Efectos: ¿qué daño puede causar el petróleo?
Cuando pensamos en el daño que causa el petróleo al medioambiente, nos imaginamos animales cubiertos de petróleo, como aves marinas, tortugas y mamíferos marinos. Una capa de petróleo interfiere con las propiedades aislantes del pelaje y las plumas de los animales, lo que puede provocar hipotermia y también afecta su capacidad para volar, nadar o evadir depredadores. Los animales pueden inhalar o ingerir el petróleo al intentar limpiarse, al tomar agua, al respirar en la superficie del mar o al comer presas contaminadas, lo que les causa efectos tóxicos.
Los efectos más graves de los derrames de petróleo en el mar suelen ocurrir en la superficie del mar o en las costas contaminadas. El petróleo vertido en el mar se limita principalmente a dos dimensiones, formando manchas superficiales que presentan peligros de contacto o ingestión para aves marinas, tortugas, mamíferos marinos y otros animales o plantas que habitan o transitan de manera rutinaria por la superficie del mar. Estos peligros han causado la muerte masiva de animales afectados, en especial, después de derrames de petróleo que contaminan aguas costeras altamente productivas.
FUENTE DE LA IMAGEN: Administración Nacional Oceánica y Atmosférica.
Las olas pueden dispersar las manchas de petróleo en la columna de agua y presentan riesgos de contacto e ingestión para peces y organismos que se alimentan por suspensión. Sin embargo, la mayoría de los petróleos flotan y pocas veces penetran más de unas pocas decenas de metros en la columna de agua y tienden a regresar a la superficie del mar en mares más tranquilos. Los componentes volátiles del petróleo presentan riesgos de inhalación para aves marinas, tortugas y mamíferos marinos, que pueden causarles la muerte. El petróleo arrastrado hacia las costas presenta riesgos de contacto o asfixia para los organismos que habitan o atraviesan la zona intermareal, lo que puede provocar la ingestión de petróleo o la asfixia
En contraste, los derrames de petróleo pocas veces provocan la muerte masiva de peces u otros organismos que habitan en aguas subterráneas. Esto se debe principalmente a que la mayoría de los componentes del petróleo no se disuelven con facilidad en el agua, y los que sí lo hacen suelen diluirse de manera rápida a concentraciones inferiores a los umbrales de toxicidad aguda. Esta rápida dilución resulta de la disolución de los componentes del petróleo de las manchas de petróleo, que suelen tener menos de 1 milímetro de espesor, en capas mixtas de columnas de agua que suelen tener decenas de metros o más de espesor, lo que indica factores de dilución del orden de 10.000 o más que se alcanzan con relativa rapidez. Sin embargo, incluso los componentes del petróleo diluidos pueden provocar diversos efectos adversos subletales en los organismos marinos.
En casos inusuales, como la explosión de DWH en 2010 en el norte del golfo de México, el petróleo puede combinarse con sedimentos u otra materia orgánica y hundirse hasta el fondo marino, donde se acumula y supone un peligro de contacto e ingestión para los organismos bentónicos.
Los efectos nocivos del petróleo pueden ir más allá de los efectos sobre un organismo o especie individual. La exposición al petróleo puede desencadenar una variedad de efectos a través de diferentes niveles tróficos dentro de un ecosistema. Por ejemplo, la contaminación por petróleo puede afectar la calidad del hábitat y reducir la disponibilidad de presas (consulte la figura 14). Las cadenas alimentarias también pueden verse alteradas si se eliminan los depredadores, como puede ocurrir cuando las aves marinas se contaminan con petróleo. Estos efectos pueden causar cambios a largo plazo en la estructura del ecosistema.
NOTAS: La foto muestra el petróleo adherido a las raíces del manglar entre 3 y 4 semanas después del derrame (enero de 2014). Algunas hojas de manglar cambiaron de color verde a amarillo, lo que indica efectos subletales en este hábitat.
FUENTE: Con autorización de Paul Schuler, Oil Spill Response Limited.
