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MODELO DE CONTAMINACIÓN DEL RÍO ATOYAC E INCIDENCIA DE ENFERMEDADES EN LA REGIÓN PUEBLA-TLAXCALA
Morales Noveloᵃ, Jorge Armando, Rodríguez Tapiaᵃ, Lilia, Torres Ayalaᵇ, Francisco
Área de Crecimiento y Medio Ambiente, Departamento de Economía, Universidad Autónoma Metropolitana UAM,
Unidad Azcapotzalco
ᵃProfesores Investigadores UAM-A
ᵇProfesor Investigador Cátedra CONACYT
Av. San Pablo No. 180, Col. Reynosa Tamaulipas, Del. Azcapotzalco, México, D.F., C.P. 02200
[email protected] [email protected] [email protected]
Resumen
En la introducción se reflexiona sobre el alcance de los
modelos ecológicos aplicados a problemas de salud, se
argumenta que este tipo de modelos captan los problemas de
salud en un contexto ambiental, es decir, conciben que la salud
de un grupo social es más que la suma de la salud de los
miembros individuales, y que la perspectiva brindada por los
modelos cuya unidad de análisis es el grupo más que los
individuos se ubica en el campo de la epidemiología y la salud
pública. También se describe el elevado nivel de
contaminación que registran las aguas del río Atoyac y de su
confluente, el río Zahuapan, así como se presentan
características socioeconómicas y de salud en la región de
estudio. Se expone la metodología y se estiman los modelos
que relacionan la contaminación del río Atoyac con las
enfermedades gastrointestinales registradas en la población
aledaña al río en 2013. Finalmente se discuten los resultados y
se presentan conclusiones basadas en los resultados de los
modelos en el sentido de que existe una relación causa-efecto
entre la contaminación de las aguas del Atoyac y la presencia
de enfermedades gastrointestinales en la región investigada, lo
que plantea la conveniencia e importancia de realizar más
investigaciones que confirmen el hallazgo de esta
investigación. A la fecha no ubicamos exploraciones similares
que permitan contrastar los resultados que arroja la presente investigación.
Palabras clave: Modelos Ecológicos, función salud-
enfermedad, Modelo contaminación impacto en salud,
enfermedades gastrointestinales en río Atoyac.
Introducción
Modelos ecológicos aplicados a problemas ambientales
Los modelos ecológicos se distinguen de otros diseños en su
unidad de observación, pues se caracterizan por estudiar
grupos más que individuos. Estos modelos adoptan como
unidad de observación características diversas de áreas
geográficas específicas o periodos de tiempo diferentes para
una misma región. Para el caso del modelo estimado en este
trabajo, se relacionan tasas de enfermedad y niveles de
contaminación observado en diversos municipios de la región
de estudio durante el 2013. La idea que subyace en estos
estudios ecológicos es que la comparación entre diversas áreas
permite la evaluación de múltiples niveles de exposición, lo
cual no se capta cuando se estudia solamente un área geográfica que registra una misma exposición.
La limitante más importante en este tipo de modelos es la
disponibilidad de los datos, ya que estos deben registrar la
cobertura del espacio analizado, por lo que frecuentemente la
fuente primaria de información son los registros
administrativos o legales de las agencias encargadas de su
registro (por ejemplo, salud, medioambiente, etcétera). Una
vez que el problema de acceso a la información se ha
superado, la información debe procesarse para generar los indicadores idóneos.
Los modelos ecológicos son aplicados por economistas
ambientales y epidemiólogos en diversas áreas, que van desde
la investigación de enfermedades cardiovasculares hasta los efectos de la contaminación ambiental.
Región de estudio
Para el caso preciso de la zona Puebla-Tlaxcala, la
contaminación de los ríos Atoyac y Zahuapan es un grave
problema. El Atoyac recibe descargas de agua residual
industrial provenientes de 3 corredores industriales
(Quetzalcóatl, Ixtacuixtla y Huejotzingo), del Complejo
Petroquímico Independencia y de más de 30 empresas de
maquila de mezclilla. Los principales giros industriales son:
textil, petroquímico, plásticos, resinas, adhesivos, productos
químicos para alimentos, metalurgia e industria papelera. El
río recibe además, escurrimientos que contienen plaguicidas y
fertilizantes empleados en las amplias extensiones agrícolas de
riego [Navarro, et al, 2003]. Además se adiciona la
contaminación por aguas domésticas, que contienen altos
niveles de coliformes fecales, que pueden provocar
infecciones de tipo gastrointestinal en las personas. La
información de las características de la región y las
estadísticas de contaminación y salud utilizadas en este trabajo se tomaron de la tesis de maestría de Aquino 2015.
