Co powodują metale ciężkie ?

Charakterystyczną właściwością metali ciężkich jest ich wysoka gęstość oraz bezwzględna toksyczność. Nie biorą one udziału w procesach życiowych, do takich metali zalicza się kadm, ołów i rtęć. Metale te mają największy współczynnik akumulacji, łatwo absorbują się z powietrza, z przewodu pokarmowego, łatwo przechodzą przez łożysko, barierę krew-mózg , łatwo wiążą się z makrocząsteczkami (białka), łatwo uszkadzają strukturę DNA .Ich obecność w organizmie wiąże się z efektem mutagennym, embriotoksycznym, teratogennym i karcinogennym.

Występowanie metali ciężkich w środowisku wynika zarówno z biogeochemicznego obiegu pierwiastków (naturalne procesy zachodzące w przyrodzie), jak i ze źródeł antropogenicznych.
Źródła naturalne metali ciężkich:
- wietrzenie skał,
- erupcja wulkanów,
- parowanie oceanów,
- pożary lasów,
- procesy glebotwórcze.
Działanie metali ciężkich na organizmy zależy od ich stężenia. Wysokie koncentracje mogą prowadzić do zaburzeń procesów fizjologicznych, ale nawet przy niskich stężeniach mogą wywoływać niepożądane zmiany na skutek akumulacji. Ostatnio jesteśmy coraz bardziej świadomi, że działalność człowieka może zagrażać środowisku. Niestety nie zawsze udaje się utrzymać równowagę pomiędzy wprowadzanymi technologiami a ochroną zasobów naturalnych. Szybki rozwój techniki i zmiany, jakie zachodzą we współczesnym świecie, w istotny sposób wpływają na środowisko przyrodnicze. Jednym z najgroźniejszych ubocznych skutków rozwoju cywilizacji i przemysłu jest rozprzestrzenianie się pierwiastków śladowych. Ma to ścisły związek z coraz większym wydobyciem złóż mineralnych zawierających te pierwiastki oraz procesami przetwórczymi i spalaniem surowców energetycznych. Obecnie w wyniku znacznego uprzemysłowienia i urbanizacji, możliwość wystąpienia nadmiaru pierwiastków śladowych w środowisku naturalnym zwiększyła się wielokrotnie.

Toksykologia wyróżnia dwa typy oddziaływań substancji szkodliwych na organizmy:
• oddziaływania bliskie (ekspozycja zawodowa - szybka akumulacja substancji toksycznej w organizmie)
• oddziaływania odległe (ekspozycja środowiskowa - powolne zmiany w organizmie).


