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Poluição Atmosférica Como os principais poluentes provocam doenças

Prof. Dr. György Miklós Böhm

Monóxido de Carbono

O monóxido de carbono (CO) é um gás inodoro, incolor, insípido produzido por queima incompleta de combustíveis que contém átomos de carbono. Sua toxicidade foi uma das primeiras a ser intensamente investigada e, portanto, é muito bem conhecida.

Essencialmente, trata-se de uma substância que prejudica a oxigenação dos tecidos e, por isso, é classificada como um asfixiante sistêmico. Vejamos este mecanismo:

A substância que carrega oxigênio aos tecidos é a hemoglobina que está dentro dos glóbulos vermelhos do sangue (também chamados de hemácias ou eritrócitos). Ao nível dos capilares pulmonares, a hemoglobina recebe oxigênio (O2) do ar que está nos alvéolos e, depois, continua pelos vasos sangüíneos para levar este elemento vital a todos os tecidos. O O2 é entregue a cada setor do organismo conforme sua necessidade e a hemoglobina recebe o CO2 lá existente, e que é o produto resultante do metabolismo celular do qual os tecidos precisam se livrar. Repetindo:

nos pulmões a hemoglobina troca CO2 por O2
nos tecidos a troca é inversa: O2 por CO2

A reação acima é possível porque a combinação desses gases com a hemoglobina formam compostos instáveis, facilmente liberando O2 ou CO2.

Esse é um processo essencial à vida. Se parar, as células deixam de receber oxigênio e entram em anóxia, ocorre asfixia geral.

A periculosidade do CO resulta da estabilidade do complexo CO + hemoglobina (carboxihemoglobina), de modo que o mecanismo de troca fica prejudicado: a hemoglobina não se consegue livrar do CO, não pode trocá-lo por O2 e, conseqüentemente, oxigenar o organismo. É por isso que o CO é um asfixiante sistêmico.

Se 20% a 30% da hemoglobina ficarem saturados com CO, aparecem os sintomas e sinais de hipóxia (falta de oxigenação do organismo); acima de 60% de saturação, ocorrem perda da consciência e morte.

A hipóxia é um fenômeno biológico complexo e suas manifestações clínicas são complicadas. Todos os órgãos necessitam de O2, no entanto alguns em maior quantidade do que outros. Assim, o sistema nervoso central é o maior consumidor desse gás e é muito sensível à sua falta. Portanto, confusão mental, inconsciência e parada das funções cerebrais caracterizam as intoxicações graves pelo CO. Nos envenenamentos crônicos, há perturbações mentais, cardíacas, renais e hepáticas, principalmente. Entretanto, é importante saber que nas intoxicações agudas ou crônicas, se a vítima não mais respirar CO e, desse modo, a concentração de carboxihemoglobina se mantiver estável, a hemoglobina lentamente se livra desse gás tóxico, o sistema sangüíneo reage produzindo novos glóbulos vermelhos prontos para a troca vital de gases e, após vários dias, restabelece-se o ciclo normal da oxigenação celular. A absoluta maioria dos pacientes tem recuperação completa e sem seqüelas.

Óxidos de Nitrogênio

Dois NOx são importantes na poluição do ar: o monóxido de nitrogênio (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO2). Esses poluentes são formados, principalmente, nas câmaras de combustão de motores de veículos onde, além do combustível, há ar que contém grandes quantidades de nitrogênio e oxigênio que, devido à altíssima temperatura existente, combinam formando os NOx.

(Esclarecimento: a composição do ar normal é: 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de argônio. Existem outros elementos, porém em quantidades ínfimas.)

O NO, se permanecesse puro, seria um gás praticamente inofensivo e não representaria perigos à saúde. Entretanto, ele se oxida facilmente para NO2 que é um gás invisível, de odor característico e muito irritante. A pessoa atingida sente imediatamente ardência nos olhos, no nariz e nas mucosas em geral. Como veremos há vários outros gases irritantes que causam os mesmos sintomas.