El Río Atoyac nace en la Sierra Nevada, al norte del Estado de
Puebla, penetra en el territorio del Estado de Tlaxcala,
uniéndose con la cuenca del Río Zahuapan a unos 10 km al
norte del límite con Puebla. En el sur de este Estado, el Atoyac
desemboca en la presa Manuel Ávila Camacho (Presa Valsequillo) [Suárez, et al, 2008].
La región de estudio la componen 6 municipios, 4 pertenecen
a Tlaxcala: Natívitas, Santa Apolonia Teacalco, Tepetitla de
Lardizábal y Tetlatlahuca, y 2 al vecino Estado de Puebla: San
Miguel Xoxtla y Tlaltenango.
Nivel de contaminación del río Atoyac en la región de
estudio
La comisión estatal de aguas de Tlaxcala (CEAT) realiza
monitoreos mensuales en muestras de agua en 40 puntos a lo
largo del curso del Río Atoyac y algunas zonas del Zahuapan.
Es oportuno mencionar que los sitios con monitoreo de
calidad del agua están ubicados en zonas con una alta
influencia antropogénica [Nigenda, et al, 2002], por lo que
resultan puntos estratégicos de muestreo, debido a los índices
de contaminación encontrados. De estos 40 puntos, 14 se
encuentran en la región de estudio los que reportan altos
niveles de contaminación, rebasando en todos los casos los parámetros que marca la NOM-001.
A continuación se muestra en el cuadro, cada uno de los seis
municipios de la zona de estudio con su respectivo promedio
mensual de coliformes totales, estimado con los resultados de los muestreos realizados en los doce meses del año 2013:
Tabla 1. Contaminación promedio mensual por coliformes totales
por municipio
Municipio Coliformes Totales
(NMP/100 ml)
Natívitas 3.61E+11
San Miguel Xoxtla 6.06E+10
Santa Apolonia Teacalco 4.28E+09
Tepetitla 8.46E+10
Tetlatlahuca 8.08E+10
Tlaltenango 3.78E+11
Fuente: CEAT (2013).
Metodología: Generalidades
Metodología de los estudios ecológicos
Los tipos de modelos ecológicos más frecuentes se mencionan
a continuación, señalando en cada caso los métodos seguidos
para la estimación del modelo: exploratorios, de grupos múltiples, de series de tiempo y mixtos (Borja, 2002).
a) Estudios exploratorios. En los estudios exploratorios se
comparan las tasas de enfermedad entre muchas regiones
continuas durante un mismo periodo, o se compara la
frecuencia de la enfermedad a través del tiempo en una
misma región. Este análisis se aplica al estudio de caso
presentado.
b) Estudios de múltiples grupos. Este es el tipo de estudio
ecológico más común. Consiste en un estudio analítico de
comparación de diversos grupos en el que se evalúa la
asociación entre los niveles de exposición promedio y la
frecuencia de la enfermedad entre dichos grupos;
comúnmente grupos geopolíticos. La fuente de datos suele
ser las estadísticas de morbilidad y mortalidad rutinarias.
Esta es la metodología aplicada en el modelo estimado en
este trabajo.
c) Estudios de series de tiempo. En un estudio de series de
tiempo analítico se comparan las variaciones temporales
de los niveles de exposición (uso o consumo de productos
o servicios, conductas, o concentraciones promedio de
contaminantes, por ejemplo) con otra serie de tiempo que
refleja los cambios en la frecuencia de la enfermedad en la
población de un área geográfica. La inferencia causal de
este tipo de análisis de series de tiempo puede ser limitada
debido a cambios en los criterios de diagnóstico de la
enfermedad y por dificultades provenientes de los
periodos de latencia entre la exposición y los efectos que
causa dicha exposición.
d) Estudios mixtos. En esta categoría se incluyen los estudios
de series de tiempo combinadas con la evaluación de
grupos múltiples. Otra variante son los estudios que
evalúan la exposición en el ámbito grupal y, en contraste,
los datos de los efectos o enfermedad, así como posibles
variables que se encuentran disponibles en el ámbito
individual. Este método se aplica para la obtención de una
variante al modelo estimado.
