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METALES PESADOS PRESENTES EN EL AGUA INTRODUCCIN Los metales son
materias naturales que (desde la edad de hierro) han desempeado un
papel fundamental en el desarrollo de las civilizaciones. Pueden
encontrarse en mayores cantidades en los extractos profundos de los
ros y en menor proporcin en la superficie, los mantos acuferos no
contaminados pueden contener cantidades muy pequeas. Uno de los
mecanismos mediante el cual los metales llegan al ser humano se
debe a que las plantas absorben el metal a travs de la raz y a su
vez las especies animales lo hacen al alimentarse de aquellas. La
peligrosidad de los metales pesados es mayor al no ser qumica ni
biolgicamente degradables. Una vez emitidos, pueden permanecer en
el ambiente durante cientos de aos. Adems, su concentracin en los
seres vivos aumenta a medida que son ingeridos por otros, por lo
que la ingesta de plantas o animales contaminados puede provocar
sntomas de intoxicacin. La actividad humana incrementa el contenido
de estos metales en el ambiente en cantidades considerables, siendo
esta, sin duda, la causa ms frecuente de las concentraciones
txicas. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL
Estudiar metales pesados presentes en el agua. OBJETIVOS
ESPECIFICOS
Conocer la especiacin de los metales pesados. Conocer los
efectos de los metales pesados en la salud. Dar alternativas de
remocin de metales pesados
Cuando se conocieron los efectos ambientales debido a sustancias
toxicas, el hombre ha prestado ms atencin e iniciado medidas de
prevencin y proteccin de su medio ambiente. Siendo el agua es uno
de los recursos primordiales, motivo por el cual el hombre se
preocupa por tratar de mantener este recurso lo menos contaminado
posible. Al estar en contacto el agua con el aire, suelo existe una
introduccin de ciertos compuestos que lleguen a contaminar. Uno de
estos contaminantes son los metales pesados. En los ltimos aos ha
aumentado el inters por el conocimiento del papel de los metales
pesados en la salud y enfermedades humanas y por ende en el
ambiente que nos rodea. El contenido de metales pesados en el agua,
debera ser nicamente funcin de la calidad de agua que se tiene y la
procedencia de la misma.
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Para el reconocimiento de la contaminacin se utilizan los
"niveles de referencia" que conllevan sistemas de alerta,
vigilancia y control. Metales pesados
Metales pesados son aquellos cuya densidad es por lo menos cinco
veces mayor que la del agua. Los ms importantes son: Arsnico (As),
Cadmio (Cd), Cobalto (Co), Cromo (Cr), Cobre (Cu), Mercurio (Hg),
Nquel (Ni), Plomo (Pb), Estao (Sn) y Cinc (Zn). As y Se. aquellos
elementos qumicos que poseen un peso atmico comprendido entre 63.55
(Cu) y 200.59 (Hg),
Dentro de los metales pesados hay dos grupos:
Oligoelementos o micronutrientes que son los requeridos en
pequeas cantidades, o cantidades traza por plantas y animales, y
son necesarios para que los organismos completen su ciclo vital.
Pasado cierto umbral se vuelven txicos. Dentro de este grupo estn:
As, B, Co, Cr, Cu, Mo, Mn, Ni, Se y Zn. Estos elementos
minoritarios que se encuentran en muy bajas concentraciones en el
suelo y agua que al evolucionar la vida, adaptndose a estas
disponibilidades, ha ocurrido que las concentraciones ms altas de
estos elementos se han vuelto txicas para los organismos, forman
parte de sistemas enzimticos, como el cobalto, zinc, molibdeno, o
como el hierro que forma parte de la hemoglobina. Su ausencia causa
enfermedades, su exceso intoxicaciones.
Metales pesados sin funcin biolgica conocida, cuya presencia en
determinadas cantidades en seres vivos lleva aparejadas
disfunciones en el funcionamiento de sus organismos. Resultan
altamente txicos y presentan la propiedad de acumularse en los
organismos vivos. Son, principalmente: Cd, Hg, Pb, Cu, Ni, Sb, Bi.
