Sesión de Aerobiología del CRAIC "Introducción a la aerobiología"

Sesión de Aerobiología
Introducción a la Aerobiología
Asesor: Dra. Med. Gabriela Galindo Rodríguez
Ponente: Brenda María Curiel Velázquez
Residente de primer año de Alergia e Inmunología clínica
15 de Septiembre del 2023

Historia
•La percepción de que las
partículas transportadas por
el aire podrían causar daño a
los humanos, provocando
brotes como pestilencias.
•Lucrecio e Hipócrates.
Sociedades
Occidentales
•Avance de la
ciencia y el
desarrollo de
nuevas tecnologías,
el estudio de las
partículas
biológicas en el
aire se convirtió en
algo más que una
idea teórica
Era moderna
•Describió pequeños
“animáculos”
flotando en el aire y
observándolos por
medio de sus lentes
en 1680
Anton Van
Leeuwenhoek
• Experimentos
con esporas de
moho
Pier Antonio
Micheli
•J.G. Koelrüter, C.P.
Sprengel y T.A.
Knight
•observaciones de
partículas en el
aire
Siglo XVIII
Lancia, A., Capone, P., Vonesch, N., Pelliccioni, A., Grandi, C., Magri, D., & D’Ovidio, M. C. (2021). Research progress on aerobiology in the last 30 years: A focus on methodology and occupational health. Sustainability, 13(8), 4337.
Dra. Curiel
CRAIC Mty

•Experimentos sobre
generación espontánea
• A raíz de los hallazgos
de Pasteur, muchos
investigadores de todo el
mundo abordaron el
estudio de las partículas
biológicas en el aire.
Lazzaro Spallanzani
y Louis Pasteur
(1822-1895)
•Descubrió la
presencia de
endosporas
bacterianas en la
superficie de
fragmentos de
heno con la
capacidad de
transmitir fiebre.
Década de 1870,
John Tyndall •Richard Leach Maddox
“aeroconiscopio”
•David Douglas
Cunningham
•Embudo que dirigía el aire
sobre un portaobjetos
cubierto con material
adhesivo.
•Pierre Miquel
•Visualización de esporas
con dispositivo similar
Dispositivos (1870)
•Primer
seguimiento real
del polen y esporas
con fines médicos
Blackley • Sólo se publicaron
unos pocos
trabajos sobre
aerobiología y se
realizaron pocas
mejoras en los
métodos de
muestreo
Entre finales del siglo
XIX
Siglo XVIII y XIX
Dra. Curiel
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Historia
•Invención del
término
“aerobiología”
•Utilizó un
instrumento “sky-
hook”, colocado en
los aviones para
recolectar partículas
suspendidas durante
su vuelo.
Fred Campbell Meier,
1930
•Se realizó el primer
muestreo continuo
de polen en Cardiff.
En 1943
•Término “esporas de
aire” partículas
microscópicas
liberadas en la
atmósfera por los
seres vivos.
•Estudios centrados
en la mecánica física
de la dispersión de
esporas y polen en la
atmósfera.
Philip Herries Gregory
•Invención de una
trampa volumétrica
automática de
esporas.
•Bombeando aire
activamente y
recogiendo
partículas en una tira
de muestreo
cubierta con gel de
sílice y colocada en
un tambor cilíndrico
mecánico.
Jim Hirst, 1952
•Sistema de muestreo
alternativo basado
en brazos giratorios
cubiertos con
material pegajoso,
llamado
“muestreador de
rotorod”.
Perkins, 1957
Dra. Curiel
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Historia
• 1964, Programa Biológico
Internacional (IBP)
• 1968, Grupo de Trabajo
Internacional de
Aerobiología
• 1972, Asociación
Internacional de
Aerobiología
Asociaciones
• Incluidas técnicas
moleculares
• ELISA
• IFA
Técnicas para el
monitoreo
aerobiológico
• Nueva frontera para la
aerobiología, pero aún
están en desarrollo y
requieren una
interpretación precisa
de los datos procesados.
Las técnicas en tiempo
real
• Muestreadores de tipo
Hirst y de rotorod
todavía se utilizan
ampliamente para el
monitoreo de polen y
esporas de hongos
Métodos cuantitativos
tradicionales
Dra. Curiel
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¿Qué es la aerobiología?
Parte de la biología que estudia los
organismos vivos que se desplazan por el
aire de forma pasiva.
Aero: aire
Bio: vida
Logos: estudio de
Vocablo origen griego
Estudio de
los microorganismos o esporas presentes en
el aire y de su distribución.
Real Academia Española ©
Dra. Curiel
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¿Qué estudia la aerobiología?
