Resumen
Los contaminantes ambientales de origen industrial que afectan la salud del hombre son innumerables pero se puede generalizar que pertenecen a dos grupos básicos: los metales pesados y los gases industriales. Con el propósito de describir los mecanismos fisiopatogénicos de toxicidad de los principales tóxicos industriales se realizó esta revisión bibliográfica para la cual se consultaron 25 fuentes en idioma inglés y español provenientes de webs académicas y literatura científica actualizada. Se llegó a la conclusión de que las bases de la acción fisiopatológica de los contaminantes es diversa pero todos comprometen mecanismos enzimáticos.
Palabras clave: tóxicos, metales pesados, gases industriales
Introducción
Una intoxicación se produce por exposición, ingestión, inyección o inhalación de una sustancia tóxica siempre y cuando sea de composición química ya que si el compuesto es natural se le llamara ingesta excesiva y esto por cualquier sustancia sea natural, química, procesada o creada. Las intoxicaciones accidentales o voluntarias debidas al consumo de medicamentos son las más frecuentes. Otros tóxicos son: productos industriales, domésticos, de jardinería, drogas, monóxido de carbono y alcohol en un uso excesivo. La gravedad de la intoxicación depende de la toxicidad del producto, del modo de introducción, de la dosis ingerida y de la edad de la víctima(1-3).La toxicidad es la capacidad de cualquier sustancia química de producir efectos perjudiciales sobre un ser vivo, al entrar en contacto con él. Tóxico es cualquier sustancia, artificial o natural, que posea toxicidad (es decir, cualquier sustancia que produzca un efecto dañino sobre los seres vivos al entrar en contacto con ellos). El estudio de los tóxicos se conoce como toxicología. Ninguna sustancia química puede ser considerada no tóxica, puesto que cualquier sustanciaes capaz de producir un efecto tóxico si se administra la dosis suficiente. En el ámbito industrial son frecuentes las exposiciones a productos perjudiciales que afectan ostensiblemente el estado de salud del individuo(15). En este sentido destacan por frecuencia y por representatividad dos casos generales: la intoxicación por gases industriales y por metales, dentro de los primeros son representantes clásicos el monóxido de carbono y el cianuro y dentro de los metales se han convertido en arquetipos de la toxicología los envenenamientos por plomo y por mercurio lo cual está influido por dos hechos principales, uno es su intervención nula en los procesos metabólicos basales y otra su abundancia relativa en los procesos industriales modernos que los hacen prácticamente inexcluibles de las consideraciones de riesgo y aumentan la frecuencia de exposición del hombre a ellos. Este problema se presentó desde la misma génesis de la revolución industrial en Europa donde quedaron indisolublemente ligados el progreso tecnológico y la contaminación medioambiental(18). Con el propósito de solventar el problema científico de describir los mecanismos fisiopatogénicos de acción de los representantes primordiales de tóxicos industriales con efecto serio sobre la integridad de la salud del hombre se realizó esta revisión bibliográfica.
Objetivos: Generales:
*Identificar los principales representantes de contaminantes ambientales de origen industrial Específicos:
*Describir los mecanismos fisiopatogénicos de los contaminantes ambientales más frecuentes
Desarrollo
Toxicidad por mercurio La toxicidad del mercurio se conoce desde antiguo, por Hipócrates, Plinio y Galeno. Las primeras descripciones de los efectos tóxicos de sus vapores como riesgo laboral fueron descritos por Ellenberg en Von der GrifftigenBensenTerupffen von Reiichen der metal (1473). Posteriormente, escritos como los de Paracelso (1533) y los de B. Ramazzinien De MorbisArtificiumDiatriba (1700)- describen el cuadro clínico de intoxicación ocupacional. Los incas usaron como pintura el cinabrio, mineral del que se extrae el mercurio; lo llamaron llampi.No existe unanimidad en cuanto al umbral medio de toxicidad humana; la investigación actual en salud ha establecido los límites de toxicidad del mercurio entre 50 y 160 µg/día(1).
El ingreso del mercurio es por las vías respiratoria, digestiva y cutánea. La vía respiratoria es por inhalación. En salud ocupacional esta vía es la más importante y, tanto el mercurio elemental como el inorgánico y sus compuestos, puede ingresar por inhalación y alcanzar la sangre con una eficiencia del 80%.
La vía digestiva es por ingestión. En el tracto gastrointestinal, el mercurio inorgánico se absorbe en cantidad menor al 0,01%, probablemente por su incapacidad de reacción con moléculas biológicamente importantes, al formar macromoléculas que dificultan su absorción y porque pasa por un proceso de oxidación. Los compuestos inorgánicos de mercurio (sales) se absorben entre 2 y 15%, dependiendo de su solubilidad. Mientras que, en contraste, la absorción de los compuestos orgánicos por esta vía es 95%, independiente de si el radical metilo está unido a una proteína o no.
