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ISSN: 2500-5499
REVISTA
CIENCIA: DESARROLLO E INNOVACIÓN
Publicación de la Facultad de Ciencias de la Universidad de
Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A.
Bogotá D.C., Colombia
Junio de 2016 - Volumen 2 - No.1
www.udca.edu.co/revista-ciencia-desarrollo-e-innovacion/
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Contenido
CONTENIDO
Proteómica en américa latina: avances y desafíos
1
Comportamiento a flexion de compuestos cementicios de ultra alto desempeño reforzados con
fibras de vidrio alcalino-resistentes
5
Costos medicos directos en tratamiento de fibrosis quistica con compromiso en la función
pulmonar en población comprendida entre 5 y 18 años
15
Evaluación de la actividad antioxidante y citotóxica en hojas e inflorescencias de Gnaphalium
Meridanum (Gnaphalium cf. Polycephalum Michx.)
23
Evaluacion de la contaminacion por arsenico y mercurio, derivada de la explotacion de carbon
en algunas zonas del municipio guacheta cundinamarca
31
Los proyectos como componente investigativo en el aula de clase en el primer semestre en la
asignatura de matemáticas para ciencias pecuarias
37
Tamizaje químico y evaluación de la actividad antioxidante de hojas y frutos de tres especies del
género Miconia (Melastomataceae)
43
iii
Editorial
EDITORIAL
C
on el advenimiento de las técnicas moleculares, las ciencias biológicas se han convertido
en el blanco de la ciencia y la tecnología por cuanto dichas herramientas han permitido
avanzar en el conocimiento de los fenómenos biológicos más intrínsecos de la célula
como son la genómica, la transcriptómica, la proteómica y la metabolómica, que contienen la
respuesta para resolver problemas relacionadas con la vida.
El desarrollo de las denominadas “ómicas”; ha posibilitado contar con estudios más detallados
sobre los mecanismos complejos que rigen la dinámica celular; permitiendo conocer con mayor
precisión el funcionamiento normal de las células y de esta manera poder establecer generalizaciones en un sistema biológico. Gracias a éstas técnicas, son muchos los avances que se han
logrado como por ejemplo combatir algunas enfermedades e identificar los mecanismos de
acción de determinados fármacos.
El desarrollo vertiginoso de estas herramientas, ha permitido el desarrollo paralelo de la Bioinformática; la cual se constituye en una estrategia rápida, sensible y económica, para analizar el
gran flujo de información que arrojan las “ómicas”. Con la conjugación de todas éstas técnicas,
la investigación en ciencias biológicas se posicionará como uno de los pilares del desarrollo
científico y social de los países.
En este número, nuestros lectores encontrarán un panorama sobre la proteómica y el desarrollo
que ha tenido en los países de América Latina.
Cheyron Castellanos
Decana. Facultad de Ciencias
U.D.C.A.
v
Gabriel Padrón, Patricia Cuervo
PROTEÓMICA EN AMÉRICA LATINA:
AVANCES Y DESAFÍOS
Gabriel Padrón, Patricia Cuervo
Laboratório de Pesquisa em Leishmaniose, Instituto Oswaldo Cruz, FIOCRUZ. Av. Brasil 4365, Manguinhos, 21045-900, Rio
de Janeiro, RJ, Brazil. Phone: (55-21) 3865-8224; Fax: (55-21) 2290-0479. [email protected]
Pero desde mediados de los 90 es posible obtener información de interés biológico de forma masiva, lo que ha dado
lugar a las llamadas “ómicas”: genómica, transcriptómica,
proteómica y metabolómica. La necesidad de analizar este
enorme flujo de información dio lugar también a la bioinformática. En la actualidad se hace necesaria la aplicación
de las ómicas, junto a la bioinformática, para lograr avances
acelerados en el conocimiento de los sistemas biológicos. A
continuación, vamos a referirnos con más detalle a la proteómica.
RESUMEN
El impetuoso desarrollo tecnológico de las últimas décadas
en la espectrometría de masas, la cromatografía líquida y la
computación, ha convertido a la proteómica en una herramienta imprescindible para el estudio de los sistemas biológicos. En el presente artículo de opinión se ilustran algunas
de las características de la proteómica y sus aplicaciones.
Igualmente, se hace un análisis de su desarrollo en América
Latina y sus perspectivas en la región.
Aunque existen algunas alternativas, las dos herramientas
fundamentales de la proteómica son la cromatografía líquida
de alta eficacia (HPLC) y la espectrometría de masas (MS) y
su combinación (LC-MS). El procedimiento más generalizado consiste en extraer las proteínas celulares, digerirlas con
una proteinasa, usualmente tripsina, y los péptidos resultantes son analizados y secuenciados por LC-MS. Las proteínas
son identificadas y cuantificadas a partir de los espectros de
masas de sus péptidos y con el auxilio de varios programas
y bases de datos.
PROTEÓMICA
Hace apenas poco más de 20 años que el término “proteoma” fue acuñado por Marc Wilkins para denominar el concepto equivalente al genoma para proteínas, y que se define
como todas las proteínas presentes en una célula o tejido
en un momento dado y en unas condiciones específicas.
En esta definición está implícito el carácter altamente dinámico del proteoma, a diferencia del genoma. No es posible
hablar del proteoma de una célula si no se especifican las
condiciones y el tiempo en que se determinan y cuantifican
las proteínas presentes. Algunas proteínas pueden aparecer
o desaparecer, o como generalmente ocurre, modificar la
concentración en que están presentes al cambiar las condiciones (temperatura, pH, estrés de cualquier tipo, etc.), o
simplemente al transcurrir un determinado tiempo en el ciclo
de vida normal de una célula (Aebersold & Patterson, 2003).
Por otra parte, se denomina “proteómica” al estudio del proteoma y comprende la identificación, cuantificación, localización, función e interacciones de las proteínas.
Espectrometría de masas
Para estudiar un compuesto por MS es imprescindible que
se encuentre en forma iónica. Por tanto, el primer evento
que ocurre en un espectrómetro de masas es la ionización
de los compuestos que serán analizados. El método de ionización más usado para compuestos orgánicos ha sido la
ionización electrónica (EI), que consiste en bombardear la
muestra con electrones con alta energía que la ceden para
provocar la ionización. Sin embargo, para que esto ocurra, la
muestra tiene que estar en estado gaseoso, por lo que la EI
no puede ser usada con compuestos que no sean fácilmente
volatilizables, como es el caso de las biomoléculas: péptidos,
proteínas, carbohidratos, etc.
El desarrollo tecnológico ocurrido a partir de la segunda mitad de la década de los 90 ha provocado un cambio irreversible en la forma de enfrentar las investigaciones biológicas.
Estas se desarrollaban de la forma tradicional, es decir, se
hacían determinaciones basadas en alguna hipótesis previa,
los datos obtenidos eran analizados y se definían nuevas
investigaciones o hipótesis, se obtenían nuevos datos y así
sucesivamente se iba acumulando la información y el conocimiento.
No fue hasta 1981 que dos investigadores ingleses, Michael
Barber y Richard Bordoli, desarrollaron el método llamado
Fast Atom Bombardment (FAB), que causaba simultáneamente la ionización y desorción de la muestra disuelta en
una gota de glicerina y bombardeada con átomos de argón
o xenón previamente acelerados. Se obtuvieron los espectros de péptidos y proteínas pequeñas como la insulina, y a
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Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
partir de los espectros de masas era posible la secuenciación
de los péptidos, algo que hasta ese momento solo era posible a través de la secuenciación por Edman. Sin embargo,
la eficiencia de ionización era muy baja, por lo que se necesitaban grandes cantidades de péptidos, y solo era posible
estudiar proteínas recombinantes o naturales relativamente
abundantes.
convertido en la herramienta más poderosa para el análisis
de proteínas. Permite estudiar mezclas complejas de proteínas, sin previa separación, e identificar y cuantificar varios miles de proteínas en un solo experimento (Mann et al.,
2013). Algunas aplicaciones de la proteómica están resumidas en el Cuadro 1.
En el caso de levaduras es posible identificar y cuantificar
más del 80 % del proteoma y en células de mamíferos se
pueden identificar y cuantificar más de 7 000 proteínas, incluidas las de baja abundancia como las citosinas y factores
de transcripción que están presentes en menos de 100 copias por célula (Picotti et al., 2009; Nagaraj et al., 2012).
La sensibilidad actual se encuentra en el orden de los pocos
femtomoles o incluso atomoles (10-15 y 10-18 moles, respectivamente) y la exactitud de la medición de la masa molecular
de los péptidos está en el orden de 1 a 10 ppm (Nagaraj et
al., 2011; Mann et al., 2013).
A mediados de los años 90, aparecieron las primeras fuentes
de ionización que mejoraron considerablemente la eficiencia
en biomoléculas: Electroespray (ESI) y MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization). Estos dos métodos revolucionaron el análisis de péptidos, proteínas y carbohidratos.
Sus creadores, John Fenn y Keuchi Tanaka respectivamente,
recibieron el premio Nobel en 2002 (Karas & Hillemkamp,
1988; Tanaka et al., 1988; Fenn et al., 1989).
En el ESI, la muestra en solución es impulsada por una bomba (que puede ser un equipo de HPLC) y se hace pasar a
través de un capilar en cuya punta se aplica un potencial de 3
o 4 KV. A la salida se forma un spray de gotas cargadas que
contienen el solvente y la muestra. El solvente es evaporado
y queda la muestra ionizada, que se introduce al analizador
del espectrómetro de masas.
Por otra parte, es bien conocida la importancia de las modificaciones postraduccionales (PTM) en los sistemas celulares
y su influencia en los mecanismos de regulación, estabilidad
y localización de las proteínas, entre otras funciones. La MS
es la única herramienta disponible en la actualidad para identificar, localizar y cuantificar las PTM, aunque se requieren
procedimientos específicos de enriquecimiento debido a que
muchas modificaciones postraduccionales no modifican a las
proteínas estequiométricamente y los péptidos modificados
pueden estar en muy poca abundancia (Olsen & Mann 2013).
En el MALDI, la muestra se encuentra en estado sólido mezclada con una matriz adecuada, y es ionizada por un rayo
láser en la región UV. La matriz es esencial, pues la acción directa del láser causa la destrucción de la muestra. Las principales matrices empleadas son ácidos orgánicos insaturados
que absorben en el UV, como los ácidos sinapínico, dihidroxibenzoico o alfa-ciano-4-hidroxi-cinámico.
Existen dos tipos de abordajes en los experimentos de proteómica: los de proteómica para el descubrimiento y los
experimentos de proteómica dirigida por hipótesis. En el
primero, proteómica para el descubrimiento, se trata de
identificar y cuantificar la mayor cantidad de proteínas en
diferentes condiciones. Este tipo de abordaje tiene un carácter prospectivo y generalmente para su aplicación no se
parte de una hipótesis previa definida. El objetivo es explorar
e identificar las proteínas más importantes relacionadas con
un determinado proceso y, a partir de los resultados, existe el
potencial de generar diversas hipótesis.
En ambos métodos, la ionización tiene lugar por captura o
pérdida de protones, lo que produce iones positivos o negativos, respetivamente. La gran mayoría de los espectros de
masas de péptidos y proteínas se obtienen en el modo positivo. En el MALDI, los iones generados son fundamentalmente
monocargados, o sea, capturan un solo protón, pero en el
Electrospray son multicargados. En péptidos y proteínas, la
adición de protones ocurre en el extremo N-terminal y en las
cadenas laterales de arginina, lisina e histidina.
El segundo es la proteómica dirigida por hipótesis, que busca una información cuantitativa muy confiable de un grupo
de proteínas relacionadas con un proceso biológico determinado. En este caso se parte de la selección previa de un grupo de proteínas que pueden ser cuantificadas en un número
diverso de condiciones, entre ellas las variaciones temporales. Con esta segunda alternativa es posible alcanzar una
sensibilidad de 10 a 100 veces mayor, pues el espectrómetro
de masas solo se ocupa de medir los péptidos específicos
de este grupo de proteínas y no del total. Además, se puede
tener una interpretación biológica de mayor significación del
proceso en estudio.
En ambos casos solo se produce la ionización de los péptidos sin que ocurra fragmentación de la cadena peptídica. Por
tanto, al analizar una mezcla de péptidos solo se observan
los iones moleculares, y la única información que se obtiene
(aunque muy valiosa) es la masa molecular de cada péptido.
Por esta razón es preciso utilizar un procedimiento adicional
para estimular la fragmentación de los péptidos y poder deducir la secuencia. Los dos métodos más conocidos son la
fragmentación inducida por colisiones (CID) y la HCD (High
Energy Collision Dissociation) (Wells & McLuckey 2005).
La combinación de HPLC y espectrometría de masas se ha
2
Gabriel Padrón, Patricia Cuervo
Cuadro 1. Algunas aplicaciones de la proteómica
En la actualidad, estos dos enfoques (proteómica para el
descubrimiento y dirigida por hipótesis) son excluyentes, es
decir, es necesario realizar experimentos separados, aunque
se espera que con el desarrollo tecnológico, así como el incremento cualitativo y cuantitativo de las bases de datos de
espectros y la creación de programas computacionales más
eficientes sea posible reunir los dos enfoques en un solo experimento.
y que permite obtener el interferón alfa 2 con más del 99 %
de pureza. De esta forma quedó establecido el uso de la EM
para la caracterización de todas las proteínas recombinantes
producidas en el CIGB. Estos estudios fueron la base para el
desarrollo de la proteómica en Cuba.
Brasil es el país latinoamericano con un número mayor de
grupos dedicados a la proteómica y donde están instalados
la mayoría de los espectrómetros de masas para estudios de
proteínas en la región. México es el tercer país con mayor
desarrollo y también existen grupos en Venezuela, Uruguay,
Argentina y Costa Rica. En otros países hay grupos que han
realizados estudios de proteómica en colaboración con laboratorios de fuera o dentro de la región. No obstante, el
desarrollo de la proteómica en América Latina ha sido lento
y desigual. El número de publicaciones es muy bajo en comparación al total de publicaciones en este campo, y la gran
mayoría corresponden a grupos de los tres países con mayor
desarrollo, principalmente a Brasil (Revisado por Padron &
Domont, 2014).
DESARROLLO DE LA PROTEÓMICA EN AMÉRICA LATINA Y SITUACIÓN ACTUAL
En América Latina, Cuba y Brasil son los dos países que han
alcanzado mayor desarrollo en proteómica, gracias a la inversión tecnológico en las últimas dos décadas. En 1987,
Cuba fue el primer país latinoamericano donde se instaló un
espectrómetro de masas para el análisis de péptidos y proteínas, varios años antes de que apareciera el término “proteoma”. Era un equipo de doble sector con fuente de ionización
por FAB.
La espectrometría de masas se integró rápidamente al análisis y caracterización de las proteínas recombinantes producidas en el Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología
(CIGB). Un ejemplo sobresaliente fue el aporte de esta técnica al establecimiento del proceso de producción del interferón alfa-2 recombinante humano. Con el auxilio de la
EM se pudo identificar que el extremo N-terminal de la proteína (alrededor del 40 %) estaba acetilado, y que una parte
considerable de la proteína no tenía los enlaces de disulfuro
correctamente formados. Los procesos de fermentación, renaturalización y purificación del interferón alfa 2 fueron monitoreados por HPLC y EM hasta que se logró reducir la acetilación a menos del 10 % y tener más del 90 % de la proteína
con los puentes de disulfuro correctos. Además, se diseñó
un proceso de purificación que elimina estos subproductos
PRINCIPALES APLICACIONES DE LA PROTEÓMICA EN
AMÉRICA LATINA
A diferencia de lo que ocurre en otras regiones, en América
Latina las aplicaciones en células y tejidos humanos y de mamíferos no son preponderantes. Solo en Cuba constituyen
casi la totalidad de las aplicaciones, donde sobresalen los
estudios sobre los mecanismos de acción de nuevos medicamentos (Padrón et al., 1989). En el resto de los países
los estudios de proteómica están distribuidos entre plantas,
parásitos y sus vectores, bacterias, humanos y otros mamíferos, y venenos (fundamentalmente de serpientes).
Veamos esta distribución en los tres países de más desarrollo, considerando solamente las publicaciones de 2015 don-
3
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
de los investigadores tienen una participación sobresaliente,
sin tener en cuenta los artículos de revisión. El objetivo no es
hacer una evaluación detallada, sino dar una idea de cuáles
son los principales campos de aplicación.
3. Karas M, Hillemkamp F. Laser desorption ionization of
proteins with molecular masses exceeding 10000
kDa. AnalChem 1988;60:2299–301.
4. Mann M, Kulak NA, Nagaraj N, Cox J. The coming age of
complete, accurate, and ubiquitous proteomes. Mol
Cell. 2013 Feb 21;49(4):583-90.
En Cuba, todas las publicaciones tratan de aplicaciones en
humanos o mamíferos, con la excepción de trabajos dedicados al desarrollo metodológico. En Brasil aproximadamente el 47 % están dedicadas a trabajos en humanos y
otros mamíferos, mientras que el 53 % restante tiene una
distribución relativamente uniforme entre plantas, bacterias
y hongos, parásitos y sus vectores y venenos, con una ligera
ventaja en las aplicaciones en plantas. En México los trabajos
están igualmente distribuidos entre aplicaciones en plantas
y humanos y otros mamíferos con un único ejemplo en venenos y otro en parásitos. Aunque Brasil lidera ampliamente
las aplicaciones en el estudio de los parásitos en la región,
como se mencionó anteriormente, el número de publicaciones es bajo con respecto al total mundial, y a grupos brasileños corresponden más del 50 % de todas las publicaciones
de la región.
5. Nagaraj N, Kulak NA, Cox J, Neuhauser N, Mayr K,
Hoerning O, Vorm O, Mann M. System-wide perturbation analysis with nearly complete coverage of the
yeast proteome by single-shot ultra HPLC runs on
a bench top Orbitrap. Mol Cell Proteomics. 2012
Mar;11(3):M111.013722.
