como la familia de los
CYP son mediadas por los AhR.
El AhR y su patrón heterodinámico, el AhR traslo-
cador nuclear (ARNT) y ARNT2 son miembros de la
familia Per-ARNT-SIM(PAS) de factores de transcrip-
ción
helix-loop-helix
básicos (10).
En la unión al ligando y la liberación de la proteína
90-kDa HSP, el ARNT se une y el complejo AhR-ARNT
entra al núcleo, donde en la regiones regulatorias 5´
del gen se produce la inducción de genes que codifi-
can las enzimas de fase I y II.
La biotransformación de los PAHs involucra una se-
rie de enzimas que catalizan reacciones de oxidación,
reducción e hidrólisis (enzimas del citocromo P 450-
CYP) y de enzimas que catalizan reacciones de conju-
gación (sulfotransferasa, epóxido hidrolasa, glutation-
S-transferasa y UDP-glicotransferasa). Estos sistemas
enzimáticos están distribuidos en todos los tejidos del
organismo.
Las enzimas responsables de la activación metabóli-
ca de los PAHs, incluyendo el benzo(a)pireno son la
CYP1A1, CYP1B1 y mucho menos la CYP1A2 conjunta-
mente con la epoxido hidrolasa (11). Estas dos enzi-
mas se encuentran ampliamente distribuidas en el pul-
món humano (12). En la figura 2 se representa la ruta
metabólica del BaP.
Acta Bioquím Clín Latinoam 2005; 39 (1): 27-36
30
Mastandrea C y col.
PAHs
Carcinogenicidad
Genotoxicidad
Mutagenicidad
Fenantreno
I
L
+
Antraceno
N
N
-
Pireno
N
L
+
Benzofluorenos
I
I
?
Benzo[a]antraceno
S
S
+
Benzo [e]pireno
I
L
+
Benzo[a]pireno
S
S
+
Dibenz[a]antraceno
S
S
+
Benzo[ghi]perileno
I
I
+
Dibenzopirenos
S
I
+
2-Nitronaftaleno
N
L
-
1-Nitropireno
I
S
+
(S= suficiente; I= insuficiente; N= no carcinogénico; L= limitados.)
Mutagenicidad (Test de Ames): + (positivo); - (negativo); ? (inconcluso).
Tabla I.
Datos relativos a los efectos carcinogénicos, genotóxicos y mutagénicos de algunos PAHs.
450 (CYP1A) son responsables de la oxidación enzimá-
tica de los PAHs. Ellas actúan sobre una zona de eleva-
da densidad electrónica al nivel de la región angular
de la molécula de los PAHs formando epóxidos que
pueden espontáneamente formar fenoles, o por ac-
ción de las epóxido hidrolasas, producir dihidrodioles
(13)(14).
De estos fenoles algunos son oxidados a
quinonas
y
otros producen epóxidos secundarios (di-hidrodiole-
póxidos), que son las formas más reactivas con el
ADN. El carbono benzílico de los dihidrodiolepóxidos
es capaz de reaccionar con las porciones nucleofílicas
del ADN, fundamentalmente con guanidina, y even-
tualmente iniciar un proceso mutagénico. Reacciones
semejantes se observan con otras macromoléculas co-
mo la albúmina y la hemoglobina.
Los dihidrodiolepóxidos son altamente inestables y
cuando no reaccionan rápidamente, son hidrolizados
a tetroles, cuya formación puede ser utilizada como
bioindicador de formación de diolepóxidos.
Los fenoles, las quinonas y los dihidrofenoles pueden
sufrir conjugación formando sulfatos y glucuronatos.
Las quinonas y los diolepóxidos también reaccionan con
el glutation (mediante una glutation-S-transferasa) y
pueden ser eliminados por orina como tioéteres.
Los PAHs y sus nitroderivados
Los nitroderivados de los PAHs (NPAHs), compro-
bados como potentes mutágenos para la
Salmonella ty-
pimurium
(test de Ames), para bacterias y células euca-
riotas (células de ovario de hamster, células epiteliales
Acta Bioquím Clín Latinoam 2005; 39 (1): 27-36
Hidrocarburos aromáticos policíclicos
31
Figura 2.
