24 de julho de 2018

Bens minerais, males minerais e a Geologia Médica

Por Marco Gonzalez

Lavadeira em aldeia de Bangladesh fazendo uso da água, um recurso essencial (por Thyme28)

A Geologia Médica (também conhecida como GeomedicinaMineralogia Médica ou Geoquímica Médica) é definida como a ciência que estuda a influência de fatores geológicos ambientais na distribuição geográfica das doenças do ser humanoEla pode até ser relativamente recente, mas os impactos de materiais geológicos na saúde humana não são. Há exemplos:
  • Níveis anormais de mercúrio, cádmio e selênio foram medidos em cabelo humano, de 7.000 anos de idade, preservado no sítio arqueológico de Karluk, em Kodiak, no Alasca.
  • Partículas de fuligem foram detectadas em tecidos pulmonares preservados do Homem do Gelo Tirolês (Tyrolean Iceman), com pelo menos 5.000 anos de idade, encontrado na parte italiana dos Alpes.
  • Hipócrates e outros escritores helênicos reconheceram que os fatores ambientais afetavam as distribuições geográficas de doenças humanas há 2.400 anos. 
  • Em 300 aC, Aristóteles notou envenenamento por chumbo em mineiros. 
Somos o que comemos, bebemos e respiramos? A nossa interação com materiais geológicos pode ser inofensiva (e até benéfica), mas também pode ser prejudicial. Para analisar e compreender essa interação, a Geologia Médica, além de geocientistas e médicos, envolve profissionais de saúde pública, agrônomos, engenheiros ambientais, geógrafos e biólogos, entre outros.


A geologia e a saúde

O ambiente natural pode afetar nossa saúde de várias maneiras. A composição de rochas e minerais está presente no ar que respiramos, na água que bebemos e na comida que comemos. Muitas vezes esta presença de minerais e oligoelementos (elementos com quantidade reduzida, mas indispensável) é benéfica, sendo até mesmo a única fonte desses nutrientes, como cálcio, ferro, magnésio, potássio e outros. Porém, os materiais geológicos podem causar problemas de saúde por insuficiência de algum elemento essencial ou excesso de outros nocivos, como arsênico, mercúrio, chumbo e flúor. Ainda podem ser nocivas combinações gasosas ou abundância de partículas transportadas pelo ar, como é o caso de asbesto, quartzo, pirita, ou certos compostos orgânicos que ocorrem naturalmente.

A Geologia Médica diz respeito ao modo como os materiais geológicos e os processos da Terra afetam nossa saúde, sendo uma ciência que tem natureza multidisciplinar. 
Dois enfoques sobre a natureza multidisciplinar da Geologia Médica (fonte1 e fonte2)

O campo interdisciplinar da Geologia Médica se desenvolve a partir de seu objetivo essencial que consiste em compreender as propriedades do material geológico que contribui para alguma patogênese.

Assim, a Geologia Médica pode ser considerada como uma disciplina incluída no campo da saúde ambiental. À medida que progride, novas linhas de pesquisa vão sendo abertas, requerendo muitas vezes cooperação multidisciplinar, principalmente entre duas áreas do conhecimento aparentemente desconectadas: as Ciências da Terra e as Ciências Biomédicas. Ela requer o trabalho conjunto de geocientistas e especialistas de outras áreas, onde é essencial o estabelecimento de práticas interdisciplinares envolvendo profissionais como químicos, biólogos, geógrafos, toxicologistas, epidemiologistas, veterinários, dentistas, engenheiros e cientistas sociais.

Em sentido mais amplo, a Geologia Médica estuda a exposição ou deficiência de oligoelementos e minerais, a inalação de poeiras minerais ambientais (antropogênicas ou vulcânicas), o transporte, a modificação e a concentração de compostos orgânicos e ainda a exposição a radionuclídeos, micróbios e agentes patogênicos. Neste sentido, a Geologia Médica procura:
  1. identificar e caracterizar fontes naturais e antropogênicas de materiais nocivos no meio ambiente;
  2. prever a movimentação e a alteração de agentes químicos, infecciosos e outros agentes causadores de doenças ao longo do tempo e do espaço;
  3. possibilitar o entendimento de como as pessoas são expostas a materiais nocivos e
  4. descrever o que pode ser feito para minimizar ou evitar tal exposição no sistema Terra.
O sistema Terra

