CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS Y SU VIGILANCIA

Emiliano Aránguez (1), José María Ordóñez (1), Javier Serrano (2), Nuria Aragonés (1), Rosalía Fernández-Patier (3), Ana Gandarillas (1) e Iñaki Galán (19
(1) Consejería de Sanidad y Servicios Sociales. Comunidad de Madrid.
(2) Consejería de Medio Ambiente, Junta de Andalucía.
(3) Centro Nacional de Sanidad Ambiental. Instituto de Salud Carlos III.

Correspondencia:
Emiliano Aránguez Ruiz
Servicio de Sanidad Ambiental y Antropozoonosis ]]> Consejería de Sanidad y Servicios Sociales
C/ O=Donnell 52, piso 31
28009 Madrid.

AMe parece que vi a un grajo azul volando esta mañana. Pero el smog
era tan denso que resultó ser un cardenal aguantando la respiración.@
Michael J. Cohen

Se entiende por contaminación atmosférica Ala presencia en el aire de materias o formas de energía que impliquen riesgo, daño o molestia grave para las personas y bienes de cualquier naturaleza@¹. Siempre ha existido contaminación atmosférica de origen natural, por erupciones volcánicas, incendios, tormentas de arena, descomposición de la materia orgánica o polen, pero es a partir del descubrimiento del fuego por el hombre cuando aparece la contaminación atmosférica antropogénica o contaminación atmosférica en sentido estricto², la cual ha cobrado importancia, sobre todo, a partir de la revolución industrial y el uso masivo de combustibles fósiles como fuente de energía³.

Aunque se puede originar contaminación atmosférica por escapes o arrastres de gases u otro material volátil, almacenado o utilizado de diversas formas, la principal fuente de contaminación son los procesos que implican combustión, al producirse la oxidación de los distintos elementos que componen los combustibles, las materias primas y el aire.

Así pues, los contaminantes pueden clasificarse desde su propia génesis. El carbono presente en los combustibles y el nitrógeno del aire, al oxidarse en los procesos de combustión, generan dióxido de carbono (gas no tóxico pero con importantes efectos indirectos sobre el medio ambiente y la salud, por su contribución al recalentamiento global) y óxidos de nitrógeno respectivamente. Otros elementos constituyentes de los combustibles y materias primas determinan la emisión de partículas, óxidos de azufre, compuestos orgánicos volátiles (COV), dioxinas, furanos, etc. Por su parte, procesos de combustión incompletos generan la emisión de monóxido de carbono, partículas y bifenilos policlorados, entre otros.

Las fuentes de emisión de contaminantes atmosféricos de origen antropogénico pueden ser puntuales, generalmente fijas y de gran caudal de emisión, como es el caso de las grandes factorías aisladas de otras instalaciones industriales, o pueden ser zonales, es decir, una mezcla de fuentes fijas y móviles de diferente entidad y agrupadas en el espacio, donde vienen a coincidir también con la población que sufre los efectos de la contaminación⁴.

Sin embargo, el conocimiento de los contaminantes y de las fuentes de emisión no abarca el complejo proceso de la contaminación atmosférica. Las características estructurales y dinámicas de la atmósfera y las características morfológicas del terreno determinan la dispersión de los contaminantes en el espacio y su evolución temporal. La dispersión configura la diferente concentración de contaminantes en la atmósfera (inmisión) en la zona de influencia de la fuente emisora. La evolución de los contaminantes conlleva la aparición de otros nuevos no emitidos por la fuente directamente: son los contaminantes secundarios, como el ozono formado a partir de los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles en presencia de la luz solar, o el ácido sulfúrico formado a partir de la oxidación del dióxido de azufre.

Aunque la determinación de la exposición individual depende de múltiples factores (ritmos de actividad, relación entre exposición en ambientes exteriores y ambientes interiores, laborales y no laborales), se puede afirmar que el conocimiento de los valores de inmisión en el aire ambiente nos acerca al de la dosis a la que está expuesta la población posibilitando el estudio de sus efectos en salud. Este hecho ha justificado históricamente el control y la vigilancia de los niveles de inmisión de contaminación atmosférica.