Modos de exposición al petróleo
Los seres vivos pueden entrar en contacto con el petróleo a través de cuatro modos principales de exposición: contacto físico, ingestión, inhalación de componentes volátiles y gotas de petróleo o absorción de componentes disueltos (consulte la Figura 15). El petróleo puede causar daños a los seres vivos por contacto físico y por intoxicación con sus compuestos tóxicos. La vulnerabilidad de los organismos varía de forma considerable según la especie, la etapa de vida, el hábitat, el modo de exposición y los mecanismos tóxicos involucrados (consulte la tabla 3).
TABLA 3 Resumen de los modos de exposición al petróleo, los mecanismos de toxicidad y los efectos de la exposición al petróleo
| Mecanismo de toxicidad | Especies afectadas | Efectos de la exposición |
|---|---|---|
| Modo de exposición: contacto físico Las manchas y las capas superficiales de petróleo en el mar cubren los organismos con petróleo. |
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| Deficiencias en la movilidad | Aves marinas |
El petróleo en las plumas de las aves interfie e con su capacidad de entrelazarse, lo que reduce su capacidad de vuelo. Esto podría resultar en:
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| Deficiencias en la termorregulación | Aves marinas, mamíferos marinos |
Al recubrir el pelaje o las plumas de las aves marinas o los mamíferos marinos, el petróleo puede penetrar la capa de aire aislante junto a la piel, causando pérdida de calor. Esto podría resultar en:
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| Irritación dérmica | Aves, mamíferos marinos, peces |
El contacto físico con el petróleo irrita la piel de la mayoría de los animales silvestres, provocando abrasiones y lesiones. Esto puede causar:
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| Mecanismo de toxicidad | Especies afectadas | Efectos de la exposición |
|---|---|---|
| Asfixi | Aves, mamíferos marinos, tortugas marinas, plantas | El petróleo puede obstruir las fosas nasales y las vías respiratorias de los organismos y asfixiar a las plantas. |
| Modo de exposición: toxicidad por ingestión Los organismos pueden ingerir petróleo al intentar limpiarse, al beber agua al respirar en la superficie del mar o al comer presas contaminadas con petróleo. |
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| Daños en el tracto gastrointestinal | Aves, mamíferos marinos, peces |
La ingestión de petróleo puede causar:
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| Toxicidad hepática | Aves, mamíferos marinos, peces |
El hígado elimina del cuerpo el petróleo ingerido, pero las vías metabólicas activadas pueden producir compuestos tóxicos y cancerígenos que causan un daño hepático significativo. La disminución de la función hepática puede causar:
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| Mecanismo de toxicidad | Especies afectadas | Efectos de la exposición |
|---|---|---|
| Disfunción renal | Aves, mamíferos marinos, peces |
La exposición al petróleo causa disfunción renal, por sus efectos directos e indirectos de su ingestión, lo que causa inflamación intestinal, lo que deriva en deshidratación grave y, por consiguiente, daño renal. La disminución de la función renal puede causar:
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| Deficiencias del sistema inmunitario | Aves, mamíferos marinos | La exposición al petróleo se ha relacionado con cambios en la presencia y composición de glóbulos blancos, lo que reduce la función inmunitaria. Un sistema inmunitario debilitado puede resultar en la incapacidad de combatir infecciones bacterianas, fúngicas, virales o parasitarias. |
Déficits neurológicos, que incluyen:
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Aves, mamíferos marinos |
No está claro si los déficits neurológicos observados en animales contaminados con petróleo son el resultado directo de la exposición al petróleo o están relacionados con traumatismos, una nutrición inadecuada o disfunción hepática. Si los cambios se deben a la exposición al petróleo, los posibles mecanismos de toxicidad incluyen:
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| Mecanismo de toxicidad | Especies afectadas | Efectos de la exposición |
|---|---|---|
| Deficiencias cardiovasculares | Aves, mamíferos marinos, peces | |
| Alteración del sistema hormonal | ||
| Anemia | ||
| Inhibición del crecimiento | ||
| Modo de exposición: toxicidad por inhalación Los mamíferos marinos, y probablemente las tortugas marinas, son vulnerables a los efectos tóxicos tras la inhalación de vapores de petróleo. |
