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updated 8:58 PM CET, Nov 24, 2017

Sustancia en el petróleo crudo que daña los corazones de los peces, también podría afectar a los humanos

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atún rojo y el fenantreno

El fenantreno es abundante en la contaminación del aire

Investigaciones de la Estación Marítima Hopkins de la Universidad de Stanford han identificado una sustancia en el petróleo que es la responsable de la cardiotoxicidad observada en los peces expuestos a derrames de crudo. Más que un peligro para la vida marina expuesta al petróleo, el contaminante que este equipo identificó es abundante en la contaminación del aire y podría representar una amenaza global para la salud humana.

El contaminante en el centro de este hallazgo, el fenantreno, es un tipo de hidrocarburo aromático policíclico (HAP). Debido al uso generalizado del petróleo, los HAP también se encuentran en la escorrentía de aguas pluviales terrestres, suelos contaminados de sitios industriales abandonados y contaminación del aire.

Los HAP se han investigado como productos químicos causantes de cáncer durante casi cien años, pero se ha prestado menos atención a otros efectos potenciales para la salud. Los riesgos para la salud ambiental del fenantreno, en particular, han recibido consideración secundaria a otros HAP más implicados en el desarrollo del cáncer.

"Al aislar cuidadosamente las células del corazón de los atunes, los olímpicos del mar, y utilizando técnicas de microscopía electrofisiológica y confocal, hemos registrado las corrientes iónicas y se encuentran exactamente donde el fenantreno bloquea la vía de acoplamiento excitación-contracción cardíaca, que es el enlace entre el interruptor, o la excitación, y la contracción que impulsa cada latido del corazón", dijo Barbara Block, profesora de ciencias marinas. Block fue autora principal del artículo publicado en la edición del 31 de enero de Nature Scientific Reports.

Amplio potencial para la interrupción de los corazones

Los experimentos descritos en el artículo proporcionan evidencia directa de cómo afecta el fenantreno al corazón, mostrando cómo provoca tanto latidos cardíacos irregulares (arritmia) como contracciones más débiles de las células del corazón. Se encontraron resultados similares en las células cardíacas de las tres especies analizadas: atún rojo, atún aleta amarilla y caballa. A nivel celular, estos atléticos peces con notable equilibrio aeróbico son similares a los vertebrados superiores, que incluyen mamíferos y aves. Esto sugiere que los cardio-tóxicos también pueden actuar sobre los corazones de los vertebrados superiores, ya que todos estos animales tienen métodos similares de regular la activación de las células del corazón.

"El mecanismo que altera la función cardiaca en los peces y la proteína de la que el fenantreno es objetivo - el canal iónico responsable del movimiento de potasio de la célula - también está presente en los seres humanos", dijo Fabien Brette, un asociado de investigación en la Universidad de Stanford en el momento del estudio y co-autor del actual artículo. "Lo que medimos en células cardiacas de peces puede ocurrir en células cardíacas humanas y esto podría significar riesgo de muerte súbita".

La contaminación atmosférica urbana, cargada de HAP, ha sido implicada en la angustia cardíaca. El estudio actual señala con el dedo al fenantreno, que podría entrar en el torrente sanguíneo a través de vías respiratorias como la respiración.

derrame del Exxon Valdez

Exxon Valdez y Deepwater Horizon

Las tendencias actuales en este campo fueron influenciadas por la investigación que siguió el desastre de Exxon Valdez en 1989. El petrolero encalló en Prince Guillermo Sound de Alaska y derramó casi 11 millones de galones de petróleo crudo en un ecosistema de otra manera prístino. A la luz de la evidencia de que los peces silvestres expuestos a este derrame de petróleo presentaban anormalidades en el desarrollo, los científicos comenzaron a examinar más de cerca los HAP. Estas sustancias químicas estaban relacionadas con una serie de defectos cardíacos en el salmón rosado y el arenque del Pacífico, especies que desovaron en hábitats costeros petroleados en las secuelas del derrame.

"De los resultados del esfuerzo de evaluación de Exxon Valdez, y de los estudios posteriores de laboratorio usando el modelo experimental del pez cebra, la hipótesis de que la vía de excitabilidad de las células del corazón es un objetivo farmacológico clave para los HAP en petróleo crudo", dijo Nat Scholz, del Programa de Ecotoxicología Pesquera de la NOAA en el Centro de Ciencias Pesqueras del Noroeste y un co-autor de este estudio. "Sin embargo, esto permaneció como conjetura durante más de una década, ya que no contábamos con la experiencia y el equipo adecuados en nuestras instalaciones para probar esto directamente".

En 2010, el desastre de Deepwater Horizon resultó en uno de los mayores derrames de petróleo en la historia, derramando 4 millones de barriles de petróleo crudo en el Golfo de México en la primavera, cuando varias especies de peces desovan, incluyendo el atún rojo del Atlántico. Después de este derrame, Stanford publicó una investigación, publicada en Science, mostrando que el petróleo crudo interrumpió la vía de acoplamiento excitación-contracción del corazón en los atunes, bloqueando específicamente un canal crítico de iones de potasio.