Metodología: estimación de modelos ecológicos
Modelo Exploratorio: Frecuencia de Enfermedades gastrointestinales en la región de estudio
El Hospital General de Nativitas cubre los servicios médicos
de toda la región de estudio, del total de expedientes de casos
por enfermedades gastrointestinales en el 2013, se eligieron
aquellos que se ubicaron en los municipios estudiados y que
reportaron como causa de enfermedad la contaminación del
río Atoyac por coliformes fecales. Esta clasificación fue
realizada por los médicos del hospital, quienes eligieron los
casos que podrían relacionarse directamente por la
contaminación del río, a través de alguno de los vectores de contagio.
La revisión arrojó 123 casos de enfermedades
gastrointestinales atendidos por consulta externa (consulta de
una sola vez, en la cual se revisa al paciente y se otorga
tratamiento) y 46 casos de hospitalización (donde el paciente
se tuvo que internar al menos por una noche en el hospital).
Un total de 169 casos de enfermedades gastrointestinales
presentados en todo el 2013, debido a la contaminación del
agua de los ríos, los cuales se ubican en la zona de estudio en el siguiente mapa:
Figura 1. Distribución de casos de enfermedad en la zona de
estudio
En los expedientes de cada paciente se indica su domicilio lo
que permitió ubicar los casos en el mapa anterior. Es claro que
el panorama general de la ubicación de los casos presentados
de enfermedades gastrointestinales en la región de estudio,
muestra un claro patrón de distribución alrededor de los ríos
Atoyac y Zahuapan. La distancia media de los casos respecto al río es de 1.5 km, y la distancia máxima es de 3 kilómetros.
Este comportamiento sugiere en exploración preliminar que
existe una relación entre enfermedades gastrointestinales y contaminación del río.
A continuación se presenta un cuadro con las estadísticas de
los casos de enfermedades gastrointestinales reportados durante 2013 para los seis municipios de la zona de estudio:
Tabla 2. Casos de enfermedad reportados en 2013
Municipio
Número de
casos por
consulta
externa
Número de
casos por
hospitalización
Número
total de
casos por
municipio
Natívitas 65 14 79
San Miguel Xoxtla 2 1 3
Santa Apolonia
Teacalco 8 3 11
Tepetitla 26 15 41
Tetlatlahuca 19 8 27
Tlaltenango 3 5 8
Total región de
estudio 123 46 169
Fuente: Aquino (2015).
Debe recalcarse que todos los casos proporcionados por el
hospital, fueron seleccionados previamente por sus posibles
causas, para garantizar que los agentes causales hayan sido vectores de contagio por coliformes fecales.
Estudio de grupos múltiples: Modelo de nivel de contaminación e incidencia de enfermedades.
Tabla3. Tasas de incidencia de enfermedades gastrointestinales
por municipio
Municipio
Total de
casos por
municipio
Población
afectada con
Seguro
Popular
Tasa de
incidencia
(%)
Natívitas 79 2,841.42 2.78
San Miguel Xoxtla 3 1,072.51 0.28
Santa Apolonia
Teacalco 11 475.33 2.31
Tepetitla 41 4,904.27 0.84
Tetlatlahuca 27 1,386.37 1.95
Tlaltenango 8 463.99 1.72
Total región de
estudio 169 11,144 1.52
Fuente: Aquino (2015).
La tasa de incidencia de enfermedades gastrointestinales se
calcula al dividir el número total de casos de enfermedad entre
la población afectada y afiliada al Seguro Popular, obteniendo
así la última columna del cuadro, que representa la tasa de incidencia de enfermedad por municipio.
