Influencia de la altitud y temperatura en las evaluaciones higiénicas (I)

Hoy hablaremos sobre algo que si te lo cuentan no te lo vas a creer y si te lo explican es difícil de entender; acerca de la influencia de las condiciones ambientales, de temperatura y presión atmosférica o altitud, sobre las concentraciones ambientales de los agentes químicos. Más concretamente su influencia sobre las concentraciones ambientales de los agentes químicos en forma molecular, gases o vapores, expresadas en mg/m³.

A la hora de definir las condiciones de uso de los valores límites de los agentes en forma molecular, existen dos criterios diferentes: 1) el que mantiene que la concentración límite, expresada en ppm, no varía con los cambios de las condiciones ambientales, que llamaremos primero, y 2) el que sostiene que la dosis límite, expresada en mg, no varía con los cambios de dichas condiciones, que llamaremos segundo. Este último criterio es algo críptico ya que en las listas de valores límites (TLV, PEL o REL), el límite no se presenta en forma de dosis sino de concentración, es decir, igual que el primer criterio.

Es decir en las listas en lugar de figurar la dosis límite en mg, se supone siempre una ventilación pulmonar teórica de 10 m³, lo que se muestra es el valor límite (VL) equivalente en mg/m³, conforme a la expresión:

Dosis límite [mg] =  VL [mg/m³] x ventilación pulmonar teórica [m³] (1)

Como veremos más adelante los dos criterios son antagónicos. Aceptar que la concentración límite, expresada en ppm, no varía con los cambios de las condiciones ambientales supone rechazar que la dosis límite, expresada en mg, varía con los cambios de dichas condiciones. Recíprocamente aceptar el segundo criterio supone rechazar el primero.

A efectos prácticos, esto tiene dos importantes consecuencias, como casi todas las listas de valores límites (TLV de ACGIH de USA, MAK de AGS de Alemania, VEMP del IRSST de Canadá, OES del NOHSC de Australia o LEP del INSHT de España) dan reglas sobre los ajustes que deben hacerse a los valores límites en caso de que las condiciones de temperatura y presión (TP) sean significativamente diferentes a las condiciones de temperatura y presión “normales” (TPN), no deberían utilizarse las reglas que aplican a una lista para hacer ajustes en un valor límite de otra lista distinta, por ejemplo, no deben utilizarse reglas de ajuste de un LEP para ajustar un TLV a condiciones TP. Nos estamos refiriendo siempre a agentes químicos que se presentan en forma molecular, gas o vapor. Y, en consecuencia, cuando se utilizan valores límites, es importante saber a qué tipo de criterio corresponden dichos valores.

En la tabla 1, a modo de ejemplo, se muestran algunos de los valores límites más representativos. No se traen a colación por nada relacionado con el monóxido de carbono sino para mostrar su denominación y organismos que los publican. 

Otro aspecto importante es comprender el sentido que tiene uno u otro criterio. Mantener la dosis límite y en consecuencia, de acuerdo con la expresión (1), el valor límite, expresado en mg/m³, constante frente a los cambios de temperatura y presión, segundo criterio, significa que, por ejemplo, el valor límite para un gas o vapor determinado sería el mismo, misma dosis límite, para un minero que para un operario industrial de una instalación ubicada en un lugar a más de 1.000 m de altitud, cuando la física nos dice que a igualdad de temperatura, el volumen real de aire inspirado es sensiblemente mayor en el lugar alto y menor en el lugar profundo. Y similares variaciones se producen con los cambios significativos de temperatura. Esto puede ser aceptable desde un punto de vista toxicológico aunque choque con los conceptos físicos.

Para este mismo ejemplo, mantener el valor límite invariable, primer criterio, con los cambios de las condiciones de temperatura y altitud o presión atmosférica significa que aceptaríamos una dosis límite diferente para el minero, más baja, que para el operario industrial, más alta. La idea de mantener constante la concentración expresada en ppm nos convence desde un punto de vista físico porque al tratarse de una relación de dos volúmenes, volumen de gas o vapor entre volumen de aire, como los cambios afectan a los dos términos de la misma manera, la relación se mantiene constante pero no dejará de chocarnos desde un punto de vista toxicológico aceptar diferentes dosis límite según las circunstancias de exposición.

Obviamente, ambos criterios pueden llevar a conclusiones contrarias sobre el cumplimiento de un valor límite para una misma situación de exposición y, a título de ejemplo, el primer criterio, invariabilidad de las concentraciones expresadas en ppm, lo mantienen los LEP del INSHT de España, los VL de Bélgica, los VEMP del IRSST de Canadá o los ES del NOHSC de Australia y el segundo criterio, invariabilidad de la dosis, lo siguen los TLV de ACGIH, los PEL de OSHA EEUU o los REL de NIOSH.  

