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INTRODUCCIÓN
La contaminación del agua con arsénico (As) es un problema de salud pública mundial 1, debido a la sobreexplotación de los mantos acuíferos y zonas mineras. Aproximadamente, la población con riesgo de exposición a concentraciones de arsénico superiores a 50 μg/l y a 10 μg/l de acuerdo a la Organización Mundial de la Salud (OMS) en Bangladesh es de 20 millones y 45 millones de personas, respectivamente 2,3. El consumo indirecto de agua contaminada con este metaloide se da principalmente en la preparación de alimentos, la irrigación de campos de cultivo y el consumo animal 4,5. La OMS y la Agencia de Protección Ambiental (EPA) establecieron un límite tolerable de 0,01 mg As/l en agua potable 6, mientras que para México se establece un valor límite permisible de 0,025 mg As/l en agua de consumo 7.
El As se puede incorporar al organismo por ingestión, inhalación o absorción a través de la piel. Más del 90% del As ingerido se absorbe en el tracto gastrointestinal. El metabolismo del As se da principalmente en el hígado y depende de varias reacciones de reducción y metilación 8,9,10. Su principal vía de excreción es renal y es variable entre personas, dependiendo de la concentración y el tiempo de exposición al As 11. El principal mecanismo de toxicidad del As propuesto es la generación de estrés oxidativo estudiado en modelos animales y en seres humanos 11,12,13.
Por otro lado, estudios tanto en animales como en seres humanos han mostrado el efecto benéfico de ciertos nutrimentos que intervienen en el metabolismo, en la excreción y en la protección del estrés oxidativo que genera este metaloide en el organismo 14,15. En animales, los estudios han reportado que una suplementación oral con cisteína, metionina, vitamina C y tiamina en ratas expuestas a As disminuyó su concentración en sangre, hígado y riñones, y se asoció a una disminución del estrés oxidativo causado por el metaloide 14. Otros estudios en población adulta con exposición a As encontraron una mayor probabilidad de lesiones dermatológicas por exposición a As asociada a bajo consumo de proteínas, calcio, fibra y ácido fólico 16, y con la ingestión de cisteína, metionina, calcio, proteínas y vitamina B12 se asoció una menor concentración de As inorgánico en orina 17. El folato juega un papel importante en el metabolismo del As y en un estudio en población adulta, a quienes se les suplementó con 400 µg/dl de ácido fólico durante 12 semanas, se logró una disminución media en la concentración de As sanguíneo y urinario 18,19.
En el estado de Guanajuato 4,18,19 se han reportado varios estudios en comunidades expuestas al arsénico y, a pesar de la comunicación del riesgo y de saber la problemática, la mayoría de la población sigue manifestando consumir agua de la llave sin tratamiento alguno, derivado de los costos y el acceso económico que implica adquirir agua potable. La población infantil y adolescente es la más vulnerable, al estar en crecimiento y desarrollo con cambios hormonales que determinan cambios en el peso, la talla y la distribución grasa, así como en la madurez neuronal con requerimientos clave (hierro, cinc, proteínas, vitaminas del complejo B, etc.). De acuerdo a Rodríguez-Barranco y cols., por cada incremento del 50% en la concentración de As en agua de consumo humano, podría haber una disminución aproximada de 0,5 puntos en el coeficiente intelectual de jóvenes de entre cinco y 15 años y con varios efectos en la salud mental 20.
Existen factores ambientales a los cuales el ser humano en ocasiones no puede evitar exponerse, como es el caso de los tóxicos ambientales. Las consecuencias para la salud de la exposición al As van desde el cáncer hasta enfermedades cardiometabólicas, aunado a las alteraciones en el crecimiento y desarrollo que se presentan en este grupo de edad. Por lo anterior, el objetivo de este trabajo fue analizar el efecto de una suplementación multivitamínica sobre el estado nutricio y la excreción del As en adolescentes expuestos a agua de consumo contaminada con este metal, además de evaluar otras variables nutricionales.