6. Nagaraj N, Wisniewski JR, Geiger T, Cox J, Kircher M,
Kelso J, Paabo S, Mann M. Deep proteome and transcriptome mapping of a human cancer cell line. Molecular Systems Biology. 2011; 7:548. doi:10.1038/
msb.2011.81
7. Olsen JV, Mann M. Status of large-scale analysis of posttranslational modifications by mass spectrometry.
Mol Cell Proteomics. 2013 Dec;12(12):3444-52.
Las causas del poco desarrollo de la proteómica en la región
son variadas, aunque la insuficiencia tecnológica parece ser
la principal. Hay grupos e investigadores altamente calificados, pero el acceso a espectrómetros de masas de última
generación es muy limitada. Esta situación puede ser extrapolada a otras ómicas y por tanto al avance en las investigaciones biológicas.
8. Padrón G, Besada V, Agraz A, Quiñones Y, Herrera L, Shimonishi Y, Takao T. Mass Spectrometric Analysis of
Recombinant Human Alpha-2 Interferon. Anal Chim
Acta. 1989; 223:361-369. doi: 10.1016/S00032670(00)84101-X.
Delante de las limitaciones en la inversión en ciencia y tecnología en la región, los grupos interesados en explotar las
potencialidades de la proteómica para responder sus preguntas biológicas necesitan articularse con grupos que detengan las más recientes tecnologías en países más desarrollados. Aunque esta es una vía para avanzar individualmente,
es deseable que, para fortalecer este desarrollo, los grupos
interactúen entre sí en la propia región, mejorando las capacidades locales, intercambiando información y tecnologías
para que podamos responder a los desafíos locales en las
distintas áreas de investigación y contribuir al conocimiento
y avance en el entendimiento de problemas que afectan exclusivamente a la población de nuestra región y que han sido
históricamente relegados.
9. Padrón G, Domont GB. Two decades of proteomics
in Latin America: A personal view. J Proteomics.
2014;107C:83-92.
10.Picotti P, Bodenmiller B, Mueller LN, Domon B, Aebersold R. Full Dynamic Range Proteome Analysis of
S. cerevisiae by Targeted Proteomics. Cell. 2009;
138:795-806. doi: 10.1016/j.cell.2009.05.051.
11.Tanaka K, Waki H, Ido Y, Akita S, Yoshida Y, Yoshida T, et
al. Protein and polymer analyses up to m/z 100000
by laser ionization time-of-flight mass spectrometry.
Rapid Commun Mass Spectrom 1988;2:151–3.
BIBLIOGRAFIA
12.Wells JM, McLuckey SA. Collision‐Induced Dissociation
(CID) of Peptides and Proteins. Methods in Enzymology. 2005; 402:148–185.
1. Aebersold RH, Patterson SD. Proteomics: the first decade
and beyond. Nat Genet 2003;33(Suppl):311–23.
2. Fenn J, Mann M, Meng CK, Wong SF, Whitehouse CM.
Electrospray ionization for mass spectrometry of large biomolecules. Science 1989;246:64–71.
4
Christian Camilo Zambrano Pérez; Jairo Hincapie Luna; Jesús Orlando Castaño Tavares
COMPORTAMIENTO A FLEXION DE COMPUESTOS CEMENTICIOS DE ULTRA ALTO DESEMPEÑO REFORZADOS CON
FIBRAS DE VIDRIO ALCALINO-RESISTENTES
BENDING BEHAVIOR OF COMPOSITE CEMENT OF ULTRA
HIGH PERFORMANCE GLASS FIBER REINFORCED
ALKALI-RESISTANT
Christian Camilo Zambrano Pérez1 Jairo Hincapie Luna2 Jesús Orlando Castaño Tavares3
1
Ingeniero Civil Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia. Correo electrónico: [email protected]
Ingeniero Civil Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia. Correo electrónico: [email protected]
3
Ingeniero Civil Universidad del Quindío. maestría en ingeniera del hormigón Politécnico de Valencia. Bogotá, Colombia.
Correo electrónico: [email protected]
2
RESUMEN
velopment to improve the resistance to these efforts, trying
to achieve in the world of composites solution to this need.
This work emphasizes the degree influence the content of
glass fibers in ultra-high
El concreto muestra muy buen comportamiento a compresión, pero ofrece escasa resistencia a la tracción, lo que
resulta inadecuado para elementos que trabajen a flexión o
tracción. Esta característica ha conducido a numerosas investigaciones y desarrollos para mejorar las resistencias ante
estos esfuerzos, intentando lograr dentro del mundo de los
materiales compuestos la solución a esta necesidad. El presente trabajo hace énfasis en la influencia del contenido de
fibras de vidrio en concretos de ultra alto desempeño, evaluando su resistencia tanto a compresión como a flexión empleando materiales locales en su elaboración y de esta forma
aplicarlo en obras de ingeniería civil; se realizaron comparaciones de los resultados con especímenes sin fibra de vidrio
(control), para determinar la variación que sufren las mezclas. En esta investigación se realizaron 3 tipos de mezcla
variando el contenido de arena para obtener un compuesto
de ultra alto desempeño y de esta forma determinar la mejor resistencia posible a compresión (mayor de 110 MPa);
además se implementaron las fibras de vidrio, analizando la
influencia de la esbeltez y contenido de estas, obteniendo
mejores resultados en cuanto al módulo de rotura de flexión
del material resultante, el cual fue superior a 8 MPa.
performance concrete, evaluating their resistance to both
compression and bending using local materials in its production and thus apply in civil engineering; Comparisons
of the results were made with specimens without glass fiber
(control), to determine their variations mixtures. In this investigation, three types of content varying mixture of sand to
obtain a compound of ultra-high performance and thereby
determine the best compressive strength (greater than 110
MPa) were performed; glass fibers also have been implemented, by analyzing the influence of slenderness and content of
these, obtaining better results in terms of modulus of rupture
in bending of the resultant material, which was higher than
8 MPa.
Key words: Reinforced concrete, glass fiber, alkali resistant,
ultra high performance.
INTRODUCCIÓN
La construcción es considerada uno de los sectores que generan mayor consumo de materiales, recursos naturales y
consumo energético, siendo un sector profundamente impactante sobre el medio económico, medio ambiente y social. Por ello es necesario avanzar hacia un modelo de construcción sostenible, donde se optimice la energía, se reduzca
la presión sobre los recursos naturales y a la vez se disminuya
la generación de residuos en los procesos de construcción y
demolición. Esto se consigue mejorando procesos y crean-
Palabras clave: Concreto reforzado, fibra de vidrio, alcalinoresistente, ultra alto desempeño.
SUMMARY
The concrete shows very good compressive behavior, but
offers little tensile strength, which is unsuitable for bending
elements. This feature has led to extensive research and de-
5
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
MATERIALES Y MÉTODOS
do materiales alternativos, eficientes y con iguales o mejores
propiedades a las de los materiales existentes (Shackelford
2001).
Materiales locales para producir compuestos cementicios de ultra alto Desempeño.
Algunos trabajos e investigaciones se pusieron en marcha
con el fin de generar un nuevo compuesto con diferente tipo
de fibras que permitiera mejor manejabilidad y de esta forma
obtener ventajas constructivas (Abdalla 2002) (Mohamed et
al. 2011); el Dr. A. J. Majundar (1967), del Building Research
Establishment empezó a investigar los vidrios que contenían
circonio, logrando convertir en fibra alguno de ellos y demostrando la resistencia que presentaban estas fibras ante el
ataque alcalino en un medio agresivo como el que suponía
el contacto con el cemento. Tras continuas investigaciones,
el refuerzo para los cementos se logró y la patente de esta
investigación fue solicitada por el National Research Development Corporation (NRDC). A partir de ese momento, el
interés por este compuesto se despertó y se han realizado diferentes tipos de investigaciones para mejorar su comportamiento a diferentes esfuerzos y en diferentes circunstancias,
por eso la importancia de seguir indagando e innovando con
este compuesto.
Para la realización de los compuestos cementicios de alto
desempeño se empleó arena proveniente de Zipaquirá; El
humo de sílice empleado es proveniente de ferro-atlántico,
este humo previamente pasó por un proceso de densificación para facilitar su transporte. El aditivo que se utilizó fue
Pozzolith 460N, proporcionado por la Pontificia Universidad
Javeriana, este aditivo es un hiperplastificante reductor de
agua de alto rango basado en éterespolicarbolicos modificados. El cemento empleado fue suministrado por Cemex
y finalmente las fibras de vidrio fueron proporcionadas por
Sumiglass cuya sede principal está ubicada en la ciudad de
Medellín.
Influencia de la esbeltez de las fibras de vidrio sobre el
comportamiento esfuerzo-deformación del compuesto
cementicio de ultra alto desempeño
Se realizó una evaluación a flexión de 4 Compuestos reforzados con fibra de vidrio de una longitud 12 mm y 36 mm
en proporciones de 2% y 3%; Los ensayos se realizaron empleando la norma ASTM C947 (ASTM 2009), la cual está
diseñada para verificar las propiedades de flexión determinado por este método de ensayo, además son útiles para el
control de calidad de la
Las características mecánicas de los compuestos reforzados
con fibra de vidrio no solo dependen de las propiedades de la
fibra o de su contenido en la matriz (Mohamed et al. 2011);
la longitud de esta afecta su desempeño y puede traer otros
efectos mecánicos como mayor resistencia y tenacidad. Hay
efectos sinérgicos en el sistema ya que la fibra trasmite esfuerzos de tracción y trabaja en conjunto con los agregados
de la matriz, es así como una longitud muy corta no trasmite
los esfuerzos adecuadamente y el desempeño de la matriz
no sería el adecuado, en este orden de ideas una longitud
larga obstruiría la transmisión de esfuerzos entre los agregados y el desempeño de la matriz tampoco sería el apropiado
(Metwally 2009).
fibra de vidrio reforzada en productos de concreto, dando
cumplimiento a las especificaciones de gobierno, la investigación y el desarrollo y así mismo para la generación de
datos para su uso en el diseño de productos. Con este método de ensayo se pretende determinar la resistencia final a la
flexión y la fluencia del concreto reforzado con fibra de vidrio
mediante el uso de una viga simple de 25,4 mm o menos
de profundidad, usando como punto de carga el tercio de
la probeta.
Una línea de investigación para el desarrollo de nuevos materiales compuestos en la construcción se desarrolló bajo
el titulado “Physical and mechanical performance of an innovative glass fiber reinforced plastic rod for concrete and
grouted anchorages” (Chaallal et. al. 1993). La fibra de vidrio Alcalino Resistente fue desarrollada especialmente para
reforzar el cemento, dado que su alto contenido de óxido de
circonio (mayor al 16%) ofrece una resistencia excelente para
los compuestos alcalinos que componen el cemento y que
reaccionan negativamente con el sílice del vidrio y aunque se
ha demostrado que el refuerzo de cemento con filamentos
de vidrio Alcalino Resistente produce mejoras en los módulos de ruptura y buena durabilidad, su aplicaciones principales se ha orientado a la sustitución de asbesto en
Tejados y coberturas, paneles de revestimiento y componentes ornamentarías de construcción (Abdalla 2002).
Afectación sobre el desempeño a flexión de los compuestos cementicios (módulo de rotura) que genera la
variación de cuantía de refuerzo de fibra de vidrio y los
cambios de esbeltez de estas.
Se realizó una evaluación del desempeño a flexión de 5 compuestos reforzados con fibras de diferente longitud, variando
el contenido de las fibras en las siguientes proporciones:
•
12mm (80%), 36mm (20%)
•
12mm (60%), 36mm (40%)
•
12 mm (50%), 36mm (50%)
•
12mm (40%), 36mm (60%)
•
12mm (20%), 36mm (80%)
6
Christian Camilo Zambrano Pérez; Jairo Hincapie Luna; Jesús Orlando Castaño Tavares
Caracterización de los materiales
Las propiedades de los materiales utilizados como la distribución granulométrica, la gravedad específica y la absorción
de agregados finos, fueron halladas de manera experimental
y como lo indica la norma I.N.V. E- 222-07 (Instituto Nacional
de Vías 2007). Se determinó la densidad del cemento y del
humo de sílice, presentes en la tabla 4, se obtuvieron gracias
al ensayo especificado en la norma I.N.V. E-307-07 (Instituto
Nacional de Vías 2007), por medio del frasco de LE CHATELIER de acuerdo con el procedimiento en ella descrito.
Los ensayos se realizaron empleando la norma ASTM C947
(ASTM 2009); la cual está diseñada para verificar las propiedades de flexión determinado por este método de ensayo, tal
cual como se realizó para desarrollar el ítem anterior.
RESULTADOS Y DISCUSION
El presente proyecto aborda el estudio del concreto de ultra-alta resistencia y prestaciones (UHPC o ultra-high performance concrete), el cual ofrece una gran variedad de interesantes aplicaciones, como la construcción de variadas
obras civiles, debido a que se pueden llevar a cabo diseños
delgados, que a la vez son muy resistentes y van a tener gran
durabilidad, ya que está basado en el principio de minimizar
defectos como las micro fisuras y los vacíos, para lograr un
mayor porcentaje de la carga ultima potencial e incrementar
sustancialmente la durabilidad (González et. al. 2014).
La gravedad específica y absorción de la arena fue determinada también siguiendo los pasos establecidos en la norma
I.N.V. E- 222-07 (Instituto Nacional de Vías 2007).
Tabla 1. Densidad de los materiales
Además de sus propiedades mecánicas mejoradas (resistencia a compresión comparada con mezclas convencionales),
tiene una excelente resistencia a la corrosión (propiedad inherente de la fibra de vidrio), pudiendo acercarnos un poco
más a las tan deseadas construcciones sin mantenimiento.
Al ser necesaria la optimización de la masa granular para
así obtener una matriz que permita una alta resistencia a la
compresión, los materiales empleados en la elaboración del
mismo se han escogido basados en la resistencia mecánica
y la calidad, con los resultados de las pruebas realizados en
el laboratorio.
Material
Densidad (g/cm3)
Cemento
3.17
Humo de Silice
2.65
Arena Silícea
2.53
Fuente: presentación propia de los autores.
Se realizó las granulometrías del cemento Portland, del
humo de sílice y de la arena silícea de Cundinamarca, para
su realización se retienen porcentajes del material a evaluar a
través de una granulometría laser, con lo cual se crea la curva
granulométrica que permite visualizar la tendencia homogénea o heterogénea de las partículas (Diámetros).
Figura 1. Granulometría de los materiales
Fuente: presentación propia de los autores.
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Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Mezclas de prueba
Se desarrollaron 3 mezclas de prueba para determinar cuál
de estas era la más resistente (en términos de compresión) y
así utilizarla para desarrollar los concretos de ultra alto desempeño con fibras de vidrio y posteriormente realizar su análisis
en pruebas de resistencias mecánicas (compresión y flexión).
Las distribuciones granulométricas observadas en la Figura
1, muestran que el cemento es el componente más fino y representa un peso equivalente al de la arena, seguido del humo
de sílice. Por lo tanto el cemento es el componente que tiene
un diámetro lo suficientemente pequeño como para llenar los
vacíos generados entre la arena y el humo de sílice.
Figura 2. Dosificación de las mezclas
Fuente: presentación propia de los autores.
Como se puede observar la única variación que se realizó fue
en el contenido de arena silícea fina (en términos de peso),
esto conlleva a una variación de todos los porcentajes de
materiales en las dosificaciones; estas dosificaciones se realizaron a partir de una mezcla de ultra alto desempeño trabajada anteriormente (González et. al. 2014).
perior a los 110 MPa a compresión a los 28 días de curado,
en este orden de ideas se aprecia que la mezcla numero 3
tiene un mejor desempeño a compresión a esta misma edad
de curado y se observó una mejor fluidez al momento de
llenar los moldes, por lo cual se optó utilizar esta mezcla para
continuar con las siguientes etapas del proyecto, ya que esta
presenta ventajas frente a las otras mezclas en este aspecto.
A partir de los datos obtenidos representados en la Figura 3,
se registró que las mezclas presentaron una resistencia suFigura 3. Resistencia a la compresión mezclas de control
Fuente: presentación propia de los autores.
8
Christian Camilo Zambrano Pérez; Jairo Hincapie Luna; Jesús Orlando Castaño Tavares
Mezclas con fibras
tero que esta alrededor de 17 MPa. Así mismo a los 28 días
de curado las mezclas con fibras al igual que las mezclas de
prueba, superaron los 110 MPa, sin embargo se redujo la
resistencia en un 7% esto debido a la dificultad de compactación lo que conlleva a que las muestras presenten vacíos en
su interior lo que conlleva a una reducción en la resistencia.
Compresión
Como se puede verificar las mezclas a los 7 días desarrollan
una gran resistencia a la compresión (70% de su resistencia
a los 28 días) en comparación a una mezcla normal de mor-
Figura 4. Resistencia a la compresión mezcla con fibras
Fuente: presentación propia de los autores.
Flexión
Con la intención de evaluar los módulos de rotura de probetas con diferente contenido de fibras de vidrio y siguiendo
el ensayo a flexión descrito en la norma ASTM C947 (ASTM
2009) se realizó montaje de dicho ensayo, la cual se realizó
en la Instron 3369, es de resaltar que esta herramienta nos
ofrece la posibilidad de obtener el tiempo cada 0.1 segun-
dos, la carga aplicada [N], la flecha (deformación en el eje
de la probeta [mm]), la deformación unitaria [mm/mm] y el
esfuerzo a flexión [MPa] para el mismo instante de tiempo.
Para poder realizar una comparación de la influencia de las
fibras de vidrio en la matriz cementicia se realizó el ensayo a
flexión en una probeta sin contenido de fibras de vidrio.
Figura 5. Curva Esfuerzo vs Deformación
Fuente: presentación propia de los autores.
