Óxidos de nitrógeno: cómo se forman y qué los hace tan peligrosos

Desde hace muchas semanas, el debate sobre los peligros de los motores diésel y las inminentes prohibiciones de circulación diésel en Alemania no cesa. En febrero de este año, algunos neumólogos reavivaron el debate ya de por sí acalorado con sus dudas sobre los valores límite existentes. Aunque esta crítica se ha demostrado entretanto insostenible, el interés público por los óxidos de nitrógeno no decae. Así, el humorista Mario Barth retomó, en su última emisión "Mario Barth deckt auf" —en la que también participó nuestro air-Q—, el escepticismo hacia los valores límite fijados internacionalmente. Un día antes, el programa satírico "Die Anstalt" también se había dedicado al tema de los valores límite de óxidos de nitrógeno y había rebatido a los escépticos de dichos valores límite.

Mientras muchos conductores de diésel temen ahora ver limitada su movilidad individual, los expertos en salud reconocen en la contaminación atmosférica en constante aumento un peligro creciente para el bienestar de todos. Así, la Organización Mundial de la Salud (OMS) invitó a mediados de febrero de 2019 a expertos a Ginebra para intercambiar con ellos sobre los riesgos para la salud de la contaminación atmosférica y las posibles contramedidas. El foco del debate ya no se centra desde hace tiempo únicamente en la contaminación del aire exterior. La calidad del aire interior, también peligrosa, gana cada vez más atención en este contexto. Además de las partículas finas y las sustancias orgánicas volátiles, son sobre todo los óxidos de nitrógeno los que ofrecen aquí un motivo concreto para una reflexión más profunda.

¿Qué son los óxidos de nitrógeno?

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En el aire exterior hay hasta siete óxidos de nitrógeno diferentes. Los compuestos de nitrógeno y oxígeno que forman compuestos de óxidos de nitrógeno se forman exclusivamente en reacciones endotérmicas, es decir, solo con aporte de energía desde el exterior. Como subproducto generalmente no deseado de diversos procesos de combustión, la formación de óxidos de nitrógeno puede atribuirse tanto a causas naturales como antropogénicas (originadas por el ser humano).
La presencia natural de óxidos de nitrógeno en la atmósfera terrestre se explica principalmente por la aparición de rayos. Para la concentración de nitrógeno en la troposfera media y superior son decisivas la frecuencia y la duración de los rayos. Según diversos estudios, los rayos son responsables de hasta el 90 % de los óxidos de nitrógeno en esta parte de la atmósfera.

Además de la combustión de combustible en el tráfico rodado, se consideran los mayores emisores de óxidos de nitrógeno en la troposfera baja las instalaciones de combustión de fuentes de energía fósiles como el carbón, el petróleo, el gas natural y la madera, así como de residuos. En espacios cerrados, no solo el aire que penetra del exterior provoca contaminación por óxidos de nitrógeno. Además, la concentración de óxidos de nitrógeno en el aire respirado aumenta por la combustión de combustibles fósiles, por ejemplo al cocinar o al calentar chimeneas y estufas de carbón. También la formación del gas de efecto invernadero óxido nitroso, conocido como gas de la risa, se atribuye a causas antropogénicas. El gas de la risa no se forma solo por la combustión de materias primas fósiles. Especialmente la fertilización con abonos nitrogenados en la agricultura contribuye de forma decisiva a la formación de gas de la risa (N₂O). Sin embargo, los óxidos de nitrógeno determinantes para la calidad del aire son el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO₂). En regiones urbanas densamente pobladas, la concentración conjunta de ambos gases puede superar a menudo un valor de 500 µg/m³, oxidándose el monóxido de nitrógeno en el aire a dióxido de nitrógeno. Además, la reacción del NO₂ con el agua puede formar ácido nitroso (HNO₂), que también forma parte de los contaminantes ambientales. Adicionalmente, el dióxido de nitrógeno se considera un precursor de numerosos contaminantes secundarios, como el ácido nítrico o también aerosoles inorgánicos y fotooxidantes (p. ej., ozono).

¿Por qué necesitamos valores límite para los óxidos de nitrógeno?

Esta contaminación por óxidos de nitrógeno causada por el ser humano conlleva graves consecuencias para el ecosistema. Así, los óxidos de nitrógeno participan en la formación de ozono y smog en la atmósfera. Además, el ácido nítrico formado por la reacción de los óxidos de nitrógeno contribuye, por ejemplo, considerablemente a la formación de lluvia ácida. El dióxido de nitrógeno en particular es corresponsable de la sobrefertilización y acidificación de los suelos y, en parte, también de las aguas. Además, el dióxido de nitrógeno puede provocar en las plantas un crecimiento raquítico, un envejecimiento prematuro y necrosis (es decir, muerte local de tejido).