MATERIAL Y MÉTODOS
Se trata de un estudio de intervención de corte longitudinal para valorar la eficacia de una suplementación de vitaminas y minerales sobre la exposición a arsénico en agua de consumo, en 45 adolescentes entre 12 y 15 años de edad, de una secundaria, originarios de la comunidad rural Valencianita, en el municipio de Irapuato, Guanajuato. El estudio se llevó a cabo durante los meses de mayo a julio de 2015 y los adolescentes aceptaron participar voluntariamente en el estudio una vez firmado el consentimiento informado (padres) y el asentimiento (jóvenes).
Se calculó un tamaño de muestra para detectar una diferencia de al menos un 40% en la excreción urinaria de arsénico antes y después de la intervención, considerando un alfa de 0,5, un beta de 0,20 y una potencia de 0,80 y estimando, además, que el promedio de depuración de arsénico en una medición previa fue de 71,3 ± 56 µg (análisis piloto). Se había establecido una duración de 12 semanas para la intervención de acuerdo con los estudios de Gamble y cols. 16,17, pero se decidió suspender la intervención a las cuatro semanas dado que el incremento en la excreción de arsénico urinario fue significativo a partir de la segunda semana y se mantuvo hasta dos semanas después.
El muestreo fue por simple disponibilidad. Se consideró que los jóvenes presentaran un tiempo de residencia en la comunidad de al menos tres años y estar expuestos a una concentración de arsénico en agua de pozo (agua de consumo) superior a 0,025 mg/l (NOM-127-SSA1-1994) 7. No se incluyó a quienes presentaran alguna enfermedad hepática o renal o estuvieran tomando algún suplemento vitamínico, o de proteínas o cualquier nutrimento. Asimismo, la falta de medición inicial o final de las variables de estudio fue motivo de exclusión.
El estudio fue aprobado por el Comité Técnico de Investigación y Ética del Hospital de Especialidades Materno Infantil de León, Guanajuato. De forma semanal y por cuatro semanas se analizaron: el arsénico en agua de pozo y en la orina de los jóvenes, la antropometría, el consumo dietético y la hemoglobina.
SUPLEMENTACIÓN
Se proporcionó un multivitamínico en polvo elaborado por un fabricante externo al estudio, a una dosis de 0,75 gramos al día a cada participante. Se pidió a las madres de cada participante apoyar con el aporte del suplemento para el logro de la adherencia al mismo y se proporcionaron y explicaron las instrucciones de uso y el horario de prescripción de acuerdo a las recomendaciones del fabricante. El contenido nutrimental del suplemento se describe en la Figura 1.
Se ofreció una orientación alimentaria verbal, de forma semanal, para llevar una alimentación de acuerdo al Plato del Bien Comer (NOM-043-SSA2-2012) 21.
DETERMINACIÓN DE ARSÉNICO EN AGUA Y ORINA
Se procedió a analizar el agua de la localidad un mes antes de iniciar el estudio de forma semanal así como durante las cuatro semanas del estudio. La concentración de arsénico en agua se determinó a través de la técnica de generación de hidruros usando el equipo Arsenator®: Digital Arsenic Test Kit de Wagtech WTD. El rango de detección del Arsenator® es de 0 a 100 µg/l. El muestreo del agua se realizó de acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-230-SSA1-2002 22 y la interpretación fue acorde a la NOM-127-SSA1-1994 7. El agua de garrafón no se midió debido a que se consideró proveniente de agua con tratamiento para su venta.
La concentración de arsénico urinario se determinó con la técnica de espectrofotometría de absorción atómica por generación de hidruros con un espectrómetro Analist 100 de la marca Perkin-Elmer® (Waltham, MA, USA). Como control de calidad, se determinó el arsénico urinario en muestras de orina liofilizada. El límite de detección de arsénico fue de 1,5 μg/dl. Las concentraciones de arsénico urinario se ajustaron a los valores de creatinina urinaria, la cual se determinó con el método colorimétrico de Jaffe.
