Estudio de "Alternaria" y del alérgeno Alt A 1 en el bioaerosol urbano

Resumen

El aerosol atmosférico, definido como el conjunto de partículas que se encuentran suspendidas en el aire, a excepción de los hidrometeoros, está involucrado en diversos procesos climáticos y ambientales cruciales para el funcionamiento del planeta. Las partículas que lo conforman varían ampliamente y se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios, aunque es habitual que éstas sean clasificadas en base a su origen (natural o antrópico), formación (primaria y secundaria) y tamaño. El aerosol biológico primario o bioaerosol es aquel que está constituido por organismos, fragmentos de estos o sus unidades de reproducción, liberados directamente desde la biosfera a la atmósfera. Este aerosol se encuentra compuesto principalmente por virus, bacterias y esporas fúngicas, que, en su conjunto, presentan los mayores valores de concentración, aunque otros componentes como granos de polen, esporas de pteridófitos, algas y propágulos de líquenes son también habituales. No obstante, la composición y la concentración de dichas partículas varían notablemente en el tiempo, debido a que dependen de múltiples características ambientales como los ciclos estacionales, la meteorología, las actividades antrópicas o el propio ecosistema, lo que hace difícil establecer su contribución al total del material particulado atmosférico. La importancia del bioaerosol radica fundamentalmente, en el papel que juega en la dispersión de organismos, facilitando de esta manera la colonización de nuevos ecosistemas e influyendo, por tanto, en la dinámica ecológica. Sin embargo, aunque los organismos vivos son una parte de la fracción del aerosol biológico primario, las condiciones que caracterizan a la atmósfera tales como la temperatura, la radiación o la escasez de nutrientes, entre otras, favorecen una mayor presencia de estructuras de resistencia y unidades de reproducción adaptadas al transporte aéreo. Las partículas que conforman el bioaerosol también tienen relevancia desde el punto de vista del ciclo hidrológico, puesto que muchas de ellas pueden actuar como núcleos de condensación de nubes o de hielo, poniendo de manifiesto su influencia en la precipitación. Por otro lado, el bioaerosol supone un riesgo para la salud humana y animal, puesto que muchos de los organismos aerotransportados, o partes de estos, tienen efectos tóxicos o alergénicos. Los granos de polen y las esporas fúngicas presentes en el bioaerosol son los principales responsables del desarrollo de los síntomas de polinosis en las personas sensibles, especialmente en ambientes exteriores. La rinitis alérgica se ha convertido, actualmente, en un serio problema de salud pública a nivel global, no solo por su alta prevalencia, sino también por los costes económicos que lleva asociados. Por estos motivos, se han ido desarrollado redes aerobiológicas de monitorización en diferentes partes del mundo, cuyo propósito es proporcionar información, sobre la concentración y dinámica atmosférica de estas partículas, a una amplia variedad de usuarios, para la gestión de diferentes medidas de prevención y la mejora de los diagnósticos etiológicos. La mayoría de las redes aerobiológicas que se encuentran en funcionamiento, principalmente en Europa, utilizan captadores volumétricos de impacto por succión tipo Hirst. Esta metodología es considerada, hasta la fecha, la mejor para llevar a cabo el muestreo del polen y esporas aerovagantes, ya que permite mediciones precisas, continuas y comparables. Los recuentos aerobiológicos de polen y esporas han sido el método utilizado, tradicionalmente, para evaluar la exposición ambiental a estos alérgenos. Sin embargo, bajo ciertas condiciones ambientales, estas partículas pueden sufrir diversas modificaciones que facilitan la liberación de subpartículas alergénicas a la atmósfera, lo que produce un desajuste entre los conteos esporo-polínicos y la carga alergénica real en la atmósfera. Además, la liberación de estas subpartículas alergénicas supone un riesgo mayor para pacientes, ya que, debido a su pequeño tamaño, pueden ser fácilmente inhaladas, alcanzando las vías respiratorias inferiores, lo que produce una reacción alérgica más intensa e incluso la aparición de crisis asmáticas. Este hecho ha fomentado el desarrollo de metodologías para la detección de estas nanopartículas que, junto con los recuentos de polen y esporas, no solo mejoran la valoración de la carga alergénica real, sino que también suponen un mayor conocimiento de los bioaerosoles. La relación que existe entre la aerobiología y la alergología ha propiciado que la mayoría de los captadores esporo-polínicos estén ubicados en grandes núcleos de población, sin tener en cuenta otros criterios para su instalación. Esto puede ocasionar que las redes