¿Cómo se detectan los metales pesados en el cannabis?

Si bien todos los cultivos naturales están en riesgo de contaminación por metales pesados, el cannabis es particularmente vulnerable ya que la planta es un hiperacumulador. Esto significa que absorbe y acumula metales a concentraciones mucho más altas que la mayoría de las plantas. El cannabis y el cáñamo son tan eficientes en la absorción de metales pesados que ambas plantas se utilizan para remediar el suelo contaminado y rehabilitar los sitios de desechos tóxicos.

Un estudio científico reciente publicado en la revista Biologia Plantarum reveló el alcance de las propiedades hiperacumulativas de la planta, y los autores encontraron que el cáñamo industrial puede absorber más de 1000 mg / kg de cadmio sin un impacto negativo en el crecimiento y el desarrollo.

Detectando a los “cuatro grandes”

Las propiedades hiperacumulativas del cannabis pueden ser útiles para algunas aplicaciones, pero para los cultivadores y fabricantes de cannabis medicinal, es importante controlar las concentraciones de metales pesados como el plomo, el mercurio, el arsénico y el cadmio. También conocidos como los “cuatro grandes”, estos metales pueden acumularse en las raíces, brotes, flores y semillas de la planta de cannabis, lo que puede comprometer las propiedades medicinales y amenazar la salud de los consumidores.

En Canadá y muchos estados de los Estados Unidos, las regulaciones introducidas en 2020 describen los límites máximos para el plomo, el mercurio y el arsénico en el cannabis. Algunos estados han ido un paso más allá y han agregado límites para la plata, el cobre, el zinc, el níquel y otros metales.

El papel de la espectrometría de masas

La espectrometría de masas (EM) es uno de los métodos más útiles para detectar metales pesados en el cannabis. La técnica analítica identifica los metales pesados midiendo la relación masa-carga de los iones. La EM a menudo se combina con otras técnicas para mejorar la exactitud y la precisión. En un estudio reciente publicado en el Journal of AOAC International, los autores identificaron la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP / MS) y la digestión ácida asistida por microondas como el mejor método de su clase para detectar metales traza en el cannabis.

La espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP / OES) es otro método utilizado para aislar y cuantificar metales pesados en muestras de cannabis. La espectroscopia de absorción atómica de llama (FAAS) se ha utilizado desde la década de 1960 y forma los bloques de construcción de técnicas más nuevas como la espectroscopia de absorción atómica de horno de grafito (GAAS) utilizada para detectar arsénico, plomo, selenio y talio. La cromatografía líquida (LC) es menos común que los métodos enumerados anteriormente, aunque puede ser particularmente útil para detectar el arsénico en el cannabis.

Cannabis bajo el microscopio

Los metales pesados no son el único componente puesto bajo el microscopio en los laboratorios de cannabis medicinal. Obtenga más información sobre lo que los científicos prueban, incluidos los cannabinoides como el CBD y el THC, los terpenos y los pesticidas en ‘Cannabis medicinal: pruebas, análisis e identificación’.

¿Se pueden usar de manera realista las plantas hiperacumuladoras ávidas como el cáñamo como fuente de cannabinoides medicinales?

El cáñamo es una planta tan diversa y flexible que no solo es una fuente prolífica de cannabinoides y terpenos, sino que también se puede utilizar para fabricar productos industriales como hormigón, cuerda, papel, plástico, textiles, biocombustibles y materiales aislantes. Además, es una maravillosa fuente de semillas nutricionales que son muy altas en proteínas. Sin embargo, su naturaleza diversa para la fabricación de un producto, también puede ser perjudicial en su uso para otro. Por ejemplo, ¿cómo es que una planta que se sabe que es un excelente fitorremediador para limpiar el suelo contaminado con metales pesados también se puede utilizar como una rica fuente de aceite de CBD que está estrictamente regulada para los metales pesados en el estado donde se cultiva?

Este artículo de dos partes analizará más de cerca la personalidad conflictiva del cáñamo en un intento de comprender mejor cómo se puede usar de manera segura para muchas aplicaciones diferentes. La primera parte se centrará en las propiedades de fitorremediación del cáñamo y por qué se ha utilizado para limpiar sitios de desechos tóxicos donde otros tipos de remediación han fallado. La segunda parte examinará sus aplicaciones industriales más recientes y, en particular, su uso como fuente prolífica de cannabinoides con fines medicinales. Además, enfatizará la importancia de las pruebas regulares, que son imperativas para garantizar que el producto se utilice adecuadamente para la aplicación óptima y no tenga un impacto negativo en la seguridad del consumidor.