Lo, F., Bitz, C. M., Battisti, D. S., & Hess, J. J. (2019). Pollen calendars and maps of allergenic pollen in North America. Aerobiologia, 35, 613-633.
Movimiento
Transporte
pasivo
Dispersión
Depósito de
materiales y
partículas
de origen
biológico
Endotoxinas
Micotoxinas
Células y
esporas de
bacterias
Esporas de
hongos
Aerosoles
Filamentos de
algas
Quistes de
protozoos
Polen Hongos
Bacterias
Virus
Ácaros
Dra. Curiel
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Relación con otras ciencias
Albertini, R., Galán, C. & Clot, B. Advances in aerobiology for the preservation of human and environmental health: a multidisciplinary approach. Aerobiologia 36, 1–2 (2020).
Aerobiología
Agronomía
Medicina:
alergología
Botánica Meteorología
Farmacéutica
Física
La estrecha colaboración entre
diferentes áreas de investigación es
esencial para ampliar horizontes y
estimular la innovación, mejorar el
bienestar de la población y el medio
ambiente, así como reducir los
costes sanitarios y
medioambientales relacionados
Dra. Curiel
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Alergia: Antecentes históricos
La primera definición científica de polinosis fue realizada por el
Dr. Bostock en 1819, en un trabajo que leyó en la Sociedad
Médico-Quirúrgica de Londres titulado “Un caso de una
afección periódica de los ojos y el tórax”.
Describió su propia enfermedad que se producía durante la
estación del heno en Inglaterra (junio-julio)
‘’fiebre del heno’’.
Más de cuatro décadas después, el Dr. Blackley fue el primer
autor que describió que la polinosis o fiebre del heno era
desencadenada por la exposición ambiental a granos de polen
de gramíneas.
Alfaya Arias T, Baltasar Drago M, Belmonte Soler J. (2002). Polinosis, polen y alergia. mra ediciones, S. L.
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Polen y alergia
La alergia al polen es una enfermedad regionalmente variable
Impulsada por numerosos factores ambientales, incluida la flora local, el
tiempo, el clima y la contaminación del aire
La exposición previa al polen impulsa la sensibilización a la enfermedad,
mientras que la exposición actual al polen provoca la exacerbación de la
enfermedad entre aquellos que están sensibilizados.
Las distribuciones temporales y espaciales de los tipos de polen alergénicos son
importantes para la epidemiología de las enfermedades alérgicas y para el
diagnóstico y tratamiento de las enfermedades alérgicas.
Dra. Curiel
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Importancia del estudio aerobiológico
Asma
Rinitis
alérgica
Conjuntivitis
alérgica
Carga financiera significativa
Costos directos de tratamiento y medicamentos
Costos indirectos sustanciales debido a la menor
productividad en el lugar de trabajo, el desempeño escolar
adverso y la reducción de la calidad de la educación.
Importante problema de salud pública.
Sensibilización- exacerbación
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Taxonomí
a de las
plantas
Árboles Pastos Malezas
Dra. Curiel
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Morfología de la flor
Femenino
Masculino
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La dispersión de dichos granos de polen es un evento
dinámico regido por fenómenos meteorológicos que
influyen en los mecanismos de emisión, transporte,
permanencia, deposición y captura de los granos.
Polen
Granos de polen
Células sexuales masculinas de las plantas
con flores que se forman dentro de los
estambres y se liberan al aire una vez que
maduran.
Su función biológica es
llegar a la parte femenina
de una flor de la misma
especie y posibilitar la
fecundación de los óvulos.
La existencia de
granos de polen en
la atmósfera es un
fenómeno natural
que se produce
como resultado del
ciclo sexual de las
plantas anemófilas.
Rocha-Estrada, A., Alvarado-Vázquez, M. A., Torres-Cepeda, T. E., Foroughbakhch-Pournavab,R., & Hernández-Piñero, J. L. (2008). Airborne pollen of Carya, Celtis, Cupressus, Fraxinus and Pinus in the metropolitanarea of Monterrey Nuevo Leon, Mexico. Annals of Agricultural and Environmental Medicine, 15(2).
Dra. Curiel
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Polinización
Plantas autógamas: el polen puede realizar su función
en la misma flor o en la misma planta que lo ha
formado
Plantas alógamas: el polen sólo resulta viable si
alcanza una ovocélula de otra planta de su misma
especie.
Anemofilia: con el viento como medio de
arrastre y diseminación de los granos de polen
Entomofilia: A cargo de insectos (abejas,
mariposas, escarabajos).
