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Introducción

El arsénico existe en el ambiente y en los seres vivos como especies orgánicas e inorgánicas, siendo estas últimas las más tóxicas. Las especies inorgánicas más importantes a las que están expuestos los seres humanos son: arseniato [As(V)] y arsenito [As(III)] (Tseng et al., 2007; Sommella et al., 2013). En América Latina, existen altas concentraciones de arsénico en suelos y agua asociados a los depósitos de cenizas y rocas volcánicas. También se observa que se asocia con óxidos metálicos, especialmente con óxidos de hierro, partículas de arcilla, sulfuros y materiales orgánicos (Bundschuh et al., 2012), siendo todo esto una característica distintiva de la presencia de arsénico en los países de América Latina.

En Argentina se han reportado altas concentraciones de arsénico en diferentes provincias como ser: Cordoba (Nicolli et al. 1989), Santiago del Estero (Bhattacharya et al. 2006), La Pampa (Farías et al. 2003; O´Reilly et al. 2010), Buenos Aires (Bundschuh et al. 2010), Chaco (Blanes et al. 2011; Buchhamer et al. 2012), entre otros.

El arsénico es considerado carcinogénico para humanos y se clasifica en el Grupo 1 según (IPCS 2001). La ingestión crónica de aguas arsenicales provoca la enfermedad llamada HACRE (hidroarsenicismo crónico regional endémico) (Biagini et al. 1978; Tsai et al. 1998) además de otras patologías como astemia, debilidad muscular, cefalea, neuropatías periféricas, alteraciones hepáticas y renales, deterioro del sistema nervioso central, leucemias, diversos tipos de cáncer (pulmón, riñón, vejiga, piel), desordenes cardiovasculares, hipertensión entre otros (Buchhamer et al. 2012; Wong et al., 2013; Li Gang et al., 2011). En la mayoría de los casos son necesarias décadas de exposición para observarse estas manifestaciones clínicas. La vía de ingreso principal al hombre es mediante el agua de consumo y los alimentos (Devesa et al., 2008). La Organización Mundial de la Salud (OMS) y el C.A.A. 2010 recomiendan un nivel máximo de 10 μg/L de arsénico en agua de bebida. La OMS además estableció BMDL (límite inferior de confianza de la dosis de referencia) en 3,0 μg/kg peso corporal (pc) por día (2 μg/kg –7 μg/kg pc por día en base a la gama de la exposición alimentaria total estimada) (JEFCA 2010; Wong et al., 2013).

Sin embargo, el arsénico que se puede consumir a través de las dietas no siempre está todo bioaccesible. Se denomina bioaccesibilidad a la máxima concentración soluble del tóxico o nutriente en el medio gastrointestinal que queda disponible para ser absorbido por el epitelio intestinal (Torres-Escribano et al., 2011; Sun et al., 2012). Esta fracción, constituye la cantidad máxima que puede ser absorbida, pasando a la circulación para finalmente ser transportada a los órganos (Torres-Escribano et al., 2011; Sun et al., 2012) y allí producir su acción tóxica. El proceso de solubilización va a depender de factores intrínsecos de las personas como ser el estado fisiológico (embarazo, lactancia) y nutricional, la capacidad individual de adaptación a aportes variados de nutrientes, posibles anomalías genéticas, variabilidad interindividual, y de factores extrínsecos como ser la reacción con otros componentes del alimento o dieta, capacidad para competir con otras sustancias por órgano diana del organismo, forma química en que se encuentre, solubilidad y el aporte total de la sustancia por la dieta (Torres-Escribano et al., 2011).

Los métodos in vitro para evaluar la bioaccesibilidad emulan el proceso de la digestión gastrointestinal y consisten en simular todas las condiciones físico-químicas y enzimáticas posibles, seguido por la determinación de la fracción soluble (fracción bioaccesible) (Intawongse et al., 2008; Sun et al., 2012). Son métodos simples, rápidos y de bajo costo que ofrecen además la ventaja de buena reproducibilidad, al controlar el operador las condiciones de trabajo. Sin embargo, la bioaccesibilidad del arsénico depende de diversos factores intrínsecos como el estado fisiológico del individuo y la edad, entre otros y extrínsecos tales como el estado nutricional y la cantidad de contaminante consumido. También la composición química de los alimentos, según ciertos nutrientes o compuestos contaminantes, pueden modificar la bioaccesibilidad del tóxico. Así también, es importante conocer los cambios que pueden sufrir los alimentos durante la preparación. Un factor importante es la condición fisiológica del consumidor, puesto que esto varía de individuo a individuo pudiendo cambiar algunas condiciones que no pueden ser controladas durante el desarrollo del método in vitro (Torres-Escribano et al., 2011).