O NO2 reage com todas as partes do corpo expostas ao ar, pele e mucosas, e provoca lesões celulares. Os epitélios (revestimentos celulares) que mais sofrem são aqueles das vias respiratórias, por serem mais sensíveis do que a pele ou os epitélios da boca e da farínge, e, portanto, ocorrem degenerações celulares e inflamações no sistema respiratório, desde o nariz até à profundidade dos alvéolos pulmonares.

Em caso de intoxicação grave, instalam-se edema pulmonar, hemorragias alveolares e insuficiência respiratória, causando morte. Se a exposição for aguda, porém não fatal, ou houver inalação crônica de doses nocivas, teremos doenças respiratórias de vários tipos, dependendo da intensidade e duração da exposição. A mais branda será uma inflamação passageira das mucosas das vias respiratórias. Seguindo em ordem crescente de gravidade aparecerão: traqueites e bronquites crônicas, enfisema pulmonar (dilatação anormal dos alvéolos), espessamento da barreira alvéolo-capilar (dificuldades nas trocas gasosas que ocorrem nos pulmões: CO2 por O2) e broncopneumonias químicas ou infecciosas.

As broncopneumonias químicas são inflamações dos pulmões e vias respiratórias causadas por substâncias químicas. (Inflamação nada mais é do que uma das muitas formas com que os tecidos reagem perante irritantes químicos ou físicos, ou a microroganismos. Certamente, você já teve uma reação inflamatória : por exemplo, nos olhos em conseqüência à poluição ou nos dedos ao sofrer uma queimadura.) Já as broncopneumonias infecciosas são causadas por microorganismos patogênicos. Durante a respiração, as bactérias que existem no ar normalmente penetram nos pulmões, no entanto, as defesas do sistema respiratório evitam que elas provoquem doenças. Porém, quando um agente irrita e inflama os tecidos, como no caso do NO2, estas defesas ficam prejudicadas, as capacidades bactericidas do sistema respiratório falham e rompe-se o equilíbrio entre as bactérias e o organismo. Desta forma, instalam-se as broncopneumonias infecciosas que têm de ser tratadas com antibióticos.

Assim, uma vez que houver um dano permanente ao sistema de defesa respiratória, o indivíduo estará sempre sujeito a infecções das vias respiratórias e dos pulmões. O NO2, tal como os gases irritantes em geral, é capaz de induzir alterações permamentes ao organismo, especialmente ao sistema respiratório.

Dióxido de Enxofre

No ar de São Paulo há, relativamente, pouco dióxido de enxofre (SO2). Felizmente! Trata-se de um gás amarelado, com o odor característico do enxofre e terrivelmente irritante. Porquê? O problema é que, em contato com superfícies úmidas, transforma-se em ácido sulfúrico. A reação é simples:

SO2 + H2O ---> H2SO3 (ácido sulfuroso)

para chegar a ácido sulfúrico só falta um átomo de oxigênio, que é facilmente obtida da atmosfera, pois nela não faltam substâncias oxidantes e, nem mesmo, oxigênio livre. A reação continua assim:

HO2SO3 + O ---> H2SO4 (ácido sulfúrico)

A intoxicação aguda e fatal por SO2 simplesmente queima as vias respiratórias, desde a boca e o nariz até aos alvéolos. A destruição é marcada por inflamação, hemorragia e necrose dos tecidos. Esta situação dramática não ocorre, nem mesmo quando se queima o pior tipo de óleo diesel com os mais altos teores de enxofre, pois a quantidade de SO2 é pequena.

As quantidades de SO2 lançados no ar, sobretudo pelos canos de escapamentos de ônibus e caminhões, provocam irritações discretas mas importantes ao longo prazo. Se o nível do gás for alto, como quando a CETESB decreta atenção, as pessoas sentem ardência nos olhos, nariz e garganta e, por vezes, tossem. (E' evidente que na situação real há uma somatória de efeitos com outros gases mas, agora, por razões de clareza, ignoraremos esse fato.) Nas situações habituais do centro de São Paulo (!), em que o ar é apenas inadequado, não há sintomas, porém as quantidades ínfimas de SO2 liberadas pelos milhares de escapamentos vão minando as defesas respiratórias.
Como?