PRINCIPALES CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

El dióxido de azufre y las partículas derivadas de la oxidación de combustibles fósiles son los principales contaminantes atmosféricos urbanos del mundo y, por ello, los más estudiados, tanto dentro como fuera de España. El presente artículo contempla, además del dióxido de azufre (SO₂) y las partículas, otros contaminantes de interés: el monóxido de carbono (CO), el dióxido de nitrógeno (NO₂ ) y el ozono (O₃). Para todos ellos, las fuentes de emisión antropogénicas y concentraciones de fondo conocidas aparecen en la tabla 1.

Las redes de vigilancia de la contaminación atmosférica miden valores de inmisión, es decir, la concentración en el aire de cada contaminante. Las medidas más usadas para expresar esta concentración son los mg/m³ o los mg/m³, aunque también se usan las partes por millón (ppm), por lo que se presentan las equivalencias en la tabla 2.

Las medidas de los contaminantes en el aire, aunque se realicen de forma continua, se expresan en promedios, dependiendo de los objetivos que se planteen. En relación con la exposición crónica, se utilizan promedios anuales, de 24 horas, o de ocho horas para los contaminantes con mayor oscilación a lo largo del día (CO y O₃). Los promedios diarios, pese a haber sido los más utilizados, ya sólo se aplicarán en la futura normativa europea a las partículas y al SO₂. En relación con las exposiciones agudas se utilizan los valores máximos horarios o, incluso, de 30, 15 o 10 minutos.

A continuación se comentan brevemente algunas características de los principales contaminantes atmosféricos.

Partículas en suspensión

El término "partículas en suspensión" abarca un amplio espectro de sustancias sólidas o líquidas, orgánicas o inorgánicas, dispersas en el aire, procedentes de fuentes naturales y artificiales. La definición de partículas se suele establecer en términos de la velocidad de depósito de las mismas. En este sentido, se denominan "partículas en suspensión" aquellas con diámetros desde muy por debajo de 0,1mm hasta 5-10mm, que permanecen suspendidas durante horas o días; las partículas más grandes caen rápidamente cerca de la fuente que las produce. Otra forma de distinguirlas se refiere a los diferentes métodos usados en su vigilancia de rutina. Se habla de "humos negros" en el caso de partículas con capacidad de tiznar (refiriéndose sólo a la sustancia oscura característica de la combustión incompleta del carbón y de los hidrocarburos) y "total de partículas en suspensión" para las observaciones que se basan directamente en el peso, pudiéndose filtrar por tamaños (por ejemplo, la medición se referirá a PM₁₀ o PM_2,5 si pasan a través de un orificio de entrada calibrado con un rendimiento de separación de 50% para un diámetro aerodinámico de 10 mm o 2,5 mm respectivamente).

Los elementos que encontramos en las partículas varían mucho según las fuentes locales, pero, en general, los principales componentes son carbono, material alquitranado (hidrocarburos), material soluble en agua, como el sulfato de amonio, y material insoluble conteniendo pequeñas cantidades de hierro, plomo, manganeso y otros elementos, como por ejemplo, los polen.

La revisión de las guías de calidad del aire de la OMS⁵, así como la futura normativa europea (tabla 5), establecen límites referidos a PM₁₀ o PM_2,5, fracción respirable de las partículas. Especial importancia tienen estos últimos, por estar asociados con compuestos más tóxicos⁶.

Dióxido de azufre

Las guías de la OMS de calidad del aire para Europa recomiendan no superar concentraciones medias diarias de 125mg/m³ de SO₂, con máximos de 10 minutos de 500 mg/m³ y valores medios anuales de 50 mg/m³ (5).

Dióxido de nitrógeno

El nitrógeno es un gas sin olor, color ni sabor, que constituye el 78% del aire. Aunque en condiciones normales no es perjudicial para la salud, se puede combinar con oxígeno para formar diversos óxidos de nitrógeno. La importancia biológica del óxido nítrico (NO) y del dióxido de nitrógeno (NO₂) es la mejor estudiada; ambos se consideran contaminantes ambientales, y son los más abundante óxidos de nitrógeno producidos por el hombre en áreas urbanas⁸. Tanto el NO como el NO₂ se producen de forma natural en cantidades muy superiores a las generadas por la actividad humana, pero al estar distribuidos sobre toda la superficie terrestre, las concentraciones atmosféricas resultantes son muy pequeñas.

La química atmosférica de los óxidos de nitrógeno es muy compleja. La mayoría de las combustiones liberan sobre todo óxido nítrico, el cual se convierte fácilmente en dióxido de nitrógeno en la atmósfera. La oxidación del NO a NO₂ por oxidantes atmosféricos como el ozono, ocurre rápidamente, siendo ésta una de las principales rutas de producción de NO₂⁹. El NO₂ es también un importante contaminante del aire en ambientes interiores, debido al tabaco y a fuentes de combustión de gas inadecuadas o mal ventiladas.