El traslado del polen desde el órgano donde se ha
formado hasta la parte femenina de la flor
Requiere que los pólenes
sean especialmente
resistentes, ya que se ven
sometidos a condiciones
ambientales adversas que
podrían provocar el
colapso y desecación de
los coponentes celulares,
alterándolos y haciendo el
polen inviable.
Alfaya Arias T, Baltasar Drago M, Belmonte Soler J. (2002). Polinosis, polen y alergia. mra ediciones, S. L.
Dra. Curiel
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Pared del grano de polen
Halbritter, H., Ulrich, S., Grímsson, F., Weber, M., Zetter, R., Hesse, M., ... & Frosch-Radivo, A. (2018). Pollen morphology and ultrastructure. Illustrated pollen terminology, 37-65.
La pared del polen (esporodermo) de las plantas con semillas
Está formada por dos capas principales:
La exina se compone
principalmente de
esporopolenina, que es un
biopolímero resistente a la
acetólisis y a la descomposición.
La intina se compone
principalmente de celulosa y
pectina.
Dra. Curiel
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Pared del grano de polen
Halbritter, H., Ulrich, S., Grímsson, F., Weber, M., Zetter, R., Hesse, M., ... & Frosch-Radivo, A. (2018). Pollen morphology and ultrastructure. Illustrated pollen terminology, 37-65.
Dra. Curiel
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Polenes más
frecuentes en México
Rosas-Alvarado, A., Bautista-Huerta, M., & Velázquez-Sámano, G. (2011). Atlas de los pólenes alergénicos de mayor relevancia en México. Rev Alerg Mex, 58(3), 162-170.
Dra. Curiel
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Polen y alergia
Martínez, M. A. C., Gil, J. E. R., & Monterrubio, R. L. F. (2015). Aerobiología: La Ciencia Que Estudía Los Granos De Polen. Kuxulkab', 21(41).
Planta anemófila,
produce grandes
cantidades de
pólenes que
pasan
rápidamente a la
atmósfera.
Que sea lo
suficientemente
ligero para
facilitar su
permanencia y
desplazamiento
en el aire.
Que provenga de
una planta que
sea abundante en
los alrededores
de la localidad en
cuestión o de la
persona
sensibilizada.
El contenido de polen en la atmósfera
depende de la capacidad de producción
de la planta, la geografía, la época del
año, la hora del día y de los factores
climáticos.
Dra. Curiel
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Polen
Reacciones alérgicas
dependen de
Cantidad de polen
presente en el aire
Capacidad de
respuesta de un
individuo
Factores
ambientales
El humano realiza alrededor de 20 inhalaciones por minuto correspondiente
a 0.7 litros/aire.
Inspiramos 14 litros de aire/minuto
1 m3 de aire por hora
En un día con actividad de alta polinización, puede penetrar en el aparato
respiratorio hasta un centenar de un mismo tipo de polen, cantidad lo
suficientemente capaz para desencadenar una reacción alérgica
La concentración umbral de granos de polen para que puedan desencadenar
una reacción alérgica difiere en la literatura.
Dra. Curiel
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Polen y temperatura
La temperatura es importante para
el transporte de las biopartículas
Calentamiento del aire:
Producción de turbulencia, que
genera volatización a la atmósfera
Apertura de las anteras
Dra. Curiel
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Prince, A., Norris, M. R., & Bielory, L. (2018). Seasonal ocular allergy and pollen counts. Current Opinion in Allergy and Clinical Immunology, 18(5), 387-392.
Zhang Y, Bielory L, Mi Z, et al. Allergenic pollen season variations in the past two decades under changing climate in the United States. Glob Chang Biol 2015; 21:1581 – 1589.
Los niveles de polen en el aire
tienden a aumentar durante
condiciones cálidas, secas y
despejadas y a caer durante
períodos fríos y húmedos.
Ziska et al.
La temporada de polen de
ambrosía se ha alargado en las
últimas décadas en función de la
latitud en América del Norte que
se ha asociado con el incremento
de las temperaturas.
Zhang et al.
El promedio anual total de polen
en el aire contado diariamente en
los Estados Unidos ha
aumentado un 46 % desde la
década de 1990 hasta 2010.
Temperatura
Dra. Curiel
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La humedad relativa
produce un cambio en
la forma, tamaño y
volumen del grano de
polen, como resultado
del contenido de agua
en el mismo.
Por ejemplo, si el
grano de polen
absorbe más agua éste
se hace lento y se
deposita rápido.
Polen y humedad
En la floración, la humedad relativa
en algunos casos desactiva la
apertura de las anteras, por lo
tanto, al aumentar la humedad
relativa en el aire hay menor
liberación del grano de polen
• Actúa limpiando la atmósfera de toda
partícula que se haya suspendida.