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Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
De la Figura 5 se obtuvo módulo de elasticidad de la mezcla
3, el cual es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se
aplica una fuerza. Representa la rigidez del material ante una
carga impuesta sobre el mismo. Así mismo se puede observar que el módulo de rotura de la mezcla no varía a distinta
edades de curado, es decir que a los 7 días la mezcla alcanzó
su resistencia máxima a flexión.
Figura 6. Curva Esfuerzo vs Deformación mezclas con fibras a 7 días.
Fuente: presentación propia de los autores.
En la Figura 6 se observan comportamientos variables según
la fibra empleada en la probeta en las cuales se identifican
dos comportamientos mecánicos diferentes tanto en esfuerzo como en deformación. Es así como la fibra FG-12mm
permite alcanzar un esfuerzo último (módulo de rotura)
aproximado al 20% mayor al esfuerzo último de la probeta
de control (11.78MPa). En contra parte, la fibra FG-36mm
permite que la probeta pueda deformarse un 450% mayor
a las deformaciones logradas por la probeta de control. Por
esta razón se realizaron probetas combinando los tamaños
de fibra empleadas de tal forma que permitiera lograr un
mejor comportamiento en esfuerzo y en deformación. Los
resultados se evidencian en la Figura 7.
Figura 7. Curva Esfuerzo vs Deformación fibras combinadas a 7 días.
Fuente: presentación propia de los autores.
10
Christian Camilo Zambrano Pérez; Jairo Hincapie Luna; Jesús Orlando Castaño Tavares
Al combinar en variadas proporciones las fibras FG-12mm y
FG-36mm se alcanzaron comportamientos mixtos, logrando mejores esfuerzos y deformaciones en comparación a la
probeta de control, así mismo se presenta un esfuerzo de endurecimiento en el cual a pesar de salir de su rango elástico
entra a una fase en la cual su capacidad de deformación es
mayor incrementando su esfuerzo.
En la Figura 8 se puede observar los resultados obtenidos
al realizar los ensayos a flexión en las probetas con un solo
tamaño de fibra a los 28 días de edad. Se observa un comportamiento diferente al analizado en la Figura 6.
Figura 8. Curva Esfuerzo vs Deformación mezclas con fibras a 28 días
Fuente: presentación propia de los autores.
Se hace notorio que el comportamiento de las fibras en la matriz se mantiene logrando mejorar las características mecánicas relacionadas al esfuerzo y a la deformación de acuerdo al
tamaño de fibra empleado, así mismo se observa una mejora
del 13 % en el módulo de rotura en la matriz con inclusión de
FG-12mm comparado con las mezclas falladas a los 7
días, lo que indica que las fibras influyen en este comportamiento ya que al compararlo con las mezclas sin inclusión de
fibras se evidencia que estas no presentan una mejora en el
módulo de rotura de 7 días a 28 días.
Figura 9. Curva Esfuerzo vs Deformación fibras combinadas a 7 días.
Fuente: presentación propia de los autores.
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Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Polivinilo de Alcohol
Adicionalmente se realizaron ensayos a flexión con probetas
que contenían fibra de polivinilo de alcohol (PVA) en un contentido de 2% y 3%, los resultados de estas muestras comparados con las probetas que contienen fibras de vidrio alcalino
resistentes revelan que la adherencia matriz fibra es parte
fundamental al momento en que la probeta es sometida a
esfuerzos de flexión, así mismo la Figura 10 muestra que la
probeta con PVA 20mm presenta una gran deformación, en
comparación a la Figura 6 de las probetas que contienen
fibra de vidrio; sin embargo ambas graficas muestran una
gran mejora respecto a la muestra de control especialmente
en deformación.
En la Figura 9 se muestran los resultados obtenidos al fallar a los 28 días las probetas con inclusión de fibras combinadas, en la cual se observa un comportamiento distinto al
comportamiento obtenido a los 7 días de falla, ya que no se
presentó endurecimiento en las probetas, se considera que
la relación matriz-fibra presenta una falencia en términos de
adherencia, esto se detalló en el momento en que la probeta
falla donde las fibras en la matriz no están fracturadas sino
que por el contrario se presentan un deslizamiento. Así mismo solo se presentó una fisura en el centro de la luz, y no
una multifisuración como se encontró en la literatura.
Figura 10. Curva Esfuerzo vs Deformación fibras Polivinilo de alcohol a 7 días.
Fuente: presentación propia de los autores.
compactar las mezclas generando vacíos y por ende reduciendo la resistencia de las muestras ante las cargas, lo que
se ratifica en los estudios realizados por estudiantes en la
Universidad de Chile y en la Pontificia Universidad Javeriana.
Según los análisis realizados se obtuvieron comportamientos
de endurecimiento post fisuras en las pruebas de flexión a 7
días con fibras de vidrio, lo cual lleva a un comportamiento
de ductilidad en las muestras post-carga máxima aumentando la deformación en todos los casos.
Al momento de presentarse la falla en las probetas con PVA
20mm que se realizaron, se pudo observar que se forman
entre 3 y 5 grietas a diferencia de la falla de las probetas con
fibra de vidrio Alcalino Resistentes.
CONCLUSIONES
Se logró obtener a partir de materiales utilizados del ámbito
local, mezclas cementicias de Ultra Alto Desempeño llegando a obtener resistencias de hasta 136 MPa con un promedio
de las mezclas de 121 MPa, superando los 110 MPa que se
tenían como objetivo establecido por la literatura.
La mezcla combinada del 50% de cada fibra presento un
comportamiento equilibrado en un análisis de esfuerzo vs
deformación, es decir obtuvo un límite plástico de 10.65
MPacon un módulo de rotura de 15.40 MPa, lo que representa una deformación 25% mayor a los 7 días en comparación
a la mezcla de control.
Según los datos obtenidos, se determinó que las fibras generaron una disminución del 7% de la resistencia a la compresión en comparación a la presentada por los especímenes
de control a los 28 días (136 MPa) debido a la dificultad de
12
Christian Camilo Zambrano Pérez; Jairo Hincapie Luna; Jesús Orlando Castaño Tavares
BIBLIOGRAFIA
En cuanto a los ensayos a 28 días obtuvo un límite plástico
de 11.25 MPacon un módulo de rotura de 15.02 MPa, representando una deformación 13% mayor que la mezcla de
control, manifestando la influencia de las fibras de vidrio en
el desempeño a flexión del compuesto cementicio trabajado.
Se encontró una deficiencia en la relación fibra de vidrio –
matriz cementante en cuanto a la adherencia por lo cual se
realizó un ensayo con fibras de Polivinilo de Alcohol para
comparar los resultados observados, que de acuerdo a la
literatura se produce una mejor interacción química entre
esta última y los componentes de la mezcla. La deformación
unitaria lograda en el ensayo obtuvo deformaciones hasta un
0.44%, es decir se alcanzó un 100% de mejora con respecto
a las muestras con fibras de vidrio.
1. Abdalla. Evaluation of deflection in concrete members
reinforced with fibre reinforced polymer (FRP) bars,
Composite Structures, volume 56 (1), 2002.
2. ASTM International, ASTM C947-03(2009), Standard
Test Method for Flexural Properties of Thin-Section
Glass-Fiber-Reinforced Concrete (Using Simple
Beam With Third-Point Loading), 2009.
3. Chaallal, Benmorkrane. Physical and mechanical performance of an innovative glass fiber reinforced plastic
rod for concrete and grouted anchorages, Canadian
Journal of Civil Engineering, volume 20 (2), 1993.
Se estableció mediante los ensayos a flexión que el tamaño
de las fibras de vidrio tienen una afectación en el comportamiento mecánico de las muestras, de acuerdo a los resultados se determinó que la fibra FG-12mm permite alcanzar
un esfuerzo último (módulo de rotura) de 20% por encima
del esfuerzo último de la probeta de control (11.78MPa), en
cambio la fibra FG-36mm beneficia la probeta en cuanto deformación ya que aumenta en un 450% frente a la mezcla
de control.
4. González, Castaño, Alvarado, Gasch. Influencia del
volumen de fibras y curado posterior sobre el comportamiento post-fisura de un concreto de ultra-alto
desempeño. Revista ingeniería de construcción,
volumen 29 (3), 2014.
5. Instituto Nacional de Vías, Norma Para Determinación
de gravedad específica y absorción de agregados
finos, I.N.V. E-222-07, 2007.
El límite de proporcionalidad se reduce en promedio un
13% en todas las mezclas con fibras de vidrio a los 7 días
de edad frente a la mezcla control que presento un límite de
11,71 MPa, por el contrario a los 28 días de falla se presenta
mejoras en algunas probetas con promedio de 11,77 MPa
(ver tabla 8) más sin embargo, la deformación unitaria se
acrecentó en todos los casos desde un 10% en adelante. En
cuanto a los módulos de rotura, se establece un aumento
en la gran mayoría de las mezclas con fibras de vidrio junto
a una deformación apreciable (20% en adelante), este aumento es del orden del 25% y del 70% de los 7 a los 28 días
respectivamente, demostrando el mejoramiento mecánico
proporcionado por las fibras en las mezclas trabajadas a flexión, Se observa que la combinación de fibras mejora los dos
ítems trabajados en los ensayos a flexión, estos son tanto
el esfuerzo gracias a las fibras cortas (FG-12mm) como la
deformación por las fibras largas (FG-36mm), lo que mejora
cuantitativamente el comportamiento de las mezclas para su
aplicabilidad en algunos componentes estructurales.
6. Instituto Nacional de Vías, Norma Para Determinación
de Densidad del Cemento Hidráulico, I.N.V. E-30707, 2007
7. Metwally. Evaluation of Existing Model for Predicting of
Flexural Behavior of GFRP- Reinforced Concrete
Members, HBRC Journal, volume 5 (1), 2009.
8. Mohamed, Metwally, Sherif. Influence of fibers on flexural
behavior and ductility of concrete beams reinforced
with GFRP rebars, Engineering Structures, volume
33, 2011.
9. Shackelford. Introducción a la Ciencia de los Materiales
para Ingenieros. 6ta. Edición, Pearson, 2001.
13
Sonia Buitrago G., Karen Riaño J., Jose Urrego N.
COSTOS MEDICOS DIRECTOS EN TRATAMIENTO DE FIBROSIS QUISTICA CON COMPROMISO EN LA FUNCIÓN
PULMONAR EN POBLACIÓN COMPRENDIDA
ENTRE 5 Y 18 AÑOS
MEDICAL COSTS DIRECT IN TREATMENT OF CYSTIC FIBROSIS WITH COMMITMENT LUNG FUNCTION IN POPULATION BETWEEN 5 AND 18 YEARS
Sonia Buitrago G.1, Karen Riaño J.2, Jose Urrego N.3
1
Estudiante de pregrado del programa de Química farmacéutica. Universidad de ciencias aplicadas y ambientales U.D.C.A.
Bogotá. Cundinamarca. Colombia. [email protected];
2
Estudiante de pregrado del programa de Química farmacéutica. Universidad de ciencias aplicadas y ambientales U.D.C.A.
Bogotá. Cundinamarca. Colombia. [email protected];
3
Químico Farmacéutico Especialista en Farmacología, Especialista en Epidemiologia; MSc Toxicología, MSc Administración,
PhD (C) Ciencias Farmacéuticas. Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales UDCA, Facultad de Ciencias, Programa
de Química Farmacéutica, Calle 222 No. 55 – 37. Bogotá, Colombia. [email protected].
RESUMEN
SUMMARY
La fibrosis quística es una enfermedad genética de la cual
se han reportado más de 2000 mutaciones, siendo la
mutación ΔF508 (cromosoma 7) la más común con un
promedio cercano al 70% a nivel mundial. Esta enfermedad
se presenta cuando ambos padres son portadores
del gen defectuoso y se caracteriza primordialmente
por la producción de mucosidades espesas las cuales
afectan diferentes órganos como intestino, páncreas y
principalmente pulmones. A pesar de que el compromiso
de la función pulmonar causa el 85% de los decesos, la
expectativa de vida de los pacientes con fibrosis quística ha
aumentado drásticamente en los últimos años, esto gracias
al desarrollo de nuevos fármacos que permiten dar un mejor
manejo a las numerosas complicaciones. En Colombia el
pronóstico de esta enfermedad se realiza generalmente de
manera tardía, cuando la afectación pulmonar ha causado
daños sustanciales en los pacientes, con lo cual los costos
tanto económicos como sociales al iniciar la farmacoterapia
son mucho más elevados frente a los costos de iniciar un
tratamiento precoz.
Cystic fibrosis is a genetic disease which have more than
2000 mutations reported, being the ΔF508 mutation
(chromosome 7) the most common, with an average close
to 70% worldwide. This disease occurs when both parents
carry the defective gene and is characterized primarily by
the production of thick mucus, which mainly affect different
organs such as the intestine, pancreas and lungs. Although
the collapse of lung function causes 85% of deaths, life
expectancy of patients with cystic fibrosis has increased
dramatically in recent years thanks to the development of new
drugs, which allow a better management to the numerous
complications. In Colombia, the diagnosis of this disease
is usually performed late, when lung disease has caused
substantial damage in patients. Both economic and social
costs of pharmacotherapy are much higher than the costs of
starting an early treatment.
Keywords: Cystic fibrosis, exacerbation, Mutation, medical
costs, Pseudomonas aeruginosa.
INTRODUCCIÓN
Palabras clave: Fibrosis Quística, Exacerbación, Mutación,
Costos médicos, Pseudomona aeruginosa.
La Fibrosis Quística es una enfermedad autosómica recesiva.
Se presenta con mayor frecuencia en niños y adultos jóvenes
de población caucásica con una incidencia de 1 en 2,500
recién nacidos vivos.
15
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
RESULTADOS Y DISCUSION
Los pacientes con Fibrosis Quistica se caracterizan por
la producción de mucosidades espesas las cuales afectan
principalmente la función pulmonar, aunque es importante
tener en cuenta que esta enfermedad es multiorgánica y
puede generar otras manifestaciones clínicas. (Cleveland,
2012).
Para la consecución de los resultados de esta evaluación
económica parcial de los costos médicos directos del
tratamiento de fibrosis quística con compromiso en la
función pulmonar en población comprendida entre 5 y
18 años, se evaluaron los eventos generadores de costos
clasificados en medicamentos y procedimientos por sexo
y edad teniendo en cuenta las diferentes características
clínicas de la enfermedad.
Las mucosidades espesas se presentan debido a una alteración en el conducto de las células, “este conducto es el
que permite regular a través de la entrada y salida de Cloro,
la cantidad de agua que sale al exterior (Lisowska, 2012).
Como resultado de esto se presentan infecciones pulmonares siguen siendo la principal causa de morbilidad y mortalidad en pacientes con fibrosis quística” (Fong, 2009). La
enfermedad pulmonar en la fibrosis quística está determinada por constantes obstrucciones en las vías respiratorias, infecciones bacterianas en donde la más común es la causada
por Pseudomona aeruginosa, posterior inflamación lo que
conlleva a bronquiectasias con un alto riesgo de que este
cuadro termine en la muerte (Chmiel, et al., 2002).
La fibrosis quística es una enfermedad que afecta diversos
órganos, principalmente el pulmón, este órgano se puede ver
seriamente afectado debido a la alteración de secreciones,
lo cual conlleva a que estos pacientes presenten diferentes
características clínicas como se observa en el gráfico No. 1.
Del gráfico No. 1 es importante resaltar que las características
clínicas durante la historia natural de la enfermedad son
excluyentes entre sí, sin embargo un evento puede conllevar
a otro e incluso concluir con la muerte. Cada una de estos
eventos tiene unos costos asociados que dependen de las
diferentes intervenciones que conllevan al uso de recursos.
A continuación se presenta en detalle cada una de estas
características clínicas:
El defecto principal se localiza en cromosoma 7 del gen
regulador de la transmembrana de la fibrosis quística
(CFTR), en donde la mutación más común corresponde a
la dada en el alelo ΔF508 la cual en un promedio mundial
es la responsable de aproximadamente el 66% de los casos
(Bobadilla et al., 2002).
Paciente sin colonización:
Los pacientes con FQ inician sin colonización, en esta
etapa de la enfermedad los costos asociados se enfocan a
los medicamentos usados en la terapia respiratoria con el
objetivo de mantener los pulmones libres de esputo, prevenir
colonización por microorganismos y daños en la función
pulmonar.
Debido a que por la naturaleza misma de esta enfermedad de
origen genético, aun no se posee una cura, el tratamiento se
basa fundamentalmente en medidas para extender y mejorar
la vida de los pacientes. Con este fin, se han desarrollado
nuevos medicamentes y tratamientos los cuales han derivado
en avances significativos. En los últimos años los pacientes
con fibrosis quística han mejorado su expectativa de vida,
esto se debe en gran medida al diagnóstico oportuno y al
tratamiento de la enfermedad pulmonar.
Se encontró que el medicamento más costoso de la terapia
es la dornasa alfa a pesar de estar regulada por la circular de
precios de medicamentos (Circular 07 de 2013). Para el caso
base (edad 12 años) en un horizonte de costeo de 1 año un
paciente de sexo femenino requiere $ 22.470.622 (US 8.182)
y $ 23.460.129 (US 8.542) para el sexo masculino.
MATERIALES Y METODOS
Se evaluaron los eventos generadores de costos, clasificados
en medicamentos y procedimientos por sexo y edad
en las diferentes etapas de la enfermedad. Los costos
fueron identificados, medidos y valorados de acuerdo a la
metodología indicada en el Manual para la elaboración de
evaluaciones económicas en salud de la IETS. El horizonte
temporal del presente estudio es de un año y la perspectiva
es la del sistema de salud Colombiano es decir la de tercer
pagador.
La literatura describe que este medicamento es la única
alternativa disponible en el país para mejorar el deterioro
de la función pulmonar al disminuir la viscosidad de las
secreciones y facilitar la expulsión del esputo en los pacientes
con FQ. (Ministerio de Salud y Protección Social, Colciencias,
2014). Al revisar la base de datos del INVIMA, se encontró
que hay un único oferente en el país para este medicamento,
adicionalmente no se encuentra incluido en el POS.