La vía cutánea es por contacto. Se ha descrito casos de intoxicación por aplicación tópica de compuestos que contenían metilmercurio. Sin embargo, no está demostrado que esta vía tenga un papel importante en la exposición ocupacional, comparada con las otras. Es más, es posible que en el caso de aplicación de pomadas, el tóxico penetre en el organismo por inhalación, a partir del ungüento puesto en la piel, más que atravesándola directamente(2).
En relación al transporte y distribución, absorbido el mercurio es transportado por la sangre en un ratio glóbulo rojo/plasma entre 1,5 a 3. Para sus sales inorgánicas, esta relación es menor: 0,4. En general, el 90% de los compuestos orgánicos se transporta en las células rojas, mientras que 50% del mercurio inorgánico es transportado unido a la albúmina. Como norma, a partir de la sangre su distribución en el organismo tiende a alcanzar un estado de equilibrio dinámico determinado por dosis, duración de la exposición, grado de oxidación, concentración de sus compuestos en la sangre, concentración en relación con grupos sulfidrilos libres, afinidad con los componentes celulares y velocidad de asociación/disociación del complejo mercurio-proteína.
Sin embargo, cabe destacar su gran afinidad por el encéfalo, quizá porque la mayor parte del mercurio circulante va al cerebro, más que a hígado o riñón. En el encéfalo, tiene mayor afinidad por la sustancia gris que por la blanca. Los niveles más altos de mercurio son hallados en ciertos grupos neuronales del cerebelo, médula espinal, pedúnculos y mesencéfalo, aunque también se le ha detectado en epitelio de tiroides y páncreas, en células medulares de las glándulas adrenales, en espermatozoitos, epidermis y cristalino(3).
Se estima que el contenido normal de mercurio en el organismo humano oscila entre 1 y 13 miligramos, del cual 10% es metilmercurio. Su distribución en el organismo es: músculo 44 a 54%, hígado 22%, riñón 9%, sangre 9 a 15%, piel 8%, cerebro 4 a 7% e intestino 3%.Los efectos tóxicos del mercurio, inorgánico y orgánico, son debidos a que en su forma iónica no establece enlaces químicos(4).
Al revisar la acción sobre los sistemas enzimáticos, el mercurio es tóxico, porque precipita las proteínas sintetizadas por la célula, principalmente las neuronas, y porque inhibe los grupos sulfidrilo de varias enzimas esenciales. En estado iónico, se fija a los grupos celulares ricos en radicales -SH, altera varios sistemas metabólicos y enzimáticos de la célula y su pared e inhibe la síntesis de proteínas en la mitocondria, afectando su función energética. En el riñón disminuye la actividad de las fosfatasas alcalinas de los túbulos proximales y altera el transporte de potasio y la ATP-asa en la membrana. En el encéfalo, la neurona de cerebro y cerebelo es la parte más sensible. En el sistema enzimático, inhibe enzimas esenciales: catalasas plasmáticas, colinesterasa globular, glutation-reductasa globular, glutation-reductasa cerebral, galactoxidasa, dopa-decarboxilasa, monoamino-oxidasa, glicero fosfatasa, succino-deshidrogenasa, di y trifosfo-piridín-nucleótido. Por todo esto, el mercurio puede causar lesión celular en cualquier tejido donde se acumule en concentración suficiente.
En varios órganos, incluido el riñón, y al igual que cadmio, cobre y zinc, el mercurio induce la formación de metalotioneína, un receptor proteico de peso molecular bajo, y se une a ella, saturando sus propios receptores. Cuando por la gran cantidad de tóxico presente la metalotioneína se forma en exceso, causa alteraciones orgánicas en el mismo sitio de su producción(5).
Toxicidad del plomo El plomo es un metal pesado que no juega ningún papel en la fisiología humana, por lo que el nivel plasmático ideal debería ser cero. En la actualidad es prácticamente imposible encontrar alguna persona en la que no se detecten niveles de plomo en sangre.Las fuentes de exposición son el aire, el suelo, el agua y la comida. En niños, la principal fuente de exposición es la ingestión de pintura y de polvo que contenga plomo. Las fuentes de exposición de dividen en industrial, ambiental y doméstica. En la industria la fabricación de baterías es la principal fuente de consumo de plomo. Otras fuentes son: la industria del cable, del plástico, del vidrio, del cristal, de cañerías.La fundición de plomo y de otros metales es bien conocida como fuente de exposiciónambiental(6). La emisión de plomo de la combustión de la nafta es otra fuente importante de exposición. Se calcula que un automóvil libera a la atmósfera alrededor de 2,5 kilogramos de plomo al año. En la exposición doméstica la ingestión de compuestos con plomo como pinturas resalta como patrón principal de intoxicación(7). Los alimentos ácidos, jugos de frutas y vegetales en vinagre liberan bióxido de plomo de los esmaltes de recipientes de cerámica mal terminados.El empleo de cañerías con plomo contamina el agua potable a través de la corrosión y de la puesta a tierra de los aparatos eléctricos(8).