A mucosa respiratória que atapeta o nariz, a traquéia e os brônquios, enfim a região chamada de vias aéreas superiores, é muito engenhosa. Possui uma camada celular com vários tipos de células, dos quais apenas dois interessam agora: as células mucosas e as células ciliadas. As primeiras secretam muco recobrindo com uma camada fina as vias aéreas superiores; as outras movimentam seus cílios de tal modo que a camada de muco é continuamente deslocado de dentro para fora, dos pulmões para à boca. O muco é pegajoso e próprio, portanto, para prender partículas de todo tipo que entram pelas vias aéreas durante a respiração. Graças ao trabalho das células ciliadas, as partículas ou mesmo bactérias coladas ao muco não chegam à intimidade dos pulmões mas são expulsas para a boca e imperceptivelmente deglutidas. Uma vez no estômago, o ácido clorídrico e o restante do tubo digestivo se encarregam delas. Este sistema de defesa é chamado de aparelho mucociliar.

O gás SO2 é muito solúvel e ao chegar na mucosa respiratória, sabidamente úmida, encontra água. Assim transforma-se em ácido sulfuroso e/ou sulfúrico que, mesmo em quantidades muito pequenas, ao longo do tempo lesam o aparelho muco-ciliar e, em conseqüência, uma das defesas importantes do pulmão. A doença que provoca é a tráqueo-bronquite crônica que, depois de certo tempo é irreversível, pois as defesas foram definitivamente comprometidas. Deste modo teremos uma afecção inflamatória crônica das vias aéreas superiores, cujo portador fica predisposto a frequentes infecções respiratórias, por exemplo broncopneumonias, porque o ar que respiramos contém, na mais das vezes, bactérias e virus.

Hidrocarbonetos

Os HCs constituem uma grande família de substâncias orgânicas compostas de hidrogênio e carbono. Os combustíveis fósseis, a gasolina e o óleo diesel, têm centenas de HCs alguns formados por longas cadeias de carbono.

Na queima dos combustíveis fósseis a situação persiste: os gases de emissão da gasolina e do óleo diesel contém muitos HCs distintos, entre eles uma família especial, a dos hidrocarbonetos policíclico aromáticos (HPAs). Dá-se o nome de aromáticos a todos os compostos orgânicos que têm núcleo benzênico (benzeno) na molécula. Chamam-se de cíclicos aqueles compostos que apresentam mais de um anel em sua estrutura, por exemplo o antraceno, que tem 3 anéis.

HPAs são, pois, compostos orgânicos de carbono e hidrogênio que possuem mais de uma estrutura em anel e, pelo menos, um núcleo benzênico.

Muitos HCs não têm efeitos sobre a saúde, a não ser em concentrações altíssimas que nunca ocorrem nas poluições atmosféricas. Entretanto, existem HCs que são perigosos por serem irritantes, por agirem sobre a medula óssea provocando anemia e leucopenia, isto é, diminuindo o número de glóbulos vermelhos e brancos, e, sobretudo, por provocarem câncer. Os mais ativos são os HPAs e suas potencialidades neoplásicas ou carcinogênicas - a capacidade de induzirem câncer - foram e são intensamente investigadas.

Na indústria petroquímica existe o risco das leucemias (câncer do sangue) e, por isso, os níveis dos HCs perigosos são constantemente controlados. Nas poluições atmosféricas por automóveis, a correlação entre os níveis de HPAs, densidade de tráfego e incidência de câncer pulmonar foi demonstrada e, em conseqüência, foram desenvolvidos os catalizadores que reduzem a quantidade de HPAs emitida pela queima de gasolina e óleo diesel. No Brasil esses catalizadores já são utilizados.