Resultados
Modelo de regresión lineal simple
El modelo que se ha utilizado para relacionar los niveles de
contaminación y la incidencia de enfermedades es un modelo de regresión lineal simple
𝑯 = 𝒃𝟎 + 𝒃𝟏𝑨 (1)
donde H representa la tasa de incidencia de enfermedades por
municipio, A el nivel de contaminación por coliformes por
municipio, b0 representa el índice de enfermedades
gastrointestinales no relacionadas con la contaminación por
coliformes encontrada en los ríos y b1_ la razón de cambio en
la frecuencia de la enfermedad por unidad de cambio en la
exposición. Podemos leer la ecuación anterior simplemente
diciendo que los cambios en los niveles de contaminación son
directamente proporcionales a cambios en la incidencia de
enfermedades. En efecto, si denotamos por dH y dA los
cambios en la tasa de incidencia de enfermedades y los niveles
de contaminación, respectivamente, podemos reescribir la
ecuación anterior como
𝒅𝑯 = 𝒃𝟏𝒅𝑨 (2)
resultando que si los niveles de contaminación aumentan una
unidad, la tasa de incidencia de enfermedades cambia en b1
unidades. Compárese con [Dixon, et al, 1994].
Dispersión de datos, coeficiente de correlación y regresores
lineales
Antes de proceder al cálculo de los regresores en el modelo
lineal, presentamos las gráficas de dispersión, así como el
coeficiente de correlación para dar una idea de la relación
causal entre contaminación e índice de enfermedades gastrointestinales.
Figura 2. Gráfica de dispersión
Como puede apreciarse de la gráfica de dispersión, y debido a
los altos índices de contaminación, tenemos valores atípicos,
siendo Nativitas y Tlaltenango casos extremos, donde los
valores registrados son más de 10 millones de veces mayores a
los permitidos por la norma NOM-001. Debido a lo anterior, y
al número limitado de observaciones, obtenemos un
coeficiente de correlación (CR), entre los vectores A y H,
igual a CR= 0.41.
Estimación de regresores lineales
Usando el método de mínimos cuadrados obtenemos los
regresores lineales para obtener
𝑯 = (𝟐. 𝟑𝟒𝑬 − 𝟏𝟐)𝑨 + 𝟏. 𝟐𝟔𝟗 (3)
con una R^2 de 0.16, lo que en síntesis dice que los valores
estimados de la variable H reflejan un 16% de los datos reales
de H, mostrando el reducido ajuste del modelo. Si bien no es
el mejor de los casos, vamos a contrastarlo con otro modelo
para comprobar que éstos son congruentes entre si y que
además arrojan los mismos resultados cualitativos sobre la
relación causal entre el índice de enfermedades
gastrointestinales y los niveles de contaminación de los ríos.
Para terminar esta sección mostramos la gráfica de dispersión junto con la recta de la regresión lineal.
Figura 3. Regresión lineal y datos
Regresión multilineal
Como hemos mencionado, un obstáculo importante en la
investigación es la disponibilidad de datos. Sin embargo,
adicional a la información previa (índice de enfermedades y a
niveles de contaminación) se cuenta con la información sobre
el nivel de ingreso personal (disponible de los resúmenes
clínicos consultados). En consecuencia se calcula ahora el modelo de regresión multilineal
𝑯 = 𝒃𝟎 + 𝒃𝟏𝑨 + 𝒃𝟐𝒁 (4)
donde ahora Z representa el ingreso promedio diario de los
enfermos por municipio. Al igual que antes ponemos las
gráficas de dispersión junto con los coeficientes de correlación.
Figura 4. Gráficas de dispersión de niveles de contaminación e
ingresos
El nuevo coeficiente de correlación entre el índice de
enfermedades e ingreso es de 0.5.
Estimación de regresores en el modelo multilineal
Al correr el modelo de regresión lineal obtenemos
𝑯 = (𝟑. 𝟑𝟓𝑬 − 𝟏𝟐)𝑨 + (𝟎. 𝟎𝟓𝟓)𝒁 − 𝟑. 𝟑 (5)
con una R^2 de 0.58. Este nuevo valor muestra que a medida
que incluyamos más variables explicativas el coeficiente R^2
mejora. Nótese que el regresor correspondiente a los niveles
de contaminación aumenta ligeramente (3.35E-12) y es
congruente con el coeficiente del modelo lineal (2.34E-12)
que se tenía anteriormente, en el sentido de que ambos son positivos y dentro de la misma escala (a saber E-12).