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| Privación de oxígeno y efectos tóxicos | Mamíferos marinos, seres humanos | La inhalación de la mezcla de gases sobre la mancha puede causar pérdida del conocimiento y ahogamiento. Esto se ha observado en trabajadores de la extracción de petróleo y gas, quienes han inhalado accidentalmente los vapores. |
| Daños al sistema respiratorio | Aves marinas, mamíferos marinos, seres humanos | |
| Modo de exposición: toxicidad por absorción Los componentes del petróleo que se disuelven en la columna de agua pueden absorberse a través de la piel, el tracto gastrointestinal o las superficies respiratorias de los organismos acuáticos, y puede dañarlos al afectar su desarrollo cardiovascular y causar toxicidad fotointensificada |
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| Toxicidad aguda | Todos los organismos acuáticos | La exposición a componentes del petróleo disueltos puede causar toxicidad a corto plazo que puede causar la muerte. La vulnerabilidad a esta toxicidad varía según la especie y la etapa de la vida. |
| Deficiencia cardiovascular | Peces, aves marinas, otros vertebrados | La exposición a componentes del petróleo puede causar problemas en el desarrollo del corazón. |
| Toxicidad fotointensificad | Se ha demostrado que más de 30 especies acuáticas son sensibles a la toxicidad fotointensificada, lo que incluye crustáceos, moluscos, oligoquetos y peces. | La producción de especies reactivas de oxígeno y radicales libres es catalizada por ciertos componentes del petróleo que se absorben en las células y luego se exponen a la luz ultravioleta. Esto causa estrés oxidativo, que básicamente quema los tejidos de adentro hacia afuera. El exceso de especies reactivas de oxígeno puede dañar los lípidos, los aminoácidos y el ADN/ARN dentro de las células. |
Avances recientes en la comprensión de los efectos del petróleo en los ecosistemas
En los últimos 20 años, las siguientes tecnologías y herramientas moleculares han impulsado el estudio de la presencia, el destino y los efectos de los contaminantes medioambientales, incluido el petróleo.
MAYOR COMPRENSIÓN DE LAS VÍAS DE EXPOSICIÓN Y LOS DESAFÍOS
Nuevas técnicas moleculares analíticas y enfoques de prueba han proporcionado un amplio conocimiento sobre los factores que impulsan la toxicidad. Un ejemplo proviene de experimentos que detallan cómo la formación de gotas de petróleo puede influir en la toxicidad al proporcionar vías adicionales para que los ecosistemas se expongan al petróleo y mejorar la biodisponibilidad de sus componentes.
IDENTIFICACIÓN DE MECANISMOS DE ACCIÓN MEDIANTE LAS TECNOLOGÍAS ÓMICAS
Las herramientas ómicas pueden ayudar a identificar nuevos mecanismos de acción de la toxicidad y determinar los impactos del petróleo en organismos individuales. Por ejemplo, las herramientas ómicas se han utilizado para estudiar la epigenética —modificaciones de la molécula de ADN que afectan su disponibilidad, como la metilación del ADN—, lo que ha proporcionado información importante sobre las consecuencias a largo plazo de la exposición al petróleo para las generaciones futuras que no estuvieron directamente expuestas. La importancia de los cambios inducidos por el petróleo en el transcriptoma —el conjunto de genes que se transcriben en ARN— también se ha destacado a través de estudios ómicos.
AVANCES EN EL MODELADO PARA PREDECIR LOS EFECTOS
Los modelos integrados de trayectoria, destino y efectos muestran la evolución de los derrames de petróleo y las concentraciones de sus componentes, y pueden utilizarse para planificar las opciones de respuesta. Desde la publicación de Petróleo en el mar, III edición se han desarrollado nuevos modelos y los existentes se han actualizado y perfeccionado con base en los nuevos conocimientos. Los modelos actualizados se han utilizado para cuantificar el alcance del impacto del petróleo y para pronosticar la distribución de las gotas de petróleo y sus componentes, y también se han mejorado para su uso en zonas árticas.
Los nuevos modelos también se han utilizado para estimar la duración y el alcance de la exposición al petróleo para evaluaciones comparativas de riesgos que sirven de base para las decisiones sobre las compensaciones entre los recursos potencialmente afectados.
Brechas en la investigación: efectos del petróleo en el mar
Las siguientes áreas de investigación representan las necesidades más urgentes para comprender los efectos del petróleo en el mar.
