LA REVOLUCIÓN, PARTE 3: PARTÍCULAS ULTRAFINAS, July 24, 2003
 
Está ocurriendo una revolución en la ciencia y la tecnología, que mezcla la ciencia cognitiva (cómo funciona el cerebro), la biotecnología (manipulación de los genes), la informática y la nanotecnología. Los ingenieros que están organizando esta revolución explican que es "esencial para el futuro de la humanidad" [1, pág. 22] debido a que promete "paz mundial, prosperidad universal y evolución a un nivel más alto de compasión y logros" [1, pág. 6]. Dicen que puede ser "un evento decisivo en la historia, que se compara con la invención de la agricultura y la Revolución Industrial" [1, pág. 20]. La meta final de la revolución no es nada nuevo: la "conquista de la naturaleza" [1, pág. 80].

La revolución resulta impulsada por la convergencia de cuatro tecnologías (la nanotecnología, la biotecnología, la informática y la tecnología cognoscitiva), pero de nuevo nos concentraremos solamente en una de las cuatro -la nanotecnología- ya que se está convirtiendo en la piedra basal de la biotecnología y la informática [1, pág. 71], debido a que en gran parte ha sido ignorada por los medios de comunicación social, y debido a que está avanzando a una velocidad vertiginosa. No resulta exagerado decir que el campo de la nanotecnología está controlado por una mentalidad de "fiebre del oro". Visite http://nanotech-now.com/ cualquier día de la semana para echarle un vistazo a la fiebre del oro en acción.

La nanotecnología deriva su nombre del nanómetro, una unidad de medida; la milmillonésima parte de un metro, la milésima parte de un micrómetro. El diccionario Oxford define la nanotecnología como "la rama de la tecnología que trata con dimensiones y tolerancias menores de 100 nanómetros, particularmente la manipulación de átomos y moléculas individuales".

En el año 2000, el Presidente Clinton creó la Iniciativa Nacional de la Nanotecnología (National Nanotech Initiative), la cual ahora recibe un financiamiento del nivel de $700 millones al año -el tercer programa público de investigaciones en los EE.UU., después de la lucha contra el cáncer y el programa de defensa antimisiles "star wars". (Ver SYMA #772 y #773.) En cada estado de los EE.UU., los proponentes de la nanotecnología están apropiándose del dinero de los contribuyentes para subsidiar "el próximo gran proyecto". Muchos estados esperan establecer su propio "Nano Valley" como un lejano oeste de negocios, inspirado en Silicon Valley cuando estaba en su mejor momento.

En marzo de este año, la revista Small Times dijo que los estados con el mayor potencial en nanotecnología son California, Massachusetts, Nuevo México, Arizona, Texas, Maryland, Nueva York, Illinois, Michigan y Pennsylvania, seguidos muy de cerca por Colorado, Nueva Jersey, Carolina del Norte, Ohio, Virginia y el estado de Washington [2]. La Fundación Nacional de la Ciencia predice que la nanotecnología será una industria de billones (10|12) (en los EE.UU.: 1 'trillón' = 1 billón) de dólares para 2015, en tan sólo 12 años [2]. La nanotecnología se nos está acercando a una velocidad vertiginosa.

Esta semana nos concentraremos tan sólo en un aspecto de la nanotecnología: los efectos de las nanopartículas -partículas de 100 nanómetros (0,1 micrómetros) de diámetro o menos- sobre el medio ambiente y sobre la salud humana. Como vimos en SYMA #772, la fabricación intencional de nanopartículas ya está en camino, y esta nueva industria se está preparando en todo el mundo. Las nanopartículas se conocen bajo diferentes nombres, tales como nanodots, nanotubos, buckyballs y buckminsterfullerenes, entre otros.