Representación esquemática del metabolismo del Benzo(a)pireno en humanos (14).
EH: Epóxido hidrolasa. GST: Glutation-S-Transferasa.
Benzo(a)pireno (BaP)
CYP1A1
BaP-Epóxidos
BaP-Glutation
GST
EH
CYP3A4
7,8-dihidroxi-7,8-dihidro-BaP
(dihidrodiol-BaP)
7,8-dihidroxi-9,10-oxi-
7,8,9,10-tetrahidro-BaP
(dihidrodiolepóxido-BaP)
HO
OH
OH
OH
HO
HO
OH
HO
HO
OH
Aducto BaP-macromolécula
7,8,9,10-tetrahidroxi-7,8,9,10-tetrahidro-BaP
MN
O
HO
OH
O
O
H
OH
H
SG
3-Hidroxi-BaP
de ratón RL4). Los mononitroderivados son metaboli-
zados generalmente a través de procesos de oxidación
generando especies semejantes a las formadas por los
PAHs (diolepóxidos y aminodiolepóxidos) capaces de
formar aductos por reacción con la deoxiguanosina.
Además, sufren igualmente reacciones de reducción
del grupo nitro a N-hidroxilamina con formación de
un intermediario capaz de reaccionar con el C-8 de la
deoxiadenosina formando aductos (15). En general,
los dinitroderivados son más potentes mutagénicos
que los mononitroderivados.
Aspectos moleculares de los PAHs
y sus nitroderivados
De acuerdo a lo anteriormente expuesto los PAHs y
sus nitroderivados no son mutagénicos/cancerígenos
directos, sino que necesitan sufrir una activación me-
tabólica previa para tornarse capaces de reaccionar
con el ADN u otras macromoléculas.
Es probable que el ataque electrofílico del ADN por
los epóxidos ocurra por medio de un mecanismo de ti-
po SN1 que es un proceso a través de estados de tran-
sición en los cuales el hidrocarburo exhibe un impor-
tante carácter de ión carbonio. Así, la reactividad con
el ADN, y consecuentemente la capacidad carcinogé-
nica de estos compuestos, estaría directamente relacio-
nada con la capacidad de formar estos iones (17).
Algunas relaciones han sido encontradas entre mo-
delos teóricos que envuelven algunos parámetros mo-
leculares como los orbitales moleculares de más baja
energía, la hidrofobicidad y el número de anillos aro-
máticos con la mutagenicidad (18).
Los intermediarios electrofílicos que reaccionan
con grupos nucleofílicos del ADN también reaccionan
con grupos nucleofílicos de otras macromoléculas, co-
mo la albúmina, la hemoglobina, etc. En muchos casos
se ha observado una buena correlación entre la canti-
dad de aductos formados por reacción con proteínas a
los formados con el ADN.
Marcadores biológicos
de exposición
El monitoreo biológico de exposición a estos com-
puestos se puede realizar mediante la determinación
de la concentración de sus metabolitos en fluidos bio-
lógicos acompañado de un efecto bioquímico resul-
tante de su presencia en el organismo, como los pre-
sentados en la Tabla II.
Se debe recordar que un indicador biológico de do-
sis interna indica la cantidad total de sustancia intro-
ducida en el organismo. Usualmente se trata de la pro-
pia sustancia o uno de sus metabolitos.
Un indicador de dosis biológica efectiva indica la
cantidad de sustancia que actuó sobre sitios biológicos
significativos. Generalmente esta indicación está dada
a través de productos de interacción de la sustancia o
sus metabolitos con macromoléculas celulares (ADN,
ARN o proteínas).
Acta Bioquím Clín Latinoam 2005; 39 (1): 27-36
32
Mastandrea C y col.
Figura 3.
Activación metabólica del 1-nitropireno y la formación de aductos de ADN y hemoglobina (16).