La absorción de plomo se produce principalmente por dos vías(9-10): 1) la vía gastrointestinal depende de la edad, de la dieta, de deficiencias nutricionales. En el adulto, se estima que de 5% a 10% se absorbe a nivel gastrointestinal. En cambio en el niño es de 40% a 50% por la actitud de los niños de llevar todo a la boca. Con respecto a las deficiencias nutricionales, las dietas pobres en hierro y calcio y ricas en lípidos favorecen la absorción. 2) la vía respiratoria es la principal en el ambiente laboral. El plomo del aire se absorbe aproximadamente en 90%. Esta vía tiene gran importancia en las ciudades con gran concentración de automóviles y en la proximidad a fábricas de fundición de metales.La distribución se produce en dos compartimientos: el primero es el sistema esquelético, que contiene 80 a 95% de la carga corporal de plomo, siendo la vida media en el hueso de 20 a 30 años. En los niños se deposita en la metáfisis de los huesos largos, formando depósitos radio opacos. El segundo compartimiento está en los tejidos blandos como el riñón, cerebro e hígado, siendo en éstos la vida media de 20 a 30 días. En la sangre se encuentra en los eritrocitos, siendo éste el principal compartimiento responsable de la toxicidad por plomo. Un dato destacable es que el plomo atraviesa la placenta, conteniendo la sangre fetal 80 a 100% materna.
La toxicidad del plomo es consecuencia de la afinidad que tiene éste por el grupo sulfihidrilo (SH) de las proteínas, uniéndose en forma irreversible y alterando completamente su función. El sistema hematopoyético es el más sensible a los efectos de la exposición aun en dosis mínimas, siendo la biosíntesis del grupo hemo la más afectada. La enzima aminolevulínicodeshidratasa resulta inhibida progresivamente por el plomo en forma exponencial. Dicha inhibición determina la acumulación del ácido aminolevulínico que es neurotóxico, probablemente porque interfiere con el GABA en el sistema nervioso central. La otra enzima que se inhibe es la ferroquelasa, que cataliza la inserción del hierro dentro del anillo de protoporfirinaIX . El resultado es la acumulación de protoporfirina libre en los eritrocitos. El plomo interfiere con la bomba Na-K ATPasa de la membrana del glóbulo rojo, lo que determina un aumento de la fragilidad y disminución de la sobrevida. Otro factor que se suma a la producción de la anemia es la pérdida de eritropoyetina por el túbulo renal, por lo que la producción de anemia es multifactorial.El aumento de la protoporfirina libre eritrocitaria y del ácido aminolevulínico en orina son excelentes indicadores de los efectos biológicos de la intoxicación por plomo(11). A nivel gastrointestinal, afecta el músculo liso produciendo contracciones no propulsivas que determinan estreñimiento y dolores abdominales, siendo la manifestación máxima el cólico saturnino.En el sistema nervioso central, el plomo atraviesa la barrera hematoencefálica más fácilmente en niños que en adultos. La exposición es crítica en los dos primeros años de la vida, ya que es el período de mayor desarrollo del sistema nervioso central. El plomo determina alteraciones permanentes en la arquitectura cerebral, dado que inhibe las enzimas que favorecen la arborización dendrítica lo que lleva a disminución del número de sinapsis y la liberación de neurotransmisores. Las consecuencias de la neurotoxicidad van desde retardo mental, alteraciones del comportamiento, déficit intelectual, hiperactividad y retardo escolar. En individuos expuestos se describe una disminución de los niveles de tiroxina por inhibición de la captación de yodo por la tiroides(12-13).
Para evidenciar los efectos biológicos perjudiciales de la exposición se solicita la investigación de protoporfirina libre eritrocitaria en sangre y el ácido aminolevulínico en orina. Otros exámenes incluyen: hemograma con lámina, metabolismo del hierro, examen de orina, función renal y radiografía de huesos largos(14-15).
