Metale ciężkie i ich wpływ na organizmy żywe.

Metale ciężkie są to metale uznane na obecnym etapie rozwoju tzw. biochemii nieorganicznej za zbędne lub nawet toksyczne. Wprowadzone jednorazowo w małych dawkach przez dłuższy czas do organizmu mogą powodować zatrucia ostre lub przewlekłe. Szereg metali ciężkich jest stałym i niezbędnym składnikiem żywego organizmu ( żelazo, cynk, miedź, mangan, kobalt ). Inne jak rtęć, ołów, kadm, tal, bar są dla organizmu szkodliwe.

- Żelazo jest stałym i niezbędnym składnikiem organizmu zwierzęcego i ludzkiego. Służy do syntezy hemoglobiny krwi i mioglobiny mięśni. Dzienne zapotrzebowanie żelaza pokrywane jest w pokarmach. Przy ich niedoborze powstają zaburzenia chorobowe (anemia), które leczy się podawaniem soli żelaza jako leku. Żelazo znajduje się we wszystkich narządach i tkankach, a jego największe ilości magazynowane są w wątrobie i śledzionie. Sole żelaza przyjmowane doustnie nie powodują zatruć, ale mogą dawać objawy uboczne takie jak zaparcia czy wymioty.

- Cynk w organiźmie odgrywa ważną rolę jako składnik wielu enzymów i hormonów. Gromadzi się w wątrobie, trzustce i na powierzchni czerwonych ciałek krwi. W lecznictwie tlenek cynku stosowany jest jako lek ściągający i bakteriobójczy.
Objawami zatrucia cynkiem jest: uszkodzenie błony śluzowej jamy nosowo – gardłowej i dolnych odcinków układu oddechowego oraz zmiany martwicze w ścianach żołądka, dwunastnicy i jelit. Charakterystyczną postacią ostrego zatrucia cynkiem jest „gorączka odlewników” – choroba zawodowa, która występuje u robotników zatrudnionych przy pracach z cynkiem ogrzewanym do temperatury zbliżonej do wrzenia.

- Miedź – pierwiastek niezbędny dla żywego ustroju, bowiem spełnia ważną rolę w syntezie hemoglobiny. Ze względu na zmienność wartościowości jonów miedziowych wywierają one działanie katalityczne przy różnych procesach oksyredukcyjnych enzymów. Niewielka ilość miedzi znajduje się w wątrobie, śledzionie, nerkach, płucach i krwi. Zatrucia śmiertelne zdarzają się niezmiernie rzadko, a szybkie występowanie gwałtownych wymiotów usuwa większą część wprowadzonej trucizny. Przejściowe zatrucia mogą wystąpić po spożyciu owoców niewłaściwie spryskanych miedziowym środkiem owadobójczym lub też konserwowanych artykułów spożywczych zawierających dodatek nadmiernych ilośli siarczanu miedziowego

- Mangan – należy do pierwiastków niezbędnych dla żywego ustroju. Spełnia rolę przenośnika tlenu w procesach oksydoredukcyjnych tkanek. W lecznictwie stosuje się nadmanganian potasu jako środek odkażający do przemywania ran. W słabszych roztworach bywa stosowany do płukania żołądka przy zatruciach substancjami łatwo ulegającymi utlenieniu.
Zatrucia manganem występują tylko przy większych stężeniach par lub dymu. Charakterystyczne objawy to uczucie zmęczenia, osłabienia, senność, objawy parkinsono podobne jak drżenie kończyn, maskowaty wyraz twarzy i trudności w chodzeniu. W dalszym ciągu następuje wypadanie włosów i rozchwianie się zębów.

- Kobalt - jest pierwiastkiem niezbędnym do życia ustroju jako czynnik przeciw anemiczny wchodzący w skład cząsteczki witaminy B12 „kobalaminy”. Drażni szpik kostny powodując jego przerost, a w następstwie znaczny wzrost liczby krwinek czerwonych. W tkankach i narządach kobalt gromadzi się w niewielkich ilościach. Powoduje odczyny uczuleniowe, a przy ostrym zatruciu porażenie układu nerwowego i drgawki. Przy zatruciu przewlekłym obserwuje się opóźnienie wzrostu i wagi ciała oraz powiększenie tarczycy związane z niedoczynnością tego gruczołu.

