Evaluación de biomarcadores de efecto y exposición a plaguicidas en trabajadores de cultivos extensivos de la provincia de Córdoba para la validación de escalas de exposición

Abstract

El aumento en el uso de agroquímicos ha elevado las ocasiones de contacto de las poblaciones con estas sustancias, promoviendo consecuentemente las chances de accidentes y exposiciones sostenidas en el tiempo. En el presente trabajo de tesis se propuso: a- Evaluar la exposición a plaguicidas en sujetos ocupacionalmente expuestos (OE; aplicadores terrestres de plaguicidas) de la provincia de Córdoba, empleando dos índices exposición a plaguicidas, indicativos del nivel de intensidad de exposición (IIE) y del nivel de exposición acumulada (IEA) y sus escalas, y validar su utilidad evaluando condiciones de salud y biomarcadores de efecto y exposición; y b- Estimar la exposición a plaguicidas a través de un análisis de riesgo alimentario en la población de sujetos OE y sus respectivos controles (sujetos no ocupacionalmente expuestos a plaguicidas; NOE). Se diseñaron estudios de corte transversal para evaluar la exposición a plaguicidas y las condiciones de salud de los participantes, con las debidas aprobaciones del Comité de ética de Investigaciones en Salud. Los sujetos enrolados brindaron información de sintomatología percibida, y muestras biológicas para la determinación de biomarcadores de efecto (actividad de colinesterasas y marcadores de daño genotóxico (micronúcleos (MN), intercambio de cromátides hermanas (ICH), aberraciones cromosómicas (AC) y ensayo cometa (EC)), y de exposición (concentración de plaguicidas en plasma y orina). La sintomatología percibida y los marcadores de daño genotóxico evaluados fueron significativamente mayores en el grupo OE, lo que sugeriría que la exposición laboral a agroquímicos afectaría negativamente la salud de los trabajadores. La actividad de colinesterasas estuvo dentro del rango de referencia para ambos grupos, pero con niveles de actividad mayor en el grupo OE. En plasma, se encontraron residuos de plaguicidas organoclorados: hexaclorobenceno (HCB), β-hexaclorohexano (β-HCH), α y β endosulfán,1,1- dicloro-2,2-bis(4-clorofenil)-etileno (pp ́DDE), endrin, mirex, 1,1,1-tricloro-2,2- bis(4-clorofenil)-etano (pp ́DDT) y endosulfán sulfato, sin diferencias significativas entre grupos, pero con mayor frecuencia de detección (FD) en el grupo OE. Dentro del grupo OE, las asociaciones encontradas entre el IEA con sintomatología neurológica y el IIE con la actividad de las colinesterasas plasmáticas, mostraron la utilidad de los cuestionarios aplicados, para ser utilizados como herramientas de vigilancia, y de las colinesterasas para diferenciar niveles de exposición e identificar grupos vulnerables. En orina, se encontraron metabolitos específicos de los plaguicidas organofosforados (OP) pirimifos, paratión y clorpirifos (2-dietilamino-6-metil-4- pirimidinol (DEAMPY), p-nitrofenol (PNP) y 3,5,6-tricloropiridinol (TCPY), respectivamente), con una FD>85 %. Con FD menor se encontraron metabolitos de malatión y diazinón (ácido malatión dicarboxílico (MDA) y 2-isopropil-4-metil-6- hidroxipirimidina (IMPY)). Los niveles de concentración de DEAMPY fueron al menos dos veces más altos que los reportados en otros países. La FD de PNP (100 %) sugiere que la población estuvo recientemente expuesta al plaguicida prohibido. En cuanto a los metabolitos de piretroides (PYR), se encontró el metabolito común de degradación de cipermetrina, deltametrina y permetrina, el ácido 3-fenoxibenzoico (3-PBA) en el 100 % de la población. Con menor FD se encontró el metabolito de ciflutrina, el ácido 4-fluoro-3-fenoxibenzoico (4-F-3- PBA), pero con concentración significativamente mayor en el grupo OE. El análisis de riesgo alimentario mostró que las concentraciones de plaguicidasOP y PYR se encuentran dentro de valores de seguridad alimentaria. Sin embargo, las correlaciones negativas encontradas entre la actividad de las colinesterasas, y los metabolitos DEAMPY, IMPY y PNP, indican un posible riesgo para