Intoxicación por gases industriales La intoxicación por gases en nuestro medio es un problema importante debido a su alta incidencia. En el caso concreto de la intoxicación por monóxido de carbono, es la principal causa de muerte por intoxicación involuntaria en nuestro medio, muchas veces coexistiendo con una intoxicación por cianuro. Ambas intoxicaciones pueden ser de carácter grave, basándose su diagnóstico en la mera sospecha del médico. Además, su importancia radica en que ambas intoxicaciones tienen un tratamiento concreto(16). La oxigenoterapia normo o hiperbárica es el tratamiento de elección de la intoxicación por monóxido de carbono. En el caso de la intoxicación por cianuro, la hidroxocobalamina es hoy día el tratamiento de elección, ya que ha demostrado ser un eficaz antídoto(17).
Intoxicación por monóxido de carbono El monóxido de carbono (CO) es un gas incoloro, inodoro e insípido características que le han valido el sobrenombre de asesino silencioso. Se produce durante la combustión incompleta de diferentes materiales orgánicos que contienen carbono, siendo las fuentes más frecuentes tubos de escape de automóviles, calefacciones de fuel-oil, madera, lana, algodón, papel, aceites y gasolina, entre otras. Así se comprende que la máxima incidencia de intoxicación por CO se produzca durante los meses de invierno. Cabe destacar el cloruro de metileno, producto que se encuentra principalmente en decapantes de pinturas y cuyos vapores, una vez absorbidos a través de los pulmones, son metabolizados en el hígado produciéndose CO. Una vez en la sangre, el CO se une fuertemente a la hemoglobina, cuya afinidad es unas 200-230 veces superior a la afinidad por el oxígeno, formándose carboxihemoglobina. Esta situación conlleva una disminución del transporte de oxígeno a los tejidos, además de que se produce una desviación de la curva de disociación de la hemoglobina hacia la izquierda. Además de esto, hay autores que defienden la unión directa del CO a enzimas mitocondriales, y más concretamente a la citocromooxidasa a3, produciendo un bloqueo a nivel de la respiración celular, mecanismo fisiopatológico poco claro, hoy por hoy, a la vista de resultados contrarios que demostrarían la ausencia de alteración de la respiración celular por el CO. Además, parece que podría haber una alta afinidad del CO por la mioglobina del músculo estriado, unión que intentaría explicar la sintomatología tanto a nivel músculo-esquelético, así como las diferentes disfunciones cardíacas que se observan en esta intoxicación(18-19). Por otro lado, parece ser que el CO produciría una activación leucocitaria, con producción de diferentes proteasas, creándose una situación de estrés oxidativo y secundariamente, un aumento de la peroxidación lipídica, que daría lugar a un daño directo de la estructura celular.
Así pues, tanto la producción de carboxihemoglobina, que disminuye la capacidad de transporte de oxígeno por la hemoglobina, así como el supuesto bloqueo de la citocromooxidasa mitocondrial, bloqueando la respiración tisular, producen una situación global de hipoxia, que va a reflejarse con una clínica inespecífica, que a veces puede remedar un cuadro gripal. Esta sintomatología aparece siempre cuando los niveles de carboxihemoglobina son superiores al 10% de la hemoglobina total(20). Los niveles de carboxihemoglobina nos van a ayudar a realizar el diagnóstico, ya que es imprescindible que sus niveles se encuentren elevados por encima del 10%. En la población general, los niveles de carboxihemoglobina oscilan entre un 2-3% en no fumadores, y un 5-8% en fumadores, aunque en grandes fumadores se han llegado a detectar niveles de hasta el 15%, sin clínica alguna. De todas formas hay acuerdo general en que, a pesar de que los niveles de carboxihemoglobina son un buen marcador de la exposición al CO, no existe correlación entre la clínica y los niveles de carboxihemoglobina. Así, es frecuente ver pacientes con clínica muy aparatosa y niveles de carboxihemoglobina poco elevados, y viceversa, pacientes con niveles altos y sintomatología poco llamativa. Ya hemos comentado que la intoxicación por CO va a presentarse generalmente con una clínica inespecífica, como cefalea, náuseas, vómitos, mareo, somnolencia y desorientación. Cabe señalar que la piel de aspecto rojo cereza que clásicamente se suele describir en estos pacientes, y que se debe al color de la carboxihemoglobina, no es tan frecuente verla en la clínica como signo de esta intoxicación. La forma más frecuente de presentación es la de un paciente consciente, agitado, desorientado, confuso y no cooperante. Habitualmente, la causa última del fallecimiento suele ser la insuficiencia cardíaca que se produce a consecuencia de la hipoxia miocárdica(21).