Desde 2004 se han publicado numerosos estudios que demuestran una relación entre las fluctuaciones diarias de la concentración de dióxido de nitrógeno y los cambios en la aparición de trastornos respiratorios, ingresos hospitalarios e incluso la mortalidad. Otros estudios muestran además una conexión entre las tasas de enfermedad y mortalidad y una exposición a largo plazo al dióxido de nitrógeno. Todos los estudios a corto y largo plazo publicados hasta ahora confirman estos efectos nocivos del dióxido de nitrógeno ya en concentraciones al límite o incluso por debajo de los valores límite de la UE. Este valor límite se orienta en las recomendaciones de la OMS, que ha establecido un valor límite anual de 40 µg/m³ y un valor límite horario de 200 µg/m³. Los hallazgos de investigaciones toxicológicas y estudios en espacios cerrados sugieren una interpretación causal entre el dióxido de nitrógeno y los efectos sobre las vías respiratorias. Por ello, la Organización Mundial de la Salud está considerando adaptar en consecuencia sus recomendaciones de valores límite para el dióxido de nitrógeno. En este sentido, la OMS exige, por un lado, una guía establecida a corto plazo y fundamentada epidemiológicamente. Por otro lado, exige una directriz basada en los conocimientos actuales para los valores medios anuales.

Parte de los estudios se realizaron en interiores, donde el dióxido de nitrógeno se genera de forma específica mediante aparatos de combustión no ventilados. Otros estudios se dedicaron al aire exterior, donde el dióxido de nitrógeno constituye solo un componente de la mezcla de aire. Esta compleja interrelación de los distintos componentes del aire dificulta la interpretación de dichos estudios, ya que las causas de los efectos sanitarios detectables no pueden atribuirse claramente al NO₂. Por ello, la mayoría de las conclusiones sobre los efectos nocivos del dióxido de nitrógeno para la salud se extraen de investigaciones toxicológicas y estudios de observación realizados en interiores.
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No obstante, los estudios sobre la calidad del aire ambiente también pueden aportar conclusiones sobre los efectos nocivos de los óxidos de nitrógeno para la salud. Así, por ejemplo, se pudieron demostrar efectos nocivos del dióxido de nitrógeno con tasas de contaminación establecidas de otros contaminantes. También se pudo demostrar una modificación de los efectos de las partículas finas por el dióxido de nitrógeno.

Efectos nocivos del dióxido de nitrógeno para la salud

Una exposición al dióxido de nitrógeno puede acarrear diversas consecuencias físicas. Entre ellas se incluyen, entre otras:

• Daños en los tejidos mucosos
• Irritaciones oculares
• Daños en todo el tracto respiratorio
• Mayor riesgo de enfermedades cardiovasculares
• Mayor riesgo de diabetes tipo II
• Aumento de la mortalidad, así como de los ingresos hospitalarios específicos por causa en la población general

Dado que el dióxido de nitrógeno presenta una solubilidad en agua comparativamente baja, no se fija en las vías respiratorias superiores, es decir, la cavidad bucal y faríngea, así como la nariz y los senos paranasales. Por consiguiente, el contaminante alcanza las vías respiratorias inferiores, como los bronquios y los alvéolos, y puede provocar allí inflamaciones y daños en los tejidos celulares. En los bronquios, el NO₂ puede provocar una hipersensibilidad que favorece el desarrollo de enfermedades alérgicas de las vías respiratorias.

El aumento constante de los trastornos alérgicos, especialmente en zonas urbanas ricas en contaminantes, sugiere una relación entre la contaminación por óxidos de nitrógeno y las reacciones inmunitarias relacionadas con las alergias. Varios estudios han llegado entretanto a la conclusión de que los óxidos de nitrógeno presentes en el aire respirado se unen a proteínas alergénicas. Estos alérgenos nitrados probablemente favorecen la producción de anticuerpos que, para la defensa inmunitaria, liberan histamina y sustancias similares a la histamina, provocando así reacciones alérgicas. Especialmente debido a la contaminación atmosférica en zonas urbanas con mucho tráfico, los óxidos de nitrógeno pueden aumentar el potencial alergénico del polen y las partículas finas. El smog veraniego húmedo puede aumentar aún más la tasa de nitración, por lo que ya en pocas horas las proteínas presentes en el aire se enriquecen con nitrógeno. Por ello, existe la sospecha fundada de que una contaminación del aire por óxidos de nitrógeno favorece la aparición de alergias e intensifica las reacciones en los pacientes alérgicos. Entre las manifestaciones patológicas típicas asociadas se incluyen, además de la rinitis alérgica (fiebre del heno), el asma bronquial, el eccema atópico (dermatitis atópica) y el shock anafiláctico, también la urticaria y la sinusitis.

Entre 2014 y 2016, tanto la Organización Mundial de la Salud, el Instituto Suizo de Salud Tropical y Pública (Swiss TPH), como las autoridades sanitarias de Canadá (Canada Health) y de EE. UU. (U.S. EPA) pudieron revelar, en estudios a corto plazo, relaciones entre una exposición al dióxido de nitrógeno y un aumento de la mortalidad general y de la mortalidad debida a enfermedades cardiovasculares y respiratorias. Para el año 2014, con un límite de cuantificación inferior de 10 µg/m³ de NO₂ durante un periodo prolongado, se atribuyeron a la contaminación por dióxido de nitrógeno un total de 5966 muertes prematuras. En este contexto, los años de vida perdidos se estimaron a nivel mundial en un total de 49 726.
También el aumento de las urgencias cardiopulmonares, es decir, que afectan simultáneamente al corazón y a los pulmones, así como el aumento de las hospitalizaciones por trastornos del sistema cardiovascular y de las vías respiratorias se asociaron con un aumento de los valores de dióxido de nitrógeno.