En los gráficos 2 y 3 se observa la proporción de costos de
la terapia farmacológica, en las edades de 5 a 12 años los
costos son similares para ambos sexos, mientras que para
la edad de 18 años se evidencia que la proporción en cos-
16
Sonia Buitrago G., Karen Riaño J., Jose Urrego N.
Paciente con colonización:
Durante la historia natural de la enfermedad los pacientes con
FQ adquieren infecciones por diversos microorganismos, la
mayoría de estos pacientes son colonizados en alguna etapa
de la enfermedad. Los eventos que generan un aumento
en los costos son los antibacteriales para uso sistémico
debido a que es importante tratar las colonizaciones en
estados iniciales para evitar progresiones a complicaciones
o exacerbaciones.
tos es diferente; esta diferencia radica principalmente por el
aumento de la dosificación y mayor frecuencia de uso a esta
edad para la dornasa alfa y budesonida micronizada.
En el gráfico No. 4 se evidencia el costo anual del tratamiento
farmacológico; se observa que los costos son similares
para cada una de las edades de referencia entre sexos, sin
embargo los costos aumentaron considerablemente con la
edad; una de las principales razones de este aumento es el
estado de colonización y el deterioro en la función pulmonar;
esto se evidencia en el porcentaje de uso. El consumo de
Dornasa alfa para las edades comprendidas entre 6 a 14
años es de 18,3% mientras que para un paciente de 18
años el consumo es de 61,4%, el mismo comportamiento
se evidencia con los broncodilatadores y antibacteriales para
uso sistémico (Casas, 2008).
De los costos totales del tratamiento farmacológico; la Dornasa alfa y Tobramicina contribuyen con el 80% del presupuesto total del tratamiento farmacológico en los pacientes
con colonización. Como se mencionó anteriormente, con
respecto a la dornasa alfa se observa que en el país existe un
solo registro sanitario.
Con respecto al sexo y la edad y los costos de la dornasa alfa
se observa un comportamiento similar al de los pacientes
sin colonización, con la diferencia que en esta característica
17
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
clínica los antibacteriales para uso sistémico se introducen
en el tratamiento farmacológico.
Protección Social, Colciencias en 2014, el 80% de los pacientes
en este grupo de edad están colonizados principalmente por
P.aeruginosa y este precede a una infección crónica, razón
por la cual se incluye en el tratamiento farmacológico la
tobramicina en polvo seco que elimina el riesgo de infección
que presentan los inhaladores convencionales por errores en
el momento de la administración por parte del paciente.
Para las edades de 5 a 12 años el antibiótico que consume el
mayor porcentaje de presupuesto es la tobramicina inhalada.
Para la edad de 13 a 18 años aumenta el costo total del
tratamiento debido a la inclusión de tobramicina en otro
sistema de entrega de fármaco (Tobramicina en polvo seco).
Este comportamiento es debido al aumento de la edad donde
se presenta un progresivo deterioro de la función pulmonar.
De acuerdo con lo reportado por el Ministerio de Salud y
Según Blau y colaboradores aproximadamente el 65% de
los inhaladores están contaminados por malas prácticas
de higiene, Según el Tercer consenso de granada lo lista
masculino el costo total del tratamiento anual fue de
$39.073.239 (US 14.227), un valor muy cercano fue el
obtenido para un paciente de sexo femenino $39.039.621
(US 14.214), de estos costos los medicamentos ocupan una
proporción importante (ver gráfico 5), siguiendo el mismo
comportamiento anteriormente descrito, es decir predomina
la dornasa alfa seguido de la tobramicina.
como un PRM de “conservación inadecuada”, (Sabogal,
et al., 2013) el cual puede dar lugar a un evento adverso,
y posterior aumento de los costos debido al tratamiento
de la complicación por causa de esta mala práctica.
Adicionalmente este SENF contribuye a la adherencia al
tratamiento por su facilidad de uso dado que requiere de 5
a 6 minutos diarios para ser administrado en contraste con
los 40 minutos que se necesitan para la administración de
los nebulizadores convencionales (Geller, et al., 2011). Otra
ventaja que presenta el polvo seco es que por su diseño con
respecto al tamaño de partícula y área de contacto ingresa
directamente a vías inmediatas lo que permite un mejor
depósito pulmonar con dosis más bajas (Newhouse, et al.,
2003).
tobramicina.
Paciente con complicaciones:
La infección de la vía aérea ocurre con frecuencia durante la
historia natural de la enfermedad. Los pacientes con fibrosis
quística sufren colonizaciones constantes y obstrucción de
la vía aérea, que pueden ocasionar complicaciones como
infecciones crónicas, bronquiectasias y enfermedades de la
vía aérea pequeña principalmente.
Estas intervenciones se caracterizan por el manejo a nivel
hospitalario, lo cual aumenta los costos considerablemente,
tomando la edad base (12 años), para un paciente
Estos pacientes requieren para su estancia una unidad de
cuidado intermedio para evitar la sobreinfección y contro-
18
Sonia Buitrago G., Karen Riaño J., Jose Urrego N.
lar la infección debido a que en esta característica clínica,
el paciente presenta un alto riesgo de exacerbación debido
a la disminución del VEF1. Otro factor que eleva los costos en los pacientes que presentan complicaciones son los
procedimientos de laboratorio clínico; en donde se encuentran incluidos los cultivos especiales para microorganismos,
prueba de proteína C reactiva, cuadro hemático y gases arteriales, debido a que en este estado el paciente es vulnerable y hay que monitorizar continuamente para observar la
evolución del paciente. En el gráfico No. 6 se observa de
manera detallada las intervenciones en pacientes con complicaciones.
ambulatorio, la antibioticoterapia y procedimientos de laboratorio clínico se asemejan.
Las exacerbaciones graves son un evento clínico se caracteriza por un manejo a nivel hospitalario. Para calcular los
costos de estos pacientes se obtuvo información a partir de
datos reales provenientes de historias clínicas correspondientes a pacientes con FQ según lo reportado en la Guía
Práctica Clínica.
VanDevanter| y colaboradores en el 2015 refieren que las
exacerbaciones graves ocurren una vez al año; siendo este
un estado transitorio, que presenta un costo asociado de
$14.740.439 (COP) el cual es adicional al tratamiento independiente de la etapa en la que se encuentre el paciente.
Es importante resaltar el cuidado del paciente en el estado
de colonización bacteriana debido a que en este evento el
paciente puede contraer una exacerbación pulmonar y esta a
su vez contribuye a la disminución del VEF1 lo cual conlleva
fácilmente al estado final de muerte, es por esta razón que
es importante intensificar las monitorizaciones y la terapia
farmacológica lo cual influye en el aumento en el uso de
recursos.
En términos generales con respecto a las características
clínicas se observó que el porcentaje de prescripción de los
medicamentos se inclina en una mayor proporción por los
antibacteriales para uso sistémico, seguido de los medicamentos para enfermedades obstructivas de las vías respiratorias; debido al compromiso de la función pulmonar durante
el curso natural de la enfermedad, es importante prevenir el
efecto de obstrucción bronquial por el espesamiento de las
secreciones que conllevan a infecciones por diversos microorganismos por lo cual se hace necesario el uso en mayor
proporción de estos dos grupos de medicamentos.
Paciente con exacerbación:
Una de las características de los pacientes con FQ es la
presencia de exacerbaciones, estas pueden ser leves moderadas y graves.
Los porcentajes de prescripción fueron consultados a un experto y según Casas, en su estudio de utilización de medicamentos en pacientes con fibrosis quística en el 2008; se
encontró que los antibacteriales de uso sistémico empleados
en pacientes con FQ, son prescritos en un mayor porcentaje (50%) entre este grupo los más empleados son “otros
aminoglucosidos” como la Tobramicina nebulizada, Tobramicina en polvo seco, Gentamicina inyectable y Amikacina
inyectable, estos medicamentos están destinados al manejo
de P. aureginosa responsable de la colonización en el 80%
de los pacientes, acelerando el deterioro clínico y de la función pulmonar que caracteriza la enfermedad, ocasionando
el 90% de la muertes de los pacientes infectados (McPhail,
et al.,2008).
Las exacerbaciones leves y moderadas se caracterizan por
ser intervenciones de manejo ambulatorio, los eventos que
generan mayor costo son los medicamentos seguido de los
procedimientos , entre ellos el que ocupa un mayor porcentaje son los procedimientos de laboratorio clínico con un 40%
del costo total correspondiente a $1.114.880, seguido de terapia respiratoria con un 33% correspondiente a $924.000,
esto debido a que los pacientes deben ser monitorizados
periódicamente y adicionalmente deben recibir terapia respiratoria intensiva con un mínimo de 3 a 4 sesiones diarias
que garantizan la mejoría la mejoría del VEF1 y disminuye
las hospitalizaciones (Romero, et al., 2004). Estos procedimientos anteriormente descritos son necesarios para evitar
el empeoramiento de la exacerbación y el riesgo de muerte.
Con respecto a los costos, el manejo de los medicamentos
y procedimientos presenta un comportamiento similar al de
los pacientes con colonización esto debe a que el manejo es
Con respecto al sexo se evidencia en cada uno de los eventos
clínicos, que los costos son similares. Entre edades se obser-
19
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
va que a medida que aumenta la edad se elevan los costos
considerablemente, esto se debe al aumento en la superficie
corporal y al progresivo deterioro de la función pulmonar.
Lo anterior concuerda con estudios encontrados en costos
médicos directos en fibrosis quística.
spectivamente Un hallazgo importante de esta publicación
es que a medida que aumenta la gravedad de la enfermedad
los costos se elevan. (Van Gool, et al., 2013).
En Francia en el año 2015 se realizó un estudio retrospectivo transversal en adultos y niños con FQ, calcularon los
costos médicos directos (Con información proveniente de
datos reales) a través de un cuestionario, en esta publicación
se evidencia que el costo promedio anual es de €29.746 (US
33.115) por paciente, encontrando que los costos aumentan considerablemente con la edad y la gravedad de la enfermedad, este hallazgo guarda una correlación con el presente
estudio como se observa en el gráfico No. 1 a medida que
aumenta la edad y gravedad de los eventos clínicos se asocia
a los costos elevados (Chevreul, et al., 2015).
En el análisis de costos reportado por Colombo y colaboradores en su estudio prospectivo concuerdan con los hallazgos encontrados en el presente trabajo con respecto al
aumento de los costos por edad y de acuerdo a la gravedad
de enfermedad pulmonar (Colombo, et al., 2013).
De acuerdo con Baumann y colaboradores en el 2003 en
su estudio de costos en pediatría en Alemania encontró
que el costo anual de la enfermedad es de €23.989 (US
18.026). Este estudio coincide con el presente trabajo con
respecto a que el tratamiento farmacológico es el responsable de la mayor proporción del presupuesto (47% de los
costos totales); también se observa que los costos se elevan
con la edad y de acuerdo al evento clínico. Este aumento se
presenta considerablemente a la edad de 18 años, debido
principalmente al manejo de la P.aeruginosa y deterioro en
función pulmonar. En el estudio refieren que el 49% de los
pacientes estaban infectados por P.aeruginosa, lo cual difiere
a la proporción de infectados en Colombia que corresponde
al 80%.
Para este mismo año en Eslovaquia se publicó una evaluación económica, en esta revisión de 5 años se evidencia
un costo total promedio de €48.884 (US 54.420) para un
paciente al año, en este estudio al igual que Chevreul concluye que uno de los factores que más eleva los costos es la
hospitalización y se encontró una relación estadísticamente
significativa entre el aumento de la edad y los costos. En los
hallazgos del presente trabajo (ver gráfico No. 12) se observa
que hay un aumento considerable en la hospitalización y este
aumento se debe principalmente a la unidad de cuidado intermedio.
Otro estudio realizado en Alemania en el año 2009, evaluó
el costo del tratamiento ambulatorio a través de un enfoque
de microcosteo, encontrando que hay una carga financiera
debido a la medicación llegando a los €21.604 (US 30.384)
por paciente al año, este hallazgo se relaciona con los eventos encontrados en este trabajo donde observamos que hay
una carga significativa con respecto a los costos en medicamentos, sin embargo los costos en medicamentos para
los pacientes ambulatorios asciende a los US 11.159 y US
11.172 para sexo femenino y masculino respectivamente
(Eidt, et al., 2009).
En los estudios anteriormente descritos se observa una similitud en los costos con respecto al manejo de los diferentes
estados, medicación, manejo a nivel hospitalario y ambulatorio a pesar del uso de metodologías y enfoques diferentes.
Con respecto a los insumos, en la revisión no se encuentra
evidencia de los costos, se infiere que fueron calculados dentro de los costos de medicamentos.
CONCLUSIONES
Se identificaron, cuantificaron y valoraron los eventos generadores de costos médicos directos en el tratamiento de
la fibrosis quística con compromiso en la función pulmonar
por características clínicas durante la historia natural de la
enfermedad en población comprendida entre 5 y 18 años.
Los costos totales del tratamiento para los pacientes sin
colonización corresponden a $ 25.380.174 (US 9.241) y $
25.390.667 (US 9.245) para los sexos masculino y femenino
respectivamente. Los costos para los pacientes con colonización bacteriana fueron los siguientes $ 32.602.359 (US
11.871) y $32.568.741 (US 11.858) para los sexos masculino
y femenino respectivamente. Los pacientes con complicaciones presentan unos costos anuales de $39.073.239 (US
14.227) para el sexo masculino y $39.039.621 (US 14.214)
para el sexo femenino. Los pacientes con exacerbación leve
y moderada presentan unos costos anuales en el tratamiento
En el año 2013 se publicó un estudio de costos en el cuidado
de la fibrosis quística, esta publicación se asemeja a este trabajo debido a que se realizó un análisis por edad y estado
de la enfermedad en Australia. Este estudio concluye que el
costo promedio anual de la enfermedad es de US $15.571,
los costos para los pacientes con exacerbación leve, moderada y grave son de US $10.151, US $25.647 y US $33.691
respectivamente, lo cual difiere con los hallazgos de este trabajo debido a que se incluyen los pacientes con trasplante
de pulmón y se tomaron otro tipo de estadios (porcentaje
de VEF1) que difiere de la guía Colombiana (velocidad de
disminución del VEF1). Con respecto al uso de medicamentos el costo de la dornasa alfa es similar US 9.770 al año,
mientras que en el presente estudio el costo es de US 8.182
y US 8.542 al año para los sexos femenino y masculino re-
20
Sonia Buitrago G., Karen Riaño J., Jose Urrego N.
de $33.526.359 (US 12.207) y $ 33.492.741 (US 12.195)
para los sexos masculino y femenino respectivamente y los
pacientes con exacerbacion grave presentan un único evento
al año con un valor de $ 14.740.439 (US 5.367) adicional al
costo del tratamiento anual.
3. BOBADILLA, J. L., MACEK, M., FINE, J. P., & FARRELL,
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CFTR mutations—correlation with incidence data and
application to screening. Human mutation, 19(6),
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Se identificaron que los eventos de mayor impacto en el
costo total del tratamiento de fibrosis quística con afectación en la función pulmonar fueron los medicamentos; de
estos la dornasa es el principal medicamento que ocupa un
elevado porcentaje en el costo total del tratamiento (alfa $
22.470.622 (US 8.182) $ 23.460.129 (US 8.542) para el
sexo masculino y femenino respectivamente) para todas las
características clínicas en todas las edades, seguido de la
tobramicina inhalada y la tobramicina en polvo seco. Otro
evento que genera aumento en los costos es la hospitalización siendo la unidad de cuidado intermedio la responsable
del 77% de este aumento seguido de los procedimientos de
laboratorio clínico con el 14%.
4. CASAS, M. D. M. M. (2008) ESTUDIO DE UTILIZACIÓN
DE MEDICAMENTOS EN PACIENTES CON
FIBROSIS QUÍSTICA EN ANDALUCÍA. ANÁLISIS
COMPARATIVO Y FARMACOECONÓMICO.
El evento más importante durante la historia natural de la
enfermedad es la exacerbación en esta característica se evidencia que dentro de los procedimientos, los pro de laboratorio clínico (44%) y terapia respiratoria (33%) son los
responsable del aumento de los costos, con el fin de evitar la
hospitalización por empeoramiento de la exacerbación.
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Se generó información en costos; se evidencia que los costos aumentan considerablemente con la gravedad de la enfermedad. En las edades comprendidas entre 5 a 12 años los
costos son similares, mientras que para la edad de 13 años
en adelante la proporción es costos es diferente debido a la
frecuencia de uso de los medicamentos por el progresivo deterioro de la función pulmonar. Se evidencia una mayor proporción en la prescripción de antibióticos y medicamentos
para las enfermedades obstructivas de las vías respiratorias
con el fin de prevenir infecciones y obstrucciones bronquiales.
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22
Rubén Darío Torrenegra, Diana Hernández Cruz, Ingrid Alarcón García, Jeanet Rodríguez Mayusa
EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD ANTIOXIDANTE Y
CITOTÓXICA EN HOJAS E INFLORESCENCIAS DE
Gnaphalium Meridanum
(Gnaphalium cf. Polycephalum Michx.)
EVALUATION OF THE ANTIOXIDANT AND CYTOTOXIC
ACTIVITY IN LEAVES AND INFLORESCENCES OF
Gnaphalium Meridanum
(Gnaphalium cf. Polycephalum Michx.)
Rubén Darío Torrenegra1, Diana Hernández Cruz 2, Ingrid Alarcón García2, Jeanet Rodríguez Mayusa3
1
Docente Investigador. Facultad de Ciencias. U.D.C.A. Calle 222 No. 55-37, Bogotá D.C. [email protected]
Estudiantes de Química. Facultad de Ciencias. U.D.C.A. Calle 222 No. 55-37, Bogotá
3
Docente Investigador. M.Sc. Biología. Facultad de Ciencias. U.D.C.A. Calle 222 No. 55-37, Bogotá D.C. jerodriguez@udca.
edu.co
2
RESUMEN
of total extracts and fractions of different polarities obtained
from leaves and inflorescences of Gnaphalium Meridanum,
were evaluated (cf. Gnaphalium Polycephalum Michx.). The
antioxidant activity, of extracts and fractions, was assessed
by using the DPPH method and the cytotoxic activity was
determined by the MTT assay, using the cell line J-774 murine macrophages. It was found that the inflorescences are
potentially antioxidant, with 9.50% of the capture free radical
per each mg/L of ethanolic fraction. The ethyl acetate fraction showed cytotoxicity against J-774 cells with a LD50 of
120.4 mg/L.