Las guías de la OMS de calidad de aire para Europa⁹ recomendaban no superar valores horarios de 400 mg/m³ y medias diarias de 150 mg/m³, si bien estos valores van a ser rebajados a 200 mg/m³ y entre 40 y 50 mg/m³ respectivamente⁵, criterios recogidos en la propuesta de la nueva Directiva de la Unión Europea¹⁰ (tabla 5).

Monóxido de carbono

El monóxido de carbono es un gas incoloro, inodoro e insípido, ligeramente menos denso que el aire. En la naturaleza se genera CO en la producción y degradación de la clorofila, mientras que su origen antropogénico se sitúa en las combustiones incompletas. Este contaminante se combina con la hemoglobina en los glóbulos rojos de la sangre y forma carboxihemoglobina (COHb), siendo la afinidad de la hemoglobina por el CO unas 250 veces mayor que por el O₂. La formación de COHb disminuye la capacidad de la sangre de transportar O₂ y además aumenta la afinidad de los lugares de unión del O₂ por el mismo, lo que interfiere con su liberación en los tejidos y produce hipoxia y alteraciones del funcionamiento celular (en las neuronas, en las células del corazón y de otros músculos). Esto conlleva efectos psicológicos y cardiovasculares (aterosclerosis, arritmias). La exposición crónica a CO induce la aparición de fenómenos adaptativos tipo aumento del número de glóbulos rojos, del volumen sanguíneo y el tamaño del corazón.

Para el monóxido de carbono, los valores máximos recomendados^5,9 son concentraciones medias en 8 horas de 10 mg/m³ y valores máximos horarios de 30 mg/m³.

Ozono

El O₃ es un contaminante secundario formado en la atmósfera a través de una compleja serie de reacciones químicas de los contaminantes primarios o precursores (óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles -COV-, fundamentalmente hidrocarburos no metánicos) en presencia de oxígeno atmosférico y luz solar. Sin embargo, estos elementos por sí solos no son suficientes para producir niveles elevados de ozono, los cuales aparecen generalmente cuando las condiciones metereológicas son adecuadas (temperaturas que exceden los 27-321 C, mucha luz y ausencia de viento). En la troposfera no contaminada, los COV de origen natural interaccionan con óxidos de nitrógeno (NO_X) y O₂ para formar O₃, aunque a bajos niveles, aún cuando las condiciones ambientales no son favorables (bajas temperaturas, poca luz solar y mucho viento), como ocurre típicamente en invierno. En los meses de verano, cuando las condiciones de formación de O₃ son favorables, sus niveles aumentan en áreas rurales aisladas. Las reacciones químicas esquematizadas son las siguientes¹¹:

NO₂ º NO+O

O+O₂ º O₃

NO+O₃ º NO₂+O₂

Existe un equilibrio en una serie de reacciones cíclicas entre el O₃, O₂, O, NO₂ y NO, que explica que las medidas de O₃ sean menores en el centro de las ciudades (donde hay importantes emisiones de NO de automóviles, fuentes industriales, etcétera) que en áreas rurales. Además, las reacciones que producen NO₂ sin destruir O₃ alteran el equilibrio, provocando un aumento del O₃. La oxidación de COV reactivos fotoquímicamente produce un aumento de radicales libres, capaces de convertir NO en NO₂ sin destruir O₃.

Las recomendaciones de las guías de la OMS de calidad de aire⁵ sitúan los valores medios para 8 horas en 120 mg/m³.

LA VIGILANCIA DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Está generalmente aceptado que niveles altos de contaminación atmosférica se asocian con un exceso de morbi-mortalidad. En este contexto, vienen a la memoria sucesos como el del Valle del Mosa (Bélgica), Donora (Pensilvania) o Londres, que cursaron con la muerte de un número importante de personas expuestas a unos niveles de contaminación extremadamente altos^12,13. Estos sucesos plantearon la necesidad de limitar la emisión de contaminantes a la atmósfera y, sobre todo, de acometer actuaciones de vigilancia de la calidad del aire ambiente¹⁴.