Intoxicación por cianuro El cianuro es una sustancia que se absorbe rápidamente por vía respiratoria, aunque también puede hacerlo por vía cutánea o digestiva. El cianuro podemos encontrarlo en forma de gas, como ácido cianhídrico, gas incoloro, con un característico olor a almendras amargas, aunque esta capacidad de percepción está condicionada genéticamente y está ausente en un 20-40% de la población23. El cianuro proviene de la combustión, a altas temperaturas y en ambiente pobre en oxígeno, de sustancias nitrogenadas naturales (madera, papel, lana, seda) o sintéticas (poliuretano, moquetas, resinas, plásticos, etc.). Se utiliza en la industria fotográfica, en la industria química y en la síntesis de diversos productos, como el plástico. También podemos encontrar cianuro en alimentos habituales en nuestro medio, como cerezas, melocotones y almendras. Ambientes con concentraciones de ácido cianhídrico superiores a 50 ppm son tóxicas y alrededor de 100 ppm pueden producir la muerte en una hora. Concentraciones superiores a 300 ppm suelen ser letales en pocos minutos. Por otro lado, concentraciones en sangre superiores a 0,2 mg/dl se consideran tóxicas, teniendo riesgo vital si la concentración supera los 0,3 mg/dl. Una vez dentro del organismo, el cianuro tiene alta afinidad por moléculas que contienen ciertos metales (Fe, Co), con gran afinidad por el Fe de la citocromooxidasa que se encuentra dentro de las mitocondrias. Al nivel de mitocondrias hepatocitarias el cianuro es convertido por la enzima rodanasa en tiocianato, producto menos tóxico y que se excreta por riñón. No obstante, una pequeña cantidad de cianuro se excreta sin metabolizarse por vía respiratoria, propiedad que habremos de tener presente a la hora de atender a estos pacientes, por el riesgo de intoxicación secundaria del personal sanitario. Además, a nivel de las mitocondrias celulares el cianuro se une fuertemente al ión Fe de la citocromooxidasa a3, bloqueándola. Esto provoca a su vez un bloqueo de la fosforilación oxidativa, ya que la molécula NADH no va a poder transferir electrones al oxígeno, paso metabólico catalizado por la citocromoxoidasa a3. Todo esto provoca una situación de asfixia celular, produciéndose un metabolismo anaerobio, con el consiguiente aumento de la concentración de ácido láctico en sangre. Así, se considera que en pacientes con sospecha de intoxicación por cianuro, una concentración plasmática de ácido láctico igual o superior a 10 mmol/l sugiere intoxicación por cianuro, con una alta sensibilidad y especificidad(22). Además, la lactacidemia tiene una muy buena correlación con la concentración de cianuro en sangre, por lo que concentraciones de ácido láctico iguales o superiores a 10 mmol/l sugieren concentraciones de cianuro en sangre iguales o superiores a 0,2 mg/dl. Clínicamente, tras la inhalación del cianuro, los síntomas suelen ser inmediatos o pueden tardar unas horas en aparecer, dependiendo de la forma química en que se encuentre el cianuro. La clínica va a ser inespecífica y va a depender en gran medida de la anaerobiosis celular existente, que va a conllevar la aparición de sintomatología en aquellos sistemas más lábiles a la situación de hipoxia, como son el sistema nervioso central y el sistema cardiovascular(23). Los síntomas más habituales se presentan en forma de cefalea, náuseas, mareo, vértigo, agitación, ansiedad, disnea, taquipnea, palpitaciones, taquicardia, seguida de bradicardia y, en intoxicaciones muy graves, edema pulmonar, hipotensión, shock, arritmias, convulsiones y coma. Debemos recordar que, en determinadas situaciones, pueden coexistir la intoxicación por cianuro y la intoxicación por CO. El diagnóstico de la intoxicación por cianuro se basa fundamentalmente en la sospecha, así como en la coexistencia de clínica fundamentalmente cardiovascular y neurológica, pero sobre todo en la medición de la concentración en plasma de ácido láctico(24-25).
Conclusiones
La contaminación por sustancias de origen industrial es un problema que no puede ser obviado y tiene como entes contaminantes principales a los metales pesados, particularmente al plomo y al mercurio y a los gases industriales, destacando el cianuro y el monóxido de carbono.
Cada tóxico industrial tiene especificidades en sus mecanismos de acción y aunque están matizados por su heterogeneidad confluyen en que todos provocan alteraciones en cascadas enzimáticas y dan al traste con el metabolismo basal del organismo.
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Fisiopatogenia de la intoxicación por contaminantes ambientales.
Autor:
Josué Felipe Reyes Fonseca.
Adalis Labrada Espinosa.