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Introducción
La enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19), una infección respiratoria de carácter agudo causada por el coronavirus SARS-CoV2, ha traído consecuencias sanitarias, socioeconómicas y ambientales sin precedente1-3. Al 29 de junio de 2021 más de 215 países han sido afectados, se registraron cerca de 177 millones de contagios y 3,9 millones de fallecidos4. En Colombia hasta entonces, se contabilizan más de 4 millones de infectados y 100 mil decesos, y es el tercer país de Sudamérica en número de contagios. A la fecha los casos por millón están en 79 605, y es el sexto en la región, por detrás de Uruguay, Argentina, Brasil, Guyana y Chile. En muertes por millón, se ubica cuarta con 2010, detrás de Perú, Brasil y Argentina5.
El SARS-CoV2 se transmite por: i) contacto con gotas grandes expelidas por la boca o nariz un individuo contagiado; ii) contacto con fómites (superficies u objetos contaminadas con el virus) o iii) inhalación de aerosoles contaminados6,7. La transmisión por aerosoles es la principal vía de contagio8 y la más difícil de contener9. Factores ambientales como la temperatura, la humedad y la contaminación atmosférica tienen una marcada incidencia en la transmisión por aerosoles10-12. En particular, la contaminación atmosférica, parece jugar un papel no menor en el incremento de la morbimortalidad por COVID-192,11,13. Esta presunción parte del hecho de que a partir de estudios epidemiológicos se ha demostrado una asociación positiva entre contaminantes ambientales y efectos adversos sobre la salud humana2,14-16.
El material particulado (en inglés, particulate matter (PM)), principal indicador de calidad de aire en zonas residenciales e industriales17, es uno de los contaminantes que despierta especial preocupación, dada su toxicidad y exposición generalizada de los humanos. El PM incluye partículas con diámetro aerodinámico menor a 10 Lim (PM10) y a 2,5 Lim (PM2,5) producidas en distintas fuentes de combustión o en procesos de transformación química de la atmósfera16. Ambos tipos de PM se han relacionado con el incremento de enfermedades respiratorias y hospitalizaciones por neumonía, enfermedad pulmonar obstructiva crónica y cáncer de pulmón13,18.
La exposición al PM puede ser de largo-plazo (en inglés long-time) cuando ocurre de varios meses a años, o de corto-plazo (en inglés short-time), durante días, semanas o pocos meses18,19. La exposición de largo-plazo ha demostrado incrementar la prevalencia de enfermedades respiratorias18 y cardiovasculares19. La de corto-plazo, también se ha relacionado con trastornos cardiovasculares como isquemia, hipertensión y rigidez arterial. Recientemente, numerosos estudios han mostrado una correlación positiva entre casos y fallecimientos por COVID-19 y exposiciones a largo y corto plazo de pm11,13,18,20-22.
Debido a sus efectos adversos las naciones del mundo han seguido los lineamientos de la Organización Mundial de la Salud (OMS) sobre la imposición de límites regulatorios anuales y diarios sobre la concentración de PM y otra clase de contaminantes16,23.
Colombia no ha sido ajena a la situación y ha elaborado un marco regulatorio al respecto24,25, en especial, para el PM2,5 y PM10, que son, en ese orden, los de mayor preocupación en el país14. Para PM10, la OMS, establece un límite medio anual y diario de concentración de PM10 (CPM10) equivalente a 20 y 50 μg/m3, respectivamente23. En Estados Unidos no hay límite federal pero sí en algunos estados (ej. California 20 μg/m3). El diario es el mismo de la OMS26. En la Unión Europea el límite anual dobla al de la OMS, siendo igual al diario27. En Colombia, los límites son más laxos: 50 μg/m3 máximo anual y 100 μg/m3 máximo diario25. Por ello, es imprescindible vigilar los niveles intra e interanual de PM y demás contaminantes, para tomar medidas acertadas que lleven a la mejora continua de la calidad del aire.