Los alimentos que aportan arsénico a la dieta del ser humanos son los productos de la pesca, tanto las algas como los pescados y mariscos (Calatayud et al., 2011), sin embargo las especies mayoritarias en estos alimentos son orgánicas: la arsenobetaína (AB) arsenocolina (AC) en pescados y arsenoazúcares en moluscos y bivalvos. Los contenidos de arsénico inorgánico no suelen superar los 0,1 mg/Kg (Moreda-Piñeiro et al., 2012). Los productos pesqueros presentan un importante porcentaje de arsénico biodisponible (83 - 114%), indicando así su alta bioaccesibilidad. El contenido de grasa en las muestras de productos pesqueros afecta la bioaccesibilidad del arsénico. Existe evidencia que mariscos con menor contenido graso, presentan una mayor biodisponibilidad (Moreda-Piñeiro et al., 2012).

El arroz es el alimento de origen vegetal en el que se describen las mayores concentraciones de arsénico total, pueden alcanzar 1 mg/Kg superando ampliamente los valores de otros cereales (Dabeka et al., 1993). En Bangladesh, se reportaron concentraciones de arsénico entre 1,23-2,05 mg/kg (Meharg et al., 2003), esto alarmó a productores, importadores y a la comunidad científica, incrementando las investigaciones. La presencia de arsénico en este cereal es debido a la existencia del contaminante en el suelo y/o en el agua de regadío, además el arroz tiene capacidad para traslocar el arsénico desde la raíz al grano (Li Gang et al., 2011). Las especies de arsénico detectadas en el arroz son arsénico inorgánico y en menor proporción ácido dimetilarsinico (DMA) y en forma ocasional ácido monometilarsónico (MMA). El porcentaje de arsénico inorgánico bioaccesible sobre el total es muy variable, 27-93%. El arroz integral presenta mayores concentraciones de arsénico inorgánico que el arroz pulido (Torres-Escribano et al., 2008).

Las concentraciones de arsénico en los alimentos procesados ​​generalmente disminuyen debido a la solubilización. Bastias et al. 2010 estudio el efecto de la cocción en el contenido de t-As y en la especiación, indicando que son típicamente regulados por los procesos de solubilización, adsorción, quelación y volatilización (Bundschuch et al., 2012). Por ello, es importante estudiar la bioacesibilidad del tóxico. La comida es una fuente importante de exposición al arsénico en los seres humanos. Las concentraciones de arsénico pueden diferir entre los alimentos no cocinados y cocinados. Por lo tanto, el estudio de ingestas diarias debe realizarse en alimentos listos para el consumo (Saipan y Ruangwises 2010). La toxicidad del arsénico debe estudiarse a partir de sus especies más tóxicas, teniendo en cuenta su bioaccesibilidad y la cantidad consumida en la dieta. Todo esto nos indicará el nivel de exposición a través de la dieta.

El presente estudio tiene por objeto determinar la bioaccesibilidad de arsénico inorgánico en alimentos cocinados en una región endémica de Argentina y estudiar la ingesta diaria en población infantil y adulta a partir del arsénico inorgánico bioaccesible, con el fin de conocer la exposición poblacional a este tóxico.

Materiales y Métodos

Localización Geográfica de Estudio

Se realizó un muestreo en la región Chaco-Santiagueña, en la localidad de Taco Pozo ubicada en el Departamento de Almirante Brown, provincia del Chaco, (Argentina) a una latitud norte de -25,62 y una Longitud oeste de -63,28. Según los registros del INDEC 2001 la población total ascendía a los 8.470 habitantes.

El muestreo se realizó principalmente en escuelas primarias con comedores de Taco Pozo (considerando a estos como población infantil), y caseríos ubicados en los alrededores del pueblo (considerándolos como población adulta), que utilizan agua de pozo. El agua es la principal fuente contaminante de arsénico en los alimentos cocinados en la región.

Sobre N=88 muestras sólidas y N= 37 muestras líquidas, se analizó As bioaccesible en 23 raciones de alimentos de las escuelas de Rosillo y Sta. Teresa de Carballo, que fueron seleccionadas en forma aleatoria, como así también en familias de Taco Pozo.