EVALUACIÓN ANTROPOMÉTRICA
Fueron obtenidos el peso, el porcentaje de grasa corporal, la masa grasa y la masa muscular o libre de grasa con la técnica de impedancia empleando la báscula InBody® R20; las circunferencias de brazo, cintura, abdomen y cadera, con una cinta de fibra de vidrio Gulick; y la talla, con un estadímetro marca Seca®. Las medidas fueron obtenidas con la técnica de Lohman y cols. 23. Con el peso y la talla se obtuvo el IMC y se clasificaron en obesidad, sobrepeso o peso adecuado, así como las tablas de referencia de la OMS y su respectivo software WHO Anthro Plus®; para la interpretación de los datos 24 se consideró un IMC adecuado entre ≥ -2 a +1 desviación estándar (DS), obesidad > +2 DS, sobrepeso con > +1 a ≤ +2 DS y delgadez (desnutrición) con < -2 DE. Se estimó talla baja para la edad cuando fue ≥ -2 DE y la circunferencia del brazo fue adecuada de la P10 a la P90.
EVALUACIÓN DE HEMOGLOBINA
Se determinó la concentración de hemoglobina en sangre capilar por fotometría utilizando un analizador Hb 201 de la marca HemoCue®, con un rango de detección de 0 a 24,6 g/dl.
EVALUACIÓN DIETÉTICA
Para conocer el consumo nutrimental de forma semanal, se aplicó un recordatorio de 24 horas y se procedió a analizar energía, proteínas, hidratos de carbono, lípidos, azúcares, fibra, vitamina C, vitamina E, vitamina B2, ácido fólico, vitamina B12, hierro y selenio con el software nutricional NutriKcal®. Se consideró un consumo adecuado cuando el porcentaje de adecuación estuvo entre el 90% y el 110% de la ingesta diaria recomendada (IDR). Para conocer los alimentos de mayor consumo, se procedió a aplicar una frecuencia semanal de consumo de alimentos. Asimismo, se interrogó acerca de la fuente del consumo de agua tanto en la escuela como en la casa.
ANÁLISIS ESTADÍSTICO
Para el análisis estadístico se utilizó el programa SPSS® v20.0. Se aplicó estadística descriptiva y la prueba de normalidad de Shapiro-Wilk. La comparación de variables basales y finales se realizó con la prueba t de Student para muestras relacionadas y la prueba de rangos de Wilcoxon. La diferencia de variables entre sexo se determinó con la prueba t de Student para muestras independientes y la prueba U de Mann-Whitney. Se realizó una correlación de Pearson y prueba de Spearman, entre el consumo nutrimental y las variables antropométricas con la excreción de arsénico en orina. Para conocer el efecto del tratamiento, se calculó un análisis de riesgo y un número necesario a tratar. Con un valor de p menor a 0,05 y una potencia del 80%, con intervalos de confianza del 95%.
RESULTADOS
Se estudió un total de 45 adolescentes, 28 (62%) hombres y 17 (37%) mujeres; la mediana de edad fue de 13 años (rango de 13 a 14 años). El resto de las características se presenta en la Tabla 1. Para la cuarta semana la muestra se redujo a 30 adolescentes, debido a la falta de adherencia o por no cumplir con los criterios para seguir en el estudio.
Tabla I. Características basales y generales de la población estudiada
NS: no significativo; Cr: creatinina.
*n = 41.
CONCENTRACIÓN ARSÉNICO EN AGUA DE CONSUMO HUMANO
La concentración de As en agua de la llave de la localidad, antes de iniciar el estudio, fue de 88 µg/l, > 100 µg/l, 90 µg/l y 77 µg/l, para la primera, segunda, tercera y cuarta semana respectivamente. Mientras que las concentraciones de As durante las cuatro mediciones a lo largo del estudio fueron > 100 µg/l, 85, > 100 y > 100 respectivamente, con un promedio de 96,2 ± 7,5 µg/l.
Al inicio del estudio, el origen del agua de consumo para beber de los participantes fue de garrafón en un 64,4% y en menor proporción de la llave (11%), y el resto tuvo un consumo mixto de agua de garrafón como agua de la llave (24,4%), sin diferencias significativas entre hombres y mujeres (> 0,05). Al analizar la fuente de agua que se utilizaba en la preparación de alimentos en sus hogares, todos los participantes refirieron que en casa se utilizaba agua de la llave en la preparación de alimentos y el aseo diario.