Especies del género Gnaphalium, son conocidas popularmente como vira-viras, es ampliamente reconocido por sus
propiedades antineoplásicas y sus especies se usan principalmente para tratar problemas de inflamaciones de la próstata. En este estudio se evaluó la actividad antioxidante y
citotóxica de los extractos totales y fracciones de distintas
polaridades obtenidas a partir de hojas e inflorescencia de
la especie Gnaphalium Meridanum (Gnaphalium cf. Polycephalum Michx.). La actividad antioxidante de los extractos
y fracciones se evaluó empleando el ensayo de captación del
radical libre DPPH y la actividad citotóxica se determinó con
el ensayo de reducción del MTT empleando la línea celular
de macrófagos murinos J-774. Se encontró que las inflorescencias son potencialmente antioxidante, con un 9,50% de
captación del radical por cada mg/L de la fracción etanólica.
La fracción de acetato de etilo mostró citotoxicidad sobre las
células J-774 con un DL50 de 120,4 mg/L.
Key words: Gnaphalium meridanum, cytotoxic activity,
MTT, antioxidant activity, DPPH.
INTRODUCCIÓN
Un amplio número de especies de la familia Asteraceae, entre estas las de los géneros Gnaphalium y Achyroclines, son
conocidos comúnmente como vira-vira en varias regiones
del país. Son especies de climas fríos y paramos que abundan en diferentes altitudes de manera silvestre como malezas. La especie Gnaphalium meridanum (Gnaphalium cf.
Polycephalum Michx.) es una de las tantas plantas usadas
en la medicina tradicional para el tratamiento de afecciones
de la próstata, más específicamente como antiinflamatorio
y anticancerígena, también es usada como hemostático y
contra infecciones de la piel (BERDONCES, 2006).
En este trabajo de investigación se llevó a cabo el estudio
Palabras claves: Gnaphalium meridanum, actividad citotóxica, MTT, actividad antioxidante, DPPH.
SUMMARY
The Gnaphalium genus species, are popularly known as viravira, is widely recognized for its anticancer properties and its
species are mainly used to treat prostate inflammation problems. In this study, the antioxidant and cytotoxic activities,
23
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
de la actividad antioxidante y citotóxica de los extractos y
fracciones de diferentes polaridades de las partes áreas del
Gnaphalium meridanum (Gnaphalium. cf. polycephalum
Michx.) con el fin de evaluar su potencial como anticancerígeno como es recomendado etnobotánicamente.
lucrados en los procesos de óxido - reducción, por lo que
es importante conocer la capacidad antioxidante de dicha
sustancia.
La actividad antioxidante de sus extractos podría relacionarse al mecanismo de acción en la citotoxicidad de la planta.
Estudios sobre Gnaphalium meridanum comprobaron las
propiedades antiinflamatorias y antihemorrágicas e identificaron, sitosterol, luteolina y acacetina (4´- metil éter de Apigenina) en el extracto etanólico de hojas (PEDRAZA, 1984),
compuestos polifenolicos (flavonoides) que se caracterizan
ampliamente por sus propiedades antioxidantes. Una sustancia citotóxica tiene diferentes mecanismos de acción y
uno es por la inhibición de los promotores tumorales invo-
El material vegetal se colectó en el municipio de Mosquera,
Cundinamarca, en el humedal el Guali - tres esquinas.
MATERIALES Y MÉTODOS
La identificación taxonómica la realizó el biólogo S. Díaz y se
depositó un ejemplar en el Herbario Nacional Colombiano
con el número COL 566670, la planta se identificó como
Gnaphalium polycephalum, y se determinó sinónimo de
Gnaphalium meridanum teniendo en cuenta las características taxonómicas. (Figura 1)
Figura 1. Fotos de plantas de Gnaphalium meridanum (A)
Ejemplar recolectado (B)Proceso desecado. (C)Inflorescencia.
Obtención de los extractos y fracciones
Se recolectó la planta completa, en estado fresco y en etapa
de floración y se secó al aire libre en la sombra, se separaron
las hojas e inflorescencia, y se molieron. El material vegetal
molido 427,2 g hojas y 329 g de inflorescencias y por separado se extrajeron con AcOEt en un equipo soxhlet, se
dejó hasta agotamiento. El marco vegetal se extrajo luego
con EtOH. Los extractos filtrados se concentraron en un rotaevaporador Heidolph a presión reducida que se denominó
ExHAcOET, ExHEtOH, ExIfAcOET y ExIfEtOH para hojas e
inflorescencias respectivamente, se separaron 20 g ExHAcOET y 15 g del ExIfEtOH extracto total de inflorescencia,
y se sometieron, cada uno, a extracción s/l en un equipo
soxhlet hasta agotamiento, utilizando como solvente petróleo Petrol, CHCl3, AcOEt, EtOH sucesivamente. Los líquidos
fueron concentrados en un rotavapor Heidolph a presión reducida obteniéndose las fracciones FHPetrol, FHClor, FHAcOEt, FHEtOH para las hojas y FIfPetrol, FIfClor, FIfAcOEt,
FIfEtOH para las inflorescencias (Figura 2)
24
Rubén Darío Torrenegra, Diana Hernández Cruz, Ingrid Alarcón García, Jeanet Rodríguez Mayusa
Figura 2.Diagrama de flujo del proceso de extracción y fraccionamiento del material vegetal G.meridanum
RESULTADOS Y DISCUSION
Evaluación de actividad antioxidante
La actividad antioxidante de los extractos y fracciones de
las hojas e inflorescencias de G. meridanum se determinó
utilizando la técnica de decoloración del DPPH. Se prepararon soluciones de concentración de 500, 100 y 10 mg/L
de la muestra a analizar en MeOH (extractos y fracciones)
y se mezclaron 0,1mL de cada una de ellas con 0,9mL de
DPPH•0.004% m/v. Como blanco se utilizó MeOH y como
controles positivos y de referencia se usaron soluciones de
quercetina de 12,8 mg/L, 6,4 mg/L y 0,64 mg/L y soluciones
de Trolox de 25 mg/L , 12,5 mg/L y 1,25 mg/L(Tabla1).
% de Captación = [Aomin – A10min / Aomin ] x100
Aomin absorbancia al tiempo cero de reacción, A10min absorbancia a los 10 minutos de reacción.
Tabla 1. Porcentajes de captación del radical libre de
los controles positivos.
MUESTRA
Todas las lecturas de absorbancia se hicieron a 517nm (Espectrofotómetro Genesys 20) luego de 10 minutos. Cada ensayo se hizo por triplicado y se obtuvo la absorbancia promedio en cada caso. Se determinó el porcentaje de Captación
de Radical Libre DPPH, también denominada capacidad antioxidante, según las siguiente ecuación:
TROLOX
QUERCETINA
25
Concentración
(mg/L)
% Captación
25,03
12,51
1,25
12,8
6,4
0,64
96,3
92,96
29,47
94,63
54,61
15,05
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Para los extractos se trabajó con concentraciones de 500,
100 y 10 mg/L, se realizaron mediciones de curva cinética a
360 segundos y se hizo una lectura de longitud de onda de
517 nm, descrita como la absorbancia óptima para la solución de DPPH en solución metanólica (Tabla 2).
Inflorescencias
Tabla 2. Porcentaje de Captación del radical libre de los extractos totales de hojas e inflorescencias determinados por
la técnica DPPH
MUESTRAS
Concentración
(mg/L)
% Captación
500
93,06
100
29,76
ExHAcOEt
ExHEtOH
ExlfAcOEt
ExlfEtOH
10
2,27
500
92,81
100
91,8
10
16,14
500
95,85
100
81,55
10
18,45
500
92,72
100
95,03
10
39,43
Hojas
Fracciones
500
29,81%
FHPetrol
100
11,84
FHPetrol
10
8,25
FHPetrol
500
32,15
FHClor
100
10,26
FHClor
500
89,09
FHAcOEt
100
25,68
FHAcOEt
100
4,57
FHEtOH
10
93,36
FHEtOH
500
34,00
34,00
FlfPetrol
500
25,30
FlfPetrol
100
9,20
FlfClor
500
88,12
FlfClor
100
63,50
FlfAcOEt
500
95,45
FlfAcOEt
100
76,32
FlfEtOH
500
94,09
FlfEtOH
100
93,55
Las células se conservaron en condiciones de esterilidad en
N2 líquido (-190°C) hasta su descongelamiento para activar
la línea celular. Se empleó la línea celular de macrófagos
murinos J-774, se descongelo un vial 1’000.000 células y
2
se adicionaron en una caja de cultivo estéril de 75 cm con
medio de cultivo RPMI, la caja fue llevada a incubación en
condiciones estándar (37°C, 5% de CO2, y 100% HR (humedad relativa)) durante una semana. Posteriormente las células fueron despegadas de la superficie (tripsina 0, 05%) de la
caja de cultivo y el medio se centrifugo a 3000 rpm durante
10 minutos, el sobrenadante se retiró y las células se suspendieron nuevamente en un volumen conocido de medio
RPMI, se tomó una alícuota y se realizó el conteo celular en el
microscopio. Las células se sirvieron en placas de 96 pozos
con una densidad de 50.000 células por pozo e incubadas
durante 24 horas en condiciones estándar. Para el tratamiento se adicionaron los extractos y fracciones de G. meridanum en cada uno de los pozos asignados durante el ensayo.
Los extractos se adicionaron en concentraciones de 500 y
100 mg/L, se realizaron tres replicas por concentración, y se
incubaron en condiciones estándar durante16 horas. Pasado
el tiempo de tratamiento se adiciono en una concentración
de 0,5 mg /mL de reactivo MTT en cada pozo, y se incubó en
condiciones estándar durante 3 horas, luego se solubilizaron
los cristales de formazan formados en DMSO y se procedió
con la lectura por fluorescencia en 535 nm y 595 nm en un
equipo TECAN.
Tabla 3. Porcentaje de Captación del radical libre de las fracciones de hojas e inflorescencias determinados por la técnica DPPH
%
Captación
100
Evaluación de la actividad citotóxica
La actividad citotóxica para los extractos fue determinada a
través de la medición indirecta del porcentaje de mortalidad
celular por la técnica del MTT.
Para las fracciones de hojas e inflorescencia se trabajaron
concentraciones de 500, 100 y 10 mg/L, se realizaron mediciones de curva cinética a 300 segundos y se leyó en 517
nm, longitud de onda óptima para la solución de DPPH en
metanol.
Concentración
(mg/L)
FlfPetrol
La actividad citotóxica se correlaciona con la viabilidad celular que se expresa como la cantidad porcentual de células
viables, después de ser tratadas con los extractos.
%MORTALIDAD= ( 1- ­­­Abs Tratamiento- Abs. Medio de cultivo) X100
Abs Residual
26
Rubén Darío Torrenegra, Diana Hernández Cruz, Ingrid Alarcón García, Jeanet Rodríguez Mayusa
Donde Abs Residual=Abs. Blanco celular- Abs Medio de cultivo.
Para la actividad citotóxica de los extractos totales, se reportan los datos de porcentaje de mortalidad sobre la línea
tumoral de macrófagos murinos J-774 y el DL50 para cada
extracto.
Abs. Medio Cultivo es la absorbancia medida para el medio
de cultivo sin tratamiento con extracto ni cultivo de células.
Abs. Blanco Celular es la absorbancia medida para la cantidad específica de células sin tratamiento con extracto, después de haber sido incubadas con el reactivo de tinción MTT.
Abs. Tratamiento es la absorbancia medida para cada muestra de células incubadas con tratamiento de extracto y reactivo de tinción MTT.
Se determinó la dosis efectiva del extracto total en acetato de
etilo de la inflorescencia necesario para disminuir la población celular en un 50% (DL50) por interpolación de los datos
obtenidos en un rango de 100 mg/L a 500 mg/L.
Tabla 4.Correlación de datos obtenidos para actividad antioxidante y citotoxicidad
% CAPTACIÓN
500 mg/L
ExHAcOEt
93,1
ExIfAcOEt
95,9
ExHEtOH
92,8
ExIfEtOH
92,7
FHEtOH
93,4
FIfEtOH
94,1
FHAcOEt
89,1
FIfAcOEt
95,4
FHClor
32,1
FIfClor
88,1
FHPetrol
29,8
FIfPetrol
25,3
%MORTALIDAD
100 mg/L 500 mg/L
29,8
40,2
81,5
52,1
91,8
16
95
43,1
34
93,5
73,9
25,7
76,3
86,5
10,3
63,5
11,8
9,2
-
En los resultados obtenidos para actividad antioxidante y
citotoxicidad se evidencio que la especie Gnaphalium meridanum (Gnaphalium cf. Polycephalum Michx) posee metabolitos con características polares, posiblemente flavonoides, con potencial para captar radicales libres y disminuir el
porcentaje de supervivencia en células tumorales (Figura3)
100 mg/L
28,8
6,3
14
4,6
15,6
38,9
-
CE50 mg/L DL50 mg/L
166,3
55
50,3
54,6
207,8
42,7
253,4
60,1
1180,3
12662
1762
838,1
539,5
1366
608,9
407,3
120,4
-
También se evidenció que la inflorescencia es significativamente mejor frente a las hojas en los dos aspectos, encontrando que los extractos y fracciones con mayor propiedad
antioxidante se encontraron en la fracción etanólica de la
inflorescencia, a la cual le podemos atribuir el porcentaje de
captación obtenido para el extracto total en acetato de etilo.
27
volumen 2 - número 1 - 2016
Revista CienCia: DesaRRollo e innovaCión
Figura3.Porcentaje
3.Porcentajede
demortalidad
mortalidadde
decélulas
célulasde
delalalínea
líneacelular
celulartumoral
tumoralde
de
Figura
Macrófagos
murinos
J-774
Macrófagos murinos J-774
CONCLUSIONES
2. BERDONCES, J. L. 2002. Gran Enciclopedia de las
plantas Medicinales. Diccionario de las plantas medicinales, volumen 2. Barcelona – España: Editorial
Ocena, p. 1151, 1152.
Los extractos totales en acetato de etilo de hojas e inflorescencia de Gnaphalium meridanum (G.cf polycephalum Michx) poseen actividad antioxidante y citotóxica.
3. BROUSSALIS, A. M, et. al. 1989. Aspectos Fitoquímicos
de Especies Argentinas del Género Achyrocline En
Acta Farmacéutica Boanaerense. Buenos Aires: Colegio de Farmacéuticos de la Provincia de Buenos
Aires. p. 11 – 16.
Los extractos evaluados Gnaphalium meridanum (G.cf polycephalum Michx) se encontró que el de mayor captación de
radical libre fue el de inflorescencia en etanol con un 9,50%.
La fracción de mayor captación de radical libre es la obtenida en etanol a partir del extracto total en acetato de etilo de la
inflorescencia de Gnaphalium meridanum (G.cf polycephalum Michx) con un 9,36%.
4. CASTAÑEDA, C.B; RAMOS, LL. E; IBAÑEZ V.L. 2008.
Evaluación de la capacidad antioxidante de siete
plantas medicinales peruanas En Revista Horizonte
Médico Vol. 8. Lima – Perú: Facultad de Medicina
Humana de la Universidad de San Martin de Porres,
2008. p. 56 – 72.
Las muestras evaluadas en citotoxicidad la que presenta mayor mortalidad sobre la línea celular tumoral de macrófagos
murinos J-774, es la fracción obtenida en acetato de etilo a
partir del extracto total en acetato de etilo de la inflorescencia
con un 3,89% de muerte celular.
5. CORREA, J E; BERNAL, H Y. 1990. Especies vegetales
promisorias de los países del Convenio Andrés Bello.
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Aprobadas por el Instituto Nacional de Vigilancia de
medicamentos y alimentos (INVIMA). Bogotá – Colombia: Ministerio de protección social. p. 223.
25.TORRENEGRA, R. 1992. Diterpenes from Gnaphalium
graveolens and Gnaphalium pellitum [Diterpenos
de Gnaphalium graveolens y Gnaphalium pellitum] En Phytochemistry, Vol. 31. Pergamon Press
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16.MOLYNEUX, P. 2003. The use of the stable free radical
diphenylpicrylhydrazyl (DPPH) for estimating antioxidant activity [Uso del radical estable DPPH en la
29
Camilo Mahecha M., Sindy Chaparro D., Martha Saray A., Kelly Reynoso N.
EVALUACION DE LA CONTAMINACION POR ARSENICO
Y MERCURIO, DERIVADA DE LA EXPLOTACION DE
CARBON EN ALGUNAS ZONAS DEL MUNICIPIO
GUACHETA CUNDINAMARCA
ASSESSMENT OF ARSENIC AND MERCURY POLLUTION
DERIVED FROM THE COAL MINING IN SOME AREAS OF
THE GUACHETA (CUNDINAMARCA) MUNICIPALITY
Camilo Mahecha M.1, Sindy Chaparro D.2, Martha Saray A.3, Kelly Reynoso N.4
1
Licenciado en Química. Magister en ciencias biológicas. Docente investigador. Facultad de ciencias. Universidad de Ciencias
Aplicadas y Ambientales U.D.C.A, Calle 222 No. 55-37, Bogotá, Colombia, e-mail: [email protected];
2
Química. Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A, Calle 222 No. 55-37, Bogotá, Colombia, e-mail: [email protected];
3
Química. Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A, Calle 222 No. 55-37, Bogotá, Colombia, e-mail:
[email protected];
4
Química. Magister en toxicología. Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A, Calle 222 No. 55-37, Bogotá,
Colombia, e-mail: [email protected];
RESUMEN
Palabras clave: Contaminación ambiental, minería, carbón
mineral.