Dado que la cuarentena (o distanciamiento social obligatorio), una de las principales medidas para contener la COVID-19, ha llevado al cierre de establecimientos comerciales y educativos; disminución de la actividad industrial y comercial; y restricciones a la movilidad vehicular y peatonal28,29, vale la pena evaluar cómo esto ha impactado en la mejora de la calidad del aire1. En efecto, se ha reportado que, en varias de las ciudades más contaminadas del mundo, ha caído el nivel de gases y partículas contaminantes1,30. En algunas de las ciudades más grandes de América Latina (ej. Bogotá, Buenos Aires y Quito) se han visto reducciones entre el 30 y 80 % en el PM y el NO229.
La región caribe de Colombia representa cerca del 12 % del territorio nacional y está compuesta por ocho departamentos, entre ellos Magdalena. Sus principales actividades económicas son la ganadería, industria, turismo y el transporte marítimo31. Santa Marta, capital del departamento de Magdalena, importante puerto turístico del país, ha venido enfrentando problemas de contaminación ambiental producto del creciente tráfico automotor urbano (particular y de carga) y el mototaxismo; el aerosol marino y el polvo de los cerros erosionados, la creciente actividad industrial y portuaria relacionada con el manejo de grandes volúmenes de carbón exportado desde varios puertos en la ciudad y por falta de control respecto a la violación de los límites regulatorios32.
Visto que en Colombia y la región caribe existen pocos estudios que han evaluado el impacto de la cuarentena en la calidad del aire17,33,34, los propósitos del presente trabajo son: i) examinar los niveles de CPM10 en los últimos 5 años y si hubo una disminución significativa en 2020 respecto a los 4 años anteriores; ii) determinar si la CPM10 en los 4 meses postcuarentena disminuyó respecto a la de los 3 meses antes del inicio de la COVID-19 y iii) evaluar si hubo diferencias en la CPM10 entre las 5 estaciones de monitoreo durante 2020.
Materiales y Métodos
Se realizó un estudio observacional retrospectivo longitudinal en una muestra de 5 estaciones de monitoreo ambiental de Santa Marta. Se excluyeron 2 de las 7 estaciones existentes al no presentar registros en el periodo de observación (2016 - 2020). También fueron excluidas las ubicadas por fuera del perímetro urbano de la ciudad35. Las estaciones de monitoreo pertenecientes al área urbana, incluidas y excluidas de este estudio, se visualizan en la Figura 1.
Fuente: elaboración propia adaptada de CORPAMAG35 y Google Maps.
Figura 1 Estaciones de monitoreo ambiental del perímetro urbano de Santa Marta. Estaciones incluidas, en puntos azules; las excluidas, por no disponer de datos, en puntos rojos.
Las estaciones Marina Santa Marta y Pescaíto se localizan en el sector centro-norte de la ciudad. Aeropuerto, Don Jaca y Alcatraces al sur, cerca de las dos principales vías de acceso a la ciudad: troncal del caribe y vía alterna al puerto, como visto en la Figura 1. Las estaciones no incluidas, Molino y Unimag, se ubican al centro-oriente.
Los valores de CPM10 por estación se extrajeron de la base de datos "Calidad de Aire del Departamento del Magdalena" encontrada en la página de datos abiertos del gobierno de Colombia36. No se incluyó el PM2,5 por indisponibilidad de datos.
Para alcanzar el primer objetivo del trabajo, se realizó un gráfico de caja y bigotes de CPM10 por año. Para examinar la existencia de diferencias estadísticamente significativas entre las distribuciones anuales de PM10, se aplicó la prueba de Kruskall-Wallis (K-W) con p-ajustado de Bonferroni para un nivel de significancia del 5 %, toda vez que ninguna de las distribuciones cumplió con el criterio de normalidad exigido por pruebas paramétricas (p-valor (2016) = 8,9x10-8 < 0,05; p-valor (2017) = 7,4x10-19 < 0,05; p-valor (2018) = 4,0x10-14 < 0,05; p-valor (2019) = 2,0x10-16 < 0,05 y p-valor (2020) = 1,7x10-8 < 0,05 para la prueba de Shapiro-Will) (37.