Todos os organismos vivos são compostos de elementos maiores, menores e traços, dados pela natureza e fornecidos pelos materiais geológicos. Nós pertencemos ao sistema Terra que inclui uma enorme gama de processos e transformações entre fases sólidas, aquosas e gasosas. É neste contexto que a Geologia Médica está envolvida, necessitando entender os componentes do sistema onde a geosfera é a fonte de toda a matéria, exceto a que chega do espaço (através de meteoritos e poeira cósmica). O conhecimento geológico é crítico para o entendimento de tal sistema.
Diagrama de Larocque e Rasmussen para o Sistema Terra (fonte)

A investigação dos componentes, rochas, solos, águas subterrâneas e atmosfera, bem como das interações do ambiente, envolve o estudo de sistemas naturais e perturbados em diversos níveis, desde o macroscópico até o microscópico: 
  • Em nível macroscópico há que se estudar, por exemplo, diversos ciclos, como o das rochas, o hidrológico, o geoquímico e o do carbono, considerando-se a influência humana nos sistemas naturais, como as drenagens ácidas de minas. 
  • Em nível microscópico devem ser investigados, por exemplo, processos de advecção, dispersão e difusão com deslocamento de matéria através do ar, da água superficial ou no ambiente de subsuperfície, com uma importante relação de processos químicos e transformações entre fases sólidas, aquosas e gasosas.
Entre os principais processos a considerar estão a poluição e a ecotoxidade, sempre tendo em mente que há neste conjunto elementos essenciais e elementos tóxicos.

Elementos essenciais e elementos tóxicos

As relações entre a vida e o planeta Terra caracterizam uma rede de interações geológicas e biológicas com elementos químicos formadores de rochas e solos que podem ser essenciais à manutenção da nossa saúde ou podem, ao contrário, ser tóxicos, representando riscos à saúde das pessoas, dos vegetais e dos animais.


Tabela periódica com a identificação dos elementos essenciais e tóxicos

Há 25 elementos reconhecidos como essenciais ao funcionamento adequado do corpo humano. O principal deles é o carbono, indispensável para qualquer forma de vida conhecida atualmente. O oxigênio (que participa com 61% da nossa massa corpórea), o hidrogênio e o nitrogênio vêm em seguida quanto ao grau de importância. Os demais 21 elementos essenciais são divididos em macronutrientes e micronutrientes.
  • Os macronutrientes são absorvidos em grande quantidade e participam da massa corporal com concentrações maiores que 0,1%. São: cálcio, cloro, fósforo, potássio, sódio e enxofre.
  • Os micronutrientes têm concentrações no nosso corpo abaixo de 0,1%. São: magnésio, silício, ferro, flúor, zinco, cobre, manganês, estanho, iodo, selênio, níquel, molibdênio, vanádio, cromo e cobalto.
Por exemplo, para mantermos um sistema esquelético e dental saudável e mineralizado, nossas necessidades nutricionais devem incluir cálcio, fósforo, magnésio e flúor. 

Outros elementos, embora não essenciais, também são absorvidos regularmente através de alimentos e água ou por inalação. São: alumínio, bário, cádmio, chumbo, arsênio, mercúrio, estrôncio, urânio, prata e ouro.

Há, por outro lado, 26 elementos considerados tóxicos (ainda que 11 destes sejam também essenciais). A Associação Brasileira de Normas Técnicas tem normas que permitem caracterizar o grau de toxicidade de muitas substâncias (norma NBR-10004) através de análises químicas (conforme detalhado nas normas NBR-10005 e NBR-1006).

Uma das formas generalizadas de problemas de saúde ambiental é a exposição a níveis tóxicos de oligoelementos. Milhões de pessoas em todo o mundo têm problemas de saúde ao serem expostas a arsênio, chumbo, flúor, mercúrio, urânio e outros elementos.

Um dos compostos tóxicos mais conhecidos, o arsênico inorgânico tem toxidade altamente dependente de sua fórmula química. Através da exposição crônica, afeta a pele, membranas, sistema nervoso, medula óssea, fígado e coração.


Criança ao lado de poço de água em aldeia de Bangladesh, muitos dos quais com elevado teor de arsênico naturalmente (por Thyme28)

A radioatividade é uma característica geológica da Terra, ocorrendo aproximadamente 60 radionuclídeos na natureza. São encontrados no ar, na água, no solo, em rochas e minerais e nos alimentos. Cerca de 82% dessa radiação ambiental vem de fontes naturais, a maior das quais é o radônio, e em algumas áreas do mundo há níveis anormalmente altos de radiação de fundo. O radônio, que somente pode ser detectado com equipamento especial, pode provocar risco de câncer no trato respiratório, especialmente nos pulmões.