la salud de las personas, incluso a niveles ambientales de exposición. El presente trabajo de tesis es el primer biomonitoreo que integra el estudio de condiciones de salud, niveles de plaguicidas en matrices biológicas y niveles de exposición en aplicadores terrestres de plaguicidas del país. Es el primer reporte de concentraciones de plaguicidas OC, OP y PYR y/o sus metabolitos en matrices biológicas de una población OE del país y de la población NOE en las zonas de estudio. Por otra parte, y desde el punto de vista sanitario, el conocimiento de los efectos en la salud, en relación con la magnitud de uso de estos compuestos y las prácticas habituales en el territorio, proporciona elementos imprescindibles para conocer las condiciones de exposición ocupacional y ambiental a plaguicidas, identificar falencias que permitan reforzar las buenas prácticas agrícolas y generar propuestas preventivas. Estos elementos se tornan de relevancia política para la toma de decisiones en salud y la intervención sanitaria efectiva y oportuna, para el cuidado de grupos vulnerables y la protección de la población toda.A la vez, potenciales factores, tal como la aptitud cardiorrespiratoria (CRF), la edad y la composición corporal podrían afectar la asociación entre AF, SEDT y los marcadores de inflamación y estrés oxidativo. Objetivos: el objetivo general del presente estudio fue analizar relaciones entre patrones de actividad física, el nivel de aptitud aeróbica y biomarcadores de estrés oxidativo e inflamación en individuos con riesgo de enfermedades crónicas no transmisibles. Como objetivos específicos se incluyeron: determinar las asociaciones entre AF, SEDT, CRF y los niveles de marcadores inflamatorios y de estrés oxidativo; analizar la asociación entre la AF, SEDT, CRF y los índices de control autonómico [variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC) y recuperación de la frecuencia cardíaca post ejercicio (RFC)]; establecer las asociaciones entre los índices de VFC y RFC y los marcadores de inflamación y estrés oxidativo; y establecer si existen diferencias en la asociación entre AF, SEDT y marcadores inflamatorios utilizando métodos de medición objetivos y subjetivos de AF y SEDT. Métodos: la muestra total constó de 111 voluntarios (70 mujeres y 41 hombres, edad = 52,8  8,2 años; IMC = 29,1  6,4 kg•m-2) de entre 39-70 años pertenecientes al Estudio sobre Estilos de Vida y Marcadores de Estrés Oxidativo en Individuos con Riesgo Cardiometabólico desarrollado en el Hospital Nacional de Clínicas. Una submuestra de 44 individuos (29 mujeres y 15 hombres, edad = 49,5  6,4 años; IMC = 28,1  6,2 kg•m-2) participaron del estudio sobre evaluación objetiva de la AF y su relación con marcadores de inflamación, estrés oxidativo y control autonómico. Los datos fueron recolectados entre las 7.00 y las 10.30 A.M. en ayunas y en el siguiente orden: frecuencia cardíaca de reposo para el análisis de la VFC; muestra de sangre para la medición de marcadores bioquímico-clínicos [glucosa, triglicéridos totales, colesterol total, HDL-C, LDL-C y hemoglobina glicosilada (HbA1C) y fibrinógeno], inflamatorios [proteína C reactiva (PCR) y citoquinas (IL-1β, INF-γ, TNF, MCP-1, IL-6, IL-8, IL-10, IL-18, IL-23)] y de estrés oxidativo [actividad de la catalasa (CAT) y de la glutatión peroxidasa (GPX)]. Medidas de la presión sanguínea [sistólica (PAS) y diastólica (PAD)], antropométricas [talla, masa corporal y circunferencia de la cintura (CC)]. Además, se realizó una prueba submáxima en cicloergómetro para estimar el consumo máximo de oxígeno (VO2max) como medida de la CRF y con recuperación activa para valorar la RFC absoluta (FC a los 30 s, 1 min, 2 min, 3 min, 4 min y 5 min post ejercicio) y la RFC relativa (Δ30, Δ1, Δ2, Δ3, Δ4, Δ5) así como la cinética de la RFC [constante temporal (τ) y amplitud (FCamp)]. Posteriormente, los participantes completaron un cuestionario sobre sus hábitos de AF [Cuestionario Internacional de AF (IPAQ), versión corta] y siete días de monitoreo objetivo de AF mediante acelerometría [tiempo