Respecto al segundo objetivo, se compararon las distribuciones de CPM10 en los meses precuarentena (enero, febrero y marzo), teniendo en cuenta que inició en abril en esta ciudad, con los 4 meses postcuarentena (septiembre, octubre, noviembre y diciembre) (38. Los 6 meses restantes entre ambos grupos no se tuvieron en cuenta por inexistencia de datos en la base. Se aplicaron las mismas pruebas estadísticas y nivel de significancia del anterior objetivo, ya que en algunos meses la distribución de CPM10 no pasó la prueba de Shapiro-Will (p-valor (marzo) = 1,0x10-6 < 0,05; p-valor (septiembre) = 1,9x 10-3 < 0,05; p-valor (octubre) = 4,9x10-9 < 0,05; p-valor (noviembre) = 7,0x10-4 < 0,05 y p-valor (diciembre) = 1,5x10-6 < 0,05).
Para el tercer objetivo, se calcularon las distribuciones de CPM10 por estación de monitoreo ambiental, a partir de las contribuciones de los 7 meses de los que se tuvo registro, y se compararon mediante las pruebas estadísticas anteriormente mencionadas, visto las distribuciones de CPM10 por estación no pasaron la prueba Shapiro-Will (p-valor (Pescaíto) = 7,6x10-8 < 0,05; p-valor (Marina) = 5,9x10-8 < 0,05; p-valor (Don Jaca) = 1,3x 10-6 < 0,05; p-valor (Aeropuerto) = 2,1x 10-7 < 0,05 y p-valor (Alcatraces) = 2,4x10-4 < 0,05). Además, se identificaron las estaciones con CPM10 por encima de los límites regulatorios internacionales y colombianos.
Los cálculos de los estadísticos de la distribución de concentración de PM10 (mediana y rango intercuartílico (RIC)) por año y estación de monitoreo, así como los gráficos de caja y bigote se realizaron en Python (versión 3.7.10) bajo la plataforma Google Colaboratory.
Resultados
La presentación de los resultados se hace en el mismo orden de los objetivos: iniciará con las diferencias entre las distribuciones de CPM10 entre 2016 y 2020; continuará con las discrepancias entre meses pre y postcuarentena y terminará con las CPM10 de cada estación de monitoreo ambiental.
Comparación de las CPM10 de 2016 a 2020
En la Figura 2 se muestran las distribuciones de CPM10 para cada año del periodo de observación.
Fuente: elaboración propia.
Figura 2 Distribución de CPM10 para cada año en el periodo de observación, 2016 - 2020.
En 2016, se tuvo una mediana de 36,9 (RIC = 21,8), en 2017 de 33,4 (RIC = 20,9), en 2018 de 33,8 (RIC = 19,9), en 2019 de 34,3 (RIC = 27,4) y en 2020 de 24,7 (RIC = 20,6) μg/m3. Esto indica que la media más alta se dio en 2016 y la más baja en 2020, con un valor aproximado de 230 μg/m3.
La prueba de K-W arrojó un p-valor de, señalando la presencia de diferencias estadísticamente significativas entre los grupos. Para especificar cuáles son los grupos con esas diferencias se aplicó el p-ajustado de Bonferroni entre los grupos. Las diferencias se dieron entre las medianas de la CPM10 de 2020 y los años de 2016 a 2019. No fueron encontradas diferencias de CPM10 entre las CPM10 de 2016, 2017, 2018 y 2019.
Contraste de la CPM10 de meses precuarentena y postcuarentena
En la Figura 3, se observan las distribuciones de CPM10 en los 3 meses anteriores al inicio de la pandemia en la ciudad (20 de marzo de 202039) y en los 4 últimos meses de 2020, 6 meses después del inicio.
Fuente: elaboración propia.
Figura 3 Distribución de CPM10 en algunos meses precuarentena y postcuarentena durante 2020.
Para el grupo de meses precuarentena, se obtuvo una mediana de 53,4 (RIC = 28,1) para enero; 60,0 (RIC = 29,3) para febrero y 52,2 (RIC = 26,7) μg/m3 para marzo. Los valores para los meses postcuarentena fueron para septiembre, octubre, noviembre y diciembre, respectivamente, 19,7 (RIC = 9,7); 21,4 (RIC = 11,0); 20,9 (RIC = 12,7) y 27,8 (RIC = 28,4) μg/m3. Los valores atípicos más altos ocurrieron en marzo, mientras en septiembre se tuvo la mediana más baja sin presencia de valores extremos.