Métodos de captación y análisis de los contaminantes atmosféricos

La monitorización del aire se refiere a los procedimientos de muestreo y análisis de contaminantes atmosféricos. Para poder medir los niveles de los contaminantes es necesario contar con métodos que produzcan resultados comparables. Para ello, nuestro país tiene definidas las técnicas de referencia y los métodos alternativos para la medición de los contaminantes para los que existen valores de referencia.

Los captadores manuales aspiran a lo largo del día una muestra que posteriormente se analiza en laboratorio. Por su parte, los captadores automáticos aspiran una muestra de aire en intervalos de tiempo más cortos, generalmente cada tres minutos, que se analizan en la propia estación. Los datos de estos analizadores se remiten cada media hora a la estación central de la red, donde son almacenados los 48 valores semihorarios diarios. La normativa¹⁷ que regula los métodos analíticos de gases y partículas recogidos con los captadores manuales de bajo o alto volumen sigue vigente actualmente aunque, poco a poco, dichos captadores se ven desplazados por las Redes Automáticas dotadas de Estaciones de Control de la Contaminación. Esta normativa ya preveía la aparición de métodos alternativos y los valida Asiempre que, hechas las oportunas correcciones, sea posible obtener mediciones comprendidas en el intervalo del 10 por 100, con respecto a la técnica patrón@.

La contaminación del aire por partículas se ha medido tradicionalmente por la concentración de humos negros. La toma de muestras para humos negros suele hacerse de forma manual, y el método analítico calcula la concentración de humos en la atmósfera, basándose en el ennegrecimiento de un papel de filtro cuando la muestra de aire pasa a través de él⁹. El ennegrecimiento del papel de filtro se mide posteriormente por reflectometría. Este método capta principalmente partículas respirables (típicamente con diámetro de 4,5 mm y, en general, menores de 10 mm). Las partículas totales en suspensión se muestrean tanto en redes manuales como automáticas. El método usado por las redes manuales es la gravimetría, basada en el peso del total de partículas en suspensión. El método analítico de las redes automáticas suele ser la atenuación a la radiación beta: las partículas en suspensión de la muestra son retenidas en un papel de fibra de vidrio, donde se mide su concentración a partir de la atenuación sufrida por la radiación emitida por una fuente radiactiva de gran estabilidad al atravesar el filtro de fibra de vidrio¹⁶. En la actualidad comienza a generalizarse el uso de otro método automático basado en la técnica de la balanza inercial.

El método utilizado para las muestras de SO₂ por las estaciones manuales es la espectrofotometría con el método de Thorina o el de la pararosanilina⁹, mientras que las estaciones automáticas usan la fluorescencia ultravioleta¹⁶. La técnica de medida de los óxidos de nitrógeno es la quimiluminiscencia, de referencia para la vigilancia de este contaminante recogida en la Directiva de la Comunidad Europea. El principio de medida se basa en la reacción del NO con el O₃ para formar NO₂ ¹⁶. En el caso del CO, la determinación se hace por absorción infrarroja. Se detecta la energía de absorción característica de la molécula de CO. Las líneas del espectro permiten distinguir al CO de otras sustancias interferentes (dióxido de carbono, vapor de agua, dióxido de azufre y dióxido de nitrógeno)¹⁶. Por último, el método usado en la medición de ozono es la absorción de la radiación ultravioleta, basado en los cambios de intensidad de un haz de luz ultravioleta al atravesar un cierto volumen de gas que contiene moléculas de O₃¹⁶.

Marco legislativo

En España, la vigilancia de la contaminación atmosférica se inicia a comienzos de los años 60, labor que fue encomendada a la Escuela Nacional de Sanidad y, más en concreto, al Departamento de Sanidad Ambiental¹⁴. Progresivamente se fueron incorporando a la vigilancia de la calidad del aire las ciudades con mayores problemas como Madrid, Barcelona, Cartagena, Huelva, Bilbao, Avilés o Puertollano. El marco legislativo de referencia que se maneja en esta época es el Reglamento de Actividades Molestas, Insalubres, Nocivas y Peligrosas (RAMINP), que en su Anexo 2 establece las concentraciones máximas permitidas en el ambiente interior de las explotaciones industriales, careciéndose de referencias legislativas para el ambiente exterior¹⁸.

En 1972 se promulga la Ley 38/1972 de 22 de diciembre, sobre protección del ambiente atmosférico¹, impregnada de los buenos propósitos definidos en las conclusiones de la Primera Conferencia Mundial de Medio Ambiente celebrada en Estocolmo, en la que nació el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA)¹⁹. La Ley es desarrollada por el Decreto 833/1975, que derogó otras normativas sectoriales existentes²⁰.