aerobiológicas no representen adecuadamente la variabilidad ambiental del territorio y, por tanto, tampoco las verdaderas dinámicas esporo-polínicas atmosféricas. A pesar de que hay un gran número de artículos científicos que describen el espectro polínico en multitud de localidades, son muy escasos los que han evaluado la eficiencia de las redes aerobiológicas que se encuentran en funcionamiento. Actualmente, la realización de este tipo de estudios es fundamental en el campo de la aerobiología, especialmente para redes aerobiológicas que representan territorios de gran extensión y con gran variabilidad geográfica y de vegetación. Ello permite obtener datos con los que poder elaborar modelos de predicción fiables y optimizar los recursos, de cara a una futura transición a redes de monitorización automáticas. La literatura científica también evidencia que aún existe un desconocimiento importante en cuanto a la presencia y dinámica de las esporas fúngicas en la atmósfera. Estas, a pesar de ser uno de los componentes más abundantes del bioaerosol y, algunas de ellas, estar relacionadas con el desarrollo de asma agudo, con frecuencia han sido obviadas en los estudios aerobiológicos debido a la complejidad de su identificación taxonómica al microscopio óptico. El género Alternaria es uno de los taxones fúngicos con mayor importancia en aerobiología, como resultado de su potencial alergénico, su amplia distribución geográfica y que muchas de sus especies son fitopatógenas. Aunque ya se conoce la influencia de algunos factores meteorológicos como la temperatura, la humedad o la precipitación, sobre la fluctuación de la concentración en la atmósfera de esporas de Alternaria, se han observado grandes diferencias entre lugares relativamente cercanos y con características climáticas similares. Esto revela que la dinámica de las esporas es un proceso complejo que no se puede explicar únicamente por las mencionadas variables climáticas. Los días de riesgo por exposición a conidios de Alternaria se han establecido, tradicionalmente, cuando la concentración excede las 100 esporas por metro cúbico de aire. Sin embargo, estudios más recientes han mostrado que las personas sensibles a este hongo, presentan síntomas clínicos con valores de concentración más bajos; lo que puede ser debido a la presencia de moléculas alergénicas libres. Hasta la fecha, los estudios aerobiológicos sobre alérgenos fúngicos son muy escasos, ya que la mayoría se han centrado en los alérgenos mayores del polen, sin embargo, la glicoproteína Alt a 1, alérgeno mayor de Alternaria, muestra el porcentaje de sensibilización más elevado entre la población con alergias respiratorias a hongos. Por todo lo anteriormente expuesto, el objetivo principal de esta tesis ha sido, llevar a cabo un estudio de las esporas de Alternaria y su alérgeno mayoritario Alt a 1, en la atmósfera de dos localidades de Castilla y León y analizar qué influencia ejercen diferentes variables ambientales, sobre la dinámica de dichas partículas en el aire. Esto se ha realizado con el fin de mejorar los modelos de predicción de días de riesgo por exposición a este tipo de esporas. Para conseguir el objetivo planteado, la presente memoria doctoral se ha estructurado en siete capítulos. En el capítulo I se expone una breve introducción teórica sobre el bioaerosol y su impacto en el ambiente y en la salud humana centrándose, principalmente, en la importancia de los estudios aerobiológicos del polen y las esporas. El capítulo II presenta una justificación detallada para la realización de esta tesis, así como los objetivos que se quieren alcanzar durante su desarrollo. El capítulo III describe los diferentes materiales y métodos usados para la obtención y el tratamiento de los datos. En los capítulos IV a VI se muestran los resultados obtenidos, con un formato similar al de los artículos científicos publicados a los que hacen referencia. Finalmente, en el capítulo VII se exponen las conclusiones que se han obtenido en esta memoria doctoral. Previo al estudio aerobiológico de los conidios de Alternaria, se seleccionaron las dos localidades más apropiadas entre las 13 estaciones de monitoreo que hay en Castilla y León. Para ello, el capítulo IV incluye el estudio en el que se analizan las dinámicas atmosféricas de los 10 tipos polínicos más abundantes, durante un periodo de 8 años, en las 13 estaciones de monitoreo. En este trabajo se aplicó un análisis de agrupamiento (clustering), calculado a partir de seis distancias matemáticas diferentes, con el fin de establecer grupos homogéneos de estaciones, en base al comportamiento del periodo polínico principal. Posteriormente, se analizaron los grupos obtenidos en combinación con la altitud y diversas variables bioclimáticas, obtenidas a partir de datos de temperatura y precipitación. Los resultados muestran que