NH
2
H
OH
H
Aryl-NHOH
Aryl-NO
Aryl-NO
2
NO
2
N
N
O
Hb
O
Cys
N
H
S
Hb Aducto
N
N
N
ADN
ADN-Aducto
O
N
N
H
En general, las sustancias electrofílicas son capaces
de reaccionar con sitios nucleofílicos de macromolé-
culas biológicas formando aductos. Una vez que se
han formado los aductos con ADN en una etapa críti-
ca de la carcinogénesis química, la determinación de
estos compuestos puede ser útil como bioindicador
precoz para el cáncer.
A. Investigación de aductos con ADN
y otras proteínas
Uno de los métodos más utilizados para la cuantifi-
cación de aductos de DNA es el realizado por marca-
ción con
32
P (21)(22).
Normalmente, la determinación cuantitativa del
DNA químicamente alterado por formación de aductos,
no es fácil debido a las pequeñas concentraciones de es-
tos compuestos, a la eficiencia de los mecanismos bioló-
gicos de reparación, a la dilución de los aductos por la
división celular y la dificultad de poner en evidencia al
DNA humano, sobre todo teniendo en cuenta la gran
variedad de órganos blancos de diversos PAHs.
Por esto, se ha puesto particular atención en el estu-
dio de los aductos formados por reacción entre los
agentes carcinógenos y las proteínas, como indicadores
de nivel de reacción con el ADN. La hemoglobina es
una proteína utilizada en estas técnicas y tiene una vida
media de 120 días, pudiendo servir como indicador de
exposición a agentes mutagénicos durante este perío-
do. Algo similar ocurre con la albúmina, que es una
proteína sintetizada por el hígado, posee una vida me-
dia de 21-25 días y sirve como transportadora de com-
puestos lipofílicos. Los dihidrodiolepóxidos de muchos
PAHs pueden formar ésteres con los residuos del ácido
aspártico o glutámico de la albúmina.
Esquemáticamente se describen los pasos a seguir para
realizar la investigación de aductos de la albúmina (23):
• Precipitación de las globulinas del plasma con
solución saturada de sulfato de amonio.
• Precipitación de la albúmina a pH 4,5 a partir
del sobrenadante.
Digestión con pronasa (enzima proteolítica) (16 h,
37 ºC).
• Hidrólisis alcalina (2 h, pH 11, 80 ºC)
• Extracción con cartuchos de fase reversa C18.
• Extracción con acetato de etilo.
• Separación y recolección de las fracciones por
HPLC.
• Extracción de las fracciones deseadas con aceta-
to de etilo.
• Derivatización y análisis por GC-MS.
B. Investigación de metabolitos
hidroxilados
La determinación de metabolitos hidroxilados de
los PAHs, consiste en técnicas no muy trabajosas y que
pueden ser empleadas en forma rutinaria en trabaja-
dores expuestos. Generalmente la determinación de
estos metabolitos urinarios (indicadores de dosis inter-
na), no brindan información exacta sobre el riesgo
carcinogénico (24).
La determinación de 1-hidroxipireno (metabolito
del pireno), 3-hidroxibenzo(a)pireno (metabolito re-
lacionado al benzo(a)pireno), 1-,2-,3-,4,-,9-hidroxife-
nantreno (productos del fenantreno), 1-,2-naftol (re-
lacionados al naftaleno), han sido propuestos por
diferentes autores con este propósito (Tabla III).
El pireno
,
si bien no es cancerígeno y sus efectos ge-
notóxicos son limitados (Tabla I) es un elemento que
está presente en la mayoría de los ambientes de trabajo
donde existe una potencial liberación de PAHs. Por
ello, el producto de su degradación metabólica, el 1-hi-
droxipireno, excretado por orina, es considerado en
Acta Bioquím Clín Latinoam 2005; 39 (1): 27-36
Hidrocarburos aromáticos policíclicos
33
Bioindicador
Tipo de información
La sustancia química y/o sus metabolitos
Dosis interna
en muestras biológicas (orina)
Mutagenicidad urinaria
Dosis interna
Aductos con proteínas
Dosis biológica efectiva
Aductos con DNA (RNA)
Dosis biológica efectiva
Proteínas oncogénicas
Dosis biológica efectiva
Mutaciones celulares
Efecto biológico precoz
Aberraciones cromosómicas
Efecto biológico precoz
Micronúcleos
Efecto biológico precoz
Síntesis no programada de DNA
Efecto biológico precoz
Tabla II.