sedentario (SEDT), tiempo de AF ligera (AFL), tiempo de AF moderada (AFM), tiempo de AF vigorosa (AFV) y la suma de AF moderada a vigorosa (AFMV)]. Los análisis de VFC, RFC, la prueba de ejercicio y el monitoreo objetivo de la AF solo fue realizado en una submuestra de 44 participantes. Para los análisis se establecieron conglomerados de edad (adultos jóvenes, adultos de mediana edad y adultos mayores), de CRF (baja, moderada y alta) y un conglomerado compuesto de riesgo cardiometabólico (bajo riesgo y alto riesgo). Resultados: en la muestra total los diferentes modelos univariados (ajustados por las covariables de confusión) mostraron que el SEDT no se asoció significativamente con ninguno de los marcadores inflamatorios y lo mismo ocurrió con la AFMV. Sin embargo, se observaron asociaciones significativas entre la AFL e IL-1β (B = -0,004; P = 0,021) y entre la AFV y TNF-α (B = -0,017; P = 0,017) e IL-6 (B = -0,018; P = 0,04). Asimismo, se halló un efecto de interacción entre la AF y el SEDT con diferentes covariables, particularmente el sexo, la edad y la CC. El análisis de la AF y SEDT mediante el IPAQ mostró diferencias significativas entre hombres y mujeres respecto de los minutos diarios de AFMV, AFV y AF total (P < 0,05). En contraposición, no hubo diferencias significativas respecto del SEDT entre ambos sexos. Cuando se compararon los niveles de AF por conglomerados de edad, se observó que los participantes pertenecientes al grupo de adultos jóvenes exhibieron mayores niveles de AFV en comparación con el grupo de adultos de mediana edad (P < 0,05), pero no con respecto al grupo de adultos mayores. En los conglomerados de riesgo cardiometabólico tanto la AFV como la AFMV exhibieron una asociación inversa con la PAS y PAD. Adicionalmente, se observó un efecto de interacción entre el SEDT y la edad sobre la concentración de HDL-C (B = -0,003; P = 0,016). El conglomerado con mayor riesgo cardiometabólico exhibió mayores niveles de PCR y Fibrinógeno (P < 0,01). Por otra parte, en la submuestra de 44 participantes se observó que, en comparación con los hombres, las mujeres exhibieron mayor SEDT (P = 0,035), con menores frecuencias en la interrupción del sedentarismo (P = 0,014) mientras que exhibieron mayores niveles de IL-6 (P = 0,02) y TNF-α (P = 0,01) con menores índices de VFC (P < 0,05). Se observaron asociaciones ajustadas significativas entre el SEDT y los niveles de CPR (B = 0,006; P = 0,001) y MCP-1 (B = 0,003; P = 0,038) y entre ciertos índices de la VFC y marcadores de inflamación/estrés oxidativo mientras que los índices de la RFC estuvieron inversamente asociados con Ln CAT [Δ3 (B = -54,7; P = 0,042), Δ4 (B = -54,1; P = 0,021] and Δ5 vs. Ln PCR [B = -19,8; P = 0,033]. El conglomerado de mayor CRF mostró menores valores de TNF-α (P = 0,02) e IL-10 (P = 0,003) y mejores índices de VFC (P < 0,05). El análisis de concordancia entre las medidas objetivas y subjetivas del SEDT resultó en un sesgo de 42  66 min con límites de acuerdo de -88 a 172 min en tanto que para las medidas de AF los resultados mostraron un sesgo de 2,2  148,0 min con límites de acuerdo de -288 a 293 min. Conclusiones: tomados conjuntamente, los resultados del presente estudio sugieren que prolongados tiempos de sedentarismo combinados con bajos niveles de AF de intensidad moderada a vigorosa pueden incrementar el ambiente inflamatorio y el estrés oxidativo. El aumento del estado proinflamatorio, a su vez, podría estar relacionado con una desmejora del control autonómico (i.e., equilibrio simpático-vagal) incrementando así el riesgo de enfermedad cardiovascular. Los resultados también muestran que la CRF es un potente modulador, no solo de la respuesta inflamatoria ante factores de riesgo cardiometabólicos sino también de la regulación autonómica de dicha respuesta. La baja concordancia observada entre las medidas de AF y SEDT obtenidas con el método subjetivo y el objetivo indican que las diferencias entre las asociaciones de la muestra completa y la submuestra se deban en parte al instrumento de evaluación utilizado.