Aldeídos

Aldeídos são compostos químicos resultantes da oxidação parcial dos álcoois. Assim, o álcool metanol ao perder um átomo de hidrogênio (a perda de hidrogênio aumenta a proporção de oxigênio e, por isso, fala-se em oxidação dos álcoois) dá origem ao aldeído fórmico e o etanol, ao acético:

HO3C-OH (metanol) ---> HO3C=O (aldeído fórmico)
HO3C-HO3C-OH (etanol) ---> HO3C-HO3C=O (aldeído acético)

Na temperatura ambiente o aldeído fórmico (AF) é um gás incolor e de cheiro muito agressivo. O que se encontra como formol no comércio é a solução aquosa de AF. Na Medicina é usado como desinfectante de salas cirúrgicas ou outras, e pelos anatomistas e patologistas para preservarem tecidos, órgãos ou cadáveres. O AF também é muito consumido na indústria da madeira, de plásticos e de vernizes.

O aldeído acético (AA) é um líquido a 21oC , acima desta temperatura transforma-se em gás. É explosivo, incolor e de cheiro característico, desagradável quando em altas concentrações. E' extensivamente utilizado na indústria química para a preparação de outros produtos como cloral, ácido tricloroacético, inseticidas, etc...

No contexto da poluição do ar de São Paulo, os aldeídos interessam por causa do combustível álcool usado em automóveis.

Os aldeídos emitidos pelos carros são o AF e o AA. O AF é componenete dos gases de escapamento e é emitido em quantidades muito pequenas, tanto no caso da gasolina como no do álcool. O que polui o ar em quantidades maiores é o AA e isso só ocorre com o automóvel a álcool. Conforme já explicado, o etanol é parcialmente oxidado em AA que nas temperaturas do motor transforma-se em gás, e é emitido junto com todas as outras substâncias. Sua permanência na atmosfera é curta porque é extremamente reativo, transformando-se em outros compostos. Por essa razão é muito difícil obter altas concentrações de AA no ar, de forma estável e por longo tempo.

Para efeitos biológicos, o AA é classificado como irritante e narcótico. Em altas doses e se injetado no organismo, este solvente também se mostra cancerígeno. Contudo, na prática, ninguém é injetado com AA e, conseqüentemente, seu potencial neoplásico é, até prova em contrário, apenas experimental. Sua neurotoxicidade é comprovada e altas concentrações na atmosfera, obtidas em laboratório, causam vertígens, convulsões, coma e morte a ratos. A autópsia evidencia graves lesões no sistema nervoso central dos animais. Concentrações menores irritam as mucosas dos olhos, do nariz e das vias respiratórias em geral, e provocam constrição dos brônquios, ou seja, uma crise asmática.

É muito interessante que, no caso das bebidas alcóolicas, o organismo livra-se de grande parte do álcool ingerido por meio de uma série de transformações químicas realizadas no fígado que terminam decompondo-no em água e dióxido de carbono, substâncias essas facilmente elimináveis pelos rins e pulmões. A reação é complicada e nem nós interessa a não ser num aspecto: o seu primeiro passo é oxidar o álcool em aldeído, sendo álcool etílico em aldeído acético. Isto significa que, frequentemente, uma certa quantidade de AA é fabricada pelo próprio organismo que, no caso dos alcóolatras ou os assim chamados "bebedores sociais", pode alcançar níveis indesejáveis, tendo efeitos sobre o psiquismo e as próprias células hepáticas. Assim, salvo algum acidente extraordinário, a maior quantidade de AA que atinge o organismo é fabricada por ele mesmo a partir do álcool etílico. Certamente, nenhuma poluição por gases de escapamento de carros a álcool se quer se aproxima dos níveis de AA fornecidos por uma dose dupla de cachaça ou de uísque!

Material Particulado

As fábricas e todos os veículos a motor enchem a atmosfera com material particulado (MP). Os caminhões e ônibus a diesel lançam ao ar gases e MP; esse constitui a maior parte da massa da exaustão de seus motores. 80% da MP é fuligem, a fumaça negra que se vê saindo pelos canos de escapamento. A MP não é uma substância mas, sim, um complexo muito grande de elementos que se agregam em partículas. No caso da fuligem, a maior parte da partícula é constituida por carvão, que não causaria por si grandes danos ao organismo; contudo, acontece que há uma tendência das outras substâncias existentes no ar a se aderirem à partícula, e aí que começa o problema do sistema respiratório.