Método de digestión gastrointestinal simulada para la determinación de la bioaccesibilidad de arsénico

El método utilizado consiste en la simulación del proceso de digestión gastrointestinal en sus dos etapas, gástrica e intestinal, siguiendo el método descrito por Torres et al (2011). Etapa gástrica: La muestra (10 g de muestra fresca o su equivalente de muestra liofilizada) se pesó en un erlenmeyer. Se adicionaron 90 mL de agua desionizada y la mezcla se homogeneizó mediante agitación mecánica. Se ajustó el pH a 2 con HCl 6 M y transcurridos 5 minutos, se reajustó el pH en caso necesario. Posteriormente se adicionó 0,001 g de pepsina por gramo de muestra fresca, utilizando para ello una disolución de pepsina al 10% (m/v) en HCl 0,1 M. La mezcla se completó hasta 100 g con agua de grado celular. Los erlenmeyers se cubrieron con parafilm y se incubaron en un baño de agua con agitación 120 golpes (min) a 37 ºC durante 2 h para emular la fase gástrica de la digestión. Transcurrido este tiempo, la digestión se interrumpió sumergiendo el erlenmeyer en un baño de hielo durante 10 minutos.

Etapa intestinal. Una vez finalizada la etapa gástrica, se ajustó el pH a 5 con NaHCO3 1 M. Se preparó una solución de pancreatina porcina al 0,4% (m/v) y extracto biliar porcino al 2,5% (m/v) en NaHCO3 0,1 M y se adicionó la cantidad necesaria para proporcionar 2,5 .10-4 g de pancreatina y 1,5.10-3 g de extracto biliar por gramo de muestra fresca.

Los erlenmeyers se cubrieron con parafilm y la mezcla se incubó nuevamente en agitación (120 golpes/min) durante 2 h a 37 ºC. Transcurrido este tiempo, los erlenmeyers se sumergieron en un baño de hielo durante 10 minutos. Una vez finalizada la etapa intestinal, se ajustó el pH a 7,2 con NaOH 0,5 M. Posteriormente se transfirió el volumen del matraz a frascos de centrífuga con capacidad de 250 mL y se separó la fracción bioaccesible por centrifugación (10.000 rpm/30 minutos/4 ºC). Por último se filtra el sobrenadante a través de papel Whatman Nº 1 y se liofiliza antes de proceder a la determinación de arsénico total e inorgánico (Torres-Escribano et al., 2011; Sun et al., 2012).

El porcentaje del arsénico bioaccesible se estima mediante la siguiente expresión:

% Bioaccesibilidad = [S/C] x 100

S es el contenido de arsénico en la fracción soluble, es el Arsénico luego del proceso de digestión gastrointestinal simulado

C es el Arsénico cuantificado antes del proceso y que constituye el 100%, es el contenido de arsénico en la muestra (ps)

La Cuantificación de arsénico total en el alimento se realizó mediante mineralización vía seca y cuantificación mediante espectrometría de absorción atómica acoplada a la generación de hidruro por inyección en flujo (FI-HG-AAS) según Díaz et al., (2004).

Calculo de ingestas

infantil y 70 Kg para la población adulta, y un consumo diario de agua de 1 litro para la población infantil 2 litros de agua para población adulta (Oguri et al., 2012; Wong et al., 2013).

Para el cálculo de las ingestas diarias se consideró: las cuatro comidas (desayuno, almuerzo, merienda y cena) ingeridas por la población. Se tuvo en cuenta que en los alimentos líquidos la totalidad del arsénico se encuentra en forma de arsénico inorgánico, debido a que el mate cocido o leche se elaboran con agua, en la que el arsénico existente es únicamente inorgánico, según datos obtenidos en otros trabajos realizados con anterioridad (Litter et al., 2009). Se consideró 100 g para desayuno o merienda sólida, 250 g desayuno o merienda líquida, 300 g almuerzo o cena, un peso corporal de 25 Kg para la población infantil y 70 Kg para la población adulta, y un consumo diario de agua de 1 litro para la población infantil 2 litros de agua para población adulta (Oguri et al., 2012; Wong et al., 2013).

Se calculó con la siguiente fórmula:

IDT= ⦋X∑AC x pc x R⦌/PC

IDT= Ingesta diaria total de arsénico

X∑AC= promedio (µg.g-1) de arsénico en todos los alimentos consumidos en el día.

pc= peso de la porción consumida (g)

R= Repeticiones de la porción consumida

PC= peso corporal del individuo (kg)

Resultados

Arsénico total bioaccesible en alimentos de Taco Pozo

Los muestreos elegidos para el estudio de bioaccesibilidad incluyen al particular (Familia), a la escuela Santa Teresa de Carballo y escuela Rosillo de Taco Pozo. Los resultados de bioaccesibilidad de arsénico en los alimentos analizados se indican en la tabla 1. La media del porcentaje de arsénico bioaccesible fue superior al 40% en todas las muestras: 73% (54 a 91%) en el particular; 64% (14 a 80%) en la escuela Santa Teresa de Carballo; 66% (44 a 80%) en la escuela de Rosillo. El porcentaje de Bioaccesibilidad se calculó según la fórmula antes descripta.

