Carga alergénica en la atmósfera de la ciudad de Ourense

Resumen

¿Carga alergénica en la atmósfera de la ciudad de Ourense¿ Sabela Álvarez López La relación entre la concentración de polen atmosférico y los síntomas alérgicos se conoce desde la antigüedad, cuando esta enfermedad se caracterizó con el nombre de «fiebre del heno» o «polinosis». Aproximadamente el 24% de las personas (más del 40% de las cuales pertenecen a los grupos de niñez o juventud) padecen actualmente algún tipo de alergia Tipo I provocada por partículas biológicas, como es el polen. Actualmente, se consideran una de las enfermedades crónicas más frecuentes, y las previsiones de la EAACI (Academia Europea de Alergia e Inmunología Clínica) indican que, dentro de 15 años, el 50% de los europeos sufrirá algún tipo de alergia. Según datos recientes publicados por la EAACI y la SEAIC (Sociedad Española de Alergología e Inmunología Clínica), la alergia se está convirtiendo en una amenaza para la salud pública de dimensiones pandémicas con un impacto en la calidad de vida y la economía de la salud. La principal información a la que pueden acceder pacientes son las concentraciones polínicas en la atmósfera y su variación a lo largo del tiempo. Sin embargo, durante los últimos años se han observado discrepancias entre los momentos de presencia de polen en el aire y la sintomatología alérgica que presentan las personas sensibles al polen. Por tanto, aunque los primeros estudios sobre el análisis de alérgenos de polen en el aire se publicaron en 1994, durante los últimos años se ha intensificado el estudio de partículas alergénicas en el bioaerosol, más pequeñas que los granos de polen, y que han sido detectadas en los momentos previos y posteriores al periodo de polinización, relacionándolas con los episodios de polinosis fuera de los periodos de floración. Debido a su tamaño inferior a 10µm (pauci¿micrónicas) e incluso a 1 µm (submicrónicas), tienen la capacidad de penetrar en las vías respiratorias profundas provocando rápidamente síntomas alérgicos en los pacientes sensibles. Estas partículas se conocen como aeroalérgenos y en su mayor parte proceden del interior los granos de polen, siendo liberados bajo condiciones meteorológicas especiales como fuertes lluvias o tormentas que pueden provocar la rotura del polen y un posterior incremento de partículas alergénicas en el aire. En algunos casos, también pueden ser fuente de estos aeroalérgenos los orbículos o cuerpos de «Ubisch» de las células del tapete expulsadas durante la apertura de las anteras. Por lo tanto, la combinación de la información sobre polen en la atmósfera de las más importantes especies alergógenas y sus principales aeroalérgenos deberían evaluarse de forma conjunta para poder determinar el grado de contaminación biológica real en la atmósfera, así como los potenciales episodios de riesgo real de alergia para la población sensibilizada. Es importante analizar con más profundidad el estudio de partículas alergénicas submicrónicas y paucimicrónicas presentes en la atmósfera para un mayor conocimiento sobre su comportamiento, mejorando de este modo los mecanismos de prevención para las alergias que se disponen en la actualidad, evitando problemas de polinosis en la población, una disminución en la calidad de vida e importantes costes socioeconómicos. Con una adecuada predicción de la carga alergénica real en la atmósfera, podría ser posible ahorrar en medicamentos, ya que la medicación profiláctica para las alergias es más eficaz si se realiza antes de que se produzca la exposición al polen, o también el aumento de sobre consultas en los centros de atención primaria por rinitis alérgica. Se estima que en Europa el asma o la rinitis causada por alergias genera más de 100 millones de días de absentismo laboral y/o escolar. Además de las pérdidas económicas por el «presentismo», situación en la que la gente va a trabajar, pero no es capaz de rendir. Por esto, los objetivos hacia los que se orientará esta Tesis Doctoral son los siguientes: 1. Identificar y cuantificar el contenido polínico de la atmósfera de Ourense, con especial atención a los tipos polínicos de mayor capacidad alergénica. 2. Cuantificar los aeroalérgenos de los principales tipos polínicos y relacionarlos con los recuentos de polen, con el fin de evaluar la exposición y riesgo de las personas sensibles a la carga alergénica real. 3. Analizar la influencia de los principales factores meteorológicos, tanto sobre el contenido en polen como en alérgenos atmosféricos, para obtener más información sobre el comportamiento de ambos tipos de partículas. 