Lluvia
Dra. Curiel
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Polen y viento
Libera los granos de
polen y después actúa
como transporte del
mismo en la atmósfera
Si los vientos están
calmados durante la
liberación de los
granos de polen, la
cantidad en la
atmósfera permanece
baja.
Una vez que los
vientos exceden los 3
o 4 m/s, el polen es
liberado de la antera
Velocidades mayores a
10 o 20 m/s durante el
periodo de floración,
generan barrido en la
zona. La entrada a la
atmósfera se hace
inmediatamente.
Dra. Curiel
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Polen y umbral
Se ha demostrado que la alergenicidad de los
granos de polen cambia según la estación y a lo
largo de la temporada de polen.
Brito et al.
Nivel umbral para las concentraciones de polen de
gramíneas y en el que los pacientes desarrollaban
prurito ocular leve o síntomas nasales fue de 35
granos/m3
Se determinó que el
inicio de cualquier
síntoma alérgico de
fase temprana tras la
exposición al polen de
Artemisia fue de:
1 a 3 granos/m3
en un estudio
canadiense
4 a 5
granos/m3 en
un estudio
israelí
20 a 25
granos/m3 en
un estudio
ruso
Las variaciones en los niveles umbral de los granos de polen
también se pueden observar a nivel geográfico.
Comtois P, Gagnon L. Pollen concentrationand frequency of pollinosis symptoms: method of determinationof the clinicalthreshold. Rev Franc ̧ Allerg 1988; 28:279–286.
WaiselY,MienisZ,KosmanE,Geller-BernsteinC.Thepartialcontributionofspecial airborne pollen to pollen induced allergy. Aerobiologia 2004; 20:197 – 208.
Ostroumov A. The common ragweed as a source of mass allergicdiseases. Proc Zool Inst (Leningrad) 1989; 189:230 – 232.
Dra. Curiel
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Puntuación
combinada
prevista
de
síntomas
y
medicación
Recuento de polen y puntuación de medicación y
síntomas combinados previstos
Dra. Curiel
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Polen y contaminación
Ambrosía y contaminación
Se ha demostrado
que la
contaminación del
aire actúa
directamente sobre
el polen.
Las partículas de carbono de los gases de
escape de diésel se unen al principal alérgeno
del polen de gramíneas, Lol p 1, en
condiciones in vitro y representan un posible
mecanismo mediante el cual los alérgenos
pueden concentrarse en el aire contaminado.
Niveles elevados de CO2 aumenta
la producción de polen.
Europa
•Para 2050
•La producción aérea de ambrosía será
aproximadamente 4 veces mayor
•2/3 de la estimación se atribuirán a
cambios climáticos y de uso de la tierra
que ampliarán la idoneidad del hábitat de
la ambrosía en el norte y este de Europa.
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Contaminación y cambio climático
La energía mundial se deriva de
combustibles fósiles
• CO2
• metano
• carbono negro
• óxidos de nitrógeno y aerosoles de
sulfato.
Gases de efecto invernadero
naturales
• persisten durante largos períodos
en la atmósfera
Otros agentes
• Metano
• tienen vidas más cortas, pero
también contribuyen al cambio
climático.
Los gases de efecto invernadero
• Mantener la Tierra caliente al
absorber la energía del sol
• redirigirla de regreso a la superficie
de la Tierra.
• Una sobreabundancia, atrapa una
cantidad excesiva de calor en la
atmósfera
Eguiluz-Gracia, I., Mathioudakis, A. G., Bartel, S., Vijverberg, S. J., Fuertes, E., Comberiati, P., ... & Hoffmann, B. (2020). The need for clean air: the way air pollution and climate change affect allergic rhinitis and asthma. Allergy, 75(9), 2170-2184.
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PALM:
Mediadores
lipídicos asociados
al polen
Dra. Curiel
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Alteración de los patrones
de vegetación local y
aceleración de la tasa de
crecimiento y la fenología de
las plantas.
Aumentos en las
concentraciones de polen en
el aire y cambios en la
distribución geográfica de
las plantas.
Mayor duración de la
temporada de polen de
ambrosía en diferentes
estudios realizados en
América del Norte y Europa.
Los cambios en la humedad
atmosférica y las
precipitaciones también
afectan muy probablemente
el crecimiento y la
distribución de los hongos.
Las interacciones de estos
cambios con el fotoperíodo
modificarán el patrón de
migración de algunas plantas
y hongos.