La figura 1 presenta los resultados indicados en la tabla 1 reordenados en población adulta e infantil, mostrando que los porcentajes de bioaccesibilidad de arsénico inorgánico es mayor en los alimentos recolectados en casas de familias.

Se calculó la media y desviación estándar del arsénico bioaccesible diferenciando entre los particulares (población adulta) y los comedores escolares (población infantil), figura 1. Se realizó la prueba t Test dando un valor p= 0,2238 > 0,05, indicando que no existen diferencias significativas de arsénico bioaccesible entre ambas poblaciones.

Ingestas de arsénico inorgánico en Taco Pozo

A continuación se describen las ingestas diarias de arsénico inorgánico. Los cálculos de ingestas se realizaron tanto a la población adulta como a la infantil. En la tabla 2 se indican las ingestas diarias de arsénico inorgánico, expresados en µg/día, en cada uno de los lugares de muestreo, considerando el consumo de alimentos sólidos, alimentos líquidos y el agua de bebida. El cálculo de ingesta para la población adulta considera los contenidos de Arsénico en los alimentos recogidos en la Familia, mientras que los contenidos en los alimentos de las escuelas se utilizan para el cálculo de la población infantil. Cada una de estas poblaciones consume alimentos diferentes en cada una de las porciones diarias. Para ambas poblaciones se expresa la ingesta diaria en [µg/Kg peso corporal (pc)] y [µg/Kg peso corporal x 7] para la ingesta semanal.

A partir de las ingestas de arsénico inorgánico que figuran en la tabla 2, se calculó las ingestas totales de arsénico inorgánico tabla 3, para esto se consideró el arsénico en todas las porciones consumidas en el día, incluyendo el agua de bebida para cada una de las poblaciones. Para la ingesta semanal se tomó el promedio de la ingesta diaria y se multiplicó por los 7 días de la semana. En todos los puntos de muestreo, la ingesta de arsénico inorgánico para las poblaciones infantiles (20-71 µg/Kg pc/día) superan ampliamente el BMDL fijado actualmente por lo OMS (2-7 µg/Kg pc/día), mientras que la ingesta de arsénico inorgánico para población adulta de Taco Pozo (7,1 µg/Kg pc/día) se aproxima al valor tolerable provisional. Ambas poblaciones superan el valor de referencia que la OMS fijaba en el año 2007 en el que se realizó el muestreo (2,1 µg/Kg pc/día o 15 µg/Kg pc/semana).

Se aplicó además el t Test para una media a los fines de comparar la ingesta infantil y adulta obteniendo un valor p= 0,2828, indicando que tampoco existen diferencias significativas entre ellas.

Calculo de ingestas consideradando la bioaccesibilidad

A las ingestas diarias calculadas se le realizó una corrección según el promedio de bioaccesibilidad obtenidos de las muestras analizadas, equivalente a 70,6%. Se observa que el nivel de exposición supera la reglamentación vigente en ambas poblaciones al momento del estudio, figura 2.

La figura 3, muestra la relación encontrada entre el aporte de arsénico en la ingesta de agua y en los alimentos.

Ingestas en alimentos agrupados

También se calculó las ingestas diarias de arsénico inorgánico a partir de las porciones de desayunos/meriendas, almuerzos/cenas agrupadas por similitud en su composición, siendo los grupos: pan, platos a base de arroz, guisos y otros (asados, milanesas, albóndigas entre otros). Las figuras 4 muestran las ingestas diarias de arsénico total e inorgánico en ambas poblaciones. Se observa que el grupo de alimentos que mayor aporte de arsénico inorgánico realiza a la ingesta infantil son los guisos y los platos a base de arroz, mientras que en la población adulta el mayor aporte de arsénico inorgánico lo realizan el grupo otros alimentos, seguido de los guisos

Discusión

Bioaccesibilidad de arsénico

Los resultados de bioaccesibilidad obtenidos en Taco Pozo, indica que el 60% de las muestras analizadas en este estudio, superan el 70% de arsénico inorgánico bioaccesible y el 30% se encuentran en un rango de 50 a 69% de bioaccesibilidad de arsénico, mientras que un 10% se halla por debajo del 50%. Esto indica un alto grado de bioaccesibilidad del arsénico. Valores similares fueron hallados en estudios realizados en alimentos de origen marino donde la bioaccesibilidad de las especies más tóxicas de arsénico se encuentran en rangos de 87 a 106% para As(III) y 90 a 113% de As(V) Moreda-Piñeiro et al. (2012).

