Fernando Hernández Aldana, quien ha participado en otros proyectos destacados como el desarrollo de Nanoderma, propone mediante la fotoquímica y la fitorremediación mejorar la calidad del agua tratada

El tratamiento de las aguas residuales remite a procesos que limpian y reincorporan a los mantos acuíferos o a los sistemas de agua potable el líquido tratado. Algunas metodologías para este proceso surgen en la BUAP, a través del Laboratorio de Química Ambiental que dirige el doctor Fernando Hernández Aldana, quien propone el uso de luz ultravioleta (fotoquímica), pero también el empleo de algas a través de la fitorremediación.

Con la fotoquímica, explica en entrevista Hernández Aldana, se transforman contaminantes orgánicos utilizando radiación, especialmente luz ultravioleta, mientras que en el caso de la fitorremediación se recurre al uso del alga Chlorella vulgaris para eliminar metales pesados. Estos procesos, en combinación con otros que ya están en operación, podrían mejorar la calidad y aprovechamiento del agua.

         De acuerdo con cifras que maneja este año la Oficina de Información Científica y Tecnológica para el Congreso de la Unión, México reporta como tratadas el 57 por ciento de las aguas residuales colectadas, sin embargo más de la mitad de las plantas tratadoras municipales recibieron una calificación de “pésima” en su funcionamiento.

         Lo anterior deriva no solo en problemas de contaminación y degradación del medio ambiente, sino también en importantes pérdidas económicas. En México se estima que los costos por contaminación del agua pueden ser de 57 mil millones de pesos, mientras que los daños ambientales asociados ascienden a los 900 mil millones.

La aportación de la BUAP

Fernando Hernández Aldana, profesor investigador del Centro de Química del ICUAP, quien también ha participado en otros proyectos destacados como el desarrollo del talco cicatrizante Nanoderma, detalla que su propuesta consiste en transformar los contaminantes orgánicos utilizando radiación, además de ozono o peróxido de hidrógeno como fuentes de radicales •OH, una especie química con un alto potencial oxidativo.

        Este radical (•OH) se encarga de transformar naturalmente a los contaminantes que llegan a la atmósfera y a las capas superficiales de los cuerpos de agua, de ahí que sea conocido como “el detergente de la atmósfera”.

          El procedimiento fotoquímico consiste en usar un fotorreactor que emplea una lámpara de presión media que emite entre 200 y 460 nm, otra posibilidad implica el uso de colectores solares para reunir mayor incidencia de luz ultravioleta proveniente del Sol. De esta manera se simula en el laboratorio lo que realiza la atmósfera para autodepurarse.

          Lo que sucede es que la luz interacciona con la materia, ya sea orgánica o inorgánica y esta pasa de un estado basal a uno de mayor energía llamado estado excitado, el cual es más reactivo, por lo que puede transformar a la materia inicial en otros compuestos casi siempre más polares y solubles en agua, desde luego con diferente actividad biológica que la materia inicial .

         “Nosotros le adicionamos peróxido de hidrógeno y con la luz ultravioleta se rompe un enlace de forma homolítica y genera radicales libres •OH, los cuales son los responsables de degradar los contaminantes que llegan a la atmósfera y a la superficie del agua de manera natural; esos radicales libres son los que oxidan todo lo que es materia orgánica y después de varias etapas esta  se transforma en CO2”.

         Estos radicales, añade el doctor Hernández Aldana, buscan acelerar el proceso de autodepuración que de por sí existe en la naturaleza, pero a nivel laboratorio, pues el tiempo se reduce a minutos, mientras que en condiciones normales se puede tardar varios años.

         Por lo que concierne a la fitorremediación, el investigador señala que esta metodología la emplean para la remoción de metales pesados presentes en aguas residuales. El procedimiento consiste en la absorción de estos metales, a través de las algas Chlorella vulgaris, que además absorben nitrógeno, fósforo y algunos contaminantes orgánicos.

         Este método, refiere Fernando Hernández Aldana, tiene la ventaja de ser versátil, económico y tolerante en tratamientos de aguas residuales de diferentes fuentes y contenidos de contaminantes. Remueve eficientemente y además tiene una alta capacidad fotosintética para convertir la energía solar en biomasa, la cual puede usarse para obtener biodiésel y como biosorbente.