Según el Etc Group, el cual sigue el desarrollo de la nanotecnología con atención, se calcula que unas 140 compañías están produciendo nanopartículas en este momento en polvos, esprays y revestimientos protectores que están siendo utilizados en una variedad de productos, incluyendo cremas con protector solar, partes de automóviles, raquetas de tenis, lentes a prueba de rayas, telas con antimanchas, ventanas autolimpiantes y más [3, pág. 2]. Se ha reportado que Mitsubishi Chemical en Japón comenzó la construcción de una planta para fabricar nanotubos a un ritmo de 120 toneladas por año, con planes de aumentar la producción a 1500 toneladas por año para 2007 [4]. La agencia espacial del gobierno de los EE.UU., NASA, planea pasar los próximos cinco años aumentando la producción de nanotubos [1, pág. 50].

Una de las características más importantes de las nanopartículas es su inmensa proporción superficie/volumen. Mientras más pequeño es algo, más grande es su superficie en comparación con su volumen. Debido a que las nanopartículas son tan pequeñas, ellas tienen una superficie enorme en relación con su volumen. Las compañías de medicamentos están planeando tomar ventaja de aquellas grandes superficies -por ejemplo, cubriendo las nanopartículas con medicinas para transportarlas al interior de nuestras células con un objetivo específico. Mientras más pequeña es la partícula, mayor es la carga de medicinas que puede transportar (mayor en relación con el volumen de la partícula).

Desafortunadamente, el gran tamaño de la superficie de las pequeñas partículas también las hace peligrosas al menos por dos razones: primero, ya sólo las grandes superficies promueven la reacción del oxígeno con el tejido humano (o animal), creando radicales libres.

"Los radicales libres son átomos o grupos de átomos con un número impar de electrones y pueden formarse cuando el oxígeno interacciona con ciertas moléculas. Una vez que se forman estos radicales altamente reactivos, los mismos pueden comenzar una reacción en cadena, como el efecto dominó. Su principal peligro viene del daño que pueden hacer cuando reaccionan con componentes celulares importantes como el ADN o la membrana celular [la cubierta exterior de la célula]. Las células pueden funcionar mal o morir si esto sucede", explica el Dr. Mark Jenkins de la Universidad Rice [5].

Resumiendo, la gran superficie de las nanopartículas ofrece un sitio ideal donde pueden suceder reacciones con el oxígeno en las vías respiratorias y los pulmones, resultando en la formación de radicales libres con el subsecuente daño a la célula o la muerte celular, seguida por la inflamación.

El segundo peligro de las nanopartículas aparece cuando estas flotan libremente en el aire, donde su gran superficie proporciona un sitio pegajoso donde se adhieren los metales e hidrocarburos. Mientras menor es el tamaño de una partícula, mayor es la carga de metales e hidrocarburos que puede llevar (mayor en relación con el volumen de la partícula).

¿Qué sabemos acerca de los efectos de las nanopartículas sobre la salud?

Resulta ser que ya tenemos una buena cantidad de datos sobre los peligros de las nanopartículas transportadas por el aire -pero los investigadores no las llaman nanopartículas. Ellos las llaman partículas ultrafinas. Las nanopartículas y las partículas ultrafinas son la misma cosa -son partículas con un diámetro promedio de 100 nanómetros (0,1 micrómetros) o menos.

Por más de una década, los científicos han sabido que las partículas finas y ultrafinas en el aire crean calina y matan un gran número de seres humanos. Las partículas finas y ultrafinas son producidas por plantas de energía de combustible fósil, incineradores, hornos de cemento y motores diesel, entre otras fuentes. Ya en 1991, el Dr. Joel Schwartz de la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. (U.S. Environmental Protection Agency), ahora en Harvard, calculó que las partículas finas estaban matando a 60.000 personas en los EE.UU. cada año. Este espeluznante cálculo ha sido confirmado y reconfirmado desde entonces y ahora es ampliamente aceptado [6]. Las partículas finas se definen como aquellas que tienen un diámetro de 10.000 nanómetros (10 micrómetros) o menos. Las partículas ultrafinas son 100 veces más pequeñas que las partículas finas [6].

Hoy en día, los investigadores están estudiando las propiedades de las partículas ultrafinas y parece haber pocas dudas de que ellas son los principales asesinos en la calina. Estudios en Los Ángeles, California, revelan que las partículas ultrafinas son 10 a 50 veces más perjudiciales para el tejido de los pulmones, comparadas con las partículas finas más grandes [7].

