IV TOKSYKOLOGIA SZCZEGÓŁOWA - WYBRANE ZAGADNIENIA

27 Toksykologia wybranych metali Kamil Jurowski Piotr Hydzik

27.1. Wstęp Kamil Jurowski

Metale[1] o właściwościach toksycznych towarzyszyły ludziom od zarania dziejów i towarzyszą po dziś dzień. Prawdopodobnie pierwszym udokumentowanym metalem ciężkim zapisanym na kartach historii człowieka był ołów, który mógł przyczynić się do upadku Cesarstwa Rzymskiego (teoria Jerome'a Nriagu). Z kolei rtęć i jej związki były wielokrotnie przyczynami zarówno zatruć zawodowych (np. choroba szalonych kapeluszników), jak i przemysłowych (skażenie wody nieorganicznymi związkami rtęci(II) w zatoce Minamata w Japonii w latach pięćdziesiątych XX wieku). Innym metalem ciężkim, który na trwałe zapisał się na kartach historii, jest kadm - przyczyna choroby związanej z łamliwością kości zwanej itai-itai (lub ouch-ouch) (Japonia, 1912). Przydomek "króla trucizn" zyskał z kolei arsen, który w postaci arszeniku, czyli tlenku arsenu(III), As2O3, był przez długi czas stosowany jako popularna trucizna. Odkrycie próby Marsha (w 1836 roku) położyło kres trucicielstwu z zastosowaniem arszeniku. Zatrucia zbrodnicze metalami ponownie pojawiły się w latach dziewięćdziesiątych XX wieku w Wielkiej Brytanii, gdzie działał "herbaciany truciciel" - Graham Young, który dosypywał tal do herbaty swoich ofiar. Do współczesnych zatruć związanych z metalami można zaliczyć nagłośniony w mediach przypadek zatrucia radioaktywnym izotopem polonu (210Po) Aleksandra Litwinienki - podpułkownika KGB/FSB.

Czy obecnie zatrucia metalami zdarzają się często? Odpowiedź jest negatywna, gdyż jest coraz mniej powszechnie dostępnych środków chemicznych, które mogłyby zawierać związki metali o wysokiej toksyczności. Możliwe są głównie zatrucia przewlekłe u osób narażonych zawodowo, bezpośrednio związanych z produkcją przemysłową i przeróbką związków metali. W ostatnich dwóch dekadach coraz rzadziej odnotowuje się przypadki zatruć zbrodniczych przy użyciu metali lub ich związków z powodu słabej dostępności oraz łatwości w wykrywaniu trucizn metalicznych w materiałach biologicznych. Ze względu na to, że analiza toksykologiczna metali wymaga odpowiedniej aparatury i jest dość kosztowna, coraz częściej laboratoria diagnostyczne i kryminalistyczne zlecają badania pracowniom działającym przy wydziałach lub instytutach o charakterze naukowym bądź naukowo-rozwojowym.

Obecnie badania dotyczących metali są często zamawiane przez przemysł. Powszechnie uwzględniane są szczegółowe wytyczne Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA - European Food Safety Authority) dotyczące wybranych pierwiastków obecnych w żywności, których limity stężeń są ściśle określone. Ponadto, biorąc pod uwagę właściwości metali, ich wpływ na organizmy żywe oraz bezpieczne dopuszczalne limity stężeń, dokonano klasyfikacji metali jako zanieczyszczeń w lekach w postaci wytycznych "Guidelines for elemental impurities - Q3D" (wytycznych ICH Q3D), opracowanych przez Międzynarodową Konferencję ds. Harmonizacji Wymagań Technicznych dla Rejestracji Produktów Leczniczych Stosowanych u Ludzi (ICH - International Council for Harmonisation of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use). Dopuszczalne limity stężeń stanowią wartości dozwolonych dziennych ekspozycji (PDE - permitted daily exposure) na daną substancję. Wytyczne ICH Q3D obowiązują od 1 stycznia 2018 roku.

Nie można również zapominać o zjawisku specjacji chemicznej, dzięki któremu toksykologia metali przeżywa obecnie swój renesans. Jest to możliwe dzięki rozwojowi sprzężonych technik analitycznych, a zwłaszcza HPLC-ICP-MS. Jednak koszty zakupu odpowiedniej aparatury i jej eksploatacji są niezwykle wysokie.