Información aportada por los diferentes biomarcadores de exposición a los PAHs y sus
derivados (19)(20).
diferentes trabajos científicos como el mejor indicador
biológico de exposición a los PAHs (Tabla III).
No obstante, debido a que la composición de las
mezclas de PAHs en los diferentes ambientes industria-
les no es fija y la proporción de pireno es variable, aún
no se ha establecido un límite de exposición biológico
para su metabolito, el 1-hidroxipireno (ACGIH) (25).
No obstante R. Lawerys (2), propone un valor de refe-
rencia inferior a 2 μg/g creat. (1,04 μmol/mol creat).
Por otro lado se puede observar en los no expuestos la-
boralmente la diferencia entre fumadores y no fuma-
dores, demostrando que el hábito de fumar es una im-
portante vía de ingreso de PAHs.
La determinación de 1-hidroxipireno (1-OHP) y 3-
hidroxibenzo(a)pireno (3-OHBaP) en orina com-
prende los siguientes pasos (26-28):
Una fracción de orina se mezcla con un
buffer
de
acetato (pH:5) y se trata enzimáticamente con glu-
curonidasa-arilsulfatasa. Se incuba 12 h a 37 ºC.
• Luego de la hidrólisis enzimática se extraen los
metabolitos empleando cartuchos rellenos con
fase reversa RP-18.
• Luego del lavado y secado de los cartuchos, se elu-
yen los compuestos a analizar con acetonitrilo.
• Una fracción del eluido se aplica en el sistema
cromatográfico.
Dado que los diferentes metabolitos de PAHs po-
seen fluorescencia nativa, el método por HPLC con
detección fluorométrica brinda una elevada sensibili-
dad al método pudiendo detectarse niveles inferiores
a 0,10 μmol/L, empleando pequeños volúmenes de
muestra. En la Figura 4 se representa un cromatogra-
ma correspondiente a una muestra de orina que con-
tiene 20 ng/L de 1-OHP y 3-OHBaP.
Límites de exposición
aceptados
El largo período de latencia entre la primera expo-
sición y la aparición de los síntomas, junto a muchos
otros factores, ha hecho que el establecimiento de va-
lores límite umbral para los PAHs en la atmósfera del
lugar de trabajo sea una tarea ardua y difícil. Recién en
1967, la conferencia Americana de Higienistas Indus-
triales del Gobierno de Estados Unidos (ACGIH) adop-
tó un Valor Límite Umbral (TLV) de 0,2 mg/m
3
para
los alquitranes de hulla volátiles, definiéndose como el
peso de la fracción soluble en benceno de las partículas
recogidas en un filtro. En 1997, la Administración sobre
Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) de Estados
Unidos estableció un Límite de Exposición Permisible
(PEL) para el BaP de 0,2 mg/m
3
. El Límite de Exposi-
ción Recomendado (REL) por el Instituto Nacional de
Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH) de Estados
Unidos es de 0,1 mg/m
3
(fracción extraíble en ciclo-
hexano).
Acta Bioquím Clín Latinoam 2005; 39 (1): 27-36
34
Mastandrea C y col.
Autor (Referencia)
Biomarcador
Comentarios
Tolos, W. (29)
1-OHP.
Exposición de operarios en plantas de reducción de aluminio.
Gardiner, K. (30)
1-OHP
Determinación de 1-OHP en operarios expuestos a carbón negro.
Grimmer, G. (31)
1-OHP; 1-,2-,3-,4-,9-HPHE;
Exposición a PAHs en plantas de coque por medición
1,2-,3,4- y 9,10-diOHdiHidroPHE
de metabolitos urinarios del fenantreno y pireno.
Bienik, G. (32)
1-NPH
Presencia de 1-naftol en la orina de trabajadores expuestos
al naftaleno.
Hansen, A. (33)
1-OHP; a-NPH;
β
-NPHTY
Correlación entre diferentes PAHs y sus biomarcadores
en trabajadores de fundición de hierro.