          “Es una técnica que aprovecha la capacidad de algunas plantas para absorber, acumular, metabolizar, volatilizar o estabilizar contaminantes presentes en los compartimentos, como metales, compuestos orgánicos y nutrientes”.

         Hernández Aldana precisa que los métodos orgánicos son siempre más económicos para el tratamiento de agua, porque se trata de un método biológico, es decir, el alga va a crecer en el agua residual porque hay una gran cantidad de nutrientes para desarrollarse.

         El investigador advierte también que este método requiere de un control respecto a su densidad para evitar problemas como los que ocasiona el lirio acuático en la presa de Valsequillo, el cual remueve o elimina una gran cantidad de metales pesados, pero su densidad descontrolada evita la transparencia en el agua, el ingreso de luz solar, y por lo tanto evita la fotosíntesis dentro del agua y la vida de organismos acuáticos.

Los resultados

Tras aplicar cada tratamiento, el investigador realizó bioensayos para determinar genotoxicidad, a fin de garantizar que las transformaciones químicas no generarán compuestos con mayor toxicidad, en este caso utilizó Allium sativum (ajo) y Daphnia magna, como bioindicadores, pero también otros organismos vivos como moscas o ratas. Asimismo, también se efectuaron ensayos microbiológicos para identificar y cuantificar los microorganismos presentes en cada etapa.

          Posteriormente, para probar la efectividad de estos procesos, el doctor Fernando Hernández utilizó aguas provenientes de efluente de una planta tratadora ubicada en el río Atoyac. Sus resultados reflejaron que después del tratamiento con C. vulgaris hubo una disminución del 91.38 por ciento para el nitrógeno, 75 por ciento del fósforo, en el caso de los metales, el cadmio disminuyó 88 por ciento, mientras el níquel registró un porcentaje de reducción de 93.3 por ciento.

         Otros metales como el plomo presentaron una disminución del 50 por ciento, y de los compuestos orgánicos de 13 compuestos detectados en el agua residual inicial, se lograron remover 11.

         Respecto al tratamiento con luz ultravioleta, la demanda química de oxígeno (parámetro que mide la cantidad de sustancias susceptibles de ser oxidadas por medios químicos) disminuyó un 70 por ciento, logrando remover 12 compuestos orgánicos detectados de un total de 13.

         Finalmente, en cuando a la recomendación para utilizar estos procesos, el doctor Hernández Aldana plantea que es necesaria la aplicación complementada de los dos procesos, y aunque el proceso fotoquímico es más caro en su instalación inicial, indica que este se compensa en el mantenimiento y operación, debido a que puede ser de crecimiento modular y automatizado, por lo que solo es necesario un operario.

Con su equipo de trabajo identificó parámetros y marcadores más precisos en la aparición de esta enfermedad

Por la ausencia de síntomas en su etapa inicial, la diabetes tipo 2 es calificada como una enfermedad silenciosa. En 2015, la Secretaría de Salud reportó que en promedio 8 por ciento de la población mexicana presentó este trastorno, el cual aumenta en forma considerable. Cada año se registran más de 400 mil casos nuevos. De no tratarse a tiempo, ocasiona otros problemas: infartos, ceguera e insuficiencia renal. Además, por las complicaciones asociadas, representa un alto impacto económico para el sector salud.

          De acuerdo con el Instituto Nacional de Salud Pública, desde el 2000 la diabetes mellitus en México es la primera causa de muerte entre las mujeres y la segunda entre los hombres. En 2010 causó cerca de 83 mil fallecimientos en el país. No tiene cura, pero sí es controlable.

          Para contribuir a su detección temprana y tratamiento oportuno, investigadores del Cuerpo Académico Medicina Interna, de la Facultad de Medicina de la BUAP, entre ellos Ricardo Pérez Fuentes, estudiaron antropométrica, clínica y metabólicamente a familiares en primer grado de pacientes diabéticos. Con este trabajo identificaron un conjunto de parámetros y marcadores más precisos que los tradicionalmente considerados en el desarrollo de la enfermedad, como sobrepeso y obesidad, los cuales podrían asociarse pero no participan activamente en sus procesos fisiopatológicos. “El paciente puede presentar la enfermedad sin tener mucho peso o tener mucho peso y no presentar la enfermedad”, aclaró el académico.