Discusión
Tomando en cuenta que en ambos modelos el regresor
correspondiente a los niveles de contaminación es positivo, se
puede argumentar que existe una relación directa entre la tasa
de enfermedades gastrointestinales y los niveles de
contaminación en los ríos estudiados. Si bien el análisis de la
información que se ha hecho no demuestra sin lugar a dudas
que los altos niveles de contaminación son los principales
causantes de enfermedades gastrointestinales, sí pone en
evidencia una relación que estamos seguros debe de estudiarse
más a fondo y que justifica una búsqueda y análisis
exhaustivos de datos, principalmente de salud, en la región de estudio.
Para dar un sustento cuantitativo a nuestra afirmación de que
existe una relación directa entre las enfermedades
gastrointestinales y los niveles de contaminación, vamos a
realizar una simulación utilizando el modelo lineal simple que
encontramos. Antes de empezar las simulaciones es muy
importante destacar que si bien el regresor correspondiente a
la contaminación es del orden de E-12, debe de tomarse en
cuenta los altísimos niveles de contaminación en la zona, que
en unidades de NMP/100 ml, son del orden de entre E+9 los
más bajos y del orden de E+11, los más altos. A continuación
vamos a utilizar el modelo
𝒅𝑯 = (𝟐. 𝟑𝟒𝑬 − 𝟏𝟐)𝒅𝑨 (6)
para estimar cómo las variaciones en los niveles de
contaminación afectan a los índices de enfermedades. El caso
que vamos a analizar es el de Nativitas, donde se presenta uno
de los más altos niveles de contaminación. Los promedios
mensuales de los niveles de contaminación para Nativitas de
las estaciones de monitoreo en el estudio están dados en la
tabla siguiente en unidades de NMP/100 ml.
Tabla 4. Niveles de contaminación mensual en Nativitas
Meses Nivel de contaminación
(NMP/100 ml)
Enero 2.1E+8
Febrero 4.5E+9
Marzo 4.3 E+9
Abril 1.2 E+10
Mayo 2.1 E+10
Junio 9.4 E+9
Julio 2.3 E+6
Agosto 2.3 E+6
Septiembre 2.2 E+12
Octubre 1.03 E+11
Noviembre 1.8 E+10
Diciembre 6.7 E+8
Fuente: CEAT (2013). En el mes de agosto los niveles de contaminación son del
orden de 2E+6 NPM de coliformes por 100 mL, seguidos por
la contaminación del mes septiembre del orden de 2E+12
NPM de coliformes por 100 mL. Así pues, la diferencia de los
niveles de contaminación la podemos estimar como dA eq. 2
E+12. Según la ecuación (6) podemos estimar que la
diferencia en los índices de enfermedad es dH ≥ (2.34 E-12) (2 E+12)=4.68.
En otras palabras, el incremento de la taza porcentual de
enfermedades del mes de agosto al mes de septiembre es al menos alrededor del 4.68 %.
Conclusiones y Recomendaciones
Los modelos estimados reportan una relación causal entre
contaminación del río e incidencia de enfermedades
gastrointestinales, lo cual es preocupante ante la ausencia de
protección del río Atoyac y Zahuapan. Aunque la relación
causal no es muy significativa, es innegable que se observa un
impacto sistemático entre la contaminación y la incidencia de
enfermedades gastrointestinales, lo cual exige medidas de
política pública que frenen o revierta dicha relación por parte de las autoridades competentes.
Los resultados del presente estudio ecológico debe impulsar el
desarrollo de nuevos estudios epidemiológicos y de
experimentos en condiciones controladas con animales que
den más pistas sobre los mecanismos que conducen a un
aumento de la morbilidad en ambientes contaminados,
información que justifica en forma científica la conveniencia
de aplicar medidas de mitigación para controlar la
contaminación del río Atoyac.
Referencias
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Ingeniería Ambiental, UAM-A, Valoración Económica de los
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