4. Desarrollar métodos de predicción de alergias, para prevenir la polinosis y minimizar los riesgos que presenta. Para la realización del estudio de contenido polínico y alergénico de la atmósfera de la ciudad de Ourense se utilizaron dos tipos de captadores. En primer lugar, se empleó un captador volumétrico de succión¿impacto de tipo Hirst de la casa comercial Lanzoni, modelo VPPS 2000 para llevar a cabo el muestreo polínico, mientras que para el estudio del contenido alergénico se utilizó el «Multivial Cyclone Sampler». Los captadores se situaron en la esquina suroeste de la azotea más alta del edificio de la Facultad de Ciencias del Campus de Ourense, perteneciente a la Universidad de Vigo, de manera que no cuenten con obstáculos que influyan en el comportamiento natural de las masas de aire. Los captadores utilizados se encuentran aproximadamente a 15 metros sobre el nivel del suelo, sin edificios colindantes y alejados del borde del edificio para evitar las turbulencias del viento producidas al chocar contra un obstáculo, tal y como recomiendo el Manual de Calidad y Gestión de la REA (Galán et al., 2007). El periodo de muestreo polínico se realizó de forma continua los 365 días del año desde el año 2009 hasta el 2020, exceptuando días en los que se produjeron cortes en el suministro eléctrico de forma muy puntual. Por otra parte, el muestreo alergénico se centra más en el periodo de floración de los taxones estudiados, por lo que se mantiene en funcionamiento desde diciembre hasta el final de la floración, que suele concluir en los meses de otoño dependiendo del año. El análisis de las preparaciones de polen se realizó utilizando un microscopio óptico de la marca Nikon, modelo Optiphot-2 a una magnificación de 40x10, siguiendo el método establecido por la REA (Galán et al., 2007), realizándose cuatro barridos equidistantes entre sí a lo largo de toda la muestra a los 24 segmentos transversales, para así conocer el contenido polínico de forma horaria para cada día. Para la realización de la extracción de las muestras de aeroalérgenos se siguió el protocolo de Moreno-Grau et al. (2006), que incorpora unas pequeñas modificaciones sobre el método tradicional de Takahashi et al. (2001), y la cuantificación del contenido alergénico en las muestras de bioaerosol se realizó la técnica ELISA de doble sándwich. Se ha realizado la clasificación e interpretación de los datos una vez obtenidos el número de granos de polen de cada tipo polínico por metro cúbico de aire siguiendo las categorías polínicas propuestas por la REA (Galán et al., 2007), consistente en cuatro umbrales diferenciados (Tabla 7). Esta clasificación se basa en diversos factores como son la capacidad alergógena de los distintos taxones, en la cantidad de polen liberada de forma anual y en el tipo de polinización. En cada umbral se pueden observar tres categorías referentes a las concentraciones polínicas: niveles bajo, moderado y alto. Se han desarrollado ecuaciones de regresión para identificar los niveles de alergeno que se corresponden con las concentraciones umbrales de polen marcadas por la REA. Para poder determinar la influencia de las variables meteorológicas sobre la concentración polínica y alergénica de las especies estudiadas y observar el grado de relación entre ellos, se aplicaron los análisis de correlación de Spearman, análisis de componentes principales (PCA) y minería de datos con el algoritmo C5.0 de árboles de decisión. Finalmente, se han llevado a cabo modelos Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) del NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), para poder identificar de donde provenían las masas de aire en el área de estudio en los momentos en los que se registraron las concentraciones más elevadas de los taxones estudiados. En el presente trabajo se estudiaron las concentraciones de polen y de los aeroalérgenos principales de los taxones alergénicos arbóreos más importantes presentes en la atmósfera de la ciudad de Ourense, que constituyen el 50% del total del polen presente en la misma, para determinar su importancia en la carga alergénica atmosférica. Los estudios centrados en el conocimiento de la carga alergénica real en la atmósfera son muy importantes en entornos urbanos debido a la gran prevalencia de incidencia de alergia relacionada con el polen en comparación con las áreas rurales. Al analizar el comportamiento de la estación polínica de los taxones estudiados se han identificado Alnus y Fraxinus como especies arbóreas que florecen en invierno mientras que Betula, Olea, y Platanus florecen durante la primavera. La floración de Alnus tuvo lugar entre los