TÉCNICAS DE EVALUACIÓN EN EL SITIO EN TIEMPO REAL
Para seguir avanzando en la comprensión de los efectos del petróleo en diferentes ecosistemas, los investigadores deberán desarrollar métodos para realizar evaluaciones en el sitio en tiempo real de especies y comunidades individuales expuestas al petróleo. Un ejemplo podría ser el desarrollo de sensores en el sitio para detectar petróleo e hidrocarburos de petróleo y para el análisis de imágenes de especies como el plancton, así como el uso de vehículos submarinos autónomos para determinar los efectos en la columna de agua.
ENFOQUE EN VÍAS Y MECANISMOS DE ACCIÓN POCO ESTUDIADOS
Se requieren mayores esfuerzos para comprender las vías de exposición poco estudiadas, como la inhalación en la interfaz aire-mar, y los mecanismos de acción que resultan de la exposición crónica de bajo nivel al petróleo. Por ejemplo, los mamíferos marinos y las tortugas marinas expuestos en la interfaz aire-mar pueden sufrir efectos subletales por la exposición al petróleo, lo que perjudicaría su capacidad de encontrar y capturar alimentos o evitar depredadores, pero podría no causar la muerte hasta meses después de la exposición, lo que lleva a subestimar las pérdidas de población.
EFECTOS POCO ESTUDIADOS DE LA EXPOSICIÓN AL PETRÓLEO, COMO LOS QUE AFECTAN LAS INTERACCIONES TRÓFICAS Y LAS CADENAS ALIMENTARIAS
Cada vez hay más evidencia que sugiere que los efectos adversos generalizados sobre especies en peligro de extinción o que son componentes importantes de las cadenas alimentarias marinas, como las aves y los mamíferos marinos, pueden tener repercusiones sustanciales en otras especies y operar a través de fuertes vínculos tróficos o cascadas. Se podría lograr una mejor comprensión de
la estructura trófica en los sistemas marinos mediante un diseño experimental que incorpore poblaciones, interacciones tróficas comunitarias, múltiples factores de estrés e interrelaciones que permitan anticipar los efectos indirectos o en cascada de un derrame de petróleo.
INFLUENCIA DE LOS FACTORES CONJUNTOS DE ESTRÉS EN LA BIOACUMULACIÓN Y LA TOXICIDAD
A pesar de la comprensión mucho mejor de la función de diversos modificadores o factores conjuntos de estrés del medioambiente, se necesita más investigación. Por ejemplo, se necesitan más estudios para caracterizar la gama de productos de fotooxidación producidos por diversos petróleos y evaluar su persistencia, bioacumulación y toxicidad para organismos de prueba de toxicidad estándar. Se deberían incluir en estos estudios organismos adicionales y numerosos estadios de vida.
DIRECTRICES MEJORADAS Y AVANCES EN ESTUDIOS Y MODELOS DE TOXICIDAD
Tradicionalmente, las pruebas de toxicidad de laboratorio se han utilizado para intentar imitar o replicar las condiciones de campo durante un derrame, lo cual no es factible; sin embargo, han sido útiles para establecer umbrales de toxicidad para diversos taxones expuestos a numerosos tipos de petróleo (en
diferentes estados de meteorización), mezclas de hidrocarburos o componentes individuales de hidrocarburos. Estos datos se han utilizado para desarrollar y validar diversos efectos biológicos y modelos de toxicidad que predicen la toxicidad (en especial, en especies nuevas y poco estudiadas) y han sido útiles tanto en el proceso de evaluación nacional de daños a los recursos naturales como en la toma de decisiones sobre derrames de petróleo para determinar la mejor opción de respuesta. La forma en que se realizan y se informan estas pruebas define su utilidad; pueden producirse sobreestimaciones o subestimaciones de la toxicidad, según cómo se elaboren y verifiquen químicamente los medios de prueba, y cómo se realice y se informe el experimento. Estos problemas llevaron al desarrollo de un protocolo estandarizado que se publicó un par de años antes de la publicación de Petróleo en el mar, III edición (es decir, Respuesta química ante derrames de petróleo: Foro de Investigación de Efectos Ecológicos [Chemical Response to Oil Spills: Ecological Effects Research Forum, CROSERF]). Los nuevos conocimientos y avances técnicos que estudian los efectos biológicos (p. ej., la tecnología ómica), combinados con los avances en química analítica para caracterizar las exposiciones, justifican su asimilación para una mejor comprensión de los efectos.