Desde 1991, los científicos se han preguntado si las partículas finas y ultrafinas ocasionan daños ya sólo por su tamaño, o porque transportan metales e hidrocarburos muy adentro de los pulmones. Hoy en día los investigadores creen que, en el caso de las partículas ultrafinas, la respuesta es ambas razones.

La Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU.(U.S. Environmental Protection Agency, EPA) se refiere a las partículas finas como PM 10 (por "partícula de materia de 10 micrómetros o menos de diámetro"). Para 1996, la EPA se convenció de que las PM 2.5 (partículas con diámetros de 2,5 micrómetros [2500 nanómetros] o menos) eran muchísimo más peligrosas que las PM 10, y la agencia propuso reglas para controlar la contaminación del aire con PM 2.5. Las corporaciones demandaron inmediatamente en la corte para "quitarnos al gobierno de encima" y para cumplir con su deber fiduciario con los accionistas por todos los medios legales, aunque en este caso ese deber signifique matar a decenas de miles de ciudadanos anónimos cada año. En 2001, después de una batalla de 5 años en las cortes, la EPA ganó en la Corte Suprema de los EE.UU.; pero la agencia, escarmentada por los encuentros corporativos, ha archivado su plan para controlar la contaminación del aire con PM 2.5 [8].

Mientras tanto, se están acumulando nuevos estudios que muestran que las nanopartículas (partículas ultrafinas, las cuales según la terminología de la EPA serían PM 0.1) son con mucho las más peligrosas de todas.

La EPA no recopila datos sobre las nanopartículas de ninguna manera sistemática, y no ha anunciado planes para controlarlas. Mientras tanto, las corporaciones de nanopartículas y la NASA están acelerando operaciones industriales para fabricar partículas ultrafinas por toneladas. Pareciera que se está preparando el escenario para nuevos y grandes problemas y una escalada en las muertes.

El panorama continúa desarrollándose, pero las investigaciones actuales muestran que las nanopartículas en los pulmones causan la formación de radicales libres, los cuales a su vez causan enfermedades pulmonares y cardiovasculares. Además, las nanopartículas transportan metales e hidrocarburos cancerígenos muy adentro de los pulmones, donde exacerban el asma y otros problemas respiratorios serios. Además de esto, las nanopartículas combinadas con los metales pueden pasar directamente al cerebro, donde promueven la formación de placas amiloides cerosas, las cuales son la característica principal de la enfermedad de Alzheimer.

En Fresno, California, Kent E. Pinkerton de la Universidad de California en Davis estudió autopsias y encontró que "personas aparentemente robustas usualmente albergan daños en las vías respiratorias finas de sus pulmones, determinando las condiciones para las enfermedades respiratorias y cardiovasculares". Los bronquiolos estaban cicatrizados con fibrosis y un engrosamiento anormal, aparentemente causado por "los estragos de los radicales libres" [6, 9].

La subsiguiente exposición de ratas a partículas ultrafinas a los niveles encontrados en Fresno en un mal día revelaron muchas células muertas en los pulmones de las ratas, un gran número de células inflamatorias (neutrófilos), y la destrucción de macrófagos -que son las células que promueven la salud eliminando activamente el material extraño de los pulmones [10]. En otras palabras, las partículas ultrafinas matan las defensas naturales de los pulmones, después crean su propia forma única de daño, promoviendo los radicales libres, la muerte celular, la inflamación y eventualmente la enfermedad cardiovascular.

Los hallazgos de Pinkerton fueron confirmados por un estudio de los pulmones de mujeres no fumadoras en la Ciudad de México y en Vancouver, Columbia Británica, los cuales revelaron un extenso daño en los pulmones por la exposición al aire sucio de la Ciudad de México, pero no al aire de Vancouver. [4]. Las pequeñas vías respiratorias de las mujeres mexicanas "eran muy anormales", presentando fibrosis y engrosamiento.