-Rtęć – lśniąca srebrzystobiały metal, ciekły w temperaturze pokojowej. Gęstość 13,53 g/cm3 ,temperatura topnienia – 38,8°C. W związkach występuje na 1 i 2 stopniu utlenienia. Z wieloma metalami tworzy stopy – amalgamaty. W przyrodzie występuje rzadko i w niewielkiej ilości. Jest stosowana w termometrach, barometrach, manometrach, pompach dyfuzyjnych, do wyrobu lamp kwarcowych. Sole rtęci i jej związki organiczne mają działanie bakteriobójcze i są stosowane w lecznictwie do odkażania narzędzi chirurgicznych i nieuszkodzonej skóry. Wewnętrznie jest stosowna w niektórych schorzeniach nerek. Ale ze względu na jej znaczną toksyczność obowiązuje ścisłe dawkowanie. Rtęć w stanie ciekłym jes szkodliwa. Powoduje chorobę Minamata która pierwszy raz wystąpiła w Japonii nad zatoką Minamata. Wtedy to ok. 200 osób zmarło na zatrucie związkami rtęci zawartymi w rybach. Rtęć znalazła się tam z powodu fabryki, która odprowadzała je bezpośrednio do wody. Opary rtęci mogą spowodować silne zatrucie a nawet śmierć. Pary rtęci wykorzystuje się w lampach rtęciowych służących między innymi do naświetlań leczniczych. Ze względu na dużą zawartość promieniowania nadfioletowego w emitowanym świetle są one stosowane jako lampy bakteriobójcze w pomieszczeniach w których wymagana jest całkowita sterylność (laboratoria, nawiewy laminarne w których sporządza się krople oczne, pracownie do sporządzania płynów infuzyjnych). Dawniej rtęć w postaci chlorku stosowana była w lecznictwie weterynaryjnym jako środek przeczyszczający. Jednak jako silna trucizna obecnie nie jest już stosowana. W organiźmie żywym wywołuje silne pobudzenie, drżenie mięśniowe, zaburzenia widzenia, słuchu i mowy, uszkodzenie nerek, a w ciężkich zatruciach śpiączkę i w konsekwencji śmierć.

- Ołów jest typowym metalem o barwie szarej; jest miękki, plastyczny. Gęstość 11,34 g/cm3, temperatura topnienia 327,4°C. Wszystkie związki ołowiu są trujące. W związkach chemicznych ołów występuje na +2 i +4 stopniu utlenienia. Na powietrzu pokrywa się warstewką tlenku. Ołów jest składnikiem stopów łożyskowych i czcionkowych oraz stopów do lutowania. Z ołowiu wykonywane są także: płyty akumulatorowe, aparatura do produkcji kwasu siarkowego, odpływowe rury kanalizacyjne, osłony kabli elektrycznych, śrut, elementy pocisków. Arkusze ołowiane umieszczone w konstrukcji dużych budynków chronią przed wibracjami i hałasem.Związki ołowiu służą do wyrobu farb antykorozyjnych i malarskich, pigmentów i zapraw - obecnie coraz rzadziej ze względu na szkodliwe własności tych związków. Tlenki ołowiu są składnikiem wyrobów szklanych., kauczuków polisiarczkowych (jako środek utwardzający). Tetraetyloołów Pb(C2H5)4 oraz tetrametyloołów Pb(CH3)4 są używane jako środki przeciwstukowe w benzynach silnikowych.
Wszystkie związki ołowiu są trujące. Najczęściej spotykaną chorobą jest ołowica. Jest to przewlekłe zatrucie ołowiem i jego solami występujące u pracowników drukarń, fabryk akumulatorów i fabryk farb ołowiowych. Zatrucia ostre są rzadko spotykane. Zatrucia przewlekłe dotyczą głównie układu pokarmowego i nerwowego. Główne objawy to znużenie, zmęczenie, porażenie mięśni, szara obwódka wokół zębów, kolka ołowicza. Jednocześnie występuje białkomocz, krwiomocz oraz zaburzenia mózgowe. Leczenie jest głównie szpitalne i polega na podawaniu odtrutek i wysokich dawek witaminy B1 i B12. Jednak najważniejsze znaczenie ma odpowiednia higiena pracy i właściwe odżywianie.

- Kadm otrzymuje się jako produkt uboczny w hutach cynku, podczas redukcji prażonej rudy i rozdzielania przez frakcyjną destylację. Jest srebrzystobiałym metalem, podobnym nieco do cynku i ołowiu, o gęstości 8,65 g/cm3 i temperaturze topnienia 321°C. W związkach chemicznych występuje na drugim stopniu utlenienia, jest metalem nieszlachetnym, na powietrzu pokrywa się warstewką tlenku, ulega łatwo działaniu kwasów.
Metaliczny kadm znajduje zastosowanie w produkcji stopów, do sporządzania powłok ochronnych (kadmowanie) i do produkcji akumulatorów. Siarczek kadmu CdS oraz selenek kadmu CdSe stosuje się jako pigmenty do celów artystycznych (żółcień kadmowa, oranż kadmowy). Kadm nie posiada zastosowania w lecznictwie. Jednak zatrucia nim, jego parami lub dymem występują głównie w przemyśle. Wchłanianie dymów tlenku kadmu następuje przez drogi oddechowe. Nie mają one charakterystycznego zapachu ani drażniącego działania i dlatego łatwo mogą być wchłonięte ilości niebezpieczne dla człowieka. Główne objawy zatrucia to suchość w gardle, ból głowy, duszności, niewydolność krążenia i podwyższona ciepłota ciała. Z przewodu pokarmowego wchłania się on bardzo szybko i kumuluje się głównie w wątrobie i w nerkach. Objawy zatrucia występują po 4 –5 godzinach i charakteryzują się ślinotokiem, uporczywymi wymiotami, silnymi biegunkami i bólami brzucha. Zatrucie przewlekłe rozwija się powoli i przez pierwszy rok przebiega zwykle bezobjawowo. Dopiero po 5 latach pojawiają się bóle mięśniowo stawowe, duszności, uszkodzenia nerek, zmiany w płucach i układzie kostnym.