Na atmosfera, em qualquer ar por mais limpo que seja, existe poeira. São partículas de diversos tamanhos: se muito grandes caiem logo ao solo pela força da gravidade, se menores flutuam no ar e podem ser inalados pelos seres vivos. No homem essas são retidas nas vias respiratórias superiores pelo aparelho mucociliar já descrito, porém, algumas partículas muito pequenas (menores do que 10 micra), penetram até a intimidade do pulmão e depositam-se nos alvéolos.

O tecido pulmonar possui um sistema de defesas eficiente que remove a poeira que nele penetra. Células especializadas, os macrófagos, procuram fagocitar as partículas e o sistema linfático drena àquelas que escaparam dessas células a filtros apropriados, chamados de linfonodos. Enquanto que o aparelho mucociliar retira rapidamente do organismo as partículas que nele ficaram presas, os macrófagos e o sistema linfático mantém por um tempo longo as sujeiras nos pulmões e tecidos adjacentes.

A fuligem é composta de partículas suficentemente pequenas para penetrarem nos alvéolos pulmonares e carregam consigo todas as substâncias adsorvidas a elas. Este é o problema ! No ar há poluentes de todos os tipos, irritantes, tóxicos e cancerígenos, cuja ação é facilitada pelo MP porque, além de levá-los ao tecido pulmonar, como explicamos acima, mantém-nos por longo tempo junto às células, permitindo que pequenas quantidades de tóxicos causem danos graças à sua prolongada permanência.

Portanto, o MP é simplesmente o mais eficiente transportador de poluentes atmosféricos para a intimidade do organismo.

Chumbo

O Pb é um metal pesado que se adiciona à gasolina em forma de tetra-etila ou tetrametila de Pb, a fim de aumentar a octanagem desse combustível. Até há poucos anos, a cada litro de gasolina acrescentava-se em torno de 1g de Pb e os gases de escapamento liberavam praticamente toda essa quantidade de Pb no ar. Na década dos 70, estimou-se nos USA em 200.000 toneladas o Pb emitido anualmente pelos carros. Mais recentemente, em 1982, verificou-se que na cidade do México caía 2,3 toneladas de Pb sobre cada km². Como se trata de um metal pesado, ao ser lançado na atmosfera pelo escapamento, uma pequena parte pode ser respirada por seres vivos, porém todo o resto precipita-se rapidamente ao solo. Aí, na terra, o Pb contamina águas, alimentos, pastagens, enfim tudo que existe. Desta forma, além de entrar no organismo por inalação, o Pb também penetra por ingestão de alimentos contaminados. Já se calculou que um cidadão de uma grande cidade, onde circulam automóveis a gasolina com Pb, ingere aproximadamente três vezes mais Pb do que um indivíduo de área rural, longe de tráfego intenso.

A intoxicação pelo Pb é conhecido há longa data e a doença que provoca é chamada de saturnismo. Existem alguns historiadores que atribuem a decadência do Império Romano ao saturnismo, visto que o encanamento hidráulico, que apenas servia ao elite, era de chumbo. Esse metal afeta principalmente o sangue, o sistema nervoso, os rins e o aparelho gastrintestinal. No sangue causa anemia e uma degeneração das hemácias. No sistema nervoso verificam-se neurites nos adultos e encefalopatias nas crianças. Lesões dos túbulos proximais caracterizam o acometimento renal e, finalmente, a sintomatologia da intoxicação por Pb do aparelho digestivo é expressa por dores violentas em cólica.

Os problemas renais, neurites e cólicas abdominais só aparecem com doses altas de Pb e, geralmente, são conseqüentes a acidentes ou intoxicações industriais. Portanto, afeta mais a população adulta. No caso das poluições de ar urbano, a quantidade de Pb jamais atinge níveis dramáticos, contudo, assim mesmo preocupa as autoridades santitárias. Acontece que o Pb absorvido, seja pelos pulmões, seja por via digestiva, é cumulativo. Isto quer dizer que o organismo tem dificuldades em se livrar desse metal e há uma tendência de acumulá-lo nos dentes e nos ossos. Com o correr do tempo, mais e mais Pb é juntado no organismo e a sua taxa no sangue vai aumentando.