           Además de los antecedentes familiares que contribuyen a la incidencia de este padecimiento en un 25 por ciento, la herencia cultural tiene un papel importante en su desarrollo, como el hábito de consumir refresco en la comida y tener lapsos prolongados de ayuno, precisó el científico.

          Por su trayectoria como investigador y sus estudios sobre el control metabólico del paciente diabético, Ricardo Pérez Fuentes fue recientemente galardonado con la Presea Estatal de Ciencia y Tecnología “Luis Rivera Terrazas” 2018, en la modalidad Ciencia Básica.

¡Señales de alerta!

Pérez Fuentes, doctor en Ciencias, en el área de Patología Experimental, por el Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav) del IPN, señaló que indicadores como ayunos prolongados, antojos frecuentes por alimentos azucarados, dolor de cabeza por la noche que se refleja en un incremento de la presión arterial, así como disfunción eréctil en el varón o problemas de embarazo en la mujer, se asocian con alteraciones funcionales y podrían ser señales de alerta en la aparición de diabetes.

          Por ejemplo, los antojos son una llamada del organismo para consumir glucosa. “Son considerados normales, pero cuando se incrementa su frecuencia e intensidad se traducen en un aumento en los niveles de insulina. Esta elevación conllevaría a una disminución de los niveles de glucosa sanguínea, traducida como hipoglucemia, la cual llevaría al paciente a consumir nuevamente glucosa y así conducir a un ciclo constante”.

         Con la finalidad de comprender el impacto de estos hábitos y costumbres en las personas en riesgo de desarrollar la enfermedad, se elaboró una encuesta de 12 reactivos que incluye un conjunto de alteraciones de la función y del metabolismo de carbohidratos, así como parámetros antropométricos, la cual se aplicó a personas sanas, familiares en primer grado de pacientes diabéticos.

         De acuerdo con el puntaje obtenido, las personas se ubicaron en riesgo bajo y alto, prediabético y diabético de reciente inicio. Además, los resultados obtenidos con esta encuesta fueron validados mediante la aplicación de pruebas bioquímicas, entre estas de tolerancia oral a la glucosa y química sanguínea.

         Así, al contrastar ambos métodos de medición se tuvo una sensibilidad y especificidad mayor al 90 por ciento. Por consiguiente, “la encuesta permite identificar la enfermedad sin necesidad de análisis clínicos, lo cual se traduce en la oportunidad de detectar a los sujetos en riesgo o en el inicio de la enfermedad a un costo bajo y ampliando la cobertura de atención”, abundó el académico de la Facultad de Medicina de la BUAP, quien obtuvo el Premio Nacional de Investigación Médica Dr. Jorge Rosenkranz, del Instituto Roche-Syntex.

          El doctor Ricardo Pérez Fuentes, nivel II del Sistema Nacional de Investigadores, expuso que una vez detectada la enfermedad entre los encuestados, se logró regresarlos a niveles cercanos a la normalidad, mediante la modificación de sus estilos de vida, sin olvidar que son propensos a desarrollar la enfermedad.

          A partir de los resultados obtenidos, el doctor Ricardo Pérez propone la actualización de los médicos de primer contacto y de especialistas que enfrentan estos problemas en la práctica cotidiana, a través de cursos y seminarios en los que se expongan los hallazgos obtenidos en los estudios de investigación, para que junto con su experiencia cotidiana contribuyan en la resolución o limitación de este importante problema de salud.

           “Estamos conscientes de los retos, no solamente en la parte de investigación, sino también en la aplicación de las estrategias porque hay que compartir con profesionales de la salud para que juntos podamos incidir sobre esta impactante enfermedad. El camino es largo y sinuoso, pero creemos que tenemos posibilidades de limitar su desarrollo en los siguientes años, a través de su identificación temprana y tratamiento oportuno y específico”, aseguró.