No es obvio ni sencillo averiguar a qué criterio pertenece una determinada lista de valores límite, toda vez que normalmente las listas no ofrecen unas indicaciones de uso suficientes sobre esta cuestión. Para fijar el segundo criterio nos ha sido de mucha utilidad el trabajo de Stephenson y Lillquist, “The effects of temperature and pressure on airborne exposureconcentrations when performing using ACGIH compliance evaluations using ACGIH TLVs and OSHA PELs”. Applied occupational and Environmental Hygiene. Volume 16(4) 482-486, 2001. Asimismo, para fijar el primer criterio, hemos encontrado muy esclarecedor el anexo A del trabajo de Yves Cloutier y Louis Lazure, “Mémentosur l’utilisation des pompes et des débitmètres”. Rapport 352. IRSST, 2003.

Criterio segundo   

Lo esencial para manejar valores límites que responden al segundo criterio es tener claro que la concentración del gas o vapor obtenida, expresada en mg/m³, siempre que la bomba de muestreo se haya calibrado “in situ”, se puede comparar directamente con el valor límite, en mg/m³, sean cuales sean las condiciones TP.

Como demostración de que esto es así, puesto que los TLVs siguen el segundo criterio, en el sitio de ACGIH bajo “TLV®/BEI® GUIDELINES -> TLV® Chemical Substances Introduction -> Application of TLVs® to Unusual Ambient Conditions” se indica:

 “Para gases y vapores, hay un número de opciones para comparar los resultados del muestreo con el TLV, y estos son discutidos con detalle por Stephenson y Lillquist (2001). Un método que es sencillo en su enfoque conceptual es 1) determina la concentración de la exposición, expresada en términos de masa por volumen, en el lugar de muestreo, utilizando el volumen de muestreo sin ajustar a las condiciones TPN, 2) si fuera necesario, convierte el TLV® a mg/m3 (u otra unidad de masa por volumen) utilizando un volumen molar de 24,4 L/mol, y 3) compara la concentración de la exposición con el TLV®, ambos en unidades de masa por volumen.”

Cuando se indica que el volumen de muestreo no debe ajustarse a las condiciones TPN, debe entenderse que la concentración se obtiene a partir del volumen real muestreado en el puesto evaluado y, por consiguiente, o bien la bomba de muestreo se ha calibrado “in situ” o, si se ha hecho en otro lugar en que las condiciones TP sean diferentes a las del lugar de muestreo, se ha de corregir el caudal a dichas condiciones TP del lugar de muestreo.

Para la conversión de unidades, la documentación de los TLV, indica que la conversión de ppm a mg/m³, o de mg/m³ a ppm, en condiciones TPN (25ºC y 760 mm Hg) debe hacerse de la siguiente manera:

TLV [mg/m³] = TLV [ppm]  PM / 24,45   (2) ó

TLV [ppm] = TLV [mg/m³] 24,45 / PM    (3)

En donde 24,45 es el volumen molar en condiciones TPN (en USA  25ºC y 760 mm Hg).

Resultado en ppm   

Sin embargo, bajo este segundo criterio, si la concentración o exposición diaria se ha obtenido en ppm, en condiciones TP significativamente diferentes a las condiciones normales, por ejemplo se ha medido con un instrumento de lectura directa o con tubitos colorimétricos, se debe hacer la siguiente conversión a mg/m³:

            ED_TP [mg/m³] = ED_TP [ppm] PM / VM_TP (4)

En donde        PM : peso molecular [g/mol]

VM _TP : volumen molar TP [L/mol]

Para obtener VM _TP, mediante la ecuación de estado:        P_TPVM_TP = RT_TP  (5)

En donde R = 62,36367 [L . mmHg / K . mol]

VM_TP = RT_TP / P_TP [L / mol]

En donde        P_TP : presión atmosférica en el lugar de muestreo (mm de Hg)

T_TP : temperatura en el lugar de muestreo (K)

Una vez que la concentración se encuentra en mg/m³, en virtud de la invariabilidad del valor límite (dosis límite) con las condiciones ambientales, ya se puede comparar el valor obtenido en (4) con el valor límite en mg/m³. Esto parece lo más sencillo, una alternativa sería ajustar el TLV de la lista en ppm, lo denominaremos aquí  TLV_TPN, a las condiciones TP  mediante la ley de los gases ideales:

TLV_TP [ppm] = TLV_TPN (P_TPN.T_TP / P_TP.T_TPN) [ppm]  (6)

Y ahora ya se puede comparar la concentración obtenida en ppm, ED_TP, con el TLV_TP en ppm. Es decir, en (4) simplemente se ha hecho una conversión de unidades en condiciones TP y en (6) un ajuste de TLV a condiciones TP, esta última alternativa evidencia la variabilidad de las concentraciones o TLV de gases y vapores, expresados en ppm, con los cambios de las condiciones atmosféricas. 

                                                                                                                                    Continuará ............