SUMARY
La minería del carbón en Colombia que se lleva a cabo en
los departamentos carboníferos del interior del país es medianamente tecnificada o en algunos casos artesanal, lo que
indica que el control ambiental es bajo (el primer caso) o
inexistente (segundo caso), lo cual conlleva a que durante
el proceso de extracción partículas como metales pesados
y otros que se encuentran dentro de la matriz del carbón
estén en interacción con el medio circundante o los mineros,
llegando a generar problemas de contaminación y enfermedades. En la presente investigación se realizó un análisis de
cuantificación de Arsénico y Mercurio, presentes en muestras de carbón, suelo, fuentes hídricas y tejido foliar, tomadas de zonas aledañas a minas carboníferas del municipio
de Guachetá (Cundinamarca). El análisis de estos metales
se realizó por medio de una digestión ácida, posteriormente
se cuantifico mediante la técnica de espectrofotometría de
emisión atómica con plasma acoplado inductivamente (ICPOES) adaptado con un sistema de generación de hidruros.
Se determinó en carbón niveles de arsénico entre 2,90ppm y
0,19 ppm y mercurio 0,30ppm y 0,09 ppm; en suelos, arsénico entre 7,19ppm y 1,98 ppm y mercurio 0,16ppm y 0,02
ppm; en tejido foliar arsénico entre 0,12ppm y 0,10 ppm y
mercurio 0,04ppm y 0,01 ppm; el nivel de ambos metales en
las muestras de las fuentes hídricas fue indetectable.
Coal mining in Colombia – the one done in the interior regions of the country – is executed with limited technical expertise, in some circumstances at levels of basic handcraft.
In both cases low-to-inexistent environmental controls follow
the extraction processes. As a consequence, particles that
need to be restrained, like heavy metals and others found
within the coal matrix, interact directly with the surroundings
and miners. This lack of heavy-particles control has generated then several contamination and disease problems. The
present research did a quantification analysis of Arsenic
and Mercury metals in coal, soil, leaf tissue and water sources samples; taken on nearby places to coal mining zones
in Guachetá, Cundinamarca. The methods used for metals analysis were acid digestion, following a quantification
process through atomic emission spectrophotometry with
inductively-coupled plasma (ICO-OES), adjusted with a hydride generation system technique.
The study found the following. On coal samples levels of arsenic between 0.19 ppm to 2.90 ppm, and mercury between
0.09 ppm to 0.30 ppm. On soil samples, levels of arsenic
between 1.98 ppm to 7.19 ppm, and mercury between 0.02
ppm to 0.16 ppm. On leaf tissues, levels of arsenic between
31
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
0.12 ppm to 0.10 ppm, and mercury between 0.01 ppm to
0.04 ppm. On samples taken from water sources no concentration levels of both metals were detected.
El carbón es un producto mineral con una composición en
metales esenciales, tóxicos y pesados que varía sus concentraciones dependiendo de la ubicación geográfica, la mina,
y condiciones geográficas de la zona, estas concentraciones
pueden variar y superar el límite de potencial tóxico permitido para la población (Gómez, 2011). Es por ello que surge
el interés de analizar la presencia y contracción de contaminantes como Arsénico y Mercurio en diferentes muestras de
carbón del municipio de Guachetá en Cundinamarca y de
suelos, tejido foliar y fuentes hídricas cercanas a las minas
objeto de análisis para verificar si el proceso de explotación
y transporte tenía algún tipo de repercusión en los mismos.
Keywords: Environmental pollution, mining, coal.
INTRODUCCION
En Colombia, para realizar la explotación de un mineral solo
es requerido tramitar los permisos ambientales frente a la
utilización del recurso mineral, ante la corporación que esté
a cargo de la zona de beneficio, sin la necesidad de solicitar
una licencia ambiental y sin un adecuado control de la misma sobre el desarrollo de la actividad, dando lugar a la generación de procesos que conllevan a deforestación, generación de residuos sólidos peligrosos como metales pesados
y sustancias toxicas, que dan lugar a la contaminación de
fuentes hídricas y suelos principalmente de zonas cercanas
a la mina (González, 2013). Esta problemática afecta negativamente las actividades socioeconómicas, presentando un
elevado riesgo de exposición por parte de la población y los
mineros a la contaminación debido a la presencia de metales
pesados y tóxicos. Aspectos que se reflejan en la calidad de
vida de las poblaciones aledañas encontrando una exposición directa a los trabajadores de la mina por la explotación
excesiva.
Las reservas de carbón que posee Colombia son muy grandes en comparación con otros países del sector, y los beneficios económicos a que conlleva la explotación de las mismas
se han convertido en un segmento muy importante en la
economía, sin embargo es de vital importancia vigilar que la
explotación de este recurso se haga de manera adecuada,
es decir que el impacto sobre el medio ambiente y la población de la misma no tenga efectos a mediano o largo plazo
puedan transformarse en un problema ambiental o de salud
para la población; parte de esa vigilancia debe verse reflejada
en el control y análisis de tóxicos que pueden derivarse del
proceso de explotación (UPME, 2005), como el caso del presente estudio que busca verificar, si debido a la explotación
carbonífera en algunas minas de carbón en Guachetá el medio que los rodean han podido verse afectados por niveles
altos de arsénico y mercurio y analizar si los niveles son lo
suficientemente altos para ser un problema para la población (ATSDR, 2005).
A pesar de los múltiples beneficios que genera la comercialización del carbón, su producción lleva a un gran desconcierto, debido a que en todas las etapas de la explotación
carbonífera, la fundición y la quema de combustibles fósiles,
se liberan algunas partículas conocidas como polvo las cuales pueden contener trazas de algunos metales pesados que
ocasionan efectos tóxicos en los seres vivos y el ambiente.
Su efecto contaminante puede ser muy grande dependiendo
de las condiciones climáticas y la permeabilidad de los suelos afectados (Bedoya et al 2004).
MATERIALES Y METODOS
Muestreo y conservación de muestras de carbón, suelo,
fuentes hídricas, y tejido foliar.
La toma de muestras se realizó en el municipio de Guachetá Cundinamarca, se tomaron muestras de carbón de diferentes minas medianamente tecnificadas y artesanales; el
muestreo de carbón se realizó de acuerdo a la NTC 2713
(ICONTEC, 2005), las muestras del suelo fueron recolectadas como lo indica el manual de asistencia técnica N° 25 del
Instituto Colombiano Agropecuario ICA, la toma de muestras de agua se realizó en la parte media de la montaña en
una quebrada ubicada en una zona cercana a la mina donde
existía probabilidad de contaminación, estas se almacenaron
en recipientes de plástico y se les agrego ácido nítrico HNO3
para una adecuada conservación. El muestreo de tejido foliar
se realizó en arboles de eucalipto, presentes en los alrededores de las entradas de las minas de carbón, para el mismo
les fue retirado las hojas que es el material de interés, estas
se almacenaron en bolsas debidamente identificadas para
iniciar el proceso de pre-tratamiento.
En algunos informes del Banco de Datos del Sistema Único
de Salud en Brasil (DATASUS), se ve reflejada la problemática
que presenta la exposición a que se enfrentan las personas
involucradas en la actividad minera o los residentes aledaños
a la zona. “En la ciudad de Lauro Müller Brasil, ubicada en
un lugar cuya principal actividad económica es la minería de
carbón y la dirección del viento favorece a una exposición
casi continua de polvo de carbón durante gran parte del año,
el 30% de los procedimientos médicos son causados por enfermedades en las vías respiratorias, y el 4%, relacionado con
diferentes tipos de cáncer. Cabe anotar que muchos metales
contenidos en el carbón son contaminantes problemáticos
para la salud y el medioambiente algunos de ellos reconocidos por causar cáncer, otros por afectar la reproducción y el
desarrollo normal de los niños, y otros por generar daños en
los sistemas nervioso e inmune” (Gómez, 2011).
32
Camilo Mahecha M., Sindy Chaparro D., Martha Saray A., Kelly Reynoso N.
Secado y molienda:
Las muestras carbón fueron secadas a temperatura ambiente en un lugar sin flujo de aire para evitar la contaminación
y posteriormente tamizadas a un tamaño de 2 mm y almacenadas en bolsas plásticas debidamente identificadas para
iniciar la digestión. Para suelos se tomó como guía el protocolo de pre-tratamiento de muestras de Corpoica donde
se especifica las condiciones de secado en un horno que no
supere los 40°C, se esparcieron las muestras sobre un papel
kraf limpio; para la molienda se tamizo a un tamaño de 2
mm y almaceno en cajas de cartón identificadas.
Resultados de cuantificación de Arsénico (As) y Mercurio
(Hg) por ICP- OES.
En las muestras de carbón , de acuerdo a los promedios obtenidos, se evidencia la presencia de Arsénico oscilando en
un rango de 2,91 mg/Kg a 0,19 mg/Kg (tabla 2), observando
valores más altos en los análisis de las muestras de carbón
procedente de la mina artesanal que se caracteriza por producir carbón tipo bituminoso medio en volátiles y los valores
más bajos de las muestras tomadas a minas que producen
carbones bituminosos bajos en volátiles; de igual manera la
presencia de Mercurio oscila en un rango de 0,30 mg/Kg a
0,09 mg/Kg (tabla 2), evidenciando un mayor valor en las
muestras del carbón térmico genesiano y un menor valor en
las muestras de la peña estéril; los valores obtenidos no son
comparables con rangos específicos ya que cada muestra de
carbón es diferente y sus concentraciones varían dependiendo de su roca madre.
En las fuentes hídricas se conservaron las muestras con Ácido Nítrico (HNO3) y posteriormente se refrigeraron para evitar crecimiento microbiológico. Las muestras de tejido foliar
se secaron en horno a 70°C y luego fueron trituradas en un
molino; el residuo se almaceno en bolsas plásticas debidamente identificadas.
En suelo se evidencio la presencia de Arsénico en un rango
de 7,19 mg/Kg a 1,98 mg/Kg (tabla 2), observando valores
más altos en los suelos procedentes del cultivo ubicado a 1
Km aproximado de las minas de carbón, muestras identificadas como suelo de cultivo de finca, en estos suelos con alta
concentración de Arsénico también se realizó una análisis
completo de fertilización donde se observó un pH muy acido
asociado a una alta saturación de aluminio, bajo porcentaje
de materia orgánica, bajos niveles edáficos y la alta saturación de Aluminio que favorece el lavado de las bases cambiables. En las muestras correspondientes a los suelos más cercanos a la mina, el nivel de arsénico es menor, comparando
con los anteriores suelos, esto puede indicar que al liberarse
el Arsénico considerando la dirección de las corrientes de
aire, este no es estático y no queda directamente alrededor
de la mina sino que se transporta siendo más representativo
en los suelos lejanos de las minas de Carbón, lo que aumenta el peligro para los pobladores y el medio ambiente de
interactuar con la sustancia.
Digestión ácida por sistema microondas ultrawave
El proceso de digestión ácida de las muestras para mineralización total del carbón, total del tejido foliar y seudo-total
de suelos se realizó en horno microondas de alta presión
Ultrawave. Terminado el proceso de digestión se trasladaron las muestras a tubos falcón debidamente codificados,
llevando a volumen final de 30 ml con agua desionizada; filtrando posteriormente las muestras a gravedad con papel
filtro cualitativo.
Cuantificación de Arsénico y Mercurio
Se realizó el análisis de los elementos trazas arsénico (As) a
una longitud de onda de 189.042 nm y mercurio (Hg) a una
longitud de onda de 253.652 nm en espectrómetro de emisión con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) marca
Thermo scientific serie 6000 utilizando sistema de generación de hidruros; utilizando software iTEVA. La curva de calibración para la determinación de As y Hg se realizó en partes
por billón (ppb o µg/L) se preparó en ácido clorhídrico para
asegurar la estabilidad de los elementos en la solución que
provienen de un multi-elemento certificado y específico para
ICP-OES. Los Análisis fueron efectuados por triplicado para
cada muestra. La cuantificación de las muestras en el equipo
se realizó siguiendo el instructivo de manejo del ICP-OES de
Corpoica, finalizada la cuantificación se exportaron los datos
y se realizó el tratamiento de los resultados para indicar su
concentración en mg/kg.
De igual manera los niveles más bajos del análisis para esta
matriz se observan en muestras de suelo alrededor de las minas privadas del sector (minas medianamente tecnificadas)
demostrando el mismo patrón y ratificando la importancia
de las corrientes de aire en el proceso de transporte del mineral y la probable contaminación generada por el mismo.
La presencia de arsénico en el suelo puede ser un factor que
afecta el crecimiento de los cultivos y da lugar a procesos de
bioacumulación; comparando los niveles de Arsénico para el
momento del análisis con los límites permisibles referenciados en la bibliografía de acuerdo la Organización mundial de
la Salud, los resultados aún son aceptables (ATSDR, 2005).
Con respecto a mercurio se encontraron muy pequeñas trazas en rangos de 0,16 mg/Kg a 0,02 mg/Kg (tabla 2), donde
los valores más altos son de suelos aledaños a minas y cerca
a fuentes hídricas y los valores más bajos se encuentra en los
RESULTADOS Y DISCUSION
Codificación de las muestras según matriz
En la Tabla 1 se relacionan los códigos de las muestras, la
identificación de las muestras se realizó teniendo en cuenta
la matriz de análisis y las especificaciones correspondientes
al lugar de muestreo.
33
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Tabla 1. Codificación muestras para el análisis
Código
Descripción del muestreo
C- # 1
Mina de carbón artesanal Plinio Quiroga, vereda la peña carbón medio volátil
S- # 2
Lodo inicial cercano a zona minera (suelo)
Tf- # 4.1
Eucalipto mina 1 Esperanza Flor Caño
Tf- # 4.2
Eucalipto mina 1 artesanal Plinio Quiroga
Tf- # 4.3
Eucalipto mina 1 oscuro alto volátil
S- # 5
Cultivo finca lado izquierdo solo maíz fertilización 20 días
S- # 6
Suelo cultivo finca lado derecho 20 días de fertilización (primer muestreo)
S- # 7
Suelo cerca de la mina castilla
S- # 8
Suelo cultivo finca lado izquierdo sin arveja 20 días de fertilización
C- # 9
Carbón térmico Genesano
C- # 11
Peña estéril mina 1
C- # 13
Carbón oscuro alto volátil
S- # 14
Suelo cultivo finca tomo centro, mayor crecimiento del cultivo 20 años sin uso 20 días
C- # 15
Residuo de carbón vereda peña mina 1 de Esperanza Flor cañón
C- # 18
Carbón claro bajo en volátiles
S- # 19
Suelo cultivo finca lado derecho 4 días de fertilización (segundo muestreo)
S- # 20
Suelo aledaño a las minas y cerca al rio
C- # 21
Carbón de la mina 1
Fh-# 22
Agua fuente hídrica inicial del muestreo cerca a la primera mina
Fh- # 23
Agua pura nacimiento potreritos
Fh- # 24
Replica de agua fuente hídrica inicial del muestreo cerca a la primera mina
Fh- # 25
Quebrada onda patricio
C: Muestras de carbón, peña y residuos
S: Muestras suelo y lodo
Tf: Eucalipto
Fh: Fuentes hídricas
Tabla 2. Resultados de cuantificación de As y Hg para Carbón
CARBON, SUELO, TEJIDO FOLIAR, FUENTES HIDRICAS
Código de muestra
C- # 1
C- # 9
C- # 11
C- # 13
C- # 15
C- # 18
C- # 21
S-# 2
S-# 5
S-# 6
 As (mg/Kg)
2,91
0,81
1,50
0,83
0,37
0,19
0,35
2,62
7,19
6,61
34
 Hg (mg/Kg)
0,30
0,19
0,25
0,10
0,16
0,09
0,16
0,14
0,02
0,04
Camilo Mahecha M., Sindy Chaparro D., Martha Saray A., Kelly Reynoso N.
S-# 7
S-# 8
S-# 14
S-# 19
S- # 20
Fh- #22
Fh- #23
Fh- #24
Fh- #25
Tf - # 4.1
Tf - # 4.2
Tf - # 4.3
1,98
6,34
5,93
4,76
4,85
0,00*
0,00*
0,00*
0,00*
0,12
0,12
0,10
0,07
0,01
0,02
0,04
0,16
0,00*
0,00*
0,00*
0,00*
0,04
0,01
0,01
*Valores por debajo del límite de detección
cultivos de la mina, observando que el fenómeno utilizado
para los resultados del arsénico no genera el mismo efecto
por esta razón en estos puntos de muestreo la concentración
es más baja. Tomando los datos obtenidos luego de análisis
se observa que las concentraciones no superan los límites
permitidos para causar daños tóxicos a corto plazo en el medio ambiente y sus habitantes.
mina en la cual se genere puesto que este puede producir
silicosis y enfermedades pulmonares, de la misma manera
las partículas de polvo debe ser controladas para garantizar
un mínimo en las minas y áreas industriales asociadas para
proteger a los mineros y habitantes aledaños a las minas.
Los datos de tejido foliar correspondientes a muestras de
eucalipto presente en zonas aledañas a los terrenos de las
minas de carbón presenta valores bajos de los metales en
estudio (arsénico entre 0,12ppm y 0,10 ppm y mercurio
0,04ppm y 0,01 ppm), esto puede estar relacionado con las
disponibilidad del arsénico y el mercurio en el suelo para ser
tomado por los tejidos foliares, teniendo presente que las
concentraciones de los metales en estos suelos tampoco es
tan significativo. Los límites máximos permisibles al compararlos con los datos obtenidos durante el análisis observamos que las muestras de tejido foliar aledañas a las minas de
carbón no tienen adsorción de estos metales. Con respecto
análisis de agua los niveles de As y Hg soluble estuvieron por
debajo del límite de detección del equipo (tabla 2).