Ahora, utilizando tres diferentes enfoques de electrofisiología cardiaca en varias especies de peces estrechamente relacionados, tanto en células auriculares como ventriculares, los mismos investigadores han proporcionado evidencia directa de que el fenantreno es suficiente para interrumpir el ritmo normal y la contracción cíclica de las células cardíacas aisladas.

derrame Deep-water Horizon

Cómo ocurre el daño

El atún rojo es capaz de viajes trans-oceánicos y la especie atlántica crece a un tamaño enorme, superando los 635 kilos. Son difíciles de estudiar ya que pocos son mantenidos con éxito en cautiverio.

Durante más de 20 años, los investigadores de Stanford han mantenido atunes rojos y de aleta amarilla en colaboración con el Acuario de la Bahía de Monterrey en una instalación única llamada Centro de Investigación y Conservación de Túnidos. Aquí los atunes nadan en tanques cautivos y proporcionan la capacidad para conducir la investigación fisiológica.

Cada latido de un corazón depende de la exquisita sincronización de los canales de iones que se abren y cierran para acelerar la ritmicidad cardíaca. Una vez que se aislaron las células cardíacas individuales de los atunes, los investigadores utilizaron microscopía confocal y parche de sujeción - una técnica que permite grabaciones eléctricas de las corrientes de iones cardíacos - en las instalaciones de la Universidad de Stanford en la Estación Marítima de Hopkins para comprobar cómo afectaron los diferentes PAH a la fuerza y el ritmo de las contracciones de las células. Los investigadores mostraron que el fenantreno interrumpe la excitación-acoplamiento cardiaco, el proceso que une la excitabilidad a la contracción muscular, en tres niveles clave.

Utilizando microscopía confocal, los investigadores midieron los cambios en los iones de calcio en las células musculares individuales como un indicador de la fuerza contráctil. La electrofisiología de fijación de parche reveló además el flujo de iones a través de canales que controlan el ritmo y el ritmo normales de los latidos del corazón de los peces.

Después de la exposición al fenantreno, fue interrumpido y reducido el movimiento de iones de calcio dentro y fuera de las células del corazón. Esta exposición también condujo a irregularidades en dos corrientes iónicas principales, incluyendo una interrupción significativa del flujo hacia el exterior de iones de potasio - un hallazgo consistente con los primeros experimentos que usan crudo completo y químicamente complejo.

Es importante destacar que los experimentos demostraron que las exposiciones a concentraciones bajas de HAP individuales, comúnmente encontradas en la mezcla total de HAP de petróleo crudo, indican que los HAP de tres anillos (fenantreno) tienen distintos impactos fisiológicos. Perturban la fisiología de la célula del corazón más severamente en comparación con los HAP compuestos de dos y cuatro anillos.

Los cambios adversos en la función de las células del músculo del calor se manifiestan en cuestión de segundos, lo que indica que la exposición al fenantreno provoca una interrupción inmediata y es más que una cuestión crónica.

"A corto plazo, la disfunción cardíaca en estos peces puede afectar realmente las actividades metabólicamente exigentes como la natación, la reproducción o el forrajeo. A largo plazo, si usted tiene la función cardíaca comprometida, podría ser fatal", dijo Holly Shiels, profesora asociada Ciencias de la Vida de la Universidad de Manchester y co-autora principal en este estudio.

De peces a humanos

Es necesario un mayor estudio de los efectos nocivos del fenantreno y podría conducir a mejoras sustanciales en nuestra capacidad para ayudar a los peces afectados por derrames de petróleo y otras ocurrencias de exposiciones a HAP. Esto podría incluir nuevas herramientas para detectar esta sustancia química cardiotóxica y nuevos enfoques para evaluar los impactos de derrames de petróleo en peces y otras especies silvestres.

Los investigadores también sugieren que el fenantreno atmosférico merece más atención por el posible impacto que podría tener sobre la salud cardiovascular de las personas.

"Este artículo demuestra que el fenantreno tiene las propiedades de muchos fármacos que causan ritmos cardíacos anormales como efectos secundarios graves y potencialmente peligrosos para la vida", dijo John Incardona, biólogo de desarrollo del Programa de Ecotoxicología Pesquera de la NOAA en Seattle. "Esto significa que las personas en áreas urbanizadas con alta densidad de tráfico potencialmente respiran algo que tiene las mismas propiedades".

Una mejor comprensión de la conexión entre el fenantreno y la salud humana podría conducir a la comprensión de qué aspectos de la quema de combustibles fósiles son más dañinos y, a partir de ahí, nuevas opciones para reducir este daño, como la selección de petróleos crudos que liberen menos fenantreno.

Artículo científico: A Novel Cardiotoxic Mechanism for a Pervasive Global Pollutant

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