Estos son los metales txicos cuya concentracin en el ambiente puede
causar daos en la salud de las personas. Los trminos metales
pesados y metales txicos se usan como sinnimos pero slo algunos de
ellos pertenecen a ambos grupos. La toxicidad de estos metales se
debe a su capacidad de combinarse con una gran variedad de molculas
orgnicas, pero la reactividad de cada metal es diferente y
consecuentemente lo es su accin txica. Usualmente las molculas
suelen tener dentro de su estructura grupos sulfidrilos los cuales
se combinan con facilidad con los metales pesados produciendo
inhibicin de las actividades enzimticas del organismo.
MOVILIDAD DE LOS METALES PESADOS
Los metales pesados pueden
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quedar retenidos en el suelo, ya sea disueltos en la solucin del
suelo o bien fijados por procesos de adsorcin, complejacin y
precipitacin
ser absorbidos por las plantas y as incorporarse a las cadenas
trficas, pueden pasar a la atmsfera por volatilizacin
movilizarse a las aguas superficiales o subterrneas
ESPECIACION DE METALES PESADOS Especiacin qumica.- Relacin del
metal con los constituyentes qumicos del agua. proceso de
cuantificacin del hierro en cada una de las especies, que se puede
encontrar en una muestra se lo de denomina " Especiacin qumica ".
El agua qumicamente pura no existe en la naturaleza, las aguas
naturales contienen la mayora de los metales pesados disueltos en
ella. La mayora de los metales pesados son txicos, en general, y lo
que los hace txicos no son sus caractersticas esenciales, sino las
concentraciones en las que pueden presentarse y el tipo de especie
que forman en un determinado medio. La importancia de la
especiacin. Las cantidades totales presentes constituyen una medida
poco representativa de la posible toxicidad de un metal pesado.
Resulta fundamental conocer la forma qumica bajo la que se
presenta, es decir la especiacin, pues la toxicidad de un elemento
es muy distinta dependiendo de su presentacin, que va a regular no
slo su disponibilidad (segn se encuentre disuelto, adsorbido,
ligado o precipitado) sino que tambin el grado de toxicidad que
presente va a depender de la forma qumica de s misma. No obstante,
por su facilidad de medida y reproductibilidad, en los estudios de
contaminacin se utilizan, muy frecuentemente los valores totales
para definir los umbrales de contaminacin. El tipo de sustancia
contaminante y la forma bajo la que se presente (soluble,
cambiable, ligada, adsorbida, ocluda) va a influir decisivamente en
el efecto contaminante producido. Por ejemplo en el caso del hierro
solo es txico a muy elevada concentracin, ya que el hierro se
encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza y es uno de los
elementos mas importantes para los sistemas biolgicos. Su
importancia biolgica se encuentra influenciada por sus propiedades
qumicas, tales como valencia, solubilidad y grado de quelacin o de
complejacin en la muestra en la que se encuentre. La interconversin
entre Fe2+ y Fe3+ es una propiedad qumica esencial del hierro, que
es utilizada por los microorganismos, plantas y animales, para sus
metabolismos oxidativos y para la asimilacin del metal.
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Al hierro se lo puede encontrar en las aguas formando diferentes
especies: coloides, partculas minerales (slidos en suspensin), o
fases disueltas (cationes o iones complejos). Las formas coloidales
suelen dar lugar a la formacin de hidrxidos, mientras que las
partculas slidas incluyen una gran variedad de minerales. Las fases
disueltas pueden a su vez ser capturadas por adsorcin o absorcin en
arcillas o hidrxidos. Adicionalmente, los compuestos orgnicos
pueden constituir fases con gran capacidad de captura de cationes
metlicos.
FACTORES QUE AFECTAN SU ACUMULACIN Y DISPONIBILIDAD
pH.Es un factor esencial. La mayora de los metales tienden a
estar ms disponibles a pH cido, El pH tiene un importante efecto
sobre la materia orgnica. El pH, es un parmetro importante para
definir la movilidad del catin, debido a que en medios de pH
moderadamente alto se produce la precipitacin como hidrxidos. En
medios muy alcalinos, pueden nuevamente pasar a la solucin como
hidroxicomplejos. Si el pH es elevado entonces puede bajar la
toxicidad metlica por precipitacin como carbonatos e hidroxidos. La
adsorcin de los metales pesados est fuertemente condicionada por el
pH del suelo (y por tanto, tambin su solubilidad).
