El arroz y las espinacas son alimentos básicos en la dieta de los bebés y los niños pequeños, pero los metales y metaloides tóxicos que se encuentran en esos alimentos pueden causar graves consecuencias para la salud.
Por Katie Peikes, Universidad de Delaware
En particular, metales pesados como el cadmio , el plomo, el mercurio y el metaloide arsénico podrían retrasar el desarrollo del cerebro en bebés y niños pequeños.
En una nueva investigación publicada en la revista académica Environmental Geochemistry and Health , los científicos de la Universidad de Delaware han descubierto que los arrozales inundados tienden a contener mayores cantidades de arsénico y menores cantidades de cadmio. Cuanto más secos estén los arrozales, menores serán las cantidades de arsénico y mayores las de cadmio. Sin embargo, cuanto mayor sea el contenido de cadmio, menor será el umbral existente de efectos adversos para la salud.
Los hallazgos podrían ayudar a establecer un plan de acción para reducir los niveles de estos contaminantes en los alimentos que suelen consumir los bebés y los niños. A principios de este año, la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos publicó un borrador de orientación sobre la cantidad de plomo permitida en los alimentos para bebés. Está a punto de establecer nuevas regulaciones para el umbral de arsénico, cadmio y mercurio que se puede permitir en los alimentos para bebés como parte de su Plan de Acción Más Cercano a Cero.
Inundación de campos de arroz
Cultivos como el maíz, la soja y el trigo se cultivan en suelos que no son muy húmedos, por lo que los agricultores los riegan para asegurarse de que las plantas obtengan los nutrientes que necesitan para crecer, pero nunca lo suficiente como para inundarlas por completo.
En cambio, el arroz suele cultivarse en suelos muy húmedos e inundados. El oxígeno que normalmente se encuentra en los diminutos poros del suelo se pierde muy rápidamente y es reemplazado por agua. El oxígeno limitado desplaza a los microorganismos del suelo y estos comienzan a respirar con minerales de óxido de hierro que le dan al suelo un color naranja oxidado.
«Al arsénico le gusta adherirse muy fuertemente a esos óxidos de hierro «, dijo Angelia Seyfferth, bioquímica de suelos de la UD y profesora del Departamento de Ciencias Vegetales y del Suelo, y coautora de la investigación. «Cuando estos organismos utilizan los óxidos de hierro para respirar, pasan de un mineral sólido a una fase de solución. Básicamente, se disuelven y, cuando se disuelven, el arsénico que está adherido a ellos pasa al agua».
Seyfferth dijo que una vez que el arsénico está en el agua, puede ser absorbido fácilmente por las raíces del arroz y transportado al grano.
Seyfferth y el investigador asociado Matt Limmer cultivaron arroz en 18 campos pequeños en la granja UD Newark, exponiendo los arrozales a diferentes condiciones de inundación y humedad.
«Esperábamos encontrar una gestión óptima del riego que minimizara simultáneamente tanto el arsénico como el cadmio», dijo Limmer, «pero no encontramos ninguno en este suelo».
Una vez que cosecharon el grano y analizaron la cantidad de arsénico y cadmio que contenía, los investigadores descubrieron que, cuanto más inundado estaba el campo, más arsénico y menos cadmio se acumulaba en el arroz. Por el contrario, cuanto más seco estaba el campo, más cadmio y menos arsénico se acumulaba.
«Pero, incluso en esas condiciones más secas cuando había más cadmio, las concentraciones de cadmio en el grano no eran un problema para la salud humana», dijo Seyfferth.
Cuando los arrozales se inundaron y se absorbió arsénico, los investigadores observaron que se producía metanogénesis, que es cuando los organismos del suelo producen metano, un potente gas de efecto invernadero, y lo emiten a la atmósfera. Mientras tanto, el exceso de agua redujo el sulfato del suelo a sulfuro, lo que provocó que el cadmio se precipitara junto con el sulfuro.
Cuando secaron el suelo, los investigadores redujeron los niveles de arsénico y metano. El sulfuro del suelo se oxidó y se convirtió en sulfato, que ya no es una fase sólida, lo que permite que el cadmio se filtre fácilmente y se escape a la planta sin problemas.
«Al secar el suelo, en cierto modo estamos frenando a los microorganismos que respiran con óxidos de hierro y arsénico», dijo Seyfferth. «Luego, en realidad, aumentamos la cantidad de cadmio porque oxidamos el sulfuro a sulfato. Cuando se convierte en sulfato, ya no es una fase sólida con el cadmio, y el cadmio puede entonces quedar libre».
Secar el suelo introdujo oxígeno en los poros del suelo, dijo Seyfferth, lo que ralentizó los microorganismos que disuelven los óxidos de hierro y crean metano y cambió la química.
«Una vez que se introduce oxígeno, los óxidos de hierro que se disolvieron vuelven a ser sólidos», explicó Seyfferth. «Son como un filtro Brita. El arsénico se adhiere a los óxidos de hierro y no está en el agua, por lo que las raíces de las plantas no pueden absorberlo».
Lo que encontraron (un metal o metaloide aumentando mientras el otro disminuye dependiendo del nivel de humedad en el suelo) presenta un poco de misterio.
«Hay un desafío», dijo Seyfferth. «Básicamente, se trata de encontrar el número mágico o el estado mágico del agua en el suelo para intentar minimizar ambos. En realidad, no existe uno que sea universal para todos los suelos».