La prueba de K-W arrojó un p-valor de 7,1><10-23, lo que indicó la presencia de diferencias estadísticamente significativas entre los meses precuarentena y postcuarentena. Para especificar los grupos con esas diferencias se aplicó, nuevamente, el p-ajustado de Bonferroni, cuyos valores significativos se visualizan en la Tabla 1.
Tabla 1 P-valores entre los meses precuarentena postcuarentena según la prueba post-hoc de Bonferroni.
De la Tabla 1 se constató la existencia de diferencias estadísticamente significativas entre los meses postcuarentena y precuarentena, a excepción de diciembre y enero de 2020, cuyo p-valor estuvo ligeramente por encima del nivel de significancia previamente establecido. No hubo diferencias estadísticas entre los CPM10 de los meses precuarentena. Así mismo se vieron diferencias significativas entre algunos meses postcuarentena: septiembre y diciembre (p = 0,015); noviembre y diciembre (p = 0,024), no mostradas en la Tabla 1.
Evaluación de la CPM10 por estación de monitoreo ambiental
En la Figura 4, se visualizan las distribuciones de CPM10 para cada una de las estaciones de monitoreo ambiental.
Fuente: elaboración propia.
Figura 4 Distribución de CPM10 por estación de monitoreo ambiental en 2020. Las estaciones Pescaíto y Marina Santa Marta se localizan en el sector centro-norte de la ciudad, el resto, en el sur.
En las estaciones Pescaíto y Marina Santa Marta, la mediana de la CPM10 fue de 30,6 (RIC = 28,4) y 28,4 (RIC = 16,4) μg/m3, en ese orden. Para Don Jaca, Aeropuerto y Alcatraces, fueron 22,6 (RIC = 42,3); 45,4 (RIC = 17,5) y 41,1 (RIC = 47,9) μg/m3. Se constata, que las medianas de dos de las estaciones del sur superaron los 40 μg/m3, mientras las del centro-norte están cerca o por debajo de 30 μg/m3. A excepción de Don Jaca, las estaciones sureñas mostraron medianas superiores a las del centro-norte. Por otro lado, Aeropuerto fue la estación con el mayor valor atípico (230 μg/m3) mientras Marina y Alcatraces presentaron los menores (105 y 96 μg/m3, respectivamente).
Al hacer la prueba de K-W se encontró un valor-p de 9,8x10-3 por lo que se procedió a realizar la post-hoc de Bonferroni. Al ejecutar la post-hoc, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre las medianas de las estaciones del sur y centro-norte, pero sí entre dos de las tres estaciones sureñas: Don Jaca y Aeropuerto (p = 0,0046).
Discusión
La OMS ha plasmado como objetivos de desarrollo sostenible: la reducción de la mortalidad por contaminación atmosférica; el acceso a combustibles y tecnologías limpios y controlar el nivel de calidad de aire de las ciudades23. Por tanto, este organismo pone a disposición una serie de enfoques y metodologías de análisis y vigilancia sobre calidad ambiental a sus estados miembros. Debido a esto, numerosos países y asociaciones regionales han establecido límites regulatorios para controlar los niveles de contaminación por material particulado y otros contaminantes25-27.
Análisis general de contaminación atmosférica
En los últimos 5 años, la media anual de CPM10 en Santa Marta, no superó el límite regulatorio colombiano y europeo, siendo que el valor máximo se dio en 2016 (38,8 μg/m3) y el menor, en 2020 (33,9 μg/m3). Sin embargo, estos guarismos casi duplican los umbrales de la OMS y California. Al aplicar este mismo análisis por estación de monitoreo ambiental, se observó que Aeropuerto es la única que supera el límite colombiano y de los organismos internacionales mencionados, con una CPM10 media anual de 51,5 μg/m3. Alcatraces, con una media anual de 44,1 μg/m3 se ubicó en el segundo, sobrepasando los límites internacionales, pero no el colombiano. Las demás estaciones tuvieron registros de 30 - 40 μg/m3, solo arriba del umbral de la OMS y California. La estación con menor valor fue Marina Santa Marta con 33,8 μg/m3. Esto señala que, en Santa Marta, si se toman como representativas las 5 estaciones, la población ha tenido una exposición de largo-plazo (2016 - 2020) de 35 μg/m3 de CPM10, aproximadamente, por debajo del límite nacional. Entre tanto, la exposición a corto-plazo (2020) supera los 33 μg/m3. Esto se corrobora en la Figura 2, donde se muestra que la media anual para 2020 disminuyó significativamente respecto a los años anteriores. No obstante, preocupa que, en ciertas zonas específicas de la ciudad, como el sur, se tienda a sobrepasar los límites. Este hecho coincide con lo reportado por en trabajos anteriores, y se atribuye a las zonas de cargue y descargue y a la cercanía con carreteras de alto tráfico vehicular como la troncal del caribe y la vía alterna32,40. Asimismo, que la proximidad a carreteras esté vinculada con mayor contaminación, ha sido constatado en estudios previos15,41.