Efectos de los derrames de petróleo en los seres humanos
El petróleo en el mar, así como las posteriores actividades de limpieza, también afecta a los humanos. De forma similar al marco “One Health” (Una Salud) en la ecología de las enfermedades infecciosas —donde se reconoce una mayor conciencia de cómo la interconexión entre el uso del suelo, el nivel socioeconómico y la resiliencia climática está directamente relacionada con los riesgos de enfermedades emergentes—, los efectos del petróleo en las personas son mucho más complejos y multifactoriales de lo que se creía antes. Por ejemplo, la contaminación por petróleo afecta la salud y el bienestar del equipo de respuesta ante derrames, así como a los habitantes locales y a las comunidades costeras al causar daños directos por la exposición a sustancias tóxicas. Sin embargo, los derrames de petróleo también tienen impactos en la salud mental, efectos conductuales y consecuencias económicas y sociales que perduran más allá de los efectos iniciales y más tangibles del derrame.
EFECTOS DIRECTOS DE LA EXPOSICIÓN AL PETRÓLEO EN LA SALUD
Los efectos agudos del petróleo crudo incluyen irritación cutánea y ocular, mareos y otros efectos neurotóxicos, así como efectos en las vías respiratorias, como irritación de garganta y tos. Estos efectos se han informado en trabajadores de respuesta, así como en miembros de la comunidad, cuando los derrames se produjeron cerca de la costa.
RELACIÓN ENTRE LA EXPOSICIÓN AL PETRÓLEO Y LA INCIDENCIA DE CÁNCER
Dos de los componentes del petróleo crudo, el benceno y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), son carcinógenos humanos conocidos, y los estudios han vinculado la exposición al petróleo crudo con la incidencia de cáncer. Uno de los estudios prospectivos más amplios sobre el cáncer en trabajadores expuestos al petróleo crudo es la cohorte de trabajadores petroleros en alta mar de Noruega. Comenzó en 1998 con base en cuestionarios que respondieron 27.917 trabajadores, de los cuales aproximadamente el 10 % eran mujeres. El principal hallazgo fue un aumento estadísticamente significativo en las tasas de incidencia estandarizadas de todos los cánceres, tanto en hombres como en mujeres.
TRACTO RESPIRATORIO
Varios investigadores han informado efectos a largo plazo en el tracto respiratorio, lo que incluye hallazgos de asma, alergias respiratorias y déficits en la función pulmonar. Tras el derrame de petróleo del buque Prestige, un estudio a largo plazo de una cohorte de pescadores que participaron en las labores de limpieza reveló una mayor prevalencia de síntomas en las vías respiratorias superiores e inferiores 1 año después del derrame.
EFECTOS CARDIOVASCULARES
También se han sugerido efectos cardiovasculares a largo plazo. Un estudio del Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ambiental de 24.375 trabajadores observó una asociación sugestiva entre la incidencia de infartos y la exposición individual a hidrocarburos totales durante el trabajo como equipo de respuesta, aunque no se consideró la función de los factores de estrés psicosocial en la incidencia de infartos.
EFECTOS REPRODUCTIVOS Y DEL DESARROLLO
La evidencia toxicológica sugiere la posibilidad de toxicidad reproductiva y del desarrollo por los componentes del petróleo crudo, en particular los HAP, pero los estudios epidemiológicos sobre esta relación con los defectos congénitos no han sido concluyentes. Por ejemplo, estudios de casos-control que utilizaron la Base de Datos Nacional de Prevención de Defectos Congénitos para investigar defectos congénitos neurales o cardíacos en bebés, cuyas madres habían estado expuestas ocupacionalmente a HAP, revelaron cierta evidencia de una asociación entre la exposición a HAP y la espina bífida, pero no con otros defectos del tubo neural ni con cardiopatías congénitas. Aunque no es un hallazgo contundente, los estudios sugieren que los desastres que afectan a mujeres embarazadas pueden tener un impacto conductual en sus bebés, por lo que se justifica una evaluación más detallada de la posible toxicidad reproductiva y del desarrollo de las mezclas y componentes del petróleo crudo.
