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Cafeína: contaminante emergente de los ríos y aguas costeras del mundo

  • La cafeína es el psicoestimulante más consumido en el mundo y algo habitual en la vida diaria de muchas personas, ya sea en el café, el chocolate, las bebidas energizantes o los productos farmacéuticos.
  • Excretada parcialmente en la orina, hoy día la encontramos en los ríos y aguas costeras. Tanto es así que su detección se utiliza para rastrear la contaminación de las aguas residuales y servidas. En una nueva investigación se ha descubierto que está presente en más del 50 % de los 1052 puntos de muestreo de 258 ríos de todo el mundo. En otra investigación nueva se enumeran los daños de la cafeína en los entornos costeros y marinos.

Ya sea en una taza de café caliente, en un trozo de chocolate o en una bebida energizante, la cafeína es uno de nuestros tragos favoritos. Pero, por desgracia, todo ese psicoestimulante que contienen esos productos que consumimos diariamente tiene que ir a parar a algún lado.

En un estudio mundial que acaba de publicarse sobre la contaminación farmacéutica, se tomaron muestras en 1052 lugares de 258 ríos que abarcan 104 países de varios continentes. Los investigadores descubrieron que la contaminación en el agua dulce por cafeína está muy extendida en todo el mundo: se encontró entre los ingredientes con mayores concentraciones en las aguas superficiales de los ríos y se detectó en más del 50 % de los lugares de muestreo.

Esta revelación llega tras otro estudio reciente, publicado en la revista Chemosphere, que indica que el consumo mundial de cafeína —incluida en alimentos y bebidas y en productos farmacéuticos comunes— es una preocupación emergente para los entornos costeros y marinos.

Un equipo de investigadores, dirigido por Rosa Freitas, de la Universidad de Aveiro (Portugal), revisó las pruebas actuales y observó los efectos de la cafeína en una amplia gama de especies marinas. Dijo que la exposición a la cafeína puede tener efectos nocivos en las criaturas acuáticas, incluso a bajas concentraciones.

Estos dos estudios, en conjunto, ponen de manifiesto que la contaminación por cafeína en los ecosistemas de agua dulce y salada es un grave problema mundial.

Una sustancia omnipresente

La cafeína es una parte habitual de la vida de muchos millones de personas y no es de extrañar que sea el psicoestimulante más consumido en el mundo. La dosis diaria de la humanidad suele comenzar su viaje hacia las vías fluviales en la máquina de café, en una lata de refresco, en el envoltorio de un caramelo o en el botiquín.

Gran parte de la cafeína se metaboliza y muy poco se excreta. Se cree que solo alrededor del 5 % de la cafeína consumida sale del cuerpo a través de la orina, pero esas pequeñas cantidades suman. Más cafeína entra en los sistemas de agua cuando se tiran los restos de café, té o refrescos, la borra de café se arroja en el fregadero o los medicamentos son desechados.

Una vez que esta carga de cafeína llega a las plantas de tratamiento —en los lugares en los que hay—, los sistemas varían en la capacidad de eliminar la cafeína. Según una estimación, las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) de nivel secundario y terciario eliminan entre el 64 % y el 100 %. El tratamiento primario de las aguas residuales puede ser mucho menos eficaz. En un estudio realizado en Barbados, se encontró que este tipo de tratamiento solo tenía una eficacia de eliminación de alrededor del 38 %.

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«Aunque la capacidad de eliminación de las PTAR es alta, la liberación constante de estas sustancias en el medio ambiente puede dar lugar a concentraciones elevadas en algunos sistemas acuáticos, como las masas de agua dulce», comenta Freitas. Sin embargo, el problema principal es la liberación de cafeína en las aguas residuales no tratadas.

Decoloración del coral en Samoa Americana. Los estudios sugieren que la cafeína puede estresar a las algas coralinas, lo que contribuye a un potencial blanqueamiento. Foto: Cortesía de The Ocean Agency/ Ocean Image Bank.