La concentración de arsénico urinario mostró un incremento significativo en la excreción al comparar la medición basal con la primera y segunda intervención (p < 0,05), siendo constante y mayor en las mujeres. No se encontraron diferencias significativas en la concentración de arsénico urinario en hombres y mujeres con el resto de las semanas de intervención (Tabla 2 y Fig. 2).
Tabla II. As total y ajustado por Cr durante la intervención
As: arsénico; Cr: creatinina. Los valores de As total mostraron diferencia significativa entre semanas de intervención: p < 0,05. Los valores de As ajustado por Cr no mostraron diferencia significativa entre semanas de intervención: p > 0,05. Comparación de µg As/g Cr entre semanas por pares según prueba de rangos de Wilcoxon: 0 vs. 1: p < 0,05; 1 vs. 2: p < 0,05; 2 vs. 3: NS; 3 vs. 4: NS; 0 vs. 4: NS.
Figura 2. A. Concentración de AsU por sexo y por semana de suplementación. B. Mediana de concentración de AsU en hombres (línea continua) y mujeres (línea discontinua). Las comparaciones entre sexos se realizaron con la prueba U de Mann-Whitney, las comparaciones entre semana de intervención se realizaron con la prueba de rangos de Wilcoxon y la prueba de Friedman. *Diferencia significativa: p < 0,05. **Diferencia significativa: p < 0,001.
EVALUACIÓN ANTROPOMÉTRICA Y DIETÉTICA
En los datos basales, de acuerdo a IMC/edad, la mayoría de los participantes fueron diagnosticados dentro de los rangos adecuados (53,3%); el resto fue clasificado con sobrepeso, obesidad y delgadez. Se encontró una diferencia significativa en la masa muscular, que fue mayor en los hombres (hombres 24,32 ± 3,83 vs. 18,34 ± 3,58 en mujeres, respectivamente) y un mayor porcentaje de grasa corporal en las mujeres (mujeres 27,4% vs. 17,2% en hombres) (p < 0,05) (Tabla 3).
EVALUACIÓN DE LA HEMOGLOBINA
Los niveles de hemoglobina basales se encontraron dentro de los valores normales tanto para hombres como para mujeres (Tabla 1, pero con la suplementación de cuatro semanas y al comparar las variables anteriores (basal) con la evaluación final, se encontró un incremento en los niveles de hemoglobina de casi un gramo (Tabla 3). La frecuencia de anemia disminuyó con la suplementación de cuatro semanas.
Respecto al análisis nutrimental basal (Tabla 4), se encontró una diferencia significativa para un mayor consumo energía y de hidratos de carbono en hombres que en mujeres (p < 0,05).
El consumo basal entre hombres y mujeres se encontró por debajo de las IDR (mayor al 10%) para el consumo de proteínas, fibra, vitamina B2, vitamina B12 y selenio, y se observó un déficit mayor al 50% en el consumo de vitamina B6, vitamina C, ácido fólico y vitamina E.
Para el caso de las mujeres (Tabla 4), se encontró un déficit mayor al 10% en el consumo de energía, proteínas, hidratos de carbono, fibra, vitamina B2 y hierro, y un consumo menor del 50% para la vitamina B6, vitamina C, ácido fólico y vitamina E, así como un consumo de colesterol elevado en mujeres. La alimentación estuvo integrada por frijoles, tortillas, plátano, refresco y un bajo consumo de verdura.
CONSUMO NUTRIMENTAL Y SU CORRELACIÓN CON LA EXCRECIÓN DE ARSÉNICO EN ORINA
Para los datos basales a la primera semana de intervención, se encontró una correlación con el consumo de fibra (r = 0,37, IC = 0,06-0,61, p = 0,019) y la excreción de arsénico urinario (p < 0,05) (Fig. 3), para la segunda semana fue con la vitamina E (r = 0,95, IC = 0,11-0,68, p = 0,010), y para la tercera semana fue el selenio (r = 0,34, IC = -0,04 a -0,59, p = 0,027). Sin embargo, estas correlaciones no fueron observadas en las semanas posteriores de forma homogénea. El consumo nutrimental semanal fue constante (Tabla 4).