Para el riesgo de padecer diabetes mellitus por una exposición prolongada al dióxido de nitrógeno existen entretanto evidencias moderadas. En este contexto, las evidencias designan aquellos resultados que se muestran de forma consistente en los estudios y permiten así concluir una relación entre la aparición de determinadas enfermedades y el dióxido de nitrógeno. Que estas sean moderadas o fuertes depende del número de estudios realizados. Las investigaciones publicadas hasta ahora solo incluyen en sus observaciones de alteraciones físicas típicas de la diabetes los trastornos nerviosos de origen diabético, así como el llamado "pie diabético". Otras afecciones causadas por la diabetes, como la enfermedad del músculo cardíaco y la nefropatía, no se tuvieron en cuenta. Por ello, cabe incluso suponer una subestimación de las discapacidades relacionadas con el NO₂.

Además de la diabetes tipo 2, se observan de forma consistente otras consecuencias sanitarias de la exposición al dióxido de nitrógeno. Entre ellas se incluyen, entre otras, la tasa de morbilidad por hipertensión arterial, pero también la tasa de mortalidad por insuficiencia cardíaca y cardiopatía isquémica (CI), así como accidentes cerebrovasculares.

Debido a su propiedad irritante y asfixiante, el gas NO₂ daña especialmente el tracto respiratorio. Entretanto, los resultados consistentes de numerosos estudios ofrecen fuertes evidencias de que el dióxido de nitrógeno favorece la aparición de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). Otros estudios demuestran una relación entre la contaminación por dióxido de nitrógeno y numerosos daños en los órganos respiratorios. Entre estos se incluyen —según la duración de la exposición y la cantidad de contaminante absorbida— edemas pulmonares agudos, inflamaciones de los bronquiolos o también la enfermedad reactiva de las vías respiratorias similar al asma. Además, el NO₂ es corresponsable de una mayor reactividad bronquial y, por tanto, de la aparición de asma bronquial, así como también de un estrechamiento de los bronquios y una mayor susceptibilidad general a infecciones respiratorias. Especialmente considerado a lo largo de un periodo prolongado de varios años, una exposición al dióxido de nitrógeno conlleva el riesgo de un deterioro de la función pulmonar en adultos o del crecimiento pulmonar en niños. Además, aumentan el riesgo de cáncer de pulmón, así como el riesgo de un menor peso al nacer en recién nacidos.

Medidas contra la contaminación por dióxido de nitrógeno

Según la OMS, actualmente el 91 % de la población mundial vive en lugares donde los contaminantes atmosféricos superan los valores límite recomendados. En todo el mundo se atribuyen 4,2 millones de muertes a la contaminación del aire exterior, y otras 3,8 millones de muertes a la contaminación del aire interior. Estas cifras dramáticas revelan una urgente necesidad de actuar para reducir los contaminantes atmosféricos en general y el dióxido de nitrógeno en particular. Las medidas necesarias para mejorar la calidad del aire requieren regulaciones políticas, pero también enfoques de solución individuales.
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Medidas políticas:

• Cambios amplios en la planificación del tráfico municipal y nacional: ampliación de sistemas de propulsión alternativos, como motores eléctricos y repostaje con gases licuados, introducción de zonas medioambientales para limitar los contaminantes en zonas muy afectadas, ampliación del transporte público local, así como de la infraestructura ciclista, etc.
• Abandono progresivo de un suministro energético basado en combustibles fósiles y ampliación simultánea de las energías renovables al margen de los procesos de combustión
• Implementación de una agricultura y silvicultura sostenibles
• Otra medida, sin duda controvertida, es el uso de la llamada siembra de nubes (cloud seeding), mediante la cual se liberan con aviones productos químicos especiales que aceleran la formación de nubes y, mediante la precipitación, fijan los contaminantes atmosféricos

Medidas individuales:

• Mediciones en tiempo real amplias y precisas con sensores específicos para evitar clasificaciones erróneas de contaminantes, para identificar mejor las principales fuentes de contaminantes, así como sus valores máximos y las exposiciones a largo plazo
• Renunciar también en interiores, en la medida de lo posible, a los procesos de combustión, p. ej., fumar, cocinar en cocinas de gas o hacer barbacoas en las inmediaciones, etc.
• Uso de purificadores de aire, prestando atención a que en la filtración de los contaminantes no se utilicen otros contaminantes, como el ozono.
• Replantearse el propio comportamiento de movilidad y consumo: comprar en la medida de lo posible de forma estacional y regional, fabricar o reparar uno mismo los productos, comprar en comercios en lugar de hacerse entregar la mercancía a domicilio, cambiar a la bicicleta y al transporte público, etc.