Se evidencio que tanto el carbón, como las partículas de
polvo derivadas del mismo, por tener una estructura química compleja generan contaminantes ambientales durante la
explotación, extracción, y transporte del mineral debido a su
fácil acumulación; dentro de los contaminantes aportados se
pudo determinar la presencia de Arsénico y Mercurio directamente en las muestras de carbón, en muestras de suelos
y tejido foliar de zonas aledañas o relacionadas con la mina.
La técnica analítica de espectrometría de plasma acoplado
inductivamente con emisión óptica (ICP-OES) con sistema
de generación de hidruros para el análisis de Arsénico y Mercurio es útil para la evaluación el estudio de dichos metales,
mostrando alta sensibilidad; límites de detección y cuantificación de arsénico y mercurio en concentraciones de partes
por billón y eficiencia en la cuantificación de varios elementos en una sola toma de muestra.
CONCLUSIONES
A partir de los resultados encontrados en esta investigación,
los niveles de concentración de arsénico y mercurio derivada
de la explotación de carbón, no superan los límites permisibles, pero se puede valorar la importancia de la presencia de
estos metales en las diferentes matrices de análisis debido
a que pueden llegar a acumularse afectando el medio ambiente y por interacción al hombre; con la diaria explotación
de las minas, se genera partículas de polvo que se dispersan
por el medio a través del aire llegando a los suelos, plantas,
fuentes hídricas y el ser humano; estos metales pueden ser
absorbidos por los organismos vivos, es por ello que el control de partículas de polvo debe ser importante en cualquier
Los estudios realizados en Colombia sobre el impacto Ambiental y la salud de los trabajadores de las Minas son muy
escasos, falta hacer énfasis y desarrollo sobre esta problemática, teniendo en cuenta que es un país con minería de
carbón en la mayor parte del territorio.
BIBLIOGRAFIA
1. ATSDR (Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro
de Enfermedades). 2005. Reseña Toxicológica del
35
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
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lowMauss13_1/terceraSesion/Impacto%20de%20
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Arsénico. http://www.atsdr.cdc.gov/es/phs/es_phs2.
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5. INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS Y
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canal en mina. Bogotá: ICONTEC, 2005.7p. (NTC
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3. GOMEZ. J. 2011. Determinación de la Toxicidad Aguda
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unal.edu.co/4320/1/598923.2011.pdf. Universidad
Nacional de Colombia en covenio con la Universidad
de Cartagena.
6. UPME (Unidad de planeacion minero energetica). 2012.
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4. GONZALES, L. 2013. Impacto de la minería de hecho
en Colombia. Estudios de caso: Quibdó, Istmina,
Timbiquí, López de Micay, Guapi, El Charco y Santa
Bárbara.
36
Ricardo Aguilera García
LOS PROYECTOS COMO COMPONENTE INVESTIGATIVO
EN EL AULA DE CLASE EN EL PRIMER SEMESTRE EN LA
ASIGNATURA DE MATEMÁTICAS PARA
CIENCIAS PECUARIAS
PROJECTS AS A RESEARCH COMPONENT IN THE
CLASSROOM OF THE FIRST SEMESTER REGARDING IN
THE SUBJECT OF MATHEMATICS IN THE
ANIMAL SCIENCE PROGRAM
.
Ricardo Aguilera García
Matemático, M.Sc. Facultad de Ciencias. Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales U.D.C.A. [email protected]
RESUMEN
SUMMARY
Existen diversas metodologías que permiten desarrollar competencias en el aula de clase, entre ellas están los Proyectos,
situaciones Problema de la vida real; en este informe se presentan los resultados del proyecto aplicado en la semana
10 y 11 del periodo académico 2014_2 en la Universidad de
Ciencias Aplicadas y Ambientales como componente de formación investigativa a un total de 26 estudiantes de primer
semestre de Medicina Veterinaria.
There exist are several methodologies to develop skills in the
classroom, these include the projects, in this report the results of the project implemented during in the weeks 10 and
11 of the 2014_2 academic year in the University of Ciencias
Aplicadas y Ambientales presented as a research component
to a total of 26 students of Veterinary Medicine.
The project was developed in four hours (4) in the classroom,
each student worked with the permanent presence of the teacher, and in the end each student submitted a report written
by hand.
El proyecto se desarrollado en cuatro horas (4) en el aula de
clase, cada estudiante trabajo individualmente con el acompañamiento permanente del docente, y al final cada estudiante entrego un informe escrito a mano. To visualize and quantify what each student has achieved
and what he /she should continue to improve for in every
competition defined in the project, an evaluation Matrix
was used (rubric ), that which focuses on six (6) performance criterias, use of proper scientific language pertinent
to Mathematics(C1), Communication(C2), Mathematical
Processes(C3), Mathematics depth(C4), Information technology and communications(C5), conclusions(C6) , and their
respective levels and descriptors of performance.
Para visibilizar y cuantificar en cada estudiante lo alcanzado
y lo que debe seguir mejorando en cada competencia definida en el proyecto, se trabajó en una matriz de valoración
(Rubrica Analítica ), que se focalizo en seis (6) criterios de
desempeño, Uso del lenguaje científico propio de la Matemática (C1), Comunicación(C2), Procesos Matemáticos(C3),
Profundidad Matemática(C4), Tecnología de la información y
las comunicaciones (Tics)(C5), Conclusiones (C6) , y con sus
respectivos niveles y descriptores de competencia.
The results of the six performance criteria for each student
was obtained.
Se consolidó los resultados de los seis criterios de desempeño para cada estudiante y grupal.
Additionally, a summary of each criterion is made with respect to the group.
Palabras clave: Proyecto, Rubrica Analítica, Criterios de Evaluación, Niveles y Descriptores de desempeño.
Keywords: Project, Rubric, Evaluation Criteria, Levels and
Descriptors of performance.
37
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
INTRODUCCIÓN
Se consolida en porcentaje cada criterio a nivel de grupo
(Tabla3)
Existen diversas metodologías que permiten desarrollar
competencias, lo que da soporte al docente para diseñar,
desarrollar y evaluar espacios en el aula de clase en los cuales se active una serie de conocimiento factuales ó declarativos (saber conocer) , habilidades y destrezas (saber hacer) , y actitudes y valores (saber ser).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En el Criterio Uso del lenguaje Científico propio de la Matemática, el 73% de los estudiantes alcanzo el nivel 1.
Nivel 1: Utiliza algún lenguaje adecuado durante todo el proyecto
Entre las principales metodologías con un rigor en su aplicación y permiten desarrollar capacidad de investigación, análisis, interacción entre las diferentes áreas del conocimiento,
conocimiento y uso de las tecnologías de la información y las
comunicaciones, y responsabilidad para el autoaprendizaje
están Tópicos generativos, Simulación, Proyectos, Estudios
de Casos, Aprendizaje basado en Tics , Aprender mediante el
servicio, Investigación con tutoría, Aprendizaje Cooperativo
(PIMIENTA,P.J.2012).
Criterio Comunicación, el 62% de los estudiantes alcanza el
nivel 1.
Nivel 1: No da explicaciones completas y/o representa la información en tablas ó gráficos que contribuyan significativamente a la interpretación de los resultados en el desarrollo
del proyecto.
El método de proyectos, the proyect method, fue conceptualizado y sistematizado por William Heard Kilpatrick, filósofo norteamericano( 1918),como un procedimiento dinámico
en el aula de clase para la enseñanza agrícola, que se apoya
en actividades que involucren al estudiante con la teoría y
la práctica, es una metodología que plantea una situación
problema real que requiere solución ó comprobación, y que
al programarse en 4 horas de clase presencial le exige al estudiante eficiencia y efectividad en administrar su tiempo en
el aula de clase , los recursos y la tecnología.
Criterio Procesos Matemáticos, el 58% de los estudiantes alcanzo el nivel 1.
Nivel 1: Define algunas variables, parámetros o restricciones
Criterio Profundidad Matemática, el 81% de los estudiantes
alcanzo el nivel 1.
Nivel 1: Usa estructuras matemáticas de la asignatura.
Criterio Tics, el 92% de los estudiantes alcanza el nivel cero
(0).
MATERIALES Y MÉTODOS
Nivel 0: Utiliza Tics solo para cálculos aritméticos sin una
adecuada interpretación de los resultados en el desarrollo
del proyecto
Durante el segundo semestre de 2014_2 se aplicó un proyecto como componente de formación investigativa a un total
de 26 estudiantes de Medicina Veterinaria de primer semestre , y para visibilizar y cuantificar en cada estudiante el grado
alcanzado y lo que debe seguir mejorando en cada competencia, se trabajó una matriz de valoración , Rúbrica analítica
(Sergio Tobón ; Antonio Rial Sánchez , 2006), la cual genera
una nota final , suma de cada puntaje del nivel alcanzado en
cada criterio (Moskal, 2000;Nitko ,2001), y que se comparte
con cada estudiante enfatizando los niveles alcanzados y lo
que debe seguir mejorando en los seis criterios.
Criterio Conclusiones, el 77% de los estudiantes alcanzan el
nivel cero (0).
Nivel 0: No ha llegado a ninguna conclusión.
CONCLUSIONES
Revisión de los programas Analíticos en las asignaturas
Bioestadística, Programación Lineal para continuar el trabajo por proyectos e Incluir secciones donde se trabaje con herramientas computacionales (Matlab, Maple, Pitón, Lenguaje
R, Derive, Geogebra), para mejorar el criterio C5 que obtuvo
el porcentaje más alto de estudiantes 92% con nivel Cero (0).
Incluir situaciones problemas en diferentes contextos (interdisciplinaridad) y preguntas propositivas en las evaluaciones
formativas largas, cortas, guías talleres etc., donde se trabaje
los criterios C3, C6.
El proyecto fue desarrollado en cuatro horas en el aula de
clase, en las cuales cada estudiante trabajo independiente, y
recibiendo la asesoría permanente del docente, y al finalizar
la cuarta hora cada estudiante presento un informe escrito a
mano del proyecto.
Se utilizó como recurso informático para el almacenamiento
y procesamiento de cada rúbrica por estudiante una hoja de
Excel (Tabla 2)
38
0
39
Conclusiones
Tics
Utiliza Tics solo para calculos
aritmeticos sin una adecauda
interpretacion de los
resultados en el desarrollo del
proyecto
No ha llegado a ninguna
conclusión
Usa estructuras matematicas de la Investiga nuevas estructuras
asignatura.
matematicas.
No usa niniguna estructuras
de la Matemáticas
Profundidad
Matematica
Proporciona explicaciones y
razonamientos completos y los
representa coherentemente en
tablas ó graficos que contribuyan
significativamente a la
interpretacion de los resultados
en el desarrollo del proyecto .
3
Utiliza Tics para calculos que
contribuyen significativamente a
un mejor desarrollo del proyecto
Da conclusiones pertinentes y
adecuadas del proyecto
Utiliza Tics para calculos con una
limitada interpretacion de los
resultados en el desarrollo del
proyecto
Da algunas conclusiones sin
relación al contexto del proyecto
Analiza correctamente las
Define las variables , parámetros y
variables , parámetros y
restricciones e intenta crear una
restricciones , y propone un
regla, conjetura y/o patron
modelo
Define algunas variables ,
parámetros o restricciones
No define variables ,
parámetros ó restricciones
Procesos
Matemáticos
Proporciona explicaciones ó
razonamientos adecuados y/o los
representa en tablas ó graficos
que contribuyen significativamente
a la interpretacion de los
resultados en el desarrollo del
proyecto .
Utiliza el lenguaje en forma
adecuada y precisa durante todo
el proyecto
2
Co municació n
No da explicaciones completas y/o
representa la informacion en tablas
ó graficos que contribuyan
significativamente a la
interpretacion de los resultados en
el desarrollo del proyecto
Utiliza algún lenguaje adecuado
durante todo el proyecto
1
No da explicaciones ni
representa la informacion en
tablas o graficos que
contribuyan a la
interpretacion de los
resultados en el desarrollo del
proyecto
Uso del lenguaje
No utiliza el lenguaje
Cientifico propio de la adecuado durante todo el
Matemática
proyecto
Criterios
Descriptores
Tabla 1 : Rubrica Analitica con seis criterios y sus respectivos niveles y descriptores
Analiza correctamente las
variables , parámetros y
restricciones , y propone un
modelo y lo ajusta a los datos .
4
Analiza correctamente las variables ,
parámetros y restricciones , y
propone un modelo, lo ajusta a los
datos , lo aplica a otras situaciones
con sus respectivas limitaciones
5
Ricardo Aguilera García
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Tabla 2 : Niveles de los seis Criterios y Nota final de 1 a 5 de cada estudiante
Estudiante
C1
C2
C3
C4
C5
1
2
1
2
1
0
2
1
1
1
1
0
3
1
1
1
1
0
4
1
1
1
1
0
5
1
1
1
1
0
6
2
3
3
2
0
7
1
1
2
1
0
8
1
2
3
1
0
9
1
2
2
1
1
10
2
1
1
1
1
11
1
2
1
1
0
12
1
2
1
1
0
13
2
1
1
1
0
14
0
0
0
0
0
15
1
1
1
1
0
16
1
1
1
1
0
17
1
2
3
2
0
18
1
1
1
1
0
19
1
2
3
1
0
20
0
0
0
0
0
21
0
0
0
0
0
22
1
1
1
1
0
23
1
1
1
1
0
24
1
1
3
1
0
25
1
1
1
1
0
26
1
1
1
1
0
NO ENTREGO PROYECTO
C6
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
NOTA FINAL DE 1 A 5
2
1
1
1
1
3
2
3
3
2
2
2
2
0
2
1
3
1
2
0
0
1
1
2
1
2
Tabla 3: consolidado en porcentaje de cada criterio y sus niveles alcanzados a nivel de grupo
Matematicas ( Medicina Veterinaria)
Uso del
lenguaje
Cientifico
propio de la
Matemática
Niveles
Criterios
0
1
2
3
4
5
Procesos
Matemáticos
Comunicación
# Estudiantes
3
19
4
12%
73%
15%
# Est
3
16
6
1
12%
62%
23%
4%
26
100%
26
100%
# Est
3
15
3
5
0
0
26
12%
58%
12%
19%
100%
Profundidad
Matematica
# Est
3
21
2
12%
81%
8%
26
100%
40
Tics
Conclusiones
# Est
# Est
24 92% 20
2
8%
6
0
0%
0
77%
23%
0%
26
100%
26
100%
Ricardo Aguilera García
El documento escrito de cada estudiante es un buen insumo
para trabajar el criterio C2 en el Programa de permanencia
de calidad (PPC).
5. PIMIENTA, P.J.2012.Estrategias de Enseñanza. Aprendizaje docencia Universitaria basada en Competencias. Pearson Educación. México.
BIBLIOGRAFÍA
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Docentes para un aprendizaje significativo, Una
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Universidad de la Salle, ISBN : 978-958-8572-253.156 p.
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4. NIÑO, V.2007.La aventura de escribir. Del pensamiento
a la palabra.ECOE.Bogotá.
41
Erika Andrea Plazas González.
TAMIZAJE QUÍMICO Y EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD
ANTIOXIDANTE DE HOJAS Y FRUTOS DE TRES ESPECIES
DEL GÉNERO Miconia (MELASTOMATACEAE)
CHEMICAL SCREENING AND ANTIOXANT ACTIVITY OF
LEAVES AND FRUITS OF THREE SPECIES OF
Miconia (MELASTOMATACEAE)
Erika Andrea Plazas González.
M.Sc Química. Jardín Botánico de Bogotá José Celestino Mutis, Subdirección Científica. Av 63 # No. 68-95, Bogotá, Colombia. [email protected]
RESUMEN
capacity, similar to positive controls (catequine and Gallic
acid).
Este estudio permitió determinar la variabilidad de la actividad antioxidante y el contenido de metabolitos fenolicos en
tres especies del género Miconia. A partir de las hojas y los
frutos en dos estados de maduración de Miconia summa,
Minconia elaoides y Miocnia sp se obtuvieron los extractos
etanólicos y se cuantificó la cantidad de fenoles. Los extractos de frutos verdes presentaron la mayor concentración metabolitos fenólicos, se observó que a medida que aumentó el
grado de maduración disminuyó la concentración de estos.
La actividad antioxidante se cuantificó con el método de captación de radicales DPPH, se determinó la CI50 expresada
como VCEAC (mg/L). Los frutos verdes presentaron los mayores porcentajes de inhibición del radical y las menores CI50,
siendo los frutos M. summa y M. elaoides los que poseen
una mayor capacidad antioxidante con porcentajes cercanos
a los evidenciados por los controles positivos (Catequina y
Ac. Gálico).
Keywords: Miconia, Melastomataeaceae, Phenols, antioxidant, DPPH
INTRODUCCIÓN
Las especies pertenecientes a la familia Melastomataceae
son arbustos, hierbas o arboles de distribución pantropical,
con mayor presencia de especies en la región occidental de
América del Sur, la Guayana y sudeste del Brasil. La familia
se conforma por con 185 géneros y aproximadamente 5000
especies. En Colombia la familia está representada por 64
géneros nativos que incluyen más de 900 especies, distribuidas en la mayoría de ecosistemas desde el nivel del mar
hasta las zonas de páramo (Mendoza y Ramírez, 2006). Estas
especies son empleadas con fines medicinales, ornamentales y alimenticios. En la medicina tradicional principalmente
de Asia y Sur América son reconocidas por sus propiedades
astringentes, hemostáticas, antibacterianas y antidiarréicas
(Freire et al, 2002).
Palabras clave: Miconia, Melastomataeaceae, fenoles, antioxidante, DPPH
SUMMARY
En Colombia, algunas especies de esta familia son conocidas por sus propiedades medicinales para el tratamiento
de la malaria, infecciones, heridas en la piel, enfermedades
respiratorias, cálculos en la vejiga, otras dolencias genitourinarias y como diurético (García, 1974). Las especies de melastomataceas de las zonas rurales del Distrito Capital son
principalmente usadas con fines maderables y ornamentales
(Gutiérrez et al, 2011).