las estaciones que constituyen la red Aerobiológica de Castilla y León, representan la mayor parte de la variabilidad ambiental que presenta el territorio. Esta red aerobiológica se puede dividir en dos grandes áreas y cinco subáreas, atendiendo al comienzo y duración del periodo polínico principal; lo que coincide con la división del territorio según su climatología. Las variables bioclimáticas que mostraron diferencias significativas entre los grupos de las estaciones y que influyen en las dinámicas polínicas atmosféricas fueron la estacionalidad de las precipitaciones y la temperatura máxima del mes más cálido, aunque la orografía también se debe tener en cuenta. En el capítulo V se presenta el estudio de los conidios de Alternaria en la atmósfera de las localidades de León y Valladolid, seleccionadas previamente, de acuerdo con los resultados obtenidos del capítulo IV. Ambas ciudades se encuentran a una distancia relativamente cercana, en dos áreas aerobiológicas diversas y con diferencias en cuanto a la cobertura y uso del suelo. El objetivo de este capítulo fue determinar las principales fuentes de emisión de esporas de Alternaria y el impacto en su concentración atmosférica, así como establecer las potenciales rutas de transporte que incrementan la concentración de dichos conidios. Para llevarlo a cabo, se estudió la concentración de esporas diarias durante cinco años en ambas localidades. Además, para establecer las potenciales fuentes de emisión, se realizó un análisis del uso del suelo, en un radio de 30 km alrededor de cada captador, en combinación con datos de dirección y velocidad del viento. Los resultados obtenidos mostraron una gran variación espacial entre estas dos áreas relativamente cercanas, siendo la concentración registrada en Valladolid muy superior a la de León. Este hecho se debe principalmente a los vientos dominantes en Valladolid, que proceden del norte donde se encuentran grandes áreas destinadas al cultivo de cereal, especialmente durante la época de cosecha, lo que pone de manifiesto el potencial de estas zonas como fuentes de emisión. En cambio, la baja concentración de esporas registrada en León se debe a la procedencia de los vientos dominantes desde áreas en las que predominan las masas forestales y los matorrales, lo que evidencia la baja contribución de este tipo de vegetación a la carga atmosférica de esporas. Además, los escasos días de riesgo registrados en la ciudad de León, están ligados a los vientos infrecuentes de componente sur, ya que es donde se encuentran las principales zonas de cultivo. La variación anual de la concentración de esporas de Alternaria y la localización de las fuentes de emisión en León, hacen de esta localidad un lugar apropiado para investigar las complejas relaciones entre la concentración de esporas, la presencia del alérgeno Alt a 1 y las variables ambientales. Por ello, en el capítulo VI se presenta un estudio aerobiológico del alérgeno Alt a 1 de cinco años de duración. En este trabajo se aplicó un análisis de agrupamiento no jerarquizado, para clasificar los días según sus características, meteorológicas y del aerosol, y estudiar el número de días con alérgeno en cada uno de los grupos establecidos. Posteriormente, para evaluar si las variables seleccionadas pueden predecir la presencia de Alt a 1 en la atmósfera, se realizó un análisis cuadrático discriminante. Los resultados obtenidos mostraron que las temperaturas cálidas y la humedad absoluta favorecen la presencia de este alérgeno en el aire, mientras que el tiempo de precipitación está relacionado con días sin alérgeno. Asimismo, usando los parámetros seleccionados, el análisis cuadrático discriminante predijo los días con presencia de alérgeno con un rango de precisión de entre el 67% y el 85%. El desajuste entre la concentración de esporas y el alergeno Alt a 1, se puede explicar por un mayor transporte a media-larga distancia de alérgeno que de esporas, desde las principales fuentes de emisión. En esta tesis se ha puesto de manifiesto la importancia de evaluar las redes aerobiológicas para conocer si representan adecuadamente un territorio y comprender las dinámicas esporo-polínicas atmosféricas que pueden existir en función de diferentes variables ambientales. Asimismo, y con el fin de mejorar la fiabilidad de los modelos predictivos, se han incorporado en los cálculos, nuevas variables más allá de las tradicionalmente usadas, como son la localización de las fuentes de emisión, las principales rutas de transporte de partículas o las características ambientales que favorecen la presencia de alérgeno en el aire. Los resultados obtenidos indican que, el umbral clínico de exposición a esporas de Alternaria debería ser redefinido, puesto que el alérgeno Alt a 1 está presente en el aire incluso en días con baja concentración de las mismas.