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Hongos
Barnes, C. (2019). Fungi and atopy. Clinical reviews in allergy & immunology, 57(3), 439-448.
Los niveles de esporas de hongos al aire libre
Latitudes del norte
Bajos en la
primavera
Aumentan con las lluvias y el aumento
de las temperaturas hasta alcanzar su
punto máximo a principios del otoño
con niveles elevados que se acercan a
las 50,000 esporas/m3 de aire.
Latitudes meridionales
Dependen más del ciclo de la
humedad y pueden verse algo
reducidos por temperaturas
extremadamente altas.
Se pueden encontrar
niveles generales de
esporas en el aire en casi
cualquier época del año
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Estudio y monitoreo aerobiológico
J.Belmonte. Métodos de muestreo aerobiológico. Punto de información aerobiológica. (28 de julio 2023). Recuperado el 1 de septiembre de 2023 de https://aerobiologia.cat/pia/es/methods#r1
Los estudios aerobiológicos permiten conocer los diferentes
tipos de alérgenos y la concentración en la que se encuentran
en el aire.
Permiten conocer la relación entre los parámetros
meteorológicos de un sitio y las partículas biológicas
presentes en el aire.
Con estos datos, se pueden desarrollar modelos predictivos
de las concentraciones de biopartículas que podrían
encontrarse en el aire en determinadas épocas del año
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Objetivos
Red Andaluza de Aerobiología. Métodos de muestreo aerobiológico. Recuperado el 1 de septiembre 2023 de https://www.uco.es/raa/infor_raa/captacion.html.
Obtener un registro continuo de la atmósfera o realizar muestreos
cortos e intermitentes
Obtener datos horarios, diarios o semanales
Identificar y realizar un recuento sobre el número total de partículas
presentes en el aire o sólo de aquellas que son viables
Estudiar un grupo taxonómico en concreto o el contenido de las
partículas presentes en el aire
Obtener un valor acerca de la lluvia polínica o un valor que represente
el número de partículas por volumen de aire
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Monitoreo aerobiológico
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Captador Hirst
Muestreador de impacto por succión
Aspira volúmenes constantes y conocidos de aire y los hace impactar
contra la superficie receptora.
Cinta plástica de 19 mm de ancho que se dispone tensada alrededor de
una pieza cilíndrica llamada tambor.
Para darle la capacidad de adherir y retener las partículas, se deposita
sobre la cinta una fina película de aceite de silicona.
La disposición del tambor así preparado en el interior del captador gira
continuamente a razón de 2 mm/hora.
Partículas retenidas de forma secuencial.
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Objetivo:
• Describir la prevalencia de polen en la ciudad de
Monterrey, México, durante el año 2004.
Resultados
Árboles 72 %
Fraxinus spp.
27.5 %
Enero-Marzo
Malezas
Amaranthaceae/
Chenopodiaceae
Ambrosia spp Parietaria spp
Muestreador de aire Hirst, con un
flujo de aire de 10 L/minuto
Se calculó el conteo promedio mensual de
polen, así como el total de enero de 2004
a enero de 2005
El polen de malezas y gramíneas
fue perenne con picos durante el
año.
González Díaz, S. N., Rodríguez Ortiz, P. G., Arias Cruz, A., Macías Weinmann, A., Cid Guerrero, D., & Sedó Mejía, G. A. (2010). Atmospheric pollen count in Monterrey, Mexico. In Allergy & asthma proceedings (Vol. 31, No. 4, pp. 342-348). OceanSide Publications.
CRAIC y Monitoreo aerobiológico
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Pollen Sense
Dispositivo totalmente
automatizado en tiempo real
que cuenta polen, moho, hongos
patógenos de cultivos,
microplásticos, caspa de perros,
partículas de humo y más.
El APS-400 divide los datos de
partículas en grupos como polen,
moho y microplásticos, y aún
más en tipos de polen y moho
Vital importancia para quienes
sufren de alergias estacionales
https://www.pollensense.com
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https://weather.com/es-MX/forecast/allergy/l/a03e0f14b32c09bd6e063bfe586761a98f2ba6895ea71832ad1d6520efd6e445
Dra. Curiel
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Conclusiones personales
El monitoreo y la predicción de los niveles de polen y esporas son esenciales para permitir que las
personas alérgicas tomen medidas preventivas.
Es fundamental para comprender y abordar las enfermedades alérgicas y las relacionadas con la
exposición a partículas biológicas en el aire, como el polen y las esporas de hongos.
La aerobiología es la disciplina que se dedica al estudio de los organismos biológicos que se encuentran
en el aire y cómo estos afectan a los sistemas biológicos, la salud humana y el medio ambiente.
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