El investigador Ken Donaldson de la Universidad de Edinburgo en Escocia ha estudiado partículas de dióxido de titanio puro y carbono puro. A un diámetro de 10 micrómetros, las mismas no causan daños a los pulmones de las ratas. Pero cuando son trituradas para producir partículas ultrafinas "fácilmente pueden producir inflamación en los pulmones", declaró a Science News [6, 12, 13]. En otras palabras, las nanopartículas de carbono, sin ningún contaminante pegado (como metales o hidrocarburos), causan daños a los pulmones por sí mismas. Ya sólo su tamaño es dañino.

Donaldson realizó experimentos similares con partículas ultrafinas de estireno puro, con resultados parecidos, demostrando que sólo el tamaño nanométrico ya es un peligro. Esto indica claramente que la producción de nanopartículas será una amenaza para los trabajadores, y cualquier partícula liberada en el aire exterior será una amenaza a la salud pública. Vale la pena señalar algo que es obvio: mientras más pequeñas se vuelven las partículas, más difíciles son de controlar y contener.

Las nanopartículas que flotan en el aire no seguirán siendo puras mucho tiempo. Los metales y los hidrocarburos (provenientes de fuentes de combustión como incineradores, hornos de cemento, plantas de energía de combustibles fósiles y motores diesel) cubrirán sus grandes superficies rápidamente.

Ahora se sabe que los efectos mortales de las partículas finas y ultrafinas no están restringidos a los pulmones, sino que también aparecen en el sistema cardiovascular y el cerebro. Renaud Vincent y sus colegas en Health Canada (el equivalente canadiense de los Institutos Nacionales de la Salud de los EE.UU.) aclaró el mecanismo de daño cardiovascular exponiendo a voluntarios sanos a niveles altos de partículas finas -los niveles que usted pudiera encontrar en una ciudad con el aire sucio [14, 15, 6].

Vincent encontró que la exposición a partículas ultrafinas duplica la concentración de una pequeña proteína (llamada endotelina) en la corriente sanguínea. La endotelina aumenta la presión sanguínea. La subida repentina en los niveles de endotelina puede ser tolerada por una persona sana, pero puede matar a una persona que sufra de aterosclerosis (endurecimiento de las arterias) [6].

Lo que es más importante, el pico en la concentración de endotelina sólo ocurre cuando las personas están expuestas a las partículas finas y ultrafinas que tienen metales o hidrocarburos pegados a ellas. Si las partículas son purificadas antes de que los seres humanos sean expuestos a ellas, ellas no tienen efecto sobre los niveles de endotelina. Por lo tanto, parece ser la combinación de partículas ultrafinas y metales y/o hidrocarburos lo que aumenta la endotelina.

Otros investigadores también han estado estudiando los efectos de las partículas finas y ultrafinas sobre la salud cardiovascular. Los científicos de la Escuela de Salud Pública de la Universidad de Harvard expusieron a perros a partículas finas y ultrafinas, y luego simularon ataques al corazón en los perros usando un globo implantado quirúrgicamente para cortar temporalmente una arteria coronaria. Los perros que habían respirado partículas ultrafinas no podían compensar la arteria bloqueada -lo que puede ayudar a explicar por qué los seres humanos que sufren ataques al corazón en días en los que el aire es malo tienen una mayor probabilidad de morir que las personas que sufren ataques al corazón donde el aire es más limpio [16].

Las enfermedades cardiovasculares y los ataques al corazón no son la única preocupación que surge de la exposición a las partículas finas y ultrafinas en el aire. Un equipo de investigación de la Universidad de Carolina del Norte que trabajaba con perros que vivían en Ciudad de México mostró que la exposición a la contaminación ultrafina del aire causa daño cerebral. Lilian Calderon-Garciduenas encontró que las partículas ultrafinas transportan metales tales como el vanadio y el níquel al cerebro de los perros a través de la nariz. Las partículas finas echan abajo las barreras que normalmente evitan que los contaminantes entren al cerebro [6, 17].