DUREZA DEL AGUA Si el agua tiene una elevada dureza entonces
existe baja toxicidad porque existe la formacin de carbonatos
insolubles, tambin se presenta la adsorcin de los metales en el
carbonato y hay una baja biodisponibilidad de los metales. El
calcio y magnesio principales cationes productores de dureza
compiten con los metales por puntos activos en peces.
MATERIA ORGNICA Reacciona con los metales formando complejos de
cambio y quelatos. Los metales una vez que forman quelatos o
complejos pueden migran con mayor facilidad a lo largo del
perfil.
La materia orgnica puede adsorber tan fuertemente a algunos
metales, como es el Cu, que pueden quedar en posicin no disponible
por las plantas. Por eso algunas plantas, de suelos orgnicos,
presentan carencia de ciertos elementos como el Cu. La complejacin
por la materia orgnica del suelo es una de los procesos que
gobiernan la solubilidad y la bioasimilidad de metales pesados. La
toxicidad de los metales pesados se potencia en gran medida por su
fuerte tendencia a formar complejos organometlicos, lo que facilita
su solubilidad, disponibilidad y dispersin.
La estabilidad de muchos de estos complejos frente a la
degradacin por los organismos del suelo es una causa muy importante
de la persistencia
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de la toxicidad. Pero tambin la presencia de abundantes quelatos
puede reducir la concentracin de otros iones txicos en la solucin
del suelo.
CONDICIONES REDOX. El potencial de oxidacin-reduccin es
responsable de que el metal se encuentre en estado oxidado o
reducido.
i) Cambio directo en la valencia de ciertos metales; por
ejemplo, en condiciones reductoras el Fe3+ se transforma en Fe2+,
los iones reducidos son mucho ms solubles.
ii) En segundo lugar, las condiciones redox pueden afectar
indirectamente la movilidad de metales. As muchos metales estn
asociados o adsorbidos a hidrxidos de Fe y Mn, estos no son
estables a Eh bajos y se convierten en FeS o FeCO3 dependiendo de
las condiciones qumicas, cuando esto ocurre los metales que estaban
asociados con los hidrxidos de Fe y Mn se movilizan.
iii) En ambientes muy reductores el Fe se puede combinar con el
S2- hasta convertirse en pirita. Cuando los suelos y sedimentos
contienen cantidades significantes de pirita se crean condiciones
mas oxidantes, el S2- se oxida a SO4= liberando cantidades de
H2SO4, el suelo se acidifica fuertemente y los metales se hacen muy
solubles.
En definitiva, segn la forma en la que se encuentre el metal
retenido en el suelo, as ser la disponibilidad relativa por las
plantas y por tanto la incorporacin en los organismos.
Se han registrado varias formas de extraccin secuencial y se han
dado muchas opciones, pero resultan 5 pasos principales para ver la
especiacin:
1. fase intercambiable. 2. unido a la parte de carbonatos 3.
enlazado a los oxidos de hierro y manganeso 4. enlazado a la
materia orgnica 5. ligado a la materia mineral.
Algunos autores siguen las instrucciones de TESSIER quien
utiliza sales como Cloruro de Bario cloruro de amonio, clorato de
amonio, cloruro de magnesio, acetato de amonico, acetato de sodio
en la etapa de extraccin intercambiable, igualmente utilizaron
diferentes soluciones para destruir la materia orgnica y para
disolver la parte residual.
En el caso de los suelos al ir transcurriendo el tiempo
disminuye la disponibilidad de los metales, ya que se van fijando
en las posiciones de adsorcin ms fuertes y en general se considera
que la movilidad de los
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metales pesados es muy baja, quedando acumulados en los primeros
horizontes del suelo, siendo lixiviados a los horizontes
subsuperficiales en muy pequeas cantidades.
METALES PESADOS SUS EFECTOS SOBRE LA SALUD La exposicin a
metales pesados en determinadas circunstancias es la causa de la
degradacin y muerte de vegetacin, ros, animales e, incluso, de daos
directos en el hombre.
