Padecimientos mitocondriales por uso de plaguicidas

Tema: Hoy en día los compuestos químicos que conocemos como plaguicidas son bastante utilizados en el área de la agricultura, sin embargo, su aplicación excesiva ha demostrado causar afectaciones no solo al medio ambiente, sino también al ser humano. Así, el objetivo de este artículo es mostrar brevemente los principales desordenes mitocondriales y los padecimientos generados en humanos por el uso de plaguicidas.

Introducción

Anualmente, se estima que mundialmente se pierde del 20% al 40% de la producción anual de cultivos debido a las plagas, teniendo un impacto en la economía mundial de 70 mil millones de dólares (Domingues, 2022). Esto puede aumentar debido al fenómeno del calentamiento global y sus efectos sobre el metabolismo de los insectos, el cual se acelera con el aumento de la temperatura por lo que requieren de mayor ingesta de calorías (Domingues, 2022; Ali, 2023). Durante la postcosecha, se utilizan los plaguicidas para el control de plagas y así poder evitar pérdidas. Se calcula que se utilizan alrededor de 2 a 3 millones de toneladas de plaguicidas alrededor del mundo (Faber, 2020; Sule, 2022). Dichos compuestos pueden afectar a la salud humana y según datos de la Organización Mundial de la Salud, un millón de personas se ven afectadas por intoxicación por contacto directo con los agentes químicos (Hassan, 2020). 

¿Qué es un plaguicida?

Un plaguicida es un compuesto xenobiótico (un compuesto xonobiótico se define como toda aquella sustancia química que no es producida naturalmente por el organismo (Croom, 2012)), que es introducido al ambiente para combatir las plagas que afectan a los cultivos. Sin embargo, su uso indiscriminado tiene consecuencias en la salud humana al entrar al organismo, a través de las diferentes vías como ingestión, inhalación o contacto directo con la piel (Hassan, 2020; Navarro, 2023). Se ha reportado que los plaguicidas inducen estrés oxidativo, provocando daño en el material genético, lo que puede llevar al desarrollo de diferentes tipos de enfermedades crónicas como la diabetes (Sule, 2022), distintos tipos de cáncer (de pulmón, de próstata, de vejiga, colorrectal, melanoma y leucemia) (Valbuena, 2020; Varghese, 2021), y padecimientos neurodegenerativos, como la enfermedad de Parkinson y Alzheimer (León-Verastegui, 2012; Faber, 2020).

¿Cómo afectan los plaguicidas?

Un ejemplo de un plaguicida muy utilizado en México es el paraquat, cuyo nombre químico es dicloruro de 1,1'-dimetil-4,4'-bipiridilo, se utiliza como herbicida y se ha asociado su exposición con el desarrollo de la enfermedad de Parkinson (Viales-López, 2014; Aguilar, 2020; Liu, 2022). La enfermedad de Parkinson es un padecimiento neurodegenerativo o trastorno del sistema motor, caracterizado por presentar síntomas de bradicinesia o lentitud del movimiento, rigidez, alteración del equilibrio y coordinación, y temblor en las extremidades. Esta enfermedad disminuye en gran medida la calidad de vida de las personas (Church, 2021).

Se cree que se desarrolla debido a la producción neuronal de especies reactivas de oxígeno (León-Verastegui, 2012; Ortiz, 2011). Las ROS (Especies Reactivas de Oxígeno, por sus siglas en inglés) son iones o moléculas que contienen oxígeno en una forma inestable y pueden reaccionar fácilmente con otras moléculas de las células (Liuo, 2010; Brieger, 2012). Las ROS son productos de los procesos metabólicos celulares normales requeridos para generar energía, como en las reacciones catalizadas por la cadena de transportes de electrones en la mitocondria. Sin embargo, pueden provocar estrés oxidativo al haber desequilibrio entre la producción de ROS y la capacidad del organismo de neutralizar su exceso, como cuando existe contacto con agentes xenobióticos (Sule, 2022). En el caso particular del Parkinson, las neuronas son muy activas metabólicamente y dependen de la mitocondria para la producción de ATP. Un exceso de ROS provoca la reacción de peroxidación del lípido mitocondrial cardiolipina, lo que provoca la liberación de la enzima citocromo c en el citosol, lo que induce apoptosis o muerte celular (Bhat, 2015).