El cáñamo como hiperacumulador

Se sabe que el cannabis y el cáñamo son ávidos hiperacumuladores de contaminantes en el suelo. Es por eso que se han utilizado para limpiar sitios de desechos tóxicos donde otros tipos de intentos de remediación han fracasado. A raíz de la fusión nuclear de Chernobyl en Ucrania en 1986, se plantó cáñamo industrial para limpiar los isótopos radiactivos que se habían filtrado en el suelo y las aguas subterráneas. ¹. Las propiedades de fitorremediación de las especies botánicas son bien reconocidas. Se ha informado que cerca de 400 plantas, arbustos, flores y árboles tienen la capacidad de absorber niveles extremadamente altos de contaminantes metálicos del suelo. ². Por supuesto, Chernobyl es un ejemplo extremo de contaminación por metales y radionúclidos, pero como resultado de las actividades industriales antropogénicas normales en las últimas décadas, incluida la minería, la refinación / fundición de metales, la generación de energía y el uso de fertilizantes, la contaminación por metales pesados se ha convertido en uno de los problemas ambientales más graves en la actualidad.

A pesar de que gran parte de las tierras de cultivo en los Estados Unidos son perfectamente adecuadas para el cultivo de cultivos agrícolas, incluso los bajos niveles de metales pesados pueden terminar en el material vegetal. Un informe reciente mostró que los alimentos infantiles populares tenían niveles inaceptablemente altos de Pb, Cd, As y Hg derivados de las verduras utilizadas en el proceso de fabricación, que habían escapado al escrutinio de la FDA de los Estados Unidos. ³. Y, con todas las diversas y variadas condiciones del suelo utilizadas para el cultivo de cáñamo para productos de consumo como cannabinoides medicinales, semillas comestibles y fibras industriales, será muy difícil eliminar todas estas fuentes potenciales de contaminación para reducir su impacto en la biología de la planta. Entonces, ¿puede el cáñamo, que se cultiva predominantemente al aire libre, y una de las mejores plantas para fines de fitorremediación del suelo, ser utilizado de manera realista y segura como fuente para todos estos maravillosos productos? Echemos un vistazo más de cerca.

Desastre nuclear de Chernobyl

El 26 de abril de 1986, una repentina oleada de energía durante una prueba del sistema del reactor destruyó la Unidad 4 de la planta de energía nuclear de Chernobyl en Pripyat, Ucrania, parte de la antigua Unión Soviética. El accidente y el incendio que siguió liberaron cantidades masivas de material radiactivo en el medio ambiente y causaron el peor desastre nuclear que el mundo haya visto jamás. Treinta y una personas perecieron como resultado inmediato del accidente, y otras 29 murieron en cuestión de semanas por los horribles efectos del envenenamiento por radiación. Cientos de miles de personas se vieron afectadas por el impacto a largo plazo del accidente. La lluvia radiactiva era tan grave que los agricultores locales estaban profundamente preocupados de que el suelo se viera irrevocablemente dañado por los metales tóxicos que se filtraban en el suelo. El sitio se dejó durante varios años para permitir que la radiactividad disminuyera. Luego, a principios de la década de 1990, los científicos comenzaron a cultivar cáñamo industrial alrededor de la planta de energía nuclear abandonada de Chernobyl, y descubrieron que reducía significativamente la toxicidad del suelo por radionúclidos. ⁴. Avance rápido 10 años hasta 2001 y un equipo de investigadores en Alemania confirmó los resultados de Chernobyl al mostrar que el cáñamo era capaz de extraer plomo, cadmio y níquel y otros metales pesados de una parcela de tierra contaminada con lodos de aguas residuales. ⁵. De repente, el cáñamo industrial se convirtió en una opción viable para limpiar muchos sitios industriales contaminados en todo el mundo, ya que ofrecía muchos beneficios sobre los enfoques de remediación tradicionales.

Remediación tradicional del suelo

La acumulación de metales pesados en el suelo ha aumentado rápidamente debido a diversos procesos naturales y actividades industriales. Como los metales pesados son tóxicos y no biodegradables, persisten en el medio ambiente, tienen el potencial de ingresar a la cadena alimentaria a través de las plantas de cultivo y, finalmente, pueden acumularse en el cuerpo humano a través de la exposición a largo plazo y la biomagnificación. Como resultado, la contaminación por metales pesados ha representado una grave amenaza para la salud humana y el ecosistema. Por lo tanto, es necesario tomar medidas de remediación para evitar que los metales pesados entren en los ambientes terrestres, atmosféricos y acuáticos, y para mitigar la tierra contaminada. ⁶.