The increased use of pesticides has augmented the chances of contact between populations and these compounds, increasing consequently accident chances and expositions held over time. The aims of the present thesis were: a- To evaluate the exposure to pesticides in occupationally exposed subjects (OE; terrestrial applicators of pesticides) of the province of Córdoba, using two indexes of pesticide exposure, one indicative of the intensity level of the exposure (IIE) and another of the cumulative exposure level (IEA) and its scales, and validate their usefulness using health conditions, as well as effect and exposure biomarkers; and b- To estimate the exposure to pesticides through a dietary risk analysis in OE subjects and their controls (subjects not occupationally exposed to pesticides; NOE). Cross-sectional studies were designed to evaluate the exposure to pesticides and the health conditions of the participants, with the due approval of the Ethics Committee for Health Research. Enrolled subjects provided information on perceived symptomatology and biological samples for the determination of effect biomarkers (cholinesterase activity in plasma and erythrocytes, and markers of genotoxic damage (micronuclei (MN), sister chromatid exchange (ICH), chromosomal aberrations (AC) and comet assay (EC)), and exposure biomarkers (concentration of pesticides in plasma and urine). The perceived symptomatology and all the genotoxic damage biomarkers evaluated were significantly higher in the OE group. These resutls show that the occupational exposure to pesticides would negatively affect the health of workers. Cholinesterase activity was within the reference range for both groups of subjects, but with higher levels of activity within the OE group. In plasma, organochlorine pesticide residues of hexachlorobenzene (HCB), β- hexachlorohexane (β-HCH), α-endosulfan, dichlorodiphenyl dichloroethylene (pp ́DDE), endrin, β-endosulfan, dichloro diphenyl trichloroethane (pp ́DDT) endosulfan sulfate and mirex were found, without significant differences between groups, but with higher detection frequencies (FD) in the OE group. Within the OE group, the associations found between the IEA with neurological symptomatology and the IIE with the activity of plasmatic cholinesterases show the usefulness of the questionnaires used, to be propose as surveillance tools, and of the cholinesterase biomarkers to differentiate levels of exposure and to identify vulnerable groups. In urine, specific metabolites of the organophosphate (OP) pesticides pirimiphos, parathion and chlorpyrifos (2-diethylamino-6-methyl-4-pyrimidinol (DEAMPY), p- nitrophenol (PNP) and 3,5,6-trichloropyridinol (TCPY), respectively) were found, with a FD> 85%. With lower FD, malathion and diazinon metabolites (malathion dicarboxylic acid (MDA) and 2-isopropyl-4-methyl-6-hydroxypyrimidine (IMPY)) were found. Concentration levels of DEAMPY found in this population were at least two times higher than those reported in other countries. The PNP FD (100%) suggests that the population was recently exposed to the banned pesticide. Regarding pyrethroid metabolites (PYR), the common degradation metabolite of cypermethrin, deltamethrin and permethrin, 3-phenoxybenzoic acid (3-PBA) was found in 100% of the population. With a lower FD, the specific cyfluthrin metabolite, 4-fluoro-3-phenoxybenzoic acid (4-F-3-PBA) was found, with statistical higher concentration in the OE group. The dietary risk analysis showed that the daily intakes of OP and PYR pesticides are within food safe values. However, the negative correlations found between cholinesterase activity, and the metabolites DEAMPY, IMPY and PNP, indicate a possible risk to human health, even at environmental levels of exposure. This thesis is the first biomonitoring integrating the study of health conditions, levels of pesticides in biological matrices and levels of exposure in terrestrial pesticide applicators in the country. It is also the first report of concentrations of OC, OP and PYR pesticides and/or their metabolites in biological matrices of an occupationally exposed population in the country and of the control population in the study areas. On the other hand, and from the health point of view, the knowledge of the health effects, in relation to the magnitude of the use of these compounds and the regular practices in the territory, provides essential elements to improve the knowledge of the conditions of occupational and environmental exposure to pesticides, identify shortcomings that allow reinforcing good agricultural practices and generate preventive proposals. These elements become of political relevance for decision-making in health and effective and timely health