primeros diez días de enero hasta la segunda década de febrero, con una duración media de la estación polínica principal (MPS) de 44 días. El año con mayores niveles de polen de Alnus fue el 2018 con 6368 granos, mientras que la menor cantidad se registró en el año 2019 con 2097. El pico de polen se observó el 24 de enero de 2018 con 867 polen/m3. Por otra parte, se registró la mayor cantidad total de alérgeno durante el año 2017, con 9,085 ng, así como la concentración media diaria de alérgeno más elevada con 1,868 ng/m3 el 1 de febrero. La floración de Betula ocurrió entre los primeros días de abril hasta principios de mayo con una duración promedio de la MPS de 33 días. Al igual que en el caso del aliso, la concentración media diaria más elevada del período estudiado durante 25 de abril con 1283 polen/m3. El año con la menor cantidad de polen de Betula fue 2019 con 843 granos. Además, la mayor cantidad total de alérgeno Bet v 1 se registró en 2019 con 18,836 ng y un pico de alérgeno de 1,460 ng/m3 registrado el 31 de marzo. La floración de Fraxinus tuvo lugar entre los meses de enero y principios de marzo. Se registraron un total de 563 y 1575 granos de polen en 2017 y 2018 respectivamente, durante el período de floración, con una duración de la MPS de 57 y 66 días respectivamente. El pico de concentración de polen se produjo el 17 de enero de 2018 con 160 granos/m3, mientras que el pico de alérgeno se registró el 23 de enero de 2018 con 0,660 ng/m3, 6 días después del pico máximo de polen. La floración de Olea se ha producido desde finales de mayo hasta principios de julio con una duración de la MPS de 32 y 41 días en los dos años de estudio. Se detectaron amplias variaciones en la integral anual de polen y en las concentraciones totales de alérgenos entre los dos años de estudio con una cantidad de 1389 y 233 granos de polen y 0,604 ng 0,117 ng en 2017 y 2018 respectivamente. Durante el año 2018 los picos máximos tanto de alérgenos como de polen se detectaron en el mismo día, el 24 de junio, mientras que en 2017 presentaron una diferencia de 15 días, produciéndose primero el pico de polen (4 de mayo) y después el pico de alérgeno (21 de mayo). La estación polínica principal de Platanus hispanica duró menos de un mes, con una duración promedio de 29 días, comenzando en la segunda quincena de marzo y finalizando en la segunda quincena de abril. Durante el período de estudio, la integral de polen anual registró un promedio de 5927 granos de polen, así como 6,020 nanogramos de alérgeno Pla a 1. Los valores más altos de totales anuales de polen se registraron en el año 2015 con 9848 granos de polen, mientras que la máxima carga alergénica se alcanzó en 2017 con 13,927 ng. El pico máximo diario de polen en todos los años del estudio se registró el 22 de marzo de 2012 con 2347 polen/m3, mientras que el pico diario de alérgenos se registró el 7 de abril de 2010 con 1,458 ng/m3. Uno de los principales resultados del presente estudio fue la detección en la atmósfera de alérgenos relacionados con el polen de Fraxinus y Alnus mediante el uso de anticuerpos de otras especies pertenecientes a la misma familia. Es posible detectar en la atmósfera proteínas relacionadas con la presencia de los alérgenos Fra e 1 mediante el uso de técnicas inmunocitoquímicas y los anticuerpos Ole e 1 del olivo, así como las proteínas Aln g 1 utilizando los anticuerpos del alérgeno principal del abedul Bet v 1. La población urbana alérgica al polen de Betula o al de Olea podría presentar respuestas alérgicas en los meses de invierno (como consecuencia de los alérgenos del polen de fresno y aliso), a principios de la primavera por los alérgenos de Bet v 1, y a finales de la primavera por los alérgenos Ole e 1 del polen del olivo. La cuantificación los aeroalérgenos es muy importante para evitar casos de falsos positivos cuando solamente se tiene en cuenta la concentración de polen debido a posibles reacciones cruzadas entre proteínas alergénicas. Uno de los grandes retos en la planificación del paisaje urbano es la denominada «jardinería hipoalergénica» para extender el uso de especies cuyos granos de polen no produzcan reacciones alérgicas, aunque hasta la fecha no se ha logrado llevar a la práctica con efectividad. Otro efecto negativo de estos fenómenos de reacciones cruzadas es la aparición de lo que se conoce como «priming effect». Las floraciones sucesivas de Alnus y Betula pueden reducir enormemente las concentraciones umbral de polen para la aparición de la sintomatología alérgica a concentraciones más bajas de granos de polen de abedul en la atmósfera. De la misma manera, el polen