Se han desarrollado una variedad de enfoques de remediación para recuperar el suelo contaminado con metales pesados, que se basan principalmente en técnicas mecánicas o fisicoquímicas, como la incineración del suelo, la excavación y el vertedero, el lavado del suelo, la solidificación y la aplicación en el campo eléctrico. Sin embargo, existen limitaciones para estos enfoques, como el alto costo, la ineficiencia cuando los contaminantes están presentes a bajas concentraciones, los cambios irreversibles en las propiedades fisicoquímicas y biológicas de los suelos que conducen al deterioro del ecosistema del suelo y la introducción de contaminantes secundarios. Por lo tanto, existe claramente la necesidad de desarrollar tecnologías de remediación rentables, eficientes y respetuosas con el medio ambiente para recuperar el suelo contaminado con metales pesados.

Principios de fitorremediación

La fitorremediación es un enfoque de limpieza basado en plantas, que implica el uso de plantas para extraer y eliminar contaminantes elementales o reducir su biodisponibilidad en el suelo. Las plantas tienen la capacidad de absorber compuestos iónicos en el suelo incluso a bajas concentraciones extendiendo su sistema radicular en la matriz del suelo y estableciendo un ecosistema de rizosfera para acumular metales pesados y modular su biodisponibilidad, recuperando así el suelo contaminado y estabilizando la fertilidad del suelo. La fitorremediación tiene muchas ventajas, que incluyen:

• Económicamente factible, requiriendo solo una fuente de carbono, nitrógeno y energía solar para la síntesis metabólica.
• Relativamente sencillo de gestionar, con bajo coste de instalación y mantenimiento.
• Respetuoso con el medio ambiente: puede reducir la exposición de contaminantes al medio ambiente y al ecosistema.
• Previene la erosión y la lixiviación de metales mediante la estabilización de metales pesados, reduciendo el riesgo de propagación de contaminantes.
• Mejora la fertilidad del suelo mediante la liberación de diversas materias orgánicas en el suelo.
• Extremadamente eficiente para muchos contaminantes.
• La aplicabilidad en grandes áreas y plantas se puede eliminar fácilmente.

Eficiencia de fitorremediación

Una gran cantidad de investigación se ha dedicado a los mecanismos moleculares detrás de la tolerancia y absorción de metales pesados por las plantas. Ha sido bien estudiado y, como resultado, el proceso de fitorremediación está optimizado y es extremadamente eficiente. ². Se ha informado que hay más de 400 plantas que se pueden llamar hiperacumuladoras, muchas con propiedades que son específicas del metal. Por ejemplo, la alfalfa es un excelente remediador para los metales pesados clásicos y los estudios han demostrado que puede extraer hasta 43,000 mg de Pb por kg de la planta y aún así mantenerse saludable. Mientras que otras plantas como el pennygrass alpino funcionan mejor para los metales de transición y los estudios han informado que puede eliminar hasta 51,000 mg / kg de Zn del suelo. ². 

El cáñamo no es tan eficiente como otros fitorremediadores específicos de metales, pero parece ser una planta que tiene buenas propiedades de hiperacumulación para una amplia gama de contaminantes, incluidos metales pesados, metales de transición y radionucleidos. Un estudio científico reciente mostró que el cáñamo industrial podría absorber más de 1000 mg / kg de cadmio sin afectar su crecimiento. ⁷. Su sistema radicular muy largo y alta biomasa, significa que los metales se absorben rápidamente y residen en muchas partes diferentes de la planta, incluyendo raíces, brotes, tallos, hojas, flores, etc. Como resultado, se usa ampliamente para limpiar la contaminación de fuentes como desechos mineros, refinación de metales, centrales eléctricas de carbón, lodos de aguas residuales y sitios de reactores nucleares contaminados como Chernobyl. También vale la pena señalar que después del daño devastador por el tsunami que causó la fusión de la planta nuclear de Fukushima en Japón en 2011, los científicos consideraron el uso de cáñamo para ayudar a sus esfuerzos de limpieza. Sin embargo, debido a la Ley de Control de Cannabis forzada a la ley japonesa por los Estados Unidos después de la Segunda Guerra Mundial, el cáñamo solo se puede cultivar bajo licencia, por lo que es altamente restringido y difícil de obtener. Parece que estas restricciones pronto se levantarán para aprovechar las propiedades de fitorremediación del cáñamo para ayudar a la limpieza. ⁸. Como resultado de estas restricciones, los girasoles se utilizaron por primera vez para limpiar el cesio-137 y el estroncio-90 del suelo inmediatamente después de la fusión. Los girasoles son otra planta hiperacumuladora con el beneficio adicional de crecer muy alto para la máxima absorción del contaminante. Además, son baratos, abundantes en Japón y perfectamente adecuados para el clima local. ⁹.