Según algunas estimaciones, hasta un 80 % de las aguas residuales del mundo se vierten en el medio ambiente sin tratamiento. Esto se debe a que el tratamiento simplemente no está disponible para todos, y en donde no lo está, los residuos a menudo inundan con libertad las fuentes de agua. Además, cientos de ciudades modernas con sistemas antiguos de tratamiento de aguas residuales —incluyendo Nueva York, Londres y París— están llenas de alcantarillados combinados. En estos sistemas anticuados, las aguas residuales y las pluviales viajan por las mismas tuberías hasta las plantas de tratamiento. Este sistema funciona bien hasta que las lluvias fuertes desbordan las instalaciones de tratamiento, lo que obliga a desviar las aguas residuales sin tratar a los arroyos y estuarios, y provoca la liberación de un cóctel tóxico de contaminantes, incluida la cafeína.

Se considera que la dosis diaria de café es la principal responsable de gran parte de la contaminación por cafeína, ya que su consumo y concentración son muy elevados, sobre todo en los países desarrollados. De acuerdo con la Asociación Nacional del Café de EE. UU., los estadounidenses consumen 656 millones de tazas de café por día, lo que equivale a dos tazas por persona por día, pero el consumo europeo es todavía mayor, ya que los países de la UE engullen alrededor de un tercio de la producción mundial de café al consumir unos 3244 millones de toneladas en 2020/21. Se espera que el mercado mundial de café siga creciendo, en especial en la región de Asia-Pacífico.

El cultivo y el procesamiento del café también están implicados en la contaminación por cafeína. La producción de nuestra infusión diaria requiere una gran cantidad de agua, que cuando se desecha tiene consecuencias medioambientales, como la eutrofización. El procesamiento del café en Costa Rica se ha relacionado con una de las mayores concentraciones de cafeína jamás registradas en aguas superficiales.

Las vacaciones también contribuyen a los picos de contaminación por cafeína: «El incremento temporal de la población debido al turismo en las zonas costeras puede… jugar un papel importante», se señala en el estudio de Freitas, ya que el aumento del consumo de bebidas con cafeína está vinculado a niveles de contaminación más altos en las aguas de los lugares turísticos, por ejemplo, el lago Balaton, en Hungría, uno de los lagos más grandes de Europa Central. Se ha comprobado que los efluentes que se vierten en el lago, incluyendo la cafeína, alcanzan su punto máximo en los meses de verano, cuando miles de visitantes acuden a la región. Ese pico supone un «alto riesgo ecológico para los ecosistemas de agua dulce».

Planta de tratamiento de aguas residuales de Columbia Boulevard en Portland, Oregón, Estados Unidos. Las plantas modernas, en general, eliminan altos niveles de cafeína de las aguas residuales, pero muchas instalaciones antiguas no lo hacen. Además, los anticuados alcantarillados combinados de cientos de ciudades liberan pulsos de aguas residuales sin tratar durante las tormentas intensas, sucesos que son cada vez más frecuentes a medida que aumenta el cambio climático. Foto: Eli Duke, mediante Flickr (CC BY-SA 2.0).

Preocupación por la cafeína

Se sabe que un exceso de cafeína conlleva riesgos para la salud de los seres humanos, como nerviosismo, náuseas, aumento del ritmo cardíaco y otros efectos secundarios. Como se indica en el estudio publicado en Chemosphere, las especies acuáticas también están en peligro.

El equipo de Freitas investigó el impacto a largo plazo de la exposición a la cafeína en los poliquetos, (o gusanos marinos). Descubrieron que la cafeína puede retrasar la regeneración de los segmentos de una especie de gusano, Diopatra neapolitana. «Estos efectos negativos perjudican el rendimiento fisiológico y bioquímico del animal, como la capacidad de excavar y esconderse de los depredadores», dice Freitas. Además, el aumento de energía necesario para lograr que vuelvan a crecer los segmentos podría tener efectos secundarios en la capacidad reproductiva del gusano.