Hoy da se conoce mucho ms sobre los efectos de estos elementos,
cuya exposicin est relacionada con problemas de salud como retrasos
en el desarrollo, varios tipos de cncer, daos en el rin, e,
incluso, con casos de muerte.
Los metales pesados son peligrosos porque tienden a
bioacumularse. La bioacumulacin significa un aumento en la
concentracin de un producto qumico en un organismo biolgico en un
cierto plazo, comparada a la concentracin del producto qumico en el
ambiente. La toxicidad de los metales pesados se basa en que estos
influyen de diversas formas en los procesos fisiolgicos de los
organismos. Los metales mas peligrosos para toda forma de vida son
el mercurio, el cadmio y el plomo. ARSNICO Se encuentra ampliamente
distribuido en la naturaleza, los minerales con mayores
concentraciones son los arseniuros de cobre, plata, plomo, oro y
sulfuros de arsnico. El compuesto de arsnio mas utilizado, el
trixido de arsnico y es un subproducto de la fundicin de minerales
de cobre y plomo. La exposicin prolongada del arsnico tanto en la
poblacin general como en los trabajadores puede provocar lesiones
especficas en la piel (cncer en la piel, cncer del pulmn). La
exposicin crnica del arsnico en el agua de bebida causa lesiones y
los niveles de concentracin de arsnico en orina, sangre, cabello y
uas se consideran como marcadores de exposicin. La cuantificacin
del arsnico en la orina es el mejor de estos indicadores. El
arsnico en los suelos puede ser disuelto y adsorbido/absorbido por
las arcillas o la materia orgnica. Muchos de estos procesos son
mediados por la materia orgnica la que puede producir
transformaciones del tipo: Cambios de redox que inducen la
transformacin arsenito-arsenato.
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La biosntesis de compuestos de arsnico. Las formas solubles del
arsnico (p.ej., cidos metil arsnico [MMA] y dimetil arsnico [DMA])
son fuertemente txicas. La ingestin de grandes dosis lleva a
problemas gastrointestinales, cardiovasculares, disfunciones del
aparato nervioso, y finalmente a la muerte. Recordemos que el
arsnico ha sido uno de los venenos de largo plazo ms utilizados en
la historia de la humanidad, siendo Napolen (el emperador de
Francia), la vctima ms famosa. En general las formas inorgnicas son
ms txicas que las orgnicas, y el arsenito ms peligroso que el
arsenato. CADMIO La toxicidad del cadmio es muy compleja y se basa
en las mltiples posibilidades que tiene para formar macromolculas
remplazando otros metales que desempean un papel importante en la
actividad enzimtica. El cadmio causa daos en los riones y en las
enzimas e interfiere en el sistema hormonal. Tambien la afinidad
del cadmio con el grupo sulfidril conduce a la formacin de
proteinas de cadena corta. (CAMPOS 1987).
El Cadmio deriva sus caractersticas toxicolgicas de su semejanza
qumica con el cinc un micro alimento esencial para las plantas, los
animales y los seres humanos. La alta exposicin puede conducir a la
enfermedad obstructora del pulmn y se ha ligado al cncer de pulmn,
aunque los datos referentes al ltimo son difciles de interpretar
debido a los diferentes factores que originan el cancer. El cadmio
puede tambin producir efectos en el tejido oseo (osteomalacia,
osteoporosis) en seres humanos y los animales.
Fumar un paquete de 20 cigarrillos puede conducir a la inhalacin
alrededor de 2-4 g del cadmio, pero los niveles pueden variar
extensamente.
La exposicin adicional a los seres humanos se presenta a travs
del cadmio en el aire ambiente y agua potable. Debido a su
toxicidad, el cadmio se encuentra sujeto a una de las legislaciones
ms severas en trminos ambientales y de salud humana. En la vida
acutica, el cadmio puede incorporarse a los peces a travs de dos
rutas principales: Ingestin Introduccin en las agallas. En el caso
de los humanos, el cadmio se puede adquirir por dos vas: ingestin e
inhalacin.