En Santa Teresa de Carballo el 71% de las muestras contienen más del 70% de As-i bioaccesible, mientras que el 29% contiene arsénico bioaccesible en un rango de 14 a 55%. En Rosillo el 60% de las muestras analizadas superan el 74% de As-i bioaccesible mientras que el 40% presenta un rango de 44 a 55% de bioaccesibilidad. No se halló diferencias significativas (p>0,05) entre las medias de los porcentajes obtenidos entre poblaciones infantiles y adultas. No se ha podido acceder a bibliografía que cuantifique el arsénico bioaccesible en platos de comidas preparadas, lo que dificulta la discusión de estos resultados.

Cálculos de Ingestas de Taco Pozo

Analizando los resultados por grupos de alimentos se aprecia que la ingesta diaria de As-t a través del pan es de 35 µg.día-1, de leches de 346 µg.día-1, y de “otros” alimentos de 172 µg.día-1.

Estos valores calculados son muy superiores a los descriptos por la IARC (2009) en Cataluña donde los aportes son 11,61 µg.día-1 en panes, 2,11 µg.día-1 leche y 2,3 µg.día-1 en carnes. Por otro lado, los mates cocidos aportan una ingesta media de 180 µg.día-1, los guisos 222 µg.día-1, el arroz 270 µg.día-1 y las polentas 287 µg.día-1. En investigaciones realizadas en San Antonio de los Cobres, se determinó que la ingesta diaria promedio de As ronda aproximadamente 160 μg.día-1 por agua potable, café y té (Bundschuch et al., 2012).

La ingesta diaria de arsénico inorgánico en la población infantil oscilaron entre 675 a 2425 µg.g-1, valores muy superiores a los citados por otros autores, tales como el rango 584 a 733 µg.g-1 descripto por Arain et al. (2009).

La ingesta diaria de arsénico en las poblaciones estudiadas indica que la población infantil más expuesta es la de la escuela Santa Teresa de Carballo con una ingesta diaria de 71 µg/kg pc/día, mientras que la población adulta correspondiente a la familia particular de Taco Pozo presenta una ingesta diaria de 7,1 µg/kg pc/día. Wong et al. (2013) describen en Hong Kong una ingesta diaria de 0,22 µg/kg pc/día, mientras que en áreas rurales de China se encontraron valores de ingestas diarias de 0,71 µg/kg pc/día (Li et al. 2011). Las ingestas calculadas en la región de Taco Pozo-Chaco, resultan ser muy superiores. En Bengala (India) lugar muy afectado por las altas concentraciones de arsénico en aguas, suelos y alimentos, se ha señalado una ingesta diaria de 27,78 µg/kg pc/día, presentando una concentración media de arsénico en agua de 0.24 µg.mL-1 Alam et al. (2002). Todas las poblaciones infantiles estudiadas superan ampliamente el BMDL 0,5 (2-7 µg/kg pc/día).

Del Razo, et al., (2002) indico que la ingesta total en Durango México fue de 38.5µg/día (11.3–67.5) mientras que en Lagunilla México 394.0 µg/día (97.5–683.7), valores inferiores a los obtenidos en este trabajo.

Se observa que a mayores concentraciones de arsénico en agua (mayor a 0,3 µg/mL), existe un mayor aporte de As por el agua que por los alimentos, sin embargo esta relación se invierte cuando disminuye la concentración de As en el agua (menor a 0,3 µg/mL) cobrando mayor importancia el aporte de As por los alimentos. Cabe señalar que se trata de aguas con concentraciones que superan el máximo permitido por la OMS.

Conclusión

La bioaccesibilidad de arsénico inorgánico en las dietas estudiada fue alta superando el 70%. Las ingestas de arsénico inorgánico bioaccesibles calculadas en Taco Pozo superaron ampliamente el BMDL0.5 (2 – 7 µg/kg/sem) propuesto por la OMS, siendo las poblaciones infantiles de Santa Teresa de Carballo y Rosillo las más expuestas. Se evidencia la necesidad de realizar un estudio de evaluación de riesgo a partir de los resultados obtenidos.

Agradecimientos

Instituto de Agroquímica y Tecnología de los Alimentos (IATA CSIC), Conservación y Calidad de los Alimentos, Elementos Traza. Paterna, Valencia, Spain. Dra. Rosa Montoro – Velez Pacios, Dinoraz.

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