- Tal. W przyrodzie występuje w niewielkich ilościach w minerałach zawierających cynk, ołów, żelazo, miedź i chrom. Tal otrzymuje się jako produkt uboczny przy przeróbce pirytów, metaliczny powstaje w wyniku elektrolizy Tl2SO4. Srebrzystoszary, kowalny, bardzo miękki metal, gęstość 11,9 g/cm3, temperatura topnienia 303,5°C. Tworzy dwie odmiany alotropowe. W związkach chemicznych występuje na pierwszym i trzecim stopniu utlenienia. Związki talu są silnie toksyczne. Ogrzewany tal ulega działaniu tlenu (powstaje mieszanina tlenków Tl2O i Tl2O3) i chloru (TlCl3). Z fluorem, fluorowodorem, kwasem solnym, azotowym i siarkowym reaguje już w temperaturze pokojowej. Silnie ogrzany wchodzi w reakcje z siarką i parą wodną. Jest odporny na działanie wodoru, azotu, dwutlenku węgla i alkaliów. Tal znajduje zastosowanie jako składnik stopów, szkieł optycznych, elementów półprzewodnikowych, katalizatorów, związków akrylowo-talowych (używanych w syntezach organicznych), pestycydów (głównie środków gryzoniobójczych), termometrów. Izotop 204Tl jest źródłem promieniowania β, wykorzystywanym m.in. w przemyśle papierniczym do pomiarów grubości papieru. Dawniej stosowano octan talawy jako środek hamujący pocenie się u gruźlików oraz siarczan talawy w kremach depilacyjnych.
Tal jest bardzo rozpowszechniony w przyrodzie i w małych ilościach znajduje się zarówno w organizmach zwierzęcych jak i roślinnych. Sole talu są łatwo wchłaniane przez drogi oddechowe, przewód pokarmowy i przez skórę. Kumuluje się w organiźmie, zwłaszcza w wątrobie, mózgu i włosach. Są bardzo silną trucizną. Charakterystyczny dla zatruć talem jest brak wyraźnych objawów w początkowym okresie. Występują jedynie nudności i uczucie palącego pragnienia. W dalszym etapierozwijają się i stopniowo narastają takie objawy jak: przyspieszenie akcji serca, wzrost ciśnienia tętniczego krwi, rozszerzenie źrenic, zanik czucia i odruchów w kończynach dolnych. W moczu pojawia się białko a na dziąsłach powstaje ciemny rąbek z osadzającego się siarczku talowego. Charakterystycznym objawem zatrucia jest pojawienie się czarnych złogów barwnika w korzeniach włosów. Włosy ulegają wypadaniu a na paznokciach pojawiają się białe poprzeczne prążki. Leczenie zazwyczaj szpitalne – podawanie środków powodujących wymioty, oraz kroplówki z tiosiarczanu sodowego.

- Bar - Srebrzystobiały metal, gęstość 3,76 g/cm3, temperatura topnienia 710°C. W związkach chemicznych bar występuje na +2 stopniu utlenienia. Jest bardzo aktywny chemicznie. Bar tworzy trudno rozpuszczalne sole z kwasami tlenowymi (wyjątek: azotan(V) baru). Rozpuszczalne związki baru są truciznami. Woda barytowa (roztwór wodorotlenku baru) jest odczynnikiem w chemii analitycznej. Siarczan(VI) baru znajduje zastosowanie do produkcji białej farby (litopon) oraz jako materiał kontrastowy w diagnostyce medycznej przewodu pokarmowego. Niektóre związki baru stosowane są w pirotechnice.
Bar działa trująco głównie po dostaniu się do ustroju przez przewód pokarmowy. Jest typową trucizną mięśniową wywołującą silne skurcze mięśni gładkich narządów wewnętrznych. Początkowo działa pobudzająco, a następnie porażająco na układ nerwowy. Wywołuje silny skurcz jelit, krwawe biegunki i wymioty. Skurcze mięśni oskrzelowych powodują wystąpienie dychawicy oskrzelowej, a śmierć następuje wskutek porażenia ośrodka oddechowego.

Opracowano na podstawie:
1) Adam Bielański „Chemia ogólna i nieorganiczna” PWN 1975
2) Władysław Rusiecki i Piotr Kubikowski „Toksykologia współczesna” PZWL 1969
3) Józef Dadlez „Farmakologia i toksykologia leków” PZWL 1970
4) „Wiekla Encyklopedia Powszechna” PWN 1996
5) „Podstawy biologii” DeLanney Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne 1975