Figura 3. A. Correlación entre consumo de fibra y excreción de AsU al final de la intervención; prueba de Spearman (r = 0,41, p < 0,05). B. Correlación entre consumo de vitamina B6 y excreción de AsU al final de la intervención; prueba de Spearman (r = -0,41, p < 0,05).
Al realizar una correlación con las variables antropométricas y la excreción de As por semana, se encontró una correlación significativa con la masa libre de grasa en la segunda semana (r = -0,48, IC = -0,11/-0,72, p = 0,012), en la tercera (r = -0,43, IC 0-0,12/-0,66, p = 0,0075) y en la cuarta (r = -0,43, IC = -0,12/-0,66, p = 0,0075); para el porcentaje en masa grasa se encontró una correlación en la segunda (r = 0,41, IC = 0,09/-0,64, p = 0,011) y en la tercera semana (r = 0,39, IC = 0,29/-0,66, p = 0,035).
Considerando los valores basales como controles, se realizó un análisis de riesgo que mostró una mejoría en la excreción de arsénico urinario del 13% de los valores basales a la primera semana. La mejoría en el aumento de excreción del arsénico fue de RR = -0,64 (IC 95%, 0,34-1,20), con una reducción del riesgo de 0,36 (IC 95% -0,20-0,66), lo que indica que para aumentar la excreción de arsénico urinario se requiere tratar al menos siete pacientes (NTT = 7, IC 95%, 3,13 a -20). Solo se realizó con estas dos mediciones, donde se pudo encontrar una menor variabilidad en el intervalo de confianza.
DISCUSIÓN
Las determinaciones de arsénico en el agua de la llave de la localidad de estudio revelan concentraciones de dos a cuatro veces mayores de lo permitido de acuerdo a la Norma Oficial Mexicana, que establece una concentración menor a 0,25 mg/l (NOM-127-SSA1-1994) 7. Son bien conocidas las repercusiones a la salud con la exposición crónica a concentraciones elevadas de arsénico en el organismo 25.
Los participantes refirieron consumir en un 11% agua de la llave y el 24,4%, tanto agua de garrafón como de la llave. A pesar de que la población fue alertada de las concentraciones del metaloide, la mayoría refirieron que en sus casas se usó agua de la llave para preparar alimentos sometidos a cocción. En un estudio previo cuyo objetivo fue describir otras fuentes de exposición al As, se encontró que se utilizaba para preparar alimentos y agua de sabor o fruta el agua directa de la llave sin ningún otro proceso, debido a los conocimientos que tienen sobre la desinfección del agua que resuelve un aspecto microbiológico pero no toxicológico 3,4,5.
De acuerdo al IMC, un 42% presentó sobrepeso y obesidad. La cantidad de masa muscular fue mayor en los hombres que en las mujeres, como es conocida esta diferencia, y se halló un mayor porcentaje de grasa corporal en las mujeres (mujeres 27,4% vs. 17,2% en hombres). Se conoce que la presencia de obesidad genera un proceso inflamatorio aunado a la exposición al As 25. Un IMC elevado se ha asociado con alteraciones en el metabolismo y en la excreción del As. Una limitante del estudio fue que no se realizó especiación del As, ya que se conoce que las mujeres tienen una mejor capacidad de metilación que los hombres 26,27,28,29 debido a la relación entre las hormonas sexuales, un donador importante de grupos metilo, además de la SAM, es la colina, cuya secreción se ve influenciada por la presencia de estrógenos. Por lo tanto, podría esperarse un mayor riesgo de toxicidad en los hombres. Por otro lado, se ha propuesto que la expresión genética para las metiltransferasas disminuye con la edad y es afectada por otros contaminantes ambientales (tabaco y alcohol, entre otros) 27,28. Pero pudiera discutirse que de acuerdo a lo anterior se podría indicar que, a pesar de que existe una exposición crónica al As, los adolescentes podrían realizar una mejor metilación que la población adulta 29,30,31.