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Sus efectos pueden ser divididos en dos categoras:
Agudos: fiebre de vapores de metal (metal fume fever) causada
por una exposicin severa; los sntomas son equivalentes a los de la
gripe; en 24 horas se desarrolla generalmente un edema pulmonar
agudo, el que alcanza su mximo en 3 das; si no sobreviene la muerte
por asfixia, el problema puede resolverse en una semana.
Crnicos: la consecuencia ms seria del envenenamiento por cadmio
es
el cncer. Los efectos crnicos que primero se observan son dao en
los riones. Los problemas seos han sido observados en Japn. se
denomin como la enfermedad "itai-itai" (por consumo de arroz
contaminado con cadmio; causa: irrigacin). Otros problemas
incluyen anemia, decoloracin de los dientes, y prdida del sentido
del olfato (anosmia).
Mercurio
Una posibilidad que da lugar a la movilizacin del Hg es a travs
de su metilacin, que corresponde a la formacin de un compuesto
organometlico. En el caso concreto del mercurio, se forma el
metil-mercurio, CH3Hg+, el cual, al igual que otros compuestos
organometlicos, es liposoluble. En consecuencia, estos compuestos
presentan una elevada toxicidad, puesto que pueden atravesar
fcilmente las membranas biolgicas y, en particular, la piel, y a
partir de aqu, la incorporacin del metal en la cadena trfica est
asegurada. Aparte del Hg, otros metales susceptibles a la metilacin
son Pb, As y Cr.
La metilacin de metales inorgnicos por bacterias es un fenmeno
geoqumico relativamente importante que pueden presentar elementos
traza como Hg, As y Sn. Especialmente importante es la metilacin de
Hg resultando CH3Hg+, un compuesto mucho ms txico que el
mercurio.
El mercurio es un elemento ampliamente utilizado para extraer
oro de sedimentos y suelos en Brasil, Venezuela, Filipinas e
Indonesia. El mercurio se aade a los sedimentos que contienen
partculas de oro finamente divididas, tratandose grandes volmenes
de tierra. El oro forma una amalgama que puede ser separada
fcilmente (por sedimentacin) de la tierra tratada. La amalgama
separada, es quemada para volatilizar el mercurio, como resultado,
el mercurio entra en la atmsfera. El vapor de mercurio elemental
liberado en la atmsfera, durante la tostacin de la amalgama Au/Hg y
vaporizado durante los distintos procesos de extraccin de oro, es
oxidado a Hg++ mediante ozono, energa solar y vapor de agua. Una
vez formado, el mercurio inico Hg++ es arrastrado de la atmsfera
por las lluvias y depositado sobre ambientes terrestres y acuticos
donde es convertido en metil mercurio en el suelo. El metil
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mercurio puede ser fcilmente transportado del suelo al medio
acutico. Tambin se pierde mercurio durante todo el proceso y dicho
mercurio termina en los ros, en donde es fcilmente tomado por el
pescado y es al menos 100 veces ms txico que el Hg metlico.
En la baha de Minamata, en el sur del Japn, se produjo una
enfermedad denominada "Enfermedad de Minamata", debida al consumo
de pescado y mariscos contaminados con metil mercurio, debido al
paso de Hg++ a metilmercurio por accin bacteriana. La produccin de
metil-Hg por bacterias y su liberacin en el medio acutico es un
mecanismo de defensa que protege los microbios del envenenamiento
de Hg. La metilacin bacteriana moviliz el Hg almacenado en los
sedimentos de la baha. Este mercurio proceda de una fbrica de
plsticos que utilizaba Hg como catalizador y verta los residuos en
la Baha.
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PLOMO
El plomo se encuentra presente en un gran numero de
minerales,
siendo la forma ms comn el sulfuro de plomo (galena: PbS).