Guendel, J. (34)
1-OHP; 1-,2-,3-,4-HPHE
Mujeres habitantes en un área industrial de Alemania.
Grimmer, G. (35)
1-OHP; 1-,2-,3-,4-,9-HPHE
Determinación de metabolitos urinarios para la evaluación
y otros
de riesgo de trabajadores expuestos a los PAHs.
Merlo, F. (36)
1-OHP
Exposición a contaminación urbana con PAHs.
Wu, T. (37)
1-OHP
Cambios temporales en la concentración urinaria de 1-OHP
en trabajadores de hornos de coque.
(1-OHP: 1-hidroxipireno,
α
-NPH:
α
-naftol;
β
-NPHTY:
β
-naftilamina; 1-,2-,3-,4-HPHE: 1-,2-,3-,4-hidroxi fenantreno; 1-,2-,3-,4-,9-HPHE: 1-,2-,3-,4-,9-
hidroxifenantreno; 1,2-,3,4- y 9,10-diOHdiHidroPHE: 1,2-,3,4- y 9,10-dihidroxidihidrofenantreno).
Tabla III.
Comentarios de diferentes autores en relación a biomarcadores de exposición a los PAHs.
Conclusión
Muchos de los biomarcadores propuestos para el
estudio de exposición a mezclas químicas presentan li-
mitaciones que van desde la baja sensibilidad a una
gran variabilidad de los resultados obtenidos, mostran-
do la influencia de factores no totalmente controlados
sobre las metodologías y reforzando la necesidad de
validar las mismas. Particularmente esto ocurre con la
investigación de aductos de ADN o proteínas, donde
las complejas metodologías necesitan de mucha expe-
riencia en el área.
En muchos casos, la existencia de otros agentes que
pueden influenciar sobre los resultados, como el hábi-
to de fumar o las mismas dificultades técnicas limitan
su utilización. La importancia y actualidad del tema
conjuntamente con las limitaciones analíticas disponi-
bles justifican la necesidad de profundizar las investi-
gaciones científicas.
Indicadores bioquímicos específicos de exposición,
como el 1-OHP urinario se utilizan con buenos resulta-
dos en los
e
studios de exposición humana a determina-
dos PAHs.
También es importante acompañar la investigación
de marcadores biológicos con estudios de la composi-
ción química del aire en las áreas de trabajo, como lo
establecen diferentes organismos internacionales (AC-
GIH,OSHA, NIOSH).
Todos aquellos avances en la vigilancia ambiental, el
control biológico de la exposición y la detección de efec-
tos biológicos que permitan evaluar el riesgo de con-
traer enfermedad deberían ser acompañados con medi-
das en salud laboral y seguridad industrial que reduzcan
la producción y exposición a los PAHs y sus derivados.
CORRESPONDENCIA
DR. CARLOS MASTANDREA
San Lorenzo 2780
S3000EUL SANTA FE. República Argentina
Tel./Fax: 54-342-455-1615
E-mail: cmastandrea@alkemyweb.com
Referencias bibliográficas
1. Stellman JM, McCan M. Hidrocarburos poliaromáticos.
En: Enciclopedia de Salud y Seguridad en el Trabajo. 3ª
edición. Madrid: Organización Internacional del Trabajo.
Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales - Subdirección
General de Publicaciones. 1998. p. 310-9.
2. Lawerys RR. Cánceres de Origen Profesional. En:
Toxicología Industrial e Intoxicaciones Profesionales.
Barcelona, Madrid: Masson S.A.; 1994. p. 553-76.
3. Ellenhorn MJ. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. En:
Ellenhorn’s Medical Toxicology: Diagnosis and
Treatment of Human Poisoning. Second edition.
Baltimore:
Williams &Williams. 1997. p. 1420-47.
4. World Health Organization. International Programme on
Chemical Safety (IPCS): Environmental Criteria 202.
Selected non-heterocyclic PAHs. Geneva. WHO. 1998.
5. Kaserouni N, Sinha R, Hsu CH, Greemberg, Rothman N.
Analysis of 200 food items for benzo[a]pyrene and
estimation of its intake in an epidemiologic study. Food
Chem Toxicol 2001; 39 (5):423-36.