El consumo nutrimental basal se encontró bajo de acuerdo a las recomendaciones para las proteínas, vitamina B6, vitamina C, ácido fólico, vitamina E y hierro en mujeres. Para el caso de la vitamina B6 y el ácido fólico, son nutrimentos esenciales para la formación de metionina, que a su vez se requiere en el metabolismo del As y en la formación del cofactor SAM, parte del proceso de metilación del arsénico. Por otra parte, nutrimentos como la vitamina C y la vitamina E son antioxidantes reconocidos en reducir el daño oxidativo causado por el arsénico. El aporte nutrimental mejoró con la suplementación. Para el caso de la hemoglobina, aumentó casi un gramo durante las cuatro semanas de tratamiento 31,32 así como los polifenoles presentes en algunos de los componentes del multivitamínico (extracto de brócoli, arándano, etc.), los cuales, si bien no tuvieron un efecto importante en la excreción del arsénico, pueden brindar protección al organismo frente al estrés oxidativo que se esté produciendo por la exposición al arsénico en estos adolescentes 32.
Al inicio del estudio se encontró una concentración de 43,2 (30,8-117,6 µg/l) y se conoce que por cada incremento del 50% en la concentración de arsénico, ya sea en orina o en agua, podría haber una disminución aproximada de 0,5 puntos en el coeficiente intelectual de jóvenes de entre cinco y 15 años 20. Aunque en este estudio la población no mostro las alteraciones nutricionales típicas de la exposición crónica al arsénico, esto no descarta la presencia de complicaciones subclínicas que no se evaluaron en este estudio 25.
Las correlaciones con las concentraciones de As y el consumo nutrimental solo se encontraron para la fibra, la vitamina E y el selenio. En relación a la fibra, una deficiencia en su consumo se asocia a mayor probabilidad de aparición de lesiones dermatológicas ya que la fibra podría disminuir la absorción de arsénico en el tracto gastrointestinal 14,32,33. El consumo de fibra se incrementó durante el estudio para la segunda y tercera semana, donde la excreción del arsénico también fue mayor. Los adolescentes mostraron un consumo constante de leguminosas como frijoles, tortillas y plátano, además del aporte de fibra del suplemento. Estos alimentos son ricos en fibra soluble (fructooligosacáridos), que se conoce funge como prebiótico, y por ende ayudan a un mejor metabolismo del As 32,33. Por otro lado, los frijoles tienen en su composición nutrimental sustancias antioxidantes como la melatonina y compuestos fenólicos, que pueden disminuir el estrés oxidativo que esté generando el arsénico en el organismo 34.
Se observó también un consumo alto de refresco, cuyos efectos para el desarrollo de la obesidad son bien conocidos, como se observó en este estudio 35. El consumo de frutas y verduras fue semejante a lo encontrado en un estudio realizado en otra población de Guanajuato 18, lo que representa que bajo consumo de antioxidantes, que tienen un papel importante en el metabolismo del As.
Este es el primer estudio que aborda el análisis del efecto de una suplementación de vitaminas y minerales de cuatro semanas, integrando variables dietéticas y nutricionales. Así pues, se deberá seguir estudiando la interacción de la dieta y el medio ambiente, así como la integración de problemáticas como el sobrepeso, la obesidad y la anemia principalmente.
CONCLUSIÓN
La suplementación de vitaminas y minerales durante cuatro semanas mejoró el estado nutricio al aumentar en promedio 1 g/dl los valores de hemoglobina y mejoró el consumo de fibra, ácido fólico, vitamina B2, B6, B12, E, C y selenio, así como de hierro, nutrimentos clave para una mayor protección de estrés oxidativo y excreción del As, y cuyo efecto se observó en la primera y segunda semana de intervención. Hubo una disminución en la grasa corporal y un incremento de la masa muscular de la segunda a la cuarta semana. Estos hallazgos podrían ser considerados como indicadores importantes no solo de crecimiento y desarrollo en los adolescentes sino, además, en la protección contra los tóxicos ambientales en la adolescencia. Promover una alimentación saludable en los adolescentes deberá seguir siendo una prioridad, sobre todo ante la probabilidad de aumentar la excreción al arsénico y la protección hacia el estrés oxidativo que genera este metal en las poblaciones expuestas.