En la fitorremediación convencional, una vez que las plantas han absorbido el nivel máximo de contaminantes, generalmente se destruyen (generalmente se incineran). Sin embargo, en algunas aplicaciones, el material extraído se procesa para eliminar el metal. Esta es una ciencia relativamente nueva llamada fitominería, que es la fitoextracción aplicada a la extracción de varios metales de sitios de desecho utilizando diferentes plantas, incluido el cáñamo. ¹⁰. Por ejemplo, los metales de tierras raras se están extrayendo de sitios de drenaje ácido que contienen efluentes de desechos sobrantes de la refinación de minerales de tierras raras. Esto está atrayendo una gran cantidad de atención, particularmente de China y Sudáfrica, donde la mayoría de la minería de tierras raras se lleva a cabo hoy en día. Es una forma de limpiar el sitio de desechos y también de extraer los metales de tierras raras, que de otro modo habrían sido tratados y vertidos. ¹¹.

La segunda parte de este artículo examinará las muchas aplicaciones industriales y terapéuticas del cáñamo, incluido su uso para la producción de productos de CBD y enfatizará la importancia de las pruebas regulares de metales pesados, para garantizar la máxima seguridad del consumidor.

Lecturas adicionales

1. De vuelta a Chernobyl, Lila Guteman, New Scientist, 10 de abril de 1999, https://www.newscientist.com/article/mg16221810-900-back-to-chernobyl/ 
2. Phytoremediation: A Promising Approach for Revegetation of Heavy Metal-Polluted Land, An Yang et al., Front. Plant Sci., 30 de abril de 2020, https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.00359/full 
3. Nuevo informe encuentra metales pesados tóxicos en alimentos populares para bebés: la FDA no advirtió a los consumidores del riesgo: L. Railey, Washington Post, 4 de febrero de 2021, https://www.washingtonpost.com/business/2021/02/04/toxic-metals-baby-food/ 
4. Fitorremediación de suelos contaminados con radiocesio en las cercanías de Chernobyl, Ucrania, Slavik Dushenkov et.al., Environmental Science & Technology, 33, 3, 469-475, (1999)
5. Health Effects of Chernobyl, Afiliado alemán de International Physicians for the Prevention of Nuclear War (IPPNW), Sebastian Pflugbeil et. al., abril de 2011, https://www.ippnw.org/pdf/chernobyl-health-effects-2011-english.pdf 
6. Phytoremediation: Principles and Perspectives, Joan Barceló y Charlotte Poschenriede, CONTRIBUCIONES a la CIENCIA, 2 (3): 333-344 (2003), https://www.researchgate.net/publication/28076724_Phytoremediation_Principles_and_perspectives 
7. Cannabis sativa L. que crece en suelos contaminados con metales pesados: crecimiento, captación de cadmio y fotosíntesis. Peter Linger et. al., BIOLOGIA PLANTARUM 49 (4): 567-576, 2005,
8. Cáñamo vs. residuos nucleares, sitio web de HERB, diciembre de 2019, https://herb.co/news/culture/hemp-vs-nuclear-waste/?fbclid=IwAR0kvJbReeguUrmtRaYWr2DKcY5sPGbS2qgWuNE8AwsUuZLWMduD–khpao 
9. Científicos están usando girasoles para limpiar la radiación nuclear, Molly Beauchemin, revista Garden Collage, 12 de mayo de 2016, https://gardencollage.com/change/sustainability/scientists-using-sunflowers-clean-nuclear-radiation/ 
10. Phytomining, Robert Brooks et.al., Trends in Plant Science, Volume 3, Issue 9, Pages 359-362, 1 de septiembre de 1998, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1360138598012837 
11. Phytoextraction of rare earth elements from ion-adsorption mine tailings by Phytolacca Americana: Effects of organic material and biochar amendment, Wen Shen Lui et. al., Journal of Cleaner Production, Volumen 275, 122959, 1 de diciembre de 2020 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652620330043 

FUENTE 1: labmate-online.com

FUENTE 2: analyticalcannabis.com