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En el estudio se señala que la cafeína se ha encontrado también en microalgas, arrecifes de coral, bivalvos y peces debido a la bioacumulación, y con diversas repercusiones: «Se ha demostrado que los residuos de cafeína tienen efectos adversos en los organismos acuáticos, en concentraciones ambientalmente realistas, que inducen estrés oxidativo y peroxidación lipídica, neurotoxicidad y cambian las reservas de energía y la actividad metabólica, lo que afecta la reproducción y el desarrollo y, en algunos casos, causa mortalidad”.

Entre los ejemplos de impactos en especies específicas se encuentran el pececillo de cabeza gorda (Pimephales promelas), que puede sufrir una inhibición en el crecimiento, y el erizo de mar púrpura (Paracentrotus lividu), que puede ver afectada su reproducción debido a la exposición a la cafeína. La cafeína también puede exacerbar los efectos del estrés de la acidificación de los océanos y el aumento de las temperaturas en las algas coralinas, lo que en potencia contribuye a los sucesos de blanqueo global.

«Aunque la cafeína tiene una degradación relativamente rápida en el medio ambiente, se considera un compuesto seudopersistente, lo que significa que las concentraciones ambientales se reponen por la eliminación continua», comenta Gabrielle Quadra, del Laboratorio de Ecología Acuática de la Universidad Federal de Juiz de Fora, en Brasil.

Aunque el chocolate contiene menos cafeína que otros productos como el café, todas las pequeñas cantidades excretadas se suman con posibles consecuencias medioambientales, en especial cuando el tratamiento de las aguas residuales es ineficiente o no está disponible. Foto: cacaobug en VisualHunt.com

En un estudio publicado el año pasado, Quadra y su equipo descubrieron que altas concentraciones de cafeína provocaban deformaciones en el esqueleto y reducían el crecimiento del siluro endémico de Sudamérica (Rhamdia quelen). «Estos cambios morfológicos pueden afectar potencialmente la movilidad y la capacidad de nado de las larvas y, en consecuencia, la búsqueda de recursos y la huida de los depredadores», afirma.

«Aunque los riesgos eran en ese momento bajos en la mayoría de los países evaluados, el aumento del consumo de cafeína, junto con la falta de saneamiento en muchos países, supone una amenaza de efectos morfológicos subletales para las especies de peces locales», concluye Quadra.

Un equipo de investigadores dirigido por Davide Seveso, biólogo marino de la Universidad de Milán-Bicocca (Italia), identificó la cafeína entre otros contaminantes, en las esponjas de los arrecifes de la isla Magoodhoo, en las Maldivas. “Las esponjas filtran el agua para alimentarse. Al hacerlo, acumulan contaminantes”, dice Seveso, “lo que las convierte en un buen bioindicador”. La isla Magoodhoo, con una población humana de unos 800 habitantes, no tiene tratamiento de aguas residuales, por lo que los residuos se filtran en el océano desde un vertedero costero. Los primeros resultados de otro estudio de campo realizado en una isla turística, también en las Maldivas, mostraron concentraciones menores de cafeína en las esponjas debido al tratamiento de las aguas residuales. Sin embargo, los análisis revelan que incluso estas concentraciones reducidas podrían tener un «posible efecto negativo» en las esponjas, comenta Seveso.

Estos efectos en las especies individuales pueden tener implicaciones más amplias a nivel del ecosistema, pero esos efectos más amplios aún no se han estudiado. «Es fundamental darse cuenta de que los efectos sobre un organismo específico no se limitan [a esa especie sola]», afirma Quadra. «Cada organismo ocupa un nivel trófico en el ecosistema, lo que significa que, al afectar a organismos [concretos], también se puede afectar a sus presas o depredadores de forma indirecta».

El muestreo de esponjas marinas en las Maldivas reveló la acumulación de concentraciones de cafeína. Foto: Davide Seveso.

El punto de mira en un problema más amplio

A principios de este año, el Centro de Resiliencia de Estocolmo publicó un documento en el que afirmaba que las acciones de la humanidad cruzaron el umbral de un límite planetario para la liberación de nuevas entidades químicas en el medio ambiente, lo que amenaza el «espacio operativo seguro» de la Tierra. Visto en este contexto, la cafeína no es más que una de las muchas decenas de miles de contaminantes humanos que se expulsan a diario al medio ambiente —contaminantes que se mezclan e interactúan de forma totalmente desconocida—.