6. Krewski D, Thorslund T, Withey J. Carcinogenic risk
assessment of complex mixtures. Toxicology and
Industrial Health 1989; 5: 851-67.
7. Jones S, Moore L, Shenk J, Wisely G. The pregnane X
receptor: a promiscuous xenobiotic receptor that has
diverged during evolution. Mol Endocrinol 2000; 14:
27-39.
8. Denissenko M, Pao A, Tang M. Preferential formation of
benzo(a)pyrene adducts at lung cancer mutational
hotspots in P53. Science 1996; 274: 430-2.
9. Liehr JG. Is estradiol a genotoxic mutagenic carcinogen?
Endoc Rev 2000; 21: 40-54.
10. Hirose K, Morita M, Ema M. CDNA cloning and tissue-
specific expression of a novel basic helix-loop-helix/PAS
factor (Arnt2) with close sequence similarity to the aryl
hydrocarbon receptor nuclear translocator (Arnt). Mol
Cell Biol 1996;
16: 1703-6.
11. Keith B, Adelman D, Simon M. Targeted mutation of the
murine arylhydricarbon receptor nuclear translocator 2
(Arnt 2) gene reveals partial redundancy with Arnt Proc
Nath Acad sci USA. 2001; 98: 6692-7.
12. ShimadaT, Hayes C, Yamazaki H. Activation of
chemically diverse procarcinogens by human cytochrome
P450-1B1. Cancer Res 1996; 56: 2979-84.
13. Spivack S, Hurteau G, Reilly A, Aldours K. CYP1B1
expresion in human lung. Drug Metab Dispos 2001; 29:
916-22.
Acta Bioquím Clín Latinoam 2005; 39 (1): 27-36
Hidrocarburos aromáticos policíclicos
35
Figura 4.
Cromatograma correspondiente a una muestra de orina
que contiene
20 ng/L de 1-OHP y 3-OHBaP.
Tiempo (min)
Intensidad (mV)
14. US Department of Health and Human Services
(ATSDR).Toxicological profile for polycyclic aromatic
hydrocarbons (PAHs)(Update). Atlanta, GA, US. 1995.
15. Talaska G, Underwood P, Maier A, Rothman N. Plycyclic
aromatic hydrocarbons (PAHs), nitro-PAHs and related
environmental compounds: Biological markers of
exposure and effects. Environ Health Persp 1996; 104
(suppl 5): 901-6.
16. Neuman HS, Albrecht O, van Dorp C, Zwirner-Baier I.
Macromolecular Adducts Caused by Environmental
Chemicals. Clin Chem 1995; 41 (12): 1835-40.
17. Harvey R, Szeliga J, Lee H, Page J, Ross H, Routledge
M, et al. Reaction with DNA and mutagenic specificity
of syn-Benzo(g)chrysene 11,12-Dihydrodiol 13,14-
epoxide. Chemical Research in Toxicology 1994; 7 (3):
420-7.
18. Winston G, Traynor C, Shane B, Hajos A. Modulation of
the mutagenicity of three dinitropyrene isomers in vitro
by rat-liver S9, cytosolic, and microsomal fractions
following chronic ethanol ingestion. Mutat Res 1992;
279 (4): 289-98.
19.
Neuman H. The role of biological monitoring in exposure
control risk assessment and in defining acceptable limits
for genotoxic. Symposium on exposure limits for
occupational and environmental chemical pollutants,
Prague, Czchoslovakia, Sc Total Environ 1989; 101 (1-
2): 159.
20. Gandjean P. Biomarkers in Epidemiology. Clin Chem
1995; 41 (12): 1800-3.
21. Li K, Todorovic R, Rogan E, Jankoviak R. Identification
and quantitation of dibenzo(a,I)pyrene-DNA adducts
formed by rat liver microsomes in vitro: preponderance
of depurinating adducts. Biochemistry 1995; 34 (25)
8043-9.
22. Scheppers P, Beenakkers M, Lepper A. Immunochemical
detection of metabolites of parent and nitro polycyclic
aromatic hydrocarbons in urine samples from persons
occupationally exposed to diesel exhaust. Fresenius J
Anal Chem 1995; 351 (7): 660-9.