Posteriormente se publican la Orden de 10 de agosto de 1976, por la que se establecen las normas técnicas para el análisis y valoración de contaminantes de naturaleza química¹⁷, y la Orden 18 de octubre de 1976, de prevención y corrección de la contaminación atmosférica industrial²¹.

Fuente: elaboración propia.

Paralelamente al establecimiento de criterios de calidad del aire se han arbitrado medidas correctoras para reducir la emisión de contaminantes. Por ello, existe también un marco legislativo que limita las emisiones de vehículos automóviles, define las características, calidades y condiciones de empleo de carburantes y combustibles, limita las emisiones a la atmósfera de determinados agentes contaminantes procedentes de grandes instalaciones de combustión y de las de incineración de residuos municipales.

Actualmente, como consecuencia de la aplicación del V Programa de Medio Ambiente elaborado por la Comisión de las Comunidades Europeas. que lleva por título AHacia un Desarrollo Sostenible: Programa comunitario de política y Actuación en materia de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible@²⁶, se han publicado diferentes Directivas que pretenden avanzar en la prevención de la contaminación y, por ende, en la prevención de los efectos deletéreos derivados de la misma. Así, la Directiva 96/62/CE del Consejo²⁷, sobre evaluación y gestión de la calidad del aire ambiente, conocida como la Directiva sobre calidad del aire y la Decisión del Consejo de 27 de enero de 1997²⁸, por la que se establece el intercambio recíproco de información y datos de las redes y estaciones aisladas de medición de la contaminación atmosférica de los Estados Miembros han sido promulgadas con el Afin de definir y establecer objetivos de calidad del aire ambiente al objeto de evitar, prevenir o reducir los efectos nocivos para la salud humana y para el medio ambiente en su conjunto@. En desarrollo de la Directiva 96/62/CE se está tramitando actualmente una propuesta de Directiva relativa a los valores límite de dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas y plomo en el aire ambiente que se recogen en la tabla 5¹⁰.

EL PAPEL DE LA SALUD PÚBLICA

Para la Salud Pública, en concreto para la Sanidad Ambiental, la contaminación atmosférica representa una necesidad constante de acometer acciones en un doble sentido. Por un lado, es necesario plantear nuevas líneas de investigación de contaminantes de mayor abundancia en España y en el área mediterránea, así como continuar con las líneas de investigación abiertas en orden a mejorar las mediciones de exposición y las de efecto de los contaminantes atmosféricos sobre la salud. La calidad en la evaluación de la exposición, el principal problema de los estudios de epidemiología ambiental²⁹, es un elemento imprescindible para poder estudiar los efectos de los contaminantes en la salud. Cuando los niveles de contaminación son altos, la epidemiología ha conseguido demostrar sus efectos en la salud. Sin embargo, cuando los niveles de exposición son bajos, aparecerían dificultades en la detección de dichos efectos.

Por otro lado, la Salud Pública ha de establecer líneas de intervención que traduzcan los resultados de estas investigaciones en recomendaciones dirigidas a las políticas ambientales sectoriales, fundamentalmente en el campo de la vigilancia de la calidad del aire, que en España es competencia de las autoridades de medio ambiente (tanto a escala estatal, como autonómica y local). Las recomendaciones deberían referirse fundamentalmente a la revisión de los niveles establecidos en la legislación. También, siguiendo iniciativas desarrolladas por otros países, los profesionales de la Salud Pública tienen la posibilidad de dirigir sus esfuerzos a la creación de sistemas integrados de vigilancia activa, que registren en tiempo cuasi real, la evolución de los niveles de contaminantes en la atmósfera (no sólo químicos, también bióticos como polen o esporas), y las variables meteorológicas que interactúan con la exposición a esos contaminantes, así como las variables que miden los efectos en términos de morbimortalidad. Un sistema así configurado, capaz de generar predicciones de la evolución temporal y espacial de los factores de riesgo y de la consecuente evolución espacial y temporal de los indicadores de salud, podría retroalimentar al propio sistema sanitario, no sólo en el campo de la investigación sino en el de la propia asignación y gestión de recursos. Y, lo que es más importante, permitiría disponer de una información de alto valor desde el punto de vista de la prevención, que es, en definitiva, el objetivo principal de la salud pública.

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