Um exemplo clássico de relação entre geologia e saúde é a constatada entre o bócio e a deficiência de iodo. A correlação geologia-água-alimentação-doenças pode ser claramente mostrada para o iodo, estimando-se que quase 30% da população mundial esteja em risco de alguma forma de transtorno por deficiência de iodo. Ingestão insuficiente de iodo é a causa mais comum de retardo mental e dano cerebral no mundo.

Através da geoquímica do flúor em águas subterrâneas é possível demonstrar uma significativa correlação envolvendo geoquímica e saúde bucal. Isto se dá especialmente em comunidades que suprem suas necessidades de água potável a partir de fontes subterrâneas. Embora exposições limitadas ao flúor tenham efeitos bem conhecidos, quantidades excessivas na água potável já mostraram efeitos devastadores. Também já foram registradas ocorrências de erupções vulcânicas ligadas a graves incidentes de fluorose (intoxicação por flúor).

Outra associação interessante entre saúde e geologia é a da correlação negativa entre a incidência de doenças cardiovasculares e a dureza da água, observada em países temperados e tropicais.

Poeiras

A exposição às poeiras pode afetar vastas regiões, como é o caso daquelas causadas por terremotos, ou alcançar dimensões globais, como as decorrentes de cinzas ejetadas por erupções vulcânicas. 

Homem varrendo as cinzas da da erupção de 2014 do vulcão Kelud, na Indonésia (por Crisco 1492)

As poeiras minerais são uma causa clássica de vários problemas respiratórios, sendo a contaminação por asbestos um dos casos mais impactantes. 

Os avanços obtidos em técnicas analíticas, assim como na pesquisa interdisciplinar, onde se associam as ciências da terra, ecológicas e médicas, têm esclarecido os papéis que as poeiras desempenham nas doenças humanas tanto em escala local quanto global.

A inalação em excesso de pó de sílica causa silicose nos pulmões, enquanto a inalação de pó de manganês pode causar danos ao sistema neurológico. Na mineração, sem os devidos cuidados, esses danos são uma certeza.

Exposição e biodisponibilidade

Estes são dois conceitos importantes a considerar na Geologia Médica.
  • Exposição é a descrição qualitativa e/ou quantitativa do total da substância química absorvida. 
  • Biodisponibilidade, que afeta diretamente a exposição, é a proporção disponível da substância química que pode ser absorvida pelo organismo.  
A distribuição geoquímica e a biodisponibilidade das substâncias químicas não são uniformes na superfície da Terra. biodisponibilidade depende das formas física e química do material e de fatores ambientais como pH, temperatura e condições de umidade. É afetada também pela mobilidade dos metais que, por sua vez, depende do tipo de solo, dos organismos presentes e do pH, por exemplo. Do conteúdo metálico total de um material geológico, apenas uma fração está biodisponível. Grande parte permanece retida em suas estruturas cristalinas.

A exposição a uma substância pode se dar em um contexto geológico natural ou antropogênico: 
  • No contexto geológico natural, regiões geológicas com baixa ou alta biodisponibilidade de algum micronutriente podem trazer doenças às suas populações, fenômeno especialmente real onde alimentos e água são obtidos nas imediações. Diversas ocorrências de biodisponibilidade anormal são associados a fluor, selênio e arsênio em muitos locais do planeta. Um exemplo é o das águas do delta do rio Amazonas, com altos teores de arsênio provavelmente originado da erosão dos Andes.
Encontro das águas com sedimentos em suspensão do rio Solimões com as águas do Negro (por Paulo Castellan)
Rios de origem andina, como o Solimões, têm maior carga de sedimentos em suspensão que rios não andinos, como o Negro. Essa carga naturalmente chega à foz do rio Amazonas.
  • O contexto geológico antropogênico está associado aos casos das operações industriais, urbanas e rurais, dando subsídios até mesmo à proposta de uma nova era geológica, o antropoceno. Um exemplo é o das águas ácidas resultantes de rejeitos de mineração ricos em sulfetos de ferro e outros metais. Essas águas, com pH muito baixo, são especialmente tóxicas ao apresentarem elevados teores de chumbo, cádmio, cobre, zinco, cobalto, mercúrio e outros metais. Um caso clássico é a poluição por mercúrio em áreas de garimpagem de ouro.
Drenagem ácida da mineração de Rio Tinto, em Andaluzia, na Espanha (por Edmundo Sáez)

Nesses contextos, como recurso efetivo dos profissionais da área geológica, o mapeamento geoquímico produz conhecimento básico para identificar regiões do planeta com conteúdos críticos de elementos potencialmente tóxicos em fontes naturais ou antropogênicas.