Nivel de CPM10 y riesgo aumentado de morbimortalidad por COVID-19
A pesar de que no han sido establecidos umbrales de concentración de contaminantes atmosféricos para COVID-19, diversos estudios han encontrado correlaciones positivas entre concentración de PM y otros contaminantes con la propagación y/o decesos por la enfermedad2,11,18,42.
En un estudio realizado en las tres principales ciudades francesas, del 18 de marzo al 27 de abril de 2020, llegaron a la conclusión de que la medias de CPM10 entre 20,6 y 29,6 μg/m3 se correlacionan con más difusión y mortalidad por COVID-1913. En un trabajo de revisión, focalizado en tres ciudades italianas entre enero y marzo de 2020, se apreció que la exposición a largo (anual) y corto plazo (diario) a niveles de PM10 encima de 40 μg/m3 se asocia con incremento de la morbimortalidad por esta enfermedad11. En un artículo en el que se exploró la incidencia y mortalidad por COVID-19 en 23 distritos de Viena (Austria), se encontró que niveles altos de exposición (> 40 μg/m3) de PM10, en 2019, tanto a corto como largo plazo, condujo a aumentar el riesgo y gravedad por la enfermedad. En una revisión18, basada en más de 20 trabajos sobre contaminantes y COVID-19, en varios continentes, se halló que el PM10 (a corto y largo-plazo) incide en la morbimortalidad, aunque en menor proporción que el PM2,5. En unos de los trabajos ahí citados, se observó que un incremento en 10 μg/m3 conllevó a incrementar los casos en un 1,8 %.
De lo anterior se extrae que la franja de CPM10 para riesgo para COVID-19 parece ser: 20 - 50 μg/m3. Al cotejar con los valores de PM10 registrados en Santa Marta, se ve que, tanto en la exposición a largo plazo (Figura 2) como a corto-plazo (Figura 3), el nivel de contaminación de la ciudad se encuentra en dicha franja. Por tanto, se considera la existencia de riesgo aumentado de morbimortalidad por COVID-19 previo a su inicio (ver valores medios de PM10 de enero a marzo y en 2016 - 2019). A pesar de que la cuarentena favoreció la disminución de la media anual de PM10 en 2020, esta es aún superior al límite inferior de la franja de riesgo (20 μg/m3).
Impacto de la cuarentena en la CPM10
Para disminuir los casos y evitar el colapso del sistema de salud por la pandemia, muchos países adoptaron como estrategia principal la cuarentena estricta33, entendida como: "quédate en casa". En Colombia, 21 días después del inicio del brote, se decretó la cuarentena o distanciamiento social obligatorio17,33,34. Como consecuencia del distanciamiento, en muchas regiones del mundo, han sido reportadas mejoras en la calidad del aire: cielos azules, buena visibilidad a distancia y reducción de contaminantes atmosféricos. Esto obedece a la disminución de la actividad económico-industrial y el transporte, principales fuentes de emisión. En otras palabras, los esfuerzos por mitigar los efectos de la pandemia, ha reducido los niveles de contaminación17. En Santa Marta, el 16 de marzo de 2020, un decreto de calamidad pública impuso medidas como toque de queda, cierres de establecimientos recreativos, pico y placa para vehículos, entre otras. De ahí en adelante, se mantuvieron las restricciones a la circulación, hasta agosto cuando comenzaron a flexibilizarse algunas medidas: reapertura del comercio, de actividades de la construcción, obras civiles43. Poco tiempo después, el 1 de septiembre de 2020 se levantó definitivamente la cuarentena38.