Gracias a una subvención para investigación del Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del Departamento de Agricultura de Estados Unidos, los investigadores están estudiando el arsénico presente en el arroz mediante trabajos de campo en Arkansas. Trabajarán directamente con los agricultores para desarrollar herramientas que les ayuden a gestionar las inundaciones de sus arrozales.
Mientras tanto, la FDA podría publicar nuevas normas sobre el arsénico y el cadmio en los alimentos infantiles a finales de este año, como parte de su mencionado Plan de Acción Más Cercano a Cero. La agencia ha dedicado algún tiempo a investigar los efectos del arsénico y el cadmio y otras dos toxinas, el mercurio y el plomo, en el desarrollo infantil. La FDA también ha estado evaluando nuevas tecnologías o intervenciones que podrían frenar la exposición a estas toxinas.
«Esperamos que nuestro trabajo pueda ayudar a dar forma a las políticas», afirmó Seyfferth.
Involucrar a los agricultores
Los investigadores de la UD también informaron, en un artículo de revisión que publicaron en la revista GeoHealth , que los productores están dispuestos a tomar cualquier medida necesaria para reducir los niveles de metales en sus cultivos, pero necesitan incentivos, pruebas y educación para hacerlo.
Este fue el caso específico de la industria de la espinaca en cinco estados (productores, envasadores, procesadores y comercializadores) a quienes los investigadores entrevistaron. La espinaca puede contener cantidades de cadmio y plomo que absorbe a través del suelo.
«Es muy importante recibir la opinión de las partes interesadas para ver qué es factible para los agricultores», dijo Seyfferth, «y que no sea una gran carga para algo que ya hacen, o cambiar una práctica que están haciendo, que tienen que hacer para cumplir con algún otro estándar, como un estándar de seguridad alimentaria diferente».
Los investigadores exploraron las interacciones entre las plantas y los metales y metaloides, comparando y contrastando cómo el cadmio y el plomo se desplazan por el suelo y afectan a las hortalizas de hoja verde. También ofrecen soluciones para que los agricultores reduzcan la cantidad de metales y metaloides en los alimentos que cultivan.
«Los agricultores suelen trabajar con márgenes muy estrechos en productos como las espinacas», dijo Seyfferth. «Si los organismos reguladores hicieran que fuera realmente difícil alcanzar un determinado nivel de cadmio o plomo, podrían cambiar de cultivo y cultivar otra cosa».
Para complicar aún más las cosas, uno de los problemas que presenta el cadmio en las espinacas es que el agua se clora para desinfectarlas. Pero agregar cloruro en realidad facilita que el cadmio se infiltre en las raíces de la planta, lo que lo traslada a los tejidos de las hojas verdes.
«Podríamos estar empeorando el problema del cadmio al utilizar agua de riego clorada para las hortalizas de hoja verde», dijo Seyfferth. «Tal vez deberíamos pensar en formas alternativas de desinfectar el agua de riego que no involucren cloruro».
Seyfferth dijo que una solución para ayudar a disminuir los niveles de metales y metaloides tóxicos en los alimentos es ofrecer subsidios a los agricultores para que utilicen ciertas estrategias para reducir esos niveles por sí mismos. El cadmio, que puede acumularse en las hojas de espinaca, podría reducirse haciendo que los suelos sean menos ácidos y lavando las hojas de espinaca después de la cosecha. El plomo es más difícil de eliminar, pero lavar las hojas de espinaca con extracto de jugo de limón podría eliminar hasta el 26% del plomo en las hojas, dicen los investigadores.
«Las soluciones no son una solución general», dijo Seyfferth. «No son para todos los suelos. Tendrían que ser realmente específicas para cada lugar».
Limmer y Seyfferth dijeron que se necesita más investigación para encontrar una estrategia de riego óptima que reduzca los niveles de arsénico y cadmio en el arroz.
«Es necesario realizar experimentos similares en una variedad de suelos», dijo Limmer, «idealmente bajo diferentes condiciones de campo».
Mientras Estados Unidos espera el borrador de las regulaciones de la FDA sobre el umbral permitido de arsénico , cadmio y mercurio en los alimentos para bebés, Seyfferth dijo que le gustaría ver al gobierno federal rehacer un estudio realizado por última vez en la década de 1980. La FDA, el Departamento de Agricultura de Estados Unidos y la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos analizaron pares de suelos y plantas en campos agrícolas de todo Estados Unidos para tener una idea de la concentración de metales y metaloides en esas plantas y suelos.
«Desde entonces, se cultivan muchas más espinacas y se cultivan en zonas donde antes no se cultivaban», dijo Seyfferth. «Algunos de esos suelos tienen un contenido mucho más elevado de cadmio. Mi recomendación sería que se repitiera este estudio».
Más información: Matt A. Limmer et al, Control de la exposición al arsénico y al cadmio del arroz mediante la gestión del riego, Environmental Geochemistry and Health (2024). DOI: 10.1007/s10653-024-02116-x
Angelia L. Seyfferth et al, Mitigación de la exposición a metales tóxicos a través de verduras de hoja verde: una revisión exhaustiva que contrasta el cadmio y el plomo en las espinacas, GeoHealth (2024). DOI: 10.1029/2024GH001081