The variability of the antioxidant potential and total phenolic
content were determined in three species of Miconia genus.
The total phenolic content were simultaneously quantified
from the ethanolic extracts of leaves and fruits in two different ripening stages of Miconia summa, Minconia elaoides
and Miocnia sp. The green fruits extracts showed the highest
total phenolic content, where as the ripe fruits has the lowest
content. The antioxidant activity were quantified with the radical DPPH method expressed as the IC50 of VCEAC (mg/L).
The green fruits of M. summa and M. elaoides showed the
highest percentages of inhibition of DPPH and antioxidant
Por medio de los estudios de químicos de extractos y fracciones de especies de esta familia se ha determinado la presencia de metabolitos secundarios de tipo fenólico como
taninos hidrolizables, flavonoides y glicosidos cianogénicos y
43
volumen 2 - número 1 - 2016
Revista CienCia: DesaRRollo e innovaCión
en menor proporción terpenos y alquil bencenos. A partir de
los extractos de flores, frutos y hojas de especies de la familia
se han aislado flavonoides de tipo antocianina, glicosidos de
flavona y flavonoles con actividades antioxidantes y antibacterianas (Susanti et al, 2007).
extracción por maceración con etanol de 96%. Los extractos
se filtraron y concentraron a presión reducida en el rotavapor. Este procedimiento se realizó de forma repetitiva hasta
no observar residuo sólido en la evaporación del solvente o
hasta una disminución considerable del mismo, con el fin de
cuantificar los rendimientos de extracción.
Los taninos o polifenoles son los metabolitos secundarios
más abundantes y representativos de la familia, a este tipo de
compuestos se les atribuyen las características astringentes
y antioxidantes de un gran número de especies. Los taninos
presentes en esta familia son hidrolizables y poseen núcleos
derivados de los ácidos gálico y elágico (Yoshida et al. 2005;
Isaza J et al. 2004).
Análisis fitoquímico preliminar
A partir de los extractos etanólicos se realizaron separaciones sucesivas empleando solventes de diferentes polaridades con el fin de agrupar los metabolitos estructuralmente
semejantes en tres fracciones: ácida para el análisis de alcaloides, para ello se empelaron las pruebas de Dragendorff,
Valser, Mayer y Wagner. En la fracción etérea se realizó el
análisis de esteroides y terpenos, por medio de las pruebas
de Salkowski, Liebermann y VAO. En la fracción etanólica
desengrasada se hizo el análisis de fenoles y taninos (cloruro férrico, gelatina-sal), flavonoides (Shinoda y leucoantocianidinas), cumarinas (Erlich y Fluorescencia) y quinonas
(comportamiento ácido-base) entre otros. De esta forma fue
posible caracterizar los grupos de compuestos, de acuerdo a
su comportamiento químico, frente a las reacciones cualitativas. Para corroborar los resultados, se emplearon controles
positivos y negativos. Como control positivo se usó un extracto rico en metabolitos del tipo a analizar o un compuesto
puro o patrón y como control negativo se usó ácido clorhídrico, éter de petróleo o etanol según el caso (Sanabria, 1983;
Bilbao, 1994).
Los compuestos polifenolicos presentes en diferentes especies de la familia se caracterizan por su marcada actividad
antioxidante, relacionada a sus propiedades redox. Los polifenoles tienen la habilidad de disminuir la actividad de los
radicales libres actuando como agentes reductores, donadores de hidrógeno o como agentes quelantes (Stanojevic
et al., 2009).
En este trabajo se realizó la caracterización fitoquímica, la
cuantificación de fenoles y se determinó la actividad antioxidante por captación de radicales DPPH en los extractos de
hojas, frutos verdes y maduros de tres especies del género
Miconia ampliamente distribuidas y en zonas rurales del Distrito Capital; con el fin de determinar el potencial antioxidante y su variabilidad en los diferentes órganos.
Cuantificación de fenoles
El contenido total de fenoles en los extractos etanólicos de
la especies de estudio fue determinado espectrofotométricamente de acuerdo al método colorimétrico de Folin-Ciocalteu. A partir de una solución stock de ácido gálico a 200
mg/L (reactivo analítico) se construyó la curva de calibración
a concentraciones de 200, 150, 100, 50, 10, 5 y 1 ppm de
AG. Se pesó 1 mg del extracto etanólico y se disolvió en 1
mL de metanol, luego se aforó a 10 mL con agua destilada
obteniendo una solución de 100 mg/L. Posteriormente, se
tomó una alícuota de 1 mL de esta solución y se le agregó 5
mL del reactivo Folin-Ciocalteu (diluido en proporción 1:10
con agua destilada), se dejó en reposo 5 minutos y se le
agregó 4 mL de una solución 7.5% de carbonato de sodio, la
solución se agitó y se guardó en un lugar oscuro a temperaturaambientepor2horas(Stanojevićet al, 2009; Singleton,
et al 1999).
MATERIALES Y MÉTODOS
Recolección de Material vegetal
El material vegetal (hojas, frutos verdes y frutos maduros) de
las tres especies de la familia Melastomataceae fue colectado
en el páramo de Calderitas y Cruz verde. Las hojas, los frutos
verdes y maduros de la especie Miconia elaeoides fueron
recolectados en el páramo de Calderitas, vía Usme-Chipaque en las coordenadas N 04°24’12,01’’ y W 74°06’26,5’’ a
3137 m.s.n.m. Las especies Miconia summa y Miconia sp
fueron colectadas en el páramo de cruz verde vereda San
Francisco, en las siguientes coordenadas N 04°34’35,1’’ y W
74°00’07,4’’ y N 04°35’39,3’’ y W 073°59’15,3’’ respectivamente. Un espécimen para identificación y testigo de herbario fue depositado en el herbario de la Subdirección Científica del Jardín Botánico de Bogotá José Celestino Mutis.
Obtención de extractos
El material vegetal de las tres especies de la familia Melastomataceae se seleccionó, limpió y separó en los diferentes
órganos de interés: hojas, frutos verdes y maduros. Las hojas
y frutos de las tres especies se secaron a temperatura ambiente en la cabina con convección de aire durante 8 días.
El material vegetal seco se trituró y peso para someterlo a
Los ensayos se hicieron por triplicado y las lecturas se realizaron en un espectrofotómetro a una longitud de onda de
765 nm. Los resultados fueron expresados como mg de ácido gálico por g de extracto (mg GA/ g extracto).
Actividad antioxidante por captación de radicales libres
Los extractos etanólicos de los frutos verdes, rojos y mora-
44
Erika Andrea Plazas González.
Los mayores rendimientos de extracción se obtuvieron en
los frutos maduros de las tres especies de estudio, 31% para
M. elaeoides, 21% para M. summa y 20% para Miconia sp.
En la extracción de los frutos verdes y hojas se obtuvieron
rendimientos entre un 10 a 15%, con pequeñas variaciones
en cada especie. Los rendimientos de extracción son proporcionales a la cantidad de metabolitos secundarios solubles
en etanol, así que la variabilidad en los porcentajes en hojas
y frutos verdes respecto a los frutos maduros puede estar
relacionada con un mayor contenido de compuestos no solubles en etanol, como ligninas, polisacáridos y fibras en los
dos primeros.
dos se solubilizaron en metanol a tres concentraciones 150,
100 y 50 mg/L. Se tomó una alícuota de 200 μL de cada
concentración y se llevó a 2ml con una solución metanólica
de DPPH a 60mg/L. Se leyó la absorbancia a tiempo cero a
517 nm en espectrofotómetro. Se monitoreó la disminución
de la absorbancia cada minuto durante 5 minutos y posteriormente cada cinco minutos durante una hora o hasta observar la estabilización. Como control positivo se utilizó ácido
gálico en solución metanólica a concentraciones de 100, 50
y 10 mg/L (Sharma y Bhat, 2009; Mishra et al 2012; Deng
et al, 2011). Todos los ensayos se realizaron por triplicado.
El porcentaje de inhibición del radical DPPH (ecuación 2), se
calculó de la siguiente manera:
En las tres especies de estudios los extractos etanólicos tienen características similares, los extractos de hojas poseen
coloraciones verdes oscuras, apariencias pastosas y olores
característicos. Mientras que los extractos de frutos verdes y
maduros presentan coloraciones marrones claras a oscuras,
apariencias grasosas y olores dulces, lo que puede indicar
menor presencia de clorofilas, mayor presencia de grasas y
metabolitos glicosilados.
Donde, A es la absorbancia.
La concentración efectiva cincuenta (CI50) se determinó interpolando el valor correspondiente al 50% de inhibición del
DPPH. Los resultados fueron expresados como VCEAC (actividad antioxidante equivalente al ácido gálico mg/L).
En la tabla 2 se resumen los resultados del análisis fitoquímico preliminar para los 9 extractos de las tres especies, objeto
de estudio, el signo (+) es para las sustancias que están presentes en el extracto, mientras que el signo (-) significa que
están ausentes.
Análisis estadístico
El análisis estadístico para la determinación de fenoles, flavonoides totales y la cuantificación de la actividad captadora
de radicales libres DPPH, se realizó mediante el programa
estadístico statgraphics Plus.Todas las determinaciones se
realizaron por triplicado y los resultados se expresaron como
la media de tres determinaciones +/- desviación estándar.
Valores con la misma letra como superíndice no son significativamente diferentes (p>0.05).
De acuerdo a los resultados se observó variabilidad en cantidad y presencia de diferentes grupos de metabolitos secundarios en los órganos y especies de estudio. En el caso de
los flavonoides se logró determinar una alta presencia en los
frutos maduros de M. summa, bajas cantidades en los frutos verdes y ausencia en los frutos verdes y maduros de M.
elaoides y en las hojas de las tres especies. Los esteroides y
terpenos fueron más abundantes en los extractos de hojas y
frutos verdes, respecto a los extractos de frutos maduros en
las tres especies.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los rendimientos de extracción de las hojas y frutos de las
tres especies del género Miconia son variables y se encuentran entre el 10 y 30% (Tabla 1), que es el rango promedio para los procesos de extracción en productos naturales
(Hostettmann et al., 2008).
Teniendo en cuenta el comportamiento observado en el análisis cualitativo respecto a la presencia de metabolitos secundarios de tipo fenol en los extractos de las tres especies de
estudio, se realizó la cuantificación para determinar la variabilidad de los mismos de acuerdo al estado de maduración y
verificar su relación con la actividad antioxidante. En la tabla
3 se reportan los resultados de la cuantificación de fenoles
en los diferentes extractos de estudio. El contenido de compuestos fenólicos en plantas, podría clasificarse en tres categorías: Bajo (entre 1–10), Medio (entre 11–40), Alto con más
de40mgdeAG/gdeextracto(Stanojevićet al, 2009).
Tabla 1. Resultados de la obtención de extractos etanólicos
de tres especies del género Miconia
Especie
M. elaeoides
M. summa
Miconia sp
Órgano
Hojas
Frutos verdes
Frutos maduros
Hojas
Frutos verdes
Frutos maduros
Hojas
Frutos verdes
Frutos maduros
% Rendimiento
14,7
13,0
31,0
11,0
10,2
20,6
12,0
14,5
20,3
45
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
Tabla 2. Resultados del fitoquímico preliminar de los extractos etanólicos de tres especies del género Miconia
METABOLITO
PRUEBA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Alcaloides
Dragendorff
Mayer
Valser
Wagner
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Salkowski
LiebermannBurchard
VAO
+
++
++
+
++
+
+
++
+
+
+++
++
+
+
+
+
+
+
++
+
+
++
+
+
+
FeCl3
Gelatina-sal
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+++
+
-
++
-
+++
+++
+++
+
-
-
-
+
-
+
++
++
++
+++
++
++
++
+
+
++
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Cumarinas
Hidroxamato
férrico
Erlich
Fluorescencia
+++
++
+++
++
+++
++
+++
++
+++
++
+++
++
+++
++
+++
++
+++
++
Cardiotónicos
y Saponinas
Espuma
Antrona
Molish
+
++
+
++
+
++
+
++
+
++
+
++
+
++
+
++
+
++
Terpenos
esteroides
y
Fenoles
Taninos
y
Flavonoides
Quinonas
Shinoda
Leucoantocianidinas
Rosenhein
Zn/HCl
Zn/NaOH
Hidrosulfito
Rodamina
Convenciones: - no reacción, + tenue, ++ observable, +++ abundante
M. summa. 1. Hojas 2. Frutos verdes 3. Frutos maduros
M. elaoides. 4. Hojas 5. Frutos verdes 6. Frutos maduros
Miconia sp. 7. Hojas 8. Frutos verdes 9. Frutos maduros
Tabla 3. Cuantificación de fenoles totales en los extractos de
hojas y frutos de tres especies del género Miconia
Especie
M. summa
M. elaoides
Miconia sp
Órgano
C Fenoles
mg de AG/g
Hojas
F. verdes
F. maduros
Hojas
F. verdes
F. maduros
Hojas
F. verdes
F. maduros
852,2 ± 20,1
685,8 ± 15,1
659,4 ± 10,7
614,0 ± 12,5
880,4 ± 25,4
755,5 ± 1,2
908,3 ± 8,4
772,9 ± 18,4
647,7 ± 22,5
46
Se observaron altas concentraciones de este tipo de metabolitos secundarios con valores superiores a 600mg de AG
por gramo de extracto para todas las especies de estudio.
Estos resultados sugieren que un alto porcentaje de los compuestos presentes en los extractos de las especies de estudio
poseen hidroxilos aromáticos que reaccionaron con el complejo tungstofosfato-molibdato desarrollando coloraciones
azules, lo cual está en concordancia con el comportamiento
observado tanto en el análisis fitoquímico preliminar (Tabla
2). En estudios previos realizados en especies del género Miconia se han reportado una importante presencia de metabolitos fenólicos empleando métodos de cuantificación, así
como el aislamiento e identificación de flavonoides, taninos
y derivados del ácido cumarico, a los cuales se les atribuyen
actividades antibacterianas, antioxidantes y analgésicas (Pieroni et al., 2011).
Erika Andrea Plazas González.
En las especies M. summa y Miconia sp las mayores concentraciones de fenoles se presentaron en hojas, seguidas
de los frutos verdes y los frutos maduros, sin embargo las
diferencias en las concentraciones resultaron poco significativas. Por otro lado la especie M. elaoides presentó menor
concentración de compuestos fenólicos en las hojas y mayores concentraciones en frutos verdes y maduros respectivamente.
frutos verdes de las tres especies del género Miconia presentaron los mayores porcentajes de inhibición del radical y
las menores CI50, siendo los frutos verdes de M. summa y M.
elaoides los que poseen una mayor capacidad antioxidante
con porcentajes cercanos a los evidenciados por el control
positivo (Ac. Gálico).
Al comprar entre los diferentes órganos de las especies del
género Miconia se observa que los frutos verdes son más
activos, que los extractos de hojas y que los extractos de
frutos maduros poseen baja actividad captadora de radicales. Este comportamiento se puede correlacionar con las
concentraciones de fenoles totales obtenidas por el método
de Folin, en donde las hojas y los frutos verdes presentaron
las mayores concentraciones de este tipo de metabolitos secundarios. Sin embargo en la cuantificación de fenoles los
extractos de la especie Miconia sp, mostraron las mayores
concentraciones de fenoles comparadas con las dos especies restantes y en el ensayo de actividad antioxidante estos
fueron significativamente menos activos que M. summa y M.
eloides. Este comportamiento puede deberse a una mayor
concentración de fenoles con baja capacidad “atrapadora”
de radicales, por lo que es recomendable contrastar estos
resultados con otras técnicas de actividad antioxidante.
Las altas concentraciones de fenoles observadas en las tres
especies de estudio del género Miconia pueden estar relacionadas con actividades biológicas como actividad antioxidante, antibacteriana y citotóxica reportadas previamente
para este tipo de metabolitos secundarios aislados en la familia Melastomateaceae (Campos et al,. 2012).
La actividad antioxidante fue determinada por el método de
captación de radicales DPPH y fue expresada como actividad
antioxidante equivalente al ácido ascórbico mg/L (VCEAC). El
porcentaje de inhibición indica la capacidad del antioxidante
para neutralizar el radical libre DPPH a las concentraciones y
condiciones específicas, entre más alto el porcentaje, mayor
es su potencial como antioxidante. De forma complementaria el valor CI50 indica la concentración del antioxidante
necesaria para neutralizar la mitad de la concentración del
radical libre DPPH, por lo tanto a menor CI50 mayor poder del
antioxidante (Yen y Chen, 1995).
Estudios realizados en especies de la familia Melastomatácea
indican la presencia de polifenoles, flavonoides y ácidos fenólicos con actividad antioxidante, que posiblemente sea los
responsables de la actividad en los frutos verdes de las especies de estudio (Susanti et al., 2007; Gordon et al., 2011).
Los extractos de frutos verdes de las tres especies y los extractos de hojas de M. summa resultaron ser activos en el
ensayo de captación de radicales DPPH (Tabla 4). Los extractos de maduros de las tres especies, los extractos de hojas
de M. elaoides, Miconia sp, presentaron media y baja capacidad captadora de radicales DPPH con porcentajes entre
20 y 40% aproximadamente y CI50 superiores a 100ppm. Los
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al Jardín Botánico de Bogotá José Celestino
Mutis por la financiación de la investigación.
Tabla 4. Resultados de la actividad antioxidante por captación de radicales DPPH de los extractos de las especies de estudio
Especie
M. summa
M. elaoides
Miconia sp
Ac. Gálico
% Inhibición DPPH
100 ppm
Órgano
61,3
89,0
19,5
18,9
81,4
23,8
43,1
73,5
34,8
Hojas
F. verdes
F. maduros
Hojas
F. verdes
F. maduros
Hojas
F. verdes
F. maduros
Ac. Gálico
CI50 mg/L
96,6
47
86,9
38,9
122,1
261,8
17,7
392,2
124,6
20,7
143,9
2,0
Volumen 2 - Número 1 - 2016
Revista Ciencia: Desarrollo e Innovación
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