de Olea aparece en la atmósfera cuando pacientes sensibles han estado sufriendo la sintomatología alérgica al polen de Fraxinus durante un tiempo prolongado, ya que las floraciones de estas especies se producen en estaciones polínicas continuas. Este hecho podría reducir enormemente la concentración umbral de polen de olivo. En el presente estudio se ha detectado que existe una alta carga alergénica en la atmósfera, coincidiendo con niveles bajos de polen debido a la presencia de aeroalérgenos. En muchas ocasiones el pico de alérgenos se alcanza después del pico de polen durante un período lluvioso. Para identificar de forma precisa las concentraciones de polen a partir de las cuales los pacientes sensibles pueden desencadenar episodios de sintomatología alérgica se hace necesario establecer unos umbrales de concentración de polen, los cuales se han convertido en una información clave para la correcta administración de tratamientos. Otro de los principales resultados de este estudio fue la identificación de los niveles de umbrales de alérgenos que se corresponden con los umbrales clásicos marcados para el polen y obtenidos mediante ecuaciones de regresión para conocer los periodos reales de riesgo de alergia. Las ecuaciones de regresión obtenidas entre los recuentos de polen y la proteína alergénica de los taxones estudiados registraron unos valores de R2 altos. Al aplicar los umbrales en las concentraciones de polen y alérgenos obtenidos para los diferentes tipos polínicos se detectaron que, de forma general, los días de riesgo de alergia, al tener en cuenta de forma individual las concentraciones de polen, no coinciden con los días de riesgo obtenidos cuando se consideran los aeroalérgenos. Considerando ambos datos de forma conjunta, los datos de polen y de alérgenos, el número de días con alto riesgo alergénico aumentó en comparación con su evaluación por separado. Los procesos de Transporte a Larga Distancia (TLD) también podrían justificar que las concentraciones de polen en el aire no siempre estén relacionadas con la exposición real a sus principales alérgenos. Los modelos HYSPLIT llevados a cabo en el presente estudio mostraron que el polen procedente de poblaciones de abedul situadas en zonas montañosas, incluso a cierta distancia de la ciudad, que florece unas semanas más tarde por su mayor distribución altitudinal, podría ser transportado a través de los canales formados por el río que atraviesa la ciudad de Ourense, aumentando los picos secundarios de concentración de polen y alérgenos. Las variaciones interanuales del contenido de polen y proteínas en la atmósfera se ven afectadas por variables meteorológicas, principalmente la temperatura, la humedad relativa o las precipitaciones. En los árboles de floración primaveral se observó una correlación positiva estadísticamente significativa entre la presencia de polen o alérgenos y la temperatura. Por el contrario, el grado de asociación fue positivo con relación a la humedad en el caso de los árboles de floración invernal y negativo con las temperaturas. Con respecto a la influencia de los parámetros meteorológicos relacionados con la lluvia, en algunos casos el pico de polen se registró antes del pico de alérgenos, el cual generalmente fue precedido por episodios de lluvia. En la presente tesis también hemos llevado a cabo estudios de Análisis de Componentes Principales (PCA), ya que a diferencia de los análisis de Spearman, que indican la influencia de los parámetros meteorológicos de forma individual, permiten identificar la influencia de los parámetros meteorológicos de forma conjunta. Se han obtenido unos resultados similares a los encontrados con las correlaciones mediante los PCA, ya que de forma general los parámetros que incrementaron la distribución del polen fueron las temperaturas y, por el contrario, la precipitación y la humedad relativa redujeron las concentraciones de polen. Finalmente, se han llevado a cabo modelos de algoritmos de minería de datos para identificar la influencia de los parámetros meteorológicos en las concentraciones de polen y alérgenos de Platanus. El modelo de minería de datos de Árboles de decisión C5.0 obtenido mostró la relevancia de la temperatura mínima y máxima y la humedad relativa para la aparición de diferentes niveles de concentración de alérgeno Pla a 1. Los datos de concentración de polen deben combinarse con los de detección de aeroalérgenos para determinar la carga real de partículas alergénicas atmosféricas, y así poder establecer y desarrollar sistemas destinados a predecir la contaminación biológica ambiental y los momentos de riesgos de alergias.