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De hecho, la cafeína es tan omnipresente que los científicos la utilizan como rastreador para identificar la contaminación causada por residuos humanos. Cuando se detecta cafeína, suele haber un cóctel tóxico de otros contaminantes como fármacos, microplásticos y materia fecal. El estudio de Seveso sobre esponjas marinas en las Maldivas detectó otros contaminantes procedentes de antidepresivos y productos de cuidado personal. En estos estudios de trazadores de cafeína se han identificado problemas de contaminación en todo el mundo, incluso en lagunas de México y en arrecifes de coral de Samoa Americana.

En el muestreo reciente de los ríos del planeta se encontraron las mayores frecuencias de detección de cafeína en Asia (71 % de 234 sitios de muestreo de agua dulce), América del Sur (69,2 % de 92 sitios) y América del Norte (64,7 % de 118 sitios). Las concentraciones promedio fueron de 4850, 3290 y 1500 nanogramos por litro, respectivamente. Los ríos de África tuvieron una frecuencia de detección menor, con el 43,8 % de los lugares, y una concentración media de 4090 nanogramos por litro. Los ríos contaminados con cafeína estaban muy extendidos y se encontraron cerca de Acra (en Ghana), Lahore (en Pakistán), Lisboa (en Portugal) y Dallas (en Estados Unidos).

Como estimulante, la cafeína puede ser eficaz contra problemas de salud, como las cefaleas tensionales, y a menudo está contenida en medicamentos de venta libre para el resfriado o la gripe. La eliminación inadecuada de medicamentos, por ejemplo, en el fregadero o el inodoro, se considera otra posible vía de dispersión de la cafeína en los medios acuáticos. Foto: Michal Jarmoluk en Pixabay.

«En algunos estudios ya se mostraban efectos sobre el comportamiento de los peces, la composición de las especies y el estrés oxidativo en los organismos acuáticos a esas concentraciones, principalmente relacionados con la exposición crónica y mezclada, pero se necesita más investigación», dice Quadra.

A pesar de los crecientes conocimientos sobre los impactos ambientales de la cafeína, aún quedan muchos interrogantes. Por ejemplo, se desconoce cómo interactúa la cafeína con otros contaminantes, así como la posible influencia de dos límites planetarios —el cambio climático y la acidificación de los océanos— en la intensificación de los impactos de la cafeína. Sin embargo, hay indicios de que una mezcla de influencias —el aumento de la temperatura y la acidificación, por ejemplo— puede potenciar los efectos nocivos de la cafeína. Los científicos afirman que no se sabe lo suficiente para evaluar la situación de manera adecuada.

«Nuestros conocimientos sobre el impacto ambiental de la cafeína son todavía escasos, pero en algunos estudios se demuestran los efectos adversos», dice Quadra. «Entonces, ¿por qué tenemos que esperar a que llegue una situación irreversible para controlarla?».

Tirar las bebidas sobrantes, incluidas las energizantes, las gaseosas o el café, puede aumentar la carga de cafeína que va a parar a las instalaciones de aguas residuales. Foto: Herbich, mediante Pixabay.

Foto de cabecera: Una niña bebiendo café. Foto: Eric Horst, mediante Flickr (CC BY-NC-SA 2.0).

Referencias:

Wilkinson, J. L., Boxall, A. B. A., Kolpin, D. W., Leung, K. M. Y., Lai, R. W. S,… Teta, C. (2022) Pharmaceutical pollution of the world’s rivers.  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. https://doi.org/10.1073/pnas.2113947119

Vieira, L. R., Soares, A. M. V. M., Freitas, R. (2022) Caffeine as a contaminant of concern: A review on concentrations and impacts in marine coastal systems. Chemosphere. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131675

Artículo original: https://news.mongabay.com/2022/02/caffeine-emerging-contaminant-of-global-rivers-and-coastal-waters/

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