Os níveis de Pb no sangue podem ser medidos e aceita-se como normal 25ug de Pb por dl de sangue, no entanto há indícios de que esse nível é alto demais e, muito provavelmente, haverá um consenso internacional para corrigi-lo. Acima de 25ug começam disfunções do sistema nervoso central que são bem evidentes quando a concentração de Pb atinge 40ug. Ao chegar a 60ug começam anemias, nefropatias, desordens gastrintestinais, além da encefalopatia. A observação de que a taxa de Pb estava aumentando no sangue de pessoas que trabalhavam no tráfego ou com motores de carros: policiais, mecânicos, manobristas e outras, assim como em crianças que viviam próximas a grandes rodovias, chegando a atingir níveis preocupantes, levou alguns países a tomarem medidas no sentido de diminuir o teor de Pb na gasolina e mesmo de eliminá-lo completamente, com substitutivos que elevassem a octanagem como, por exemplo, os álcoois.

No Brasil a gasolina vendida nos postos não contém Pb porque o etanol o substitui (a gasolina vendida nos postos contém 22% de etanol), e está bem demonstrado que os níveis atmosféricos deste metal diminuíram na cidade de São Paulo nos últimos anos. Isto não quer dizer ausência absoluta de Pb no combustível, pois durante a produção, armazenamento e distribuição ocorre contaminação da gasolina pelo metal. Essa quantidade de chumbo por contaminação acidental não ameaça a saúde da população, porém é um estorvo sério à utilização de catalisadores nos automóveis que se pretende implantar brevemente em nosso país.

Oxidantes Fotoquímicos

A luz solar causa uma série de reações entre as substâncias existentes na atmosfera que, muito apropriadamente, são chamadas de reações fotoquímicas. Os produtos que resultam dessas reações são milhares e são divididos em categorias. Aqueles compostos que são resultantes da ação do luz solar e de oxidações químicas foram denominados de oxidantes fotoquímicos (OFs). Os principais são: ozônio, aldeídos, cetonas e peróxidos.

As reações foto-oxidantes são complexas e, geralmente, têm várias etapas. Antes de dar alguns exemplos, vejamos de modo simplificado:

Substância A + Substância B + Luz Solar = Substância C

A substância C é o OF e quase sempre é instável, de forma que gera novos OFs:

Substância C + Substância D + Luz Solar ---> Substância E

e assim por diante.

O ozônio forma-se deste modo:

NO2 + Luz Solar ---> NO + O
O + O2 + Luz Solar ---> O3 (ozônio)

O ozônio é considerado o oxidante fotoquímico mais importante e é muito irritante.

Vejamos um famoso OF, o peroxiacetil nitrato (PAN):

HCs + O2 + Luz Solar ---> separa o radical livre dos HCs
Radical Livre + NO2 ---> nitratos de peroxila, entre eles o PAN.

Os aldeídos também produzem oxidantes fotoquímicos:

H2C=O (aldeído fórmico) + Luz Solar ---> H + HCO
HCO + O + Luz Solar ---> CO + HO2 (hidroperóxido)

ou, outra reação:

HO3C-H2C=O (aldeído acético) + Luz Solar ---> H + HO3C-HCO
2 HO3C-HCO + O2 + Luz Solar ---> 2 H3C-CO + H2O2 (peróxido de hidrogênio)

PAN, O3, aldeídos e outros oxidantes fotoquímicos formam o famoso "smog" fotoquímico, parte daquela nuvem marrom-avermelhada em dia quente de inverno paulistano que irrita os olhos e a garganta. ("smog" vem da contração das palavras inglesas "smoke", fumaça, e "fog", neblina, e expressa uma poluição atmosférica típica.) Sua ação tóxica deve-se, principalmente, à capacidade de oxidar proteínas, lipídios e outras substâncias químicas integrantes das células, lesando ou matando as mesmas, dependendo da concentração e do tempo de exposição.

Assim, os oxidantes fotoquímicos agravam a ação irritante dos outros poluentes e intensificam as inflamações e infecções do sistema respiratório.

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