RTĘĆ
- jest jedynym pierwiastkiem metalicznym ciekłym w normalnej temperaturze. Ma dużą gęstość- 13,5939 g/m3. Temperatura topnienia- 38,87oC, temperatura wrzenia- 356,58oC. Rozpuszcza ona metale, tworząc amalgamaty (z wyjątkiem żelaza, platyny, wolframu i molibdenu).Wykazuje dużą lotność- w temperaturze 20oC w powietrzu znajduje się 14 mg Hg/m3 w stanie równowagi dynamicznej. Dawka progowa rtęci- czyli stężenie uważane za bezpieczne wynosi 0,05 mg Hg/m3 powietrza, dlatego rozlana rtęć stanowi potencjalne niebezpieczeństwo zatrucia. Dzięki swoim właściwościom znalazła zastosowanie do wypełniania termometrów, barometrów, manometrów i pomp próżniowych. Duże ilości rtęci zużywane są do wydobywania złota i srebra, oraz do elektrolizy litowców i produkcji materiałów wybuchowych.
Także jej związki mają szerokie zastosowanie: chlorek rtęci(I)- kalomel- stosowany jest w lecznictwie, do wyrobu elektrod, jako środek ochrony roślin, a chlorek rtęci(II)- sublimat- służy jako katalizator w syntezie organicznej, w metalurgii, jako środek dezynfekujący. Alkaliczny roztwór jodortęcianu potasu K2[HgJ4] -odczynnik Nesslera- używany jest do wykrywania amoniaku. Piorunian rtęci(II) Hg(CNO)2 ma zastosowanie do wyrobu spłonek i detonatorów.
Niezależnie od postaci i drogi w jaki sposób rtęć dostanie się do środowiska wodnego, mikroorganizmy metylują ją i w ten sposób powstaje zawsze metylek rtęci. Jest on rozpuszczalny w tłuszczach, a zarazem bardzo toksyczny i trwały- jest to główna postać rtęci, która dostaje i kumuluje się w żywych organizmach. Wiele ludzkich tragedii było spowodowane właśnie przez organiczne związki tego metalu. Tak było w Japonii, Gwatemali, Iraku, Pakistanie. W każdym przypadku było to spowodowane spożyciem żywności obciążonej związkami rtęci. Na przykład ponad 3000 ludzi zmarło w Iraku w latach 1971-72 w wyniku spożycia pszenicy zaprawionej fenylkiem rtęci.
Wchłaniane do organizmu człowieka alkilowe związki rtęci szybko przedostają się po przez krwiobieg do komórek mózgu, gdzie naruszają barierę krew-mózg, co prowadzi do zaburzeń metabolizmu układu nerwowego. Również ten metal tworzy bardzo trwałe połączenia z grupami tiolowymi białek i enzymów, zakłócając ich funkcję.
Rtęć występuje w 3 formach: jako rtęć organiczna, nieorganiczna oraz metaliczna. Związki organiczne rtęci powodują zatrucia charakteryzujące się długim okresem utajenia. Wchłaniają się przez błonę śluzową przewodu pokarmowego i przez krew zostają rozprowadzone do wszystkich tkanek, a kumulują się w narządach miąższowych, głównie w nerkach, wątrobie, mięśniach i kościach. W wyniku działania związków alkilortęciowych uszkodzony zostaje ośrodkowy układ nerwowy, a skutki są nieodwracalne. Zaobserwowano że obecność w diecie szczurów selenu, zmniejsz toksyczne objawy zatrucia rtęcią, co może odbywać się poprzez konkurencję w wiązaniu się z niektórymi białkami i aminokwasami. Rtęć metaliczna bardzo słabo wchłania się przez skórę -0,1 % i z przewodu pokarmowego - 2%. Natomiast bardzo dobrze wchłania się przez układ oddechowy - 80%. Spożycie rtęci z termometru nie powoduje więc żadnych objawów toksycznych,jest wydalana w niezmienionej postaci wraz z kałem. Opary natomiast wykazują znaczną toksyczność.
Rtęć wydala się głównie przez nerki wkrótce po jej wchłonięciu, ale powoli i przez dłuższy czas. Metal ten wydala się także prze gruczoły ślinowe i drażni je powodując ślinotok, który jest jednym ze wczesnych objawów zatrucia. Pierwiastek znajduje się również w pocie.
Przewlekłe zatrucia rtęcią zdarzają się w zakładach pracy, w których używana jest jej postać metaliczna lub sole. Zatrucia te rozwijają się powoli i w odróżnieniu od zatruć ostrych powodują nieodwracalne zmiany w ośrodkowym układzie nerwowym. Objawy zatrucia przebiegają w następującej kolejności:

a) zmiany w jamie ustnej - obrzęk ślinianek, dziąseł i języka
b) zęby chwieją się i łatwo wypadają, a w zębodołach tworzą się owrzodzenia
c) w dziąsłach dookoła kieszonek dziąsłowych osadza się czarny ząbek siarczku rtęciowego, wytrącany przez siarkowodór z rozkładu resztek pokarmowych - może się nie tworzyć, kiedy zachowana jest higiena jamy ustnej
d) ślinotok
e) bóle i zawroty głowy
f) wzmożona pobudliwość nerwowa, trudność skupienia myśli, uczucie znużenia
g) drżenia powiek, języka, palców, które w miarę upływu czasu rozszerzają się na całe kończyny
h) trudności w mówieniu
i) nerwica rtęciowa






KADM
- pierwiastek poznany w tym wieku. Jest stosowany zarówno w metalurgii i produkcji akumulatorów, jak i w produkcji farb i pigmentów oraz jako stabilizator mas plastycznych.
Źródłem kadmu są kopalnie i huty cynku, odpady tworzyw sztucznych, zużyte baterie, ścieki bytowe i przemysłowe oraz nawozy, a także dym papierosowy. Kowalak podaje, że przy światowej produkcji tytoniu równej 5,7 mln ton wypalanie takiej ilości papierosów powoduje emisję kadmu porównywalną z emisją z trzech, czterech wulkanów podczas erupcji
o średniej sile.
Zatrucia przewlekłe rozwija się powoli. Pierwszy okres trwa około 1 roku i jest bezobjawowy, można jedynie stwierdzić wyższy poziom kadmu w moczu i we krwi. Dłuższe - 2 letnie narażenie, prowadzi do rozwoju przewlekłej kadmicy. Charakteryzuje się ona ogólnym osłabieniem, suchością jamy ustnej, posmakiem metalicznym, brakiem łaknienia, występowaniem rąbka kadmowego na dziąsłach, okresowymi bólami brzucha i głowy, wzrostem OB i innymi objawami. Po 5 latach występuje bezsenność, pobudliwość nerwowa, zawroty głowy, krwawienia z nosa, bóle mięśniowo- stawowe, zmiany w kościach na tle odwapnieni. Natomiast po kilkunastu latach narażenia zaczynają się nieustające bóle mięśni, osłabienie, bezsenność, duszności, rozedma płuc, uszkodzenia nerek, szpiku oraz zmiany włókniejące w płucach.
W zatruciach przewlekłych mogą następować też zmiany w układzie kostnym (zaburzenie metabolizmu związków wapnia i fosforu). Powoduje także zakłócenia w przemianach witamin- głównie witaminy D i B1. Gromadzenie się kadmu w mięśniu sercowym i ścianach naczyń krwionośnych prowadzi najczęściej do nadciśnienia tętniczego i zwyrodnienia mięśnia sercowego.
Kadm indukuje przerywanie łańcuchów DNA i aberracje chromosomowe. Został on umieszczony na liście związków rakotwórczych.