27.2. Podstawowe terminy stosowane w toksykologii metali Kamil Jurowski

W toksykologii metali różne terminy często stosuje się arbitralnie i nieprecyzyjnie. Niejednokrotnie znaczenia kilku terminów są podobne lub nakładają się na siebie i terminy te są stosowane wymiennie. Definicje najważniejszych terminów określających grupy metali w badaniach biologicznych i środowiskowych przedstawiono w tabeli 27.1. Są one zgodnie z aktualnymi zaleceniami IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry, Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej), ale należy pamiętać, że zasadność stosowania i zakres definicji terminów podanych w tabeli 27.1 jest przedmiotem wielu sporów w środowisku toksykologów.

Tabela 27.1.

Terminy dotyczące grup metali powszechnie stosowane w badaniach biologicznych i środowiskowych

Termin

Komentarz

Metal

Metale, tj. pierwiastki metaliczne, mogą być zdefiniowane na podstawie fizycznych właściwości jako pierwiastki o metalicznym połysku, zdolności do utraty elektronów (walencyjnych) i do tworzenia jonów dodatnich oraz do przewodzenia ciepła i elektryczności, ale lepiej uwzględnić ich właściwości chemiczne. Termin ten jest używany bezkrytycznie przez niechemików zarówno w odniesieniu do pierwiastków, jak i związków (np. biologowie mówią o "pobieraniu żelaza przez...", nie określając formy chemicznej, w jakiej metal ten jest absorbowany).

Półmetal/metaloid

(semimetal/metalloid)

Pierwiastek, który ma fizyczny wygląd i właściwości metalu, ale zachowuje się chemicznie jak niemetal.

Metale lekkie

(light metals)

Bardzo nieprecyzyjne określenie używane swobodnie w odniesieniu zarówno do pierwiastków metalicznych, jak i ich związków. Rzadko termin ten jest definiowany w literaturze, ale jego twórca - Niels Bjerrum* - zastosował go w odniesieniu do metali o gęstości mniejszej niż 4 g - cm-3.

Metale ciężkie

(heavy metals)

Bardzo nieprecyzyjny termin, używany dość elastycznie w odniesieniu zarówno do pierwiastków metalicznych, jak i ich związków. Często opiera się na kategoryzacji według gęstości (ważnej w metalurgii), która nie jest biologicznie istotną właściwością. W odczuciu autora niniejszego podrozdziału za metal ciężki należałoby uznać pierwiastek metaliczny posiadający odpowiedni "ciężar", tj. "obciążenie biologiczne" w postaci istotnej kumulacji materialnej w ustroju. W takim kontekście za pierwiastki ciężkie należy uznać wyłącznie ołów, rtęć i kadm (oraz może arsen mimo nie w pełni metalicznego charakteru).

Metale niezbędne fizjologicznie

(essential metals)

Jest to metal niezbędny do pełnego cyklu życiowego organizmu, którego brak lub deficyt wywołuje specyficzne objawy niedoboru łagodzone tylko przez ten metal i którego efekt należy odnieść do krzywej dawka-odpowiedź. Termin ten jest często używany błędnie, ponieważ powinno mu towarzyszyć określenie, które organizmy wymagają danego pierwiastka, a także dość swobodnie w odniesieniu zarówno do pierwiastków, jak i ich związków.

Metale korzystne

(beneficial metals)

Termin obecnie raczej nieużywany. Sugeruje, że metal, który nie jest zaliczany do metali niezbędnych fizjologicznie, może poprawić stan zdrowia. Termin ten jest używany dość swobodnie w odniesieniu zarówno do pierwiastków, jak i ich związków.

Metale toksyczne

(toxic metals)

Termin bardzo nieprecyzyjny. Należy zauważyć, że podstawową zasadą w toksykologii jest to, że wszystkie substancje, w tym węgiel i wszystkie inne pierwiastki oraz ich pochodne, są toksyczne, jeśli dawka jest wystarczająco wysoka. W przypadku metali stopień ich toksyczności różni się znacznie w zależności od rodzaju jonu i jego stopnia utlenienia, stanu fizycznego oraz jakości i rodzaju poszczególnych tkanek i organizmu. Czyste metale są rzadko (jeśli w ogóle) silnie toksyczne (z wyjątkiem bardzo drobnych proszków). Toksyczność metali powinna być zdefiniowana przez odniesienie do krzywej dawka-odpowiedź dla rozważanego gatunku. Termin ten jest używany dość swobodnie w odniesieniu zarówno do pierwiastków, jak i ich związków.

Metale przejściowe

(transition metal)

Są to pierwiastki metaliczne znajdujące się w układzie okresowym w bloku energetycznym d, tj. pierwiastki należące do grup: 3-12. Termin ten jest często błędnie stosowany w kontekście biologicznym (zamiennie z terminem "metale śladowe", gdyż pierwiastki przejściowe znajdują się w ilościach śladowych w glebie).