Las Figuras 2 y 3 reflejan lo que sería un efecto positivo acumulado de la cuarentena (por disminución de actividades de emisión) en la medida en que: i) se presentó un decremento significativo en 2020, respecto a los 4 años anteriores (largo-plazo): la mediana de la CPM10 bajó entre 9 y 12 μg/m3 (caída del 30 a 37 %), este es el valor más bajo en 5 años y ii) lo propio sucedió en los últimos 4 meses de 2020 (corto plazo) especialmente en los 3 primeros (septiembre -noviembre), donde se apreció una disminución drástica en la CPM10 toda vez que la media en el grupo de meses postcuarentena (22,5 μg/m3) fue un 41 % menor al de precuarentena (55,2 μg/m3). Además, menos del 75 % de los valores de CPM10 de los meses postcuarentena superaron el límite regulatorio anual de Colombia y, salvo diciembre y atípicos, los extremos superiores de la distribución tampoco lo hicieron. Esto da cuenta de que, de septiembre a noviembre se tuvieron los mejores indicadores de PM10. En diciembre puede verse un repunte, que puede deberse al relajamiento de las restricciones sanitarias y al flujo vehicular propio de las fiestas de fin de año y a que el efecto positivo acumulado fue desapareciendo con la reactivación derivada del final de la cuarentena.
Estos hallazgos coinciden con los de otros autores. Un trabajo, cuyo propósito era evaluar el impacto de la cuarentena en la calidad del aire en función del NO2 PM2,5 y PM10 en Alejandría (Egipto), reveló que el nivel de PM10 cayó un 23 %, y se correlaciona positivamente con disminución en la actividad industrial, económica y vehicular22. En un estudio, donde se analizó la variación de la calidad del aire en Medellín y Bogotá, se vio una caída del 51 % en la CPM10, a corto plazo, y del 32 % a largo plazo34. En otro estudio, donde se analizaron los cambios en las emisiones del sector transporte a partir de varios contaminantes en el primer semestre de 2020, se vio una reducción del 17 % de la CPM10 respecto a 2018, lo cual fue acuñado a la menor quema de gasolina y diésel durante el distanciamiento social33.
Algunas limitaciones de esta investigación tienen que ver con la indisponibilidad de datos en otras estaciones de monitoreo, de otros contaminantes como el PM2,5, de CPM10 en meses durante cuarentena (abril - agosto de 2020) y no haber tenido en cuenta las diferencias metereológicas entre los meses pre y postcuarentena que pueden introducir variaciones en las mediciones y resultados. Asimismo, para corroborar el hallazgo a priori de riesgo aumentado por COVID-19 debido a las CPM10 de corto y largo plazo, se hace necesario un estudio de asociación espacial entre localidades o barrios y los casos/fallecidos.
Conclusión
La mediana de la concentración de PM10 en 2020, primer año de cuarentena, tuvo una reducción estadísticamente significativa de 10 μg/m3 (-34 %) respecto a los 4 años anteriores, tomando en consideración 5 estaciones de monitoreo de aire.
Al comparar meses precuarentena (enero a marzo) y meses postcuarentena (septiembre a diciembre) se constató una reducción en la CPM10, particularmente en los meses de septiembre y octubre cuando las medidas de flexibilización en la ciudad llevaban dos meses de haberse levantado, esto permitió mostrar, lo que sería un efecto positivo acumulado por no emisión. Al comparar la mediana de PM10 de ambos grupos, la del postcuarentena fue un 40 % menor.
No se observaron diferencias significativas entre las medianas de las distribuciones de CPM10 de las 5 estaciones. Sin embargo, hubo una tendencia a encontrar mayores valores del contaminante en las del sur, especialmente, en la estación Aeropuerto.
Dados los niveles de concentraciónde PM10 enlos últimos 5 años y en meses precuarentena de 2020 sobrepasaron los límites de morbimortalidad de COVID-19 por PM establecidos en estudios internacionales, y se asumió como válida la extrapolación. Eexisten indicios de que la población samaria estaba predispuesta al contagio y agravamiento por esta enfermedad previo inicio de la pandemia. Sin embargo, esto debe ser corroborado con trabajos de asociación espacial, entre otros.