Las mitocondrias poseen complejos enzimáticos que son el principal sitio de producción de ROS (Sule, 2022). Entre ellos, se encuentran las enzimas de la cadena transportadora de electrones: complejo I o NADH deshidrogenasa, complejo II o succinato deshidrogenasa, complejo III o citocromo reductasa y complejo IV o citocromo c oxidasa (Braun, 2020). Cuando el plaguicida actúa a nivel mitocondrial, puede intervenir en los procesos que se encuentran involucrados en la respiración celular y en la producción de energía, lo cual provoca una afectación directa sobre la permeabilidad de la membrana plasmática generando una distensión mitocondrial por hinchamiento, o bien, puede causar edema celular (Feria-Velasco, 2006). 

Otro caso específico es el del gas fosfina, el cual puede entrar al organismo por vía respiratoria y una vez dentro, inhibir la enzima citocromo C oxidasa de la cadena de transporte de electrones en la mitocondria mediante la generación de ROS (Monsalve-Salamanca, 2015). Interactúa con el peróxido de hidrógeno y forma el compuesto hidroxilo altamente reactivo, inhibe la catalasa y la peroxidasa (enzimas involucradas en el sistema antioxidante) (Proudfoot, 2009), destruyendo así las membranas celulares y provoca daño a los ácidos ribonucleicos y la muerte celular. Además, la producción de ATP baja considerablemente en un 70% o bien, es inhibida de manera irreversible (Sánchez-Villegas, 2017), afectando los distintos órganos, especialmente los pulmones y corazón debido a la falta de oxígeno o anoxia y a la inhibición de la síntesis proteica y actividad enzimática (Bumbrah, 2012).

Numerosos estudios han llegado a la conclusión de que existe una verdadera relación entre el desarrollo de cáncer y la exposición a los plaguicidas (Rani, 2021; Pedroso, 2022). Un ejemplo muy reconocido de esta posible correlación es el del uso del glifosato. El nombre químico del glifosato es N-(fosfonometil) glicina y es uno de los herbicidas más utilizados alrededor del mundo (Martins-Gomes, 2022). En el año 2015, la Agencia Internacional de la Investigación del Cáncer (IARC por sus siglas en inglés) clasificó el compuesto como “probablemente carcinogénico en humanos” (Muños, 2023) y se ha reportado en la literatura correlación entre la exposición a este químico con el desarrollo de linfomas, sin embargo, a la fecha se requieren más estudios en humanos (González-Moscoso, 2023). Uno de los mecanismos propuestos, que establece una relación entre el desarrollo de cáncer, puede ser el efecto inmunotóxico sobre las células natural-killer de los agentes químicos, siendo estas células las encargadas de eliminar células tumorales, además de la inducción de un estado proinflamatorio (Lee, 2020).

Algunos ingredientes activos de los plaguicidas afectan los canales de iones y de neurotransmisores que están involucrados en la fusión pancreática, como la acetilcolina, catecolamina y canales de sodio. La rotenona (plaguicida de origen natural obtenido de las raíces de las plantas del género Lonchocarpus, su nombre químico es 1,2,12,12a-Tetrahidro-8,9-dimetoxi-2-(1-metiletenil)-[1]benzopirano[3,4-b]furo[2,3-h][1]benzopiran-6(6aH)-uno y se utiliza como insecticida principalmente) es un compuesto que afecta a la función mitocondrial y se cree que menoscaba la homeostasis de la glucosa, jugando un papel en el desarrollo de diabetes, además de que existen numerosos estudios de correlación entre la exposición a los plaguicidas y el desarrollo de la enfermedad (Thayer, 2012;  Tang, 2014; Muda, 2020; Rani, 2021).

Conclusión

La población mundial seguirá en aumento, por lo que la demanda de alimentos cada año será mayor y es necesario encontrar métodos para aprovechar al máximo la producción y eliminar pérdidas. Los plaguicidas utilizados actualmente, los cuáles son en su mayoría del tipo químico, pueden llegar a afectar distintos órganos y sistemas no solo de las plagas que afectan a los cultivos, sino de la población humana, por lo qué es importante encontrar alternativas a su uso. Así, se han descrito el uso de atmósferas modificadas, aceites esenciales obtenidos de plantas y algunos parasitoides, por mencionar algunas alternativas al control de plagas.

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