intervention, for the care of vulnerable groups and the protection of the entire population.The aims of the present thesis were: a- To evaluate the exposure to pesticides in occupationally exposed subjects (OE; terrestrial applicators of pesticides) of the province of Córdoba, using two indexes of pesticide exposure, one indicative of the intensity level of the exposure (IIE) and another of the cumulative exposure level (IEA) and its scales, and validate their usefulness using health conditions, as well as effect and exposure biomarkers; and b- To estimate the exposure to pesticides through a dietary risk analysis in OE subjects and their controls (subjects not occupationally exposed to pesticides; NOE). Cross-sectional studies were designed to evaluate the exposure to pesticides and the health conditions of the participants, with the due approval of the Ethics Committee for Health Research. Enrolled subjects provided information on perceived symptomatology and biological samples for the determination of effect biomarkers (cholinesterase activity in plasma and erythrocytes, and markers of genotoxic damage (micronuclei (MN), sister chromatid exchange (ICH), chromosomal aberrations (AC) and comet assay (EC)), and exposure biomarkers (concentration of pesticides in plasma and urine). The perceived symptomatology and all the genotoxic damage biomarkers evaluated were significantly higher in the OE group. These resutls show that the occupational exposure to pesticides would negatively affect the health of workers. Cholinesterase activity was within the reference range for both groups of subjects, but with higher levels of activity within the OE group. In plasma, organochlorine pesticide residues of hexachlorobenzene (HCB), β- hexachlorohexane (β-HCH), α-endosulfan, dichlorodiphenyl dichloroethylene (pp ́DDE), endrin, β-endosulfan, dichloro diphenyl trichloroethane (pp ́DDT) endosulfan sulfate and mirex were found, without significant differences between groups, but with higher detection frequencies (FD) in the OE group. Within the OE group, the associations found between the IEA with neurological symptomatology and the IIE with the activity of plasmatic cholinesterases show the usefulness of the questionnaires used, to be propose as surveillance tools, and of the cholinesterase biomarkers to differentiate levels of exposure and to identify vulnerable groups. In urine, specific metabolites of the organophosphate (OP) pesticides pirimiphos, parathion and chlorpyrifos (2-diethylamino-6-methyl-4-pyrimidinol (DEAMPY), p- nitrophenol (PNP) and 3,5,6-trichloropyridinol (TCPY), respectively) were found, with a FD> 85%. With lower FD, malathion and diazinon metabolites (malathion dicarboxylic acid (MDA) and 2-isopropyl-4-methyl-6-hydroxypyrimidine (IMPY)) were found. Concentration levels of DEAMPY found in this population were at least two times higher than those reported in other countries. The PNP FD (100%) suggests that the population was recently exposed to the banned pesticide. Regarding pyrethroid metabolites (PYR), the common degradation metabolite of cypermethrin, deltamethrin and permethrin, 3-phenoxybenzoic acid (3-PBA) was found in 100% of the population. With a lower FD, the specific cyfluthrin metabolite, 4-fluoro-3-phenoxybenzoic acid (4-F-3-PBA) was found, with statistical higher concentration in the OE group. The dietary risk analysis showed that the daily intakes of OP and PYR pesticides are within food safe values. However, the negative correlations found between cholinesterase activity, and the metabolites DEAMPY, IMPY and PNP, indicate a possible risk to human health, even at environmental levels of exposure. This thesis is the first biomonitoring integrating the study of health conditions, levels of pesticides in biological matrices and levels of exposure in terrestrial pesticide applicators in the country. It is also the first report of concentrations of OC, OP and PYR pesticides and/or their metabolites in biological matrices of an occupationally exposed population in the country and of the control population in the study areas. On the other hand, and from the health point of view, the knowledge of the health effects, in relation to the magnitude of the use of these compounds and the regular practices in the territory, provides essential elements to improve the knowledge of the conditions of occupational and environmental exposure to pesticides, identify shortcomings that allow reinforcing good agricultural practices and generate preventive proposals. These elements become of political relevance for decision-making in health and effective and timely health intervention, for the care of vulnerable groups and the protection of the entire population.