Alguns destaques da Geologia Médica no mundo

Estas são iniciativas que merecem registro:
  • Em 1996 foi criado o International Working Group on Medical Geology coordenado pelo Serviço Geologico da Suécia (SGU) com o principal objetivo de incrementar a consciência nessa questão entre os cientistas, especialistas médicos e o público em geral. 
  • Em 2000, um novo projeto foi estabelecido pela UNESCO na área de Geologia Médica: o IGCP#454 Medical Geology. 
  • De 2002 a 2003 o International Council of Scientific Unions patrocinou minicursos internacionais na área em cooperação com o SGU, com o Serviço Geológico dos EUA (USGS) e com o US Armed Forces of Pathology. 
  • A Universidade de Johannesburg, África do Sul, tem um portal de assuntos relacionados à Geologia Médica incluindo serviços para localização de publicações, bases de dados, links para sites e associações, apoio à pesquisa e ensino e um grupo de pesquisa.
  • A International Medical Geology Association (IMGA) foi criada com o objetivo de fornecer uma rede e um fórum para reunir os conhecimentos combinados de geólogos e cientistas da terra, cientistas ambientais, toxicologistas, epidemiologistas e especialistas médicos, a fim de caracterizar as propriedades dos processos geológicos e agentes, a dispersão do material geológico e seus efeitos nas populações humanas. Atualmente, a IMGA tem mais de 300 membros em todos os continentes em uma rede global de cientistas, profissionais e formadores de opinião. A IMGA tem também agora um conselheiro no Brasil.
  • O British Geological Survey tem um grupo de Geologia Médica com portfolio de pesquisa com estudos, medições e desenvolvimento de métodos.
  • O Serviço Geológico da Irlanda trata a Geologia Médica como um tópico de saúde ambiental.
  • A Associazione Italiana di Geologia Medica (AGMItalia) pretende ser um ponto de referência em nível nacional na área de Geologia Médica. 
O USGS tem estado na vanguarda da pesquisa relacionada à saúde humana implementando parcerias com cientistas médicos e através do fornecimento de ciência interdisciplinar aos tomadores de decisão. Estudos mais recentes incluem as implicações ambientais e de saúde dos compostos orgânicos dos recursos energéticos e a qualidade da água relacionada a fraturamento hidráulico. A pesquisa tem se concentrado na geoquímica toxicológica (características geológicas, rotas de exposição e fatores que afetam a toxidades de minerais) e na epidemiologia geológica (ligações entre mineralogia, microbiologia e saúde, além de correlações que envolvem distribuição geográfica de doenças).

A NASA também reconhece a necessidade da Geologia Médica inclusive na exploração espacial, com relatos de problemas com a poeira de superfície constatados em explorações passadas e que são previstos em futuras viagens espaciais.

Alguns destaques da Geologia Médica no Brasil

A partir de 2003, a Geologia Médica teve importante impulso e alguns destaques são citados a seguir: 
  • No Serviço Geológico do Brasil (CPRM) foram criados, em 2003, o Programa Nacional de Pesquisa em Geoquímica Ambiental e Geologia Médica (PGAGEM) e Rede Nacional de Pesquisa em Geoquímica Ambiental e Geologia Médica (REGAGEM).
  • No PGAGEM, com atuação multi-institucional, interdisciplinar e com resultados multiusos, foi elaborado um Manual Técnico, em 2003, reunindo todos os procedimentos metodológicos a serem adotados na execução do projeto.
  • A partir de 2008, o Projeto Levantamento Geoquímico de Baixa Densidade no Brasil foi criado para promover conhecimento sobre a distribuição dos elementos traço e compostos inorgânicos na superfície de todo o território brasileiro. A CPRM iniciou mapeamento geoquímico sistemático, segundo os critérios e padrões do Mapeamento Geoquímico Internacional. Produtos desse trabalho são os Atlas Geoquímicos do Estado do Ceará, da Bacia do Rio Doce (Minas Gerais e Espírito Santo) e da Bacia do Rio Subaé (Bahia)
  • Também foram elaborados pela CPRM o Atlas geoquímico do Vale do Ribeira: geoquímica dos sedimentos ativos de corrente, além de Estudos de Geoquímica Ambiental e o Impacto na Saúde Pública no Município de São Gonçalo do Piauí, Estado do Piauí, e ainda diversos trabalhos técnicos.
  • Através da publicação "Geologia Médica no Brasil", de 2006, a CPRM e o Ministério de Minas e Energia procuraram divulgar fundamentos, metodologias e resultados de investigações já realizadas dentro do conceito multidisciplinar da Geologia Médica. Foram organizados artigos relativos às apresentações de pesquisadores brasileiros por ocasião da realização do Workshop Internacional de Geologia Médica em junho de 2005, no Rio de Janeiro.