Frecuentemente se usan perros como modelos para estudiar los problemas cognoscitivos que aparecen en la vejez en los seres humanos. Algunos perros de 10 años y más desarrollan las placas cerosas características de la enfermedad de Alzheimer. El estudio de Calderon-Garciduenas de 200 perros en Ciudad de México revela que los animales que respiran partículas ultrafinas desarrollan placas cerosas de beta-amiloides en el cerebro antes de cumplir un año de edad [6, 17].

Calderon-Garciduenas le dijo a la escritora científica Janet Raloff que sus hallazgos son "definitivamente preocupantes" ya que ha estudiado las fosas nasales de seres humanos en Ciudad de México y encontró evidencias de ruptura del tejido nasal, similar a lo encontrado en los perros [6].

Los investigadores de la U.S. EPA y sus colegas en Alemania encontraron que los metales pegados a las partículas finas y las partículas ultrafinas exacerban enormemente el asma. Primero examinaron niños en una ciudad de Alemania donde el aire está contaminado con partículas finas y ultrafinas mezcladas con metales. Los niños de las ciudades mostraron reacciones alérgicas fuertes, comparados con los niños que viven en un pueblo rural de Alemania donde el aire es relativamente limpio. Los investigadores expusieron entonces a ratones a las dos clases de aire que estaban respirando los niños. Informaron que los ratones expuestos a partículas ultrafinas contaminadas con metales desarrollaron reacciones alérgicas y asmáticas fuertes en sus vías respiratorias [18].

Utilizando células pulmonares aisladas, los investigadores encontraron que las partículas ultrafinas del aire de Los Ángeles (a) transportan muchos más subproductos tóxicos de la combustión por unidad de peso que las partículas más grandes (no es de sorprender debido a la relación superficie-volumen); y (b) entran en las células y se fijan en las mitocondrias, las cuales son las fuentes de energía de las células. Las partículas ultrafinas convierten a las mitocondrias en "bolsas en mal estado de funcionamiento", matando las células a las que estaban proporcionando energía, dijo el investigador Andre Nel a Science News [7, 6].

Resumiendo, la industria de la nanotecnología y el gobierno de los EE.UU. están acelerando una nueva capacidad industrial para producir toneladas de partículas ultrafinas, muy parecidas a las partículas que ya se sabe matan a decenas de miles de personas en los EE.UU. cada año. El catálogo completo de daños por estas partículas aún no se ha determinado, pero ya sabemos que causan o agravan el asma y las enfermedades cardiovasculares, perjudican las vías respiratorias pequeñas de los animales, los seres humanos adultos y niños, transportan metales y subproductos de la combustión causantes de cáncer muy adentro de los pulmones y hasta al cerebro, donde promueven el crecimiento de placas amiloides relacionadas con la enfermedad de Alzheimer.

También sabemos que el sistema regulador actual ha demostrado ser incapaz de controlar la contaminación por partículas debido a la incesante oposición por parte de las corporaciones. Por ley, las corporaciones están obligadas a poner las ganancias delante de la salud pública, por lo tanto nunca podremos esperar que ellas hagan algo mejor de lo que están haciendo ahora, hasta que cambiemos la ley [19].

Evidentemente, en el caso de las nanopartículas, tenemos sospechas razonables de daños y nos queda algo de incertidumbre científica. Por lo tanto, tenemos el deber ético de actuar de manera preventiva. Si alguna vez ha habido un momento propicio para invocar el principio de la precaución, es éste [20].

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[1] Mihail C. Roco y William Sims Bainbridge, editores, Converging Technologies for Improving Human Performance (Washington, D.C.: National Science Foundation, junio de 2002. Disponible en http://rachel.org/library/getfile.cfm?ID=208 pero el archivo tiene un tamaño de 3.7 megabytes.

[2] Anónimo, "Small Times Magazine Names Top 10 Small Tech Hot Spots", Small Times 12 de marzo de 2003. Disponible en http://rachel.org/library/getfile.cfm?ID=298

[3] "The Little BANG Theory", ETC Group Communique #78 (marzo/abril 2003). Disponible en http://www.etcgroup.org/documents/comBANG2003.pdf .