OŁÓW
- pierwiastek znany już od przeszło 4500 lat. W I stuleciu p.n.e. stwierdzono zatrucie ołowiem pracowników manufaktur zbrojeniowych, a w czasach Imperium Rzymskiego używanie ołowianych naczyń - głównie przez ludzi bogatych - również prowadziło do wielu zatruć.
Obecnie ołów ma bardzo szerokie zastosowanie w trochę innych dziedzinach przemysłu: wykorzystywany jest między innymi do produkcji akumulatorów, amunicji, przy wytwarzaniu stopów czy jako dodatek do benzyny. Ma zastosowanie w przemyśle szklarskim, pirotechnicznym, przy produkcji tworzyw sztucznych, farb i lakierów. Wzbogacenie środowiska w ołów następuje w wyniku emisji pyłów pochodzących ze spalin samochodowych i hut, w wyniku spalania węgla, korodowania rur z zawartością ołowiu, składowania baterii. Źródłem ołowiu są także osady ściekowe.
Ten pierwiastek jest trucizną kumulującą się w organizmie. Zaabsorbowany ołów przenika do krwiobiegu, gdzie jego większa część wbudowuje się do czerwonych ciałek krwi- średni czas przebywania wynosi 30 dni. Z stąd 25-40% jego zawartości przenika do tkanek miękkich, około 15% do kości, a pozostała ilość jest wydalana. Czas przebywania w tkankach miękkich wynosi około 30 dni, a w kościach 40-90 lat u dorosłego osobnika.
Ołów jest silnie wiązany ze związkami o dużej liczbie cząsteczkowej, takich jak: aminokwasy, hemoglobina, enzymy, RNA, DNA; w ten sposób ulegają zaburzenia wiele metabolicznych dróg przemian. Skutkami toksyczności są: zaburzenia tworzenia krwi, nadciśnienie tętnicze, neuropatia, a także uszkodzenia mózgu.
Zatrucia przewlekłe - ołowica - są bardzo złożone a szybkość ich rozwoju zależy od stężenia w powietrzu oraz od okresu narażania na działanie pyłów lub par ołowiu. Do najbardziej charakterystycznych i najczęściej spotykanych objawów należy zabarwienie skóry bladoszare o żółtawym odcieniu - cera ołowicza. Już po kilku dniach może powstać na dziąsłach charakterystyczna niebiesko- czarna obwódka, osadzającego się siarczku ołowiu - tzw. rąbek ołowiczy. Występują także z różnym nasileniem objawy takie jak: zmęczenie, zwiększona pobudliwość nerwowa, brak łaknienia, zaparcie, upośledzenie przyswajania pokarmów. Przy dalszym rozwoju zatrucia występuje metaliczny posmak, kolka ołowiczna - czyli ostry, silny skurcz mięśni gładkich jelit, trwa kilka minut, występuje zwykle w nocy powodując silne bóle, obfite poty, biegunkę i wymioty. Napadom towarzyszy przyspieszenie czynności serca, skąpomocz i białkomocz oraz spadek temperatury ciała. Ołów powoduje skurcz naczyń mózgowych, wywołując wiele ciężkich zaburzeń.


W grupie metali ciężkich znajdują się też niezbędne dla organizmu człowieka . Są nimi: żelazo, cynk i miedź.