Tambin son comunes, aunque en orden decreciente, la cerusita
(PbCO3) y la anglesita (PbSO4). El plomo es un metal suave y muy
resistente a la corrosin .Es muy abundante y se extrae de la galena
muy fcilmente. Siendo el plomo un elemento txico no esencial con
capacidad de bioacumulacin, afecta prcticamente a todos los rganos
y/o sistemas del organismo. Los sistemas ms sensibles al metal son
el nervioso y cardiovascular. A concentraciones altas el plomo
tiene un efecto adverso
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en la reproduccin humana, a exposiciones continuas afecta al
esperma del hombre (ALBERT 1997). Organismos deficientes en calcio
o zinc absorben plomo con mayor facilidad cuya mayora se almacena
en los huesos. Los altos niveles de la exposicin pueden dar lugar a
efectos bioqumicos txicos en los seres humanos que alternadamente
causan problemas en la sntesis de la hemoglobina, de efectos sobre
los riones, del aparato gastrointestinal, del sistema reproductivo,
y daos agudos o crnicos al sistema nervioso.
La exposicin puede ocurrir a travs del agua potable, del
alimento, del aire, del suelo y del polvo de la vieja pintura que
contiene plomo. El alimento, el aire, el agua y polvo/tierra son
los caminos potenciales principales de la exposicin los infantes y
los nios jvenes. Sus caractersticas fsicas y qumicas se aplican en
las industrias de la fabricacin, de la construccin y del producto
qumico. Se forma y es fcilmente maleable y dctil.
El plomo es un metal difcilmente movilizable, y bajo condiciones
oxidantes la galena da origen a minerales tales como la cerusita y
anglesita:
PbS + CO2 + H2O + 2 O2 PbCO3 + SO4-2 + 2 H+
2 PbS + 4 Fe3+ +3 O2 + 2 H2O 2 PbSO4 + 4 Fe2+ + 4 H+
El particulado de plomo relacionado con problemas metalrgicos
constituye el problema principal, pero existen otras fuentes que
entraan tambin una peligrosidad extrema. En los aos 90 se constat
en la ciudad de Antofagasta (Chile) que haban nios que presentaban
altos contenidos de plomo en sangre. La fuente del problema pudo
ser determinada, y eran minerales y concentrados de plomo que se
acumulaban sin proteccin en las instalaciones portuarias
(pertenecientes a Bolivia), para su posterior envo. Esto nos lleva
a encaminar nuestra mirada tambin no solo a las fundiciones, sino a
las zonas donde se acumulan minerales o concentrados de plomo. El
particulado fino de plomo (10-100 m) puede ser extremadamente
peligroso por las siguientes razones: Se adhiere ms fuertemente a
la piel. Es ms soluble que el particulado grueso en el tracto
gastrointestinal. Es fcilmente absorbible a travs del sistema
respiratorio.
El plomo es un metal carente de valor biolgico, es decir, no es
requerido para el funcionamiento normal de los eres vivos. Debido a
su tamao y carga, el plomo puede sustituir al calcio (Pb2+: 0.84 ;
Ca2+: 0.99
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), y adems de manera preferente, siendo su sitio de acumulacin,
los tejidos seos. Esta situacin es particularmente alarmante en los
nios, que debido a su crecimiento incorporan altas cantidades de
calcio. Altas dosis de calcio hacen que el plomo sea "removido" de
los tejidos seos, y que pase a incorporarse al torrente sanguneo.
Una vez ah puede inducir nefrotoxicidad, neurotoxicidad, e
hipertensin. Niveles de plomo en sangre de 0.48 g/l pueden inducir
en los nios: Dao durante el desarrollo de los rganos del feto. Dao
en el sistema nervioso central. Reduccin de las habilidades
mentales e iniciacin de desordenes del
comportamiento. Dao en las funciones del calcio (anteriormente
discutido).
En adultos que trabajan en ambientes expuestos a la contaminacin
con plomo, el metal puede acumularse en los huesos, donde su vida
media es superior a los 20 aos. La osteoporosis, embarazo, o
enfermedades crnicas pueden hacer que ste plomo se incorpore ms
rpidamente a la sangre. Los problemas relacionados con la
sobreexposicin al plomo en adultos incluyen: Dao en los riones. Dao
en el tracto gastrointestinal. Dao en el sistema reproductor. Dao
en los rganos productores de sangre. Daos neurolgicos. Abortos.
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BIBLIOGRAFIA
(BUENOS DIAS PLANETA 2000). (VEGA,1985).