[4] Jayne Fried, "Japan Sees Nanotech as Key to Rebuilding Its Economy", Small Times 7 de enero de 2002, págs. desconocidas. Disponible en http://rachel.org/library/getfile.cfm?ID=223 .

[5] Mark Jenkins, "Antioxidants and Free Radicals", 1996, disponible en http://www.rice.edu/--jenky/sports/antiox.html y en http://rachel.org/library/getfile.cfm?ID=299 .

[6] Janet Raloff, "Air Sickness", Science News Vol. 164, No. 5 (2 de agosto de 2003). Disponible en: http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=280 .

[7] Ning Li y col., "Ultrafine Particulate Pollutants Induce Oxidative Stress and Mitochondrial Damage", Environmental Health Perspectives Vol. 111, No. 4 (abril 2003), págs. 455-460. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=288 .

[8] Janet Raloff, "High court gives EPA a victory", Science News Vol. 159, No. 10 (10 de marzo de 2001), pág. 159.

[9] Kent E. Pinkerton y otros, "Distribution of Particulate Matter and Tissue Remodeling in the Human Lung", Environmental Health Perspectives Vol. 108, No. 11 (noviembre 2000), págs. 1063-1069. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=281

[10] Kevin R. Smith, "Airborne Particles of the California Central Valley Alter the Lungs of Healthy Adult Rats", Environmental Health Perspectives Vol. 111, No. 7 (junio 2003), págs. 902-908. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=282 .

[11] Andrew Churg y otros, "Chronic Exposure to High Levels of Particulate Air Pollution and Small Airway Remodeling", Environmental Health Perspectives Vol. 111, No. 5 (mayo 2003), págs. 714-718. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=283 .

[12] L.C. Renwick y otros, "Impairment of Alveolar Macrophage Phagocytosis by Ultrafine Particles", Toxicology and Applied Pharmacology Vol. 172 (2001), págs. 119-127. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=293 .

[13] D.M. Brown y otros, "Size-Dependent Proinflammatory Effects of Ultrafine Polystyrene Particles: A Role for Surface Area and Oxidative Stress in the Enhanced Activity of the Ultrafines", Toxicology and Applied Pharmacology Vol. 175 (2001), págs. 191-199. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=291 .

[14] Robert D. Brook y otros, "Inhalation of Fine Particulate Air Pollution and Ozone Causes Acute Arterial Vasoconstriction in Healthy Adults", Circulation Vol. 105 (2002), págs. 1534-1536. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=290 .

[15] Leo Bouthillier y otros, "Acute Effects of Inhaled Urban Particles and Ozone; Lung Morphology, Macrophage Activity, and Plasma Endothelin- 1", American Journal of Pathology Vol. 153, No. 6 (diciembre 1998), págs. 1873-1884. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=289 .

[16] Gregory A. Wellenius y otros, "Inhalation of Concentrated Ambient Air Particles Exacerbates Myocardial Ischemia in Conscious Dogs", Environmental Health Perspectives Vol. 111, No. 4 (abril 2003), págs. 402-408. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm? ID=284 .

[17] Lilian Calderon-Garciduenas y otros, "Air Pollution and Brain Damage", Toxicologic Pathology Vol. 30, No. 3 (2002), págs. 373-389. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=292 .

[18] Stephen H. Gavett y otros, "Metal Composition of Ambient PM 2.5 Influences Severity of Allergic Airways Disease in Mice", Environmental Health Perspectives Vol. 111, No. 12 (septiembre 2003), págs. 1471- 1477. Disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=285 .

[19] Robert Hinkley, "Twenty Eight Words to Redefine Corporate Duties", Multinational Monitor Vol. 23, Nos. 7 y 8 (julio/agosto 2002); disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=237 . Y asegúrese de ver también The Model Uniform Code for Corporate Citizenship, disponible en http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=236 .

[20] Sobre el principio de la precaución, ver http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=187 y http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=188 y http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=189 y http://www.rachel.org/library/getfile.cfm?ID=227 .

 

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