Eventos previstos

Há dois eventos previstos para 2018, um internacional e outro nacional.

A 20th International Conference on Medical Geology and Geological Environments (ICMGGE 2018) será realizada em outubro de 2018 em Nova York, EUA.

A ICMGGE 2018 tem como objetivo reunir cientistas acadêmicos, pesquisadores e acadêmicos pesquisadores para trocar e compartilhar suas experiências e resultados de pesquisas sobre todos os aspectos da Geologia Médica e dos Ambientes Geológicos. 

O 49º Congresso Brasileiro de Geologia (49CBG) acontecerá em agosto de 2018, no Rio de Janeiro.

O 49CBG terá a sessão temática "Geologia Ambiental e Médica" e, dentre os temas a serem abordados, destacam-se a avaliação de ocorrências de metais/minerais e sua relação com a saúde ambiental e mitigações/soluções e/ou experiências realizadas em áreas degradadas, contaminadas ou poluídas. 

Também, no 49CBG, será ministrado o minicurso "Geologia Médica" que tratará dessa área interdisciplinar de pesquisa, incluindo geoquímica em geologia médica, conceitos de toxicologia ambiental, impactos da mineração, regulamentação ambiental e outros temas relacionados.

Oetzi, o Tyrolean Iceman, com pelo menos 5.000 anos de idade, encontrado com fuligem nos tecidos pulmonares - reconstrução naturalista exposta no Museu Arqueológico do Sul Tirol, em Bolzano, Itália (Fotos: Thilo Parg fonte1 e fonte2)

Iniciativas, como as dos eventos citados (ICMGGE e CBG), são importantes para impulsionar novos trabalhos e estudos na área de Geologia Médica, um recurso que Oetzi, com seu olhar recriminador, não teve a seu favor. 

4 comentários:

Unknown disse...

Gostei bastante. Foi um pensar fora da caixa . Parabéns. Vou seguir o blog

Magda Bergmann disse...

O Marco Gonzalez fez um apanhado muito abrangente embora sucinto das questões relacionadas ao efeito de químicos e particulados naturais no organismo humano.
Nós que trabalhamos com insumos alternativos para agricultura na forma de rochas moídas, sempre temos presente a questão dos Elementos Potencialmente Tóxicos (EPT). Eles são assim chamados por que tornam-se tóxicos ao organismo humano a depender de teores, tipo de composto onde estão presentes e também da forma iônica que assumem.
Um exemplo emblemático é o Cromo (Cr). O Cr em minerais tem invariavelmente a forma trivalente (Cr3+). Ele é um oligoelemento essencial ao metabolismo dos açúcares.
No entanto, no meio ambiente ele pode ser oxidado,à forma hexavalente (Cr6+), altamente tóxica. Isto ocorre em condições de pH e eH elevados .
Estas condições não são comuns em solos brasileiros, mas pesquisas mostram que em solos ricos em Mn a reação de oxidação do Cr é favorecida.
Este fato limita o emprego das rochas ultramáficas como corretivos de solos e fontes de Mg, principalmente em solos de baixada (alagadiços) que são muitas vezes ricos em Mn.

cassio roberto da silva disse...

Hoje tive a grata surpresa de ler essa excelente síntese sobre a Geologia Médica, elaborada pelo Marco Gonzalez, abordando de forma clara e direta os conceitos, aplicações e a importância desta disciplina para a saúde ambiental(humanos, animais e vegetais), a qual considero uma nobre contribuição da Geociências para o bem estar e segurança da população mundial.
Parabéns Marco
Abs
Cassio roberto da Silva
CPRM-Serviço Geológico do Brasil

cassio roberto da silva disse...

Estimados colegas de REGAGEM

Hago llegar mis felicitaciones a Marco Gonzalez por la excelente contribución a la Geologia Médica y a IMGA.

Saludos a todos desde Uruguay, Nelly

Prof. Dra. Nelly Mañay
IMGA chair
Titular Area Toxicologia
Facultad de Quimica
Montevideo -Uruguay