IMPACTOS EN LA SALUD MENTAL
Una extensa literatura documenta sin lugar a dudas los efectos mentales y conductuales en las personas directamente involucradas en cualquier desastre mayor, lo que incluye derrames de petróleo. Estos efectos comprenden altos niveles de trastorno de estrés postraumático, depresión y ansiedad. En la actualidad, una creciente evidencia indica que los grandes derrames de petróleo también pueden producir efectos mentales y conductuales en los miembros
de la comunidad que no tienen contacto directo con el petróleo crudo o sus componentes. Por ejemplo, estudios de comunidades costeras de Alaska afectadas por el derrame de petróleo del Exxon Valdez proporcionaron evidencia significativa de que la perturbación comunitaria afectó los efectos mentales y conductuales de sus miembros individuales. Otros estudios han mostrado efectos aditivos de la exposición a múltiples desastres, como el huracán Katrina y el derrame de DWH, en particular, en niños y adolescentes.
Las pérdidas económicas asociadas con los derrames de petróleo, como la suspensión de las industrias pesqueras, pueden ser factores significativos para la salud mental y conductual de la comunidad después de un derrame. Por ejemplo, un estudio comparó dos comunidades pesqueras: una directamente afectada por el derrame de petróleo de DWH (condado de Baldwin, Alabama) y la otra (condado de Franklin, Florida), que experimentó pérdidas de pesca y turismo, pero sin contaminación de la costa. El estudio no reveló diferencias en las medidas de angustia psicológica entre los residentes de estas dos comunidades en general, pero dentro de ambas comunidades, las personas que perdieron ingresos a causa del derrame sufrieron mucha más angustia psicológica que quienes tenían ingresos estables. Este hallazgo se mantuvo en un estudio de seguimiento realizado un año después del derrame de petróleo.
Brechas en la investigación: efectos de los derrames de petróleo en la salud de los seres humanos
Las siguientes áreas de investigación representan algunas de las necesidades más urgentes para comprender mejor y limitar los efectos de los derrames de petróleo en la salud humana.
MEJORAS EN LAS DIRECTRICES DE SEGURIDAD DE LOS MARISCOS
El principal impacto económico del derrame de petróleo de DWH y otros ha sido el cierre de la recolección de mariscos con el objetivo de proteger la salud humana. Es necesario comprender mejor las incertidumbres que existen con base en el riesgo para la reapertura de la recolección de mariscos en zonas oceánicas contaminadas y garantizar la comunicación transparente de esta información. La base para la reapertura de los recursos pesqueros se relaciona, en parte, con la evaluación de riesgos de la lista prioritaria de HAP de la Agencia de Protección Ambiental (Environmental Protection Agency, EPA), establecida hace varias décadas. La información nueva disponible sobre la química y la toxicología de las mezclas de HAP, así como el creciente reconocimiento del impacto del cierre de la recolección de mariscos en la salud comunitaria, indican la necesidad de reevaluar el riesgo para los humanos de ingerir mariscos tras un derrame de petróleo (el comité señala que investigaciones adicionales para reducir las incertidumbres podrían proporcionar la base científica para hacer que los criterios sean más o menos estrictos).
SE AMPLIARON LOS ESFUERZOS PARA ABORDAR LA SALUD HUMANA Y LA RESILIENCIA DE LA COMUNIDAD DESPUÉS DE LOS DERRAMES DE PETRÓLEO
Dar mayor importancia a la prevención de los efectos mentales y conductuales durante la respuesta a derrames de petróleo podría ayudar a fortalecer la resiliencia comunitaria ante estos derrames. Actualmente, el ICS desempeña una función fundamental en la respuesta a derrames de petróleo y establece prioridades estratégicas de respuesta (consulte el recuadro 4 en la página 39). Para fundamentar las decisiones del ICS y priorizar la salud mental y conductual de la comunidad, los científicos necesitarían desarrollar y validar medidas estandarizadas de salud mental y conductual de la comunidad equivalentes a las que se utilizan en la actualidad para las decisiones sobre ecosistemas.