23. Frank S, Renner T, Ruppert T. Determination of albumin
adducts of (+)-anti-benzo(a)pyrene-diol-epoxide using
an high-performance liquid chromatographic column
awitching technique for sample preparation and gas
chromatography-mass spectrometry for the final
detection. Journal Chromat B 1998; 713: 331-7.
24. Greim H, Csanady G, Filser J, Werner S. Biomarkers as
tools in human health risk assessment. Clin Chem
1995; 41 (12): 1804-8.
25. Threshold limit values and biological exposure Indices.
En: American Conference of Govermental Industrial
Hygienist. 8
th
Edition. USA. American Conference of
Govermental Industrial Hygienist 2000.
26.
Gundel J, Angerer J. High-Performance liquid chroma-
tographic method with fluorescence detection of 3-hy-
droxybenzo(a)pyrene and 3-hydroxybenz(a)antrhacene
in the urine of polycyclic aromatic hydrocarbon-exposed
workers. J Chrom B 2000; 738: 47-55.
27. Simon P, Delsaut P, Nicot T. Automated column-
switiching high-performance liquid chromatography
method for the determination of 1-hydroypyrene in
human urine. J Chrom B 1999; 732: 91-101.
28. Boogaard P, Van Sittert N. Urinary 1-hydroxypyrene
as biomarker of exposure to polycyclic aromatic
hydrocarbons in workers in petrochemical industries:
baseline values and dermal uptake. The Science of the
total Environment 1997; 163: 203-9.
29. Tolos W, Shaw P, Lowry L. 1-Pyrenol: A biomarker for
Occupational Exposure to Polycyclic Aromatic
Hydrocarbons. Appl Occup and Environ Hyg 1990; 5
(5): 303-9.
30. Gardiner K, Hale K, Walton S. Urinary 1-hydroxypirene:
A biomarker for polycyclic aromatic hydrocarbons
exposure in coal liquefaction workers. Occupational
Medicine (Oxford). 1995; 45 (2): 63-8.
31. Grimmer G, Dettbarn G, Jacob J. Biomonitoring of poly-
cyclic aromatic hydrocarbons in highly exposed coke
plant workers by measurement of urinary phenanthrene
and pyrene metabolites. Int Arch Occup Environ 1993;
65, 189-99.
32. Bienik G. The presence of 1-naphthol in the urine of
industrial workers exposed to Naphthalene. Occup
Environ. Medicine. 1994; 51: 357-9.
33. Hansen A, Omland O, Poulsen O. Correlation between
work process-related exposure to polycyclic aromatic
hydrocarbons and urinary levels of alpha-naphthol,
beta-naphthylamine and 1-hydroxypirene in iron foundry
workers. Int Arch Occup Environ Health 1994; 65:
385-94.
34. Gûndel J, Mannchreck K, Buttner K, Angerer J. Urinary
levels of 1-hydroxypyrene 1,2,3 and 4-hydroxyphena-
threne in females living in an industrial area of germany.
Arch Environ Contam Toxicol 1996; 31 (4): 585-90.
35. Grimmer G, Jacob J, Dettbarn G. DNA single strand
breakage, DNA adducts, and sister chromatid exchange
in lymphocytes and phenanthrene and pyrene
metabolites in urine of coke oven workers. Ocup Environ
Med 1997. 654 (3): 176-83.
36. Merlo F, Andreassen A, Haugen A. Urinary excretion
of 1-hydroxypyrene as a marker for exposure to urban
air levels of polycyclic aromatic hydrocarbons. Cancer
Epidemiology, Biomarkers & Prevention 1998; 7:
147-55.
37. W
u M, Mao I, Chen M. Temporal changes in urinary 1-
hydroxy
pyrene concentrations in coke-oven workers.
Cancer Epidemiology, Biomarkers & Prevention 1998;
7:169-73.
Aceptado para su publicación el 22 de diciembre de 2004
Acta Bioquím Clín Latinoam 2005; 39 (1): 27-36
36
Mastandrea C y col.
logo_pie_uaemex.mx