Żelazo - jest składnikiem hemoglobiny krwi i pełni ważną funkcję nośnika tlenu w organizmie. Żelazo z pożywienia jest na ogół trudno przyswajalne, zwłaszcza z produktów roślinnych. Dlatego dieta wegetariańska stwarza ryzyko wystąpienia niedoborów żelaza, zwłaszcza u kobiet i dzieci. Najłatwiej przyswajalne jest żelazo hemowe, które znajduje się w mięsie i podrobach, a obecność witaminy C w diecie podwyższa jego przyswajalność. Niektóre produkty, jak np. mieszanki dla niemowląt, są wzbogacone w żelazo w celu zapobiegania niedokrwistości (anemii). Rola tego pierwiastka w organizmie związana jest przede wszystkim z procesami oddychania tkankowego. Związki żelaza są składnikami hemoglobiny, mioglobiny oraz wielu enzymów,
Niedobór żelaza powstaje min. w wyniku:
- spożywania zbyt oczyszczonych i przetworzonych produktów
- trudności w przyswajaniu
- spożywania dużej ilości kwasu szczawiowego
- przy krwotokach różnego pochodzenia

Niedobór żelaza objawia się niedokrwistością typu niedoborowego. Do jej objawów należą min. stałe uczucie zmęczenia, znaczne obniżenie sprawności fizycznej, zmniejszenie łaknienia, drażliwość, bóle głowy, zaburzenia odżywcze skóry, błon śluzowych, włosów. Leczenie jej polega na przyjmowaniu dużych dawek preparatów żelaza przez dłuższy czas.


Cynk - Podstawowe informacje
Organizm ludzki nie jest w stanie funkcjonować bez tego pierwiastka, należącego do grupy metali ciężkich. Jest niezbędny do syntezy DNA i RNA, białek, insuliny i nasienia. Bierze udział w metabolizmie węglowodanów, tłuszczy, białek i alkoholu. Współdziała z witaminą A. Ponad 70 różnych enzymów wymaga cynku do prawidłowego działania. Jest także integralną częścią tkanek i wpływa na prawidłowe gojenie ran, prawidłowy wzrost i rozwój płodu. Możliwe, że bierze udział w zapobieganiu rozwojowi przeziębienia, wówczas, gdy stosuje się go regularnie.

Źródła:
Produkty bogate w białko, Mięso, Drób, Produkty pełno pszenne

Niedobory:
Objawy: Zahamowanie wzrostu, utrata apetytu, zaburzenia gojenia ran. Niektóre potrawy bogate w błonnik mogą wiązać cynk w przewodzie pokarmowym i zaburzać jego wchłanianie.
Ważne informacje:
Pierwszym objawem przedawkowania cynku są wymioty. Niekiedy cynk przechowywany niewłaściwie może wejść w reakcje z kwasami zawartymi w pożywieniu i w ten sposób powodować zatrucia organizmu. Cynk wchodzi także w reakcje wewnątrz organizmu z miedzią powodując niemożność jej wykorzystania. Niektórzy naukowcy z grupy badawczej pod nazwą Massachusetts wiążą chorobę Alzheimera z cynkiem. Sugerują, że cynk wpływa na powstawanie blaszki w mózgowiu osób chorych na tę chorobę.


Miedź jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Bierze udział w wytwarzaniu czerwonych krwinek, w tworzeniu kości i kolagenu, w prawidłowym gojeniu ran, we wchłanianiu i transporcie żelaza, w metabolizmie kwasów tłuszczowych i w powstawaniu RNA (kwasu rybonukleinowego).

Zapotrzebowanie
Choć nie są stworzone normy dotyczące dziennego zapotrzebowania na miedź, uważa się, że dorośli powinni spożywać od 1,5 do 3 mg dziennie.

Źródła:
Zboże
Orzeszki ziemne
Małże
Wątróbka
Płatki
Żółtka jaj

Ważne informacje
Jeżeli do gotowania czerwonej kapusty, buraków używa się miedzianego garnka, czerwony barwnik zawarty w tych warzywach zmieni zabarwienie potrawy na kolor niebieskawy.




Człowiek wiedząc o tym, jakie skutki ma nadmiar metali ciężkich w otoczeniu powinien zapobiegać ich emisji. Tym bardziej wiedząc o tym skąd się biorą. Niestety rzeczywistość jest inna. Zamiast przeciw działać przyczynia się do powstawania nowych fabryk, nie jest oszczędny w wykorzystywaniu energii, nie potrafi wykorzystać jej alternatywnych źródeł, produkuje coraz większą ilość samochodów, a przecież istnieje komunikacja miejska. Metale ciężkie istnieje w przyrodzie od zawsze, i czy to nie jest wystarczające? Czy człowiek musi mieć tak duży wpływ na ich rozprzestrzenianie się? Na to pytanie niech każdy sam sobie odpowiedzie!