Metale dostępne

(available metals)

Są to metale, które można znaleźć w formie łatwo przyswajalnej przez żywe organizmy (lub przez określony organizm).

Metale śladowe

(trace elements)

Są to metale, które można znaleźć na poziomach śladowych (ppm lub mniej) w określonym źródle, np. glebie, roślinie, tkance, wodzie gruntowej. Czasem ten termin jest mylnie używany w odniesieniu do pierwiastków występujących w organizmie w małych zawartościach (mikropierwiastki) lub do pierwiastków, na które dany organizm ma niewielkie zapotrzebowanie.

Mikropierwiastek**

(microelement)

Termin ten dotyczy pierwiastków występujących w danym organizmie w niewielkich zawartościach. Do mikropierwiastków w diecie człowieka zalicza się np.: jod, żelazo, fluor, bor, kobalt, miedź, chrom, cynk, mangan, molibden i selen.

* Bjerrum N.: Bjerrum's inorganic chemistry. Third Danish edition. Heinemann, London 1936.

** Zamiast terminu "mikropierwiastek" powszechnie stosowany jest (głównie w biologii) błędny termin "mikroelement", będący kalką angielskiego słowa "microelement" (ang. element - pierwiastek).

27.3. Biologiczne znaczenie metali w kontekście toksykologicznym Kamil Jurowski

Pierwiastki metaliczne, tj. jony, znajdują się we wszystkich żywych organizmach i odgrywają wiele ważnych ról: są stabilizatorami struktur biologicznych i elementami mechanizmów kontrolnych (np. w nerwach i mięśniach), a przede wszystkim uczestnikami lub aktywatorami biologicznych układów utlenienia-redukcji. Z tego powodu niektóre metale są zaliczane do metali niezbędnych fizjologicznie, a ich brak lub niedobór mogą powodować upośledzenie funkcji biologicznych. Jeśli dany metal, nawet uznany za niezbędny fizjologicznie, występuje w nadmiarze, może także działać toksycznie. Chociaż niniejszy rozdział dotyczy przede wszystkim zdrowia ludzkiego, to ze względu na skutki nadmiernej ekspozycji na metale i ich związki należy również brać pod uwagę fakt, że metale mogą wywierać szkodliwy wpływ na inne organizmy i całe ekosystemy. Trudno jest uwolnić środowisko od zawartości metali, którymi zostały zanieczyszczone (np. rtęć w osadzie dennym jezior i kadm w glebie). Ponadto może dojść do sytuacji, w której kilka metali i półmetali (np. cyna, pallad, platyna, złoto, tal, arsen, selen i tellur) mogących ulegać metylacji znajdzie się w obiegu środowiskowym (cykl biologiczny).

Niektóre metale niezbędne (jony metali niezbędnych) mogą być toksyczne (np. molibden), jeśli narażenie jest nadmierne. Z kolei inne metale mogą powodować toksyczne objawy nawet wtedy, gdy ich spożycie jest tylko umiarkowanie wyższe niż spożycie "normalne".

Toksyczność metalu można wyjaśnić na podstawie ingerencji w komórkowe systemy biochemiczne. Metale (kationy) często wchodzą w interakcje w ważnych miejscach, takich jak grupy tiolowe (-SH) układów enzymatycznych. Mogą również konkurować z innymi niezbędnymi metalami jako kofaktory enzymów. Dlatego działanie toksycznego metalu może naśladować niedobór metalu niezbędnego fizjologicznie. Na przykład kadm nie przenika do płodu w znacznym stopniu, ale wywiera wpływ na płód najprawdopodobniej w wyniku wtórnego niedoboru cynku (wysoka zawartość jonów Cd2+ w łożysku blokuje tam wychwyt cynku). Niektóre metale mogące działać toksycznie charakteryzują się długim okresem biologicznego półtrwania i mają tendencję do znacznej kumulacji materialnej w różnych kompartmentach ustroju (np. kadm, którego biologiczny okres półtrwania u człowieka ocenia się na 15-20 lat lub nawet więcej; tak długi okres półtrwania może być związany z faktem, że kadm jest najsilniejszym induktorem syntezy metalotioneiny - białka wiążącego metal o wysokim powinowactwie). Długie biologiczne okresy półtrwania sugerują, że przy stałej ekspozycji kumulacja materialna może się odbywać przez całe życie.

Współczesna wiedza na temat toksyczności metali u ludzi opiera się głównie na obserwacjach dotyczących zatruć przewlekłych przy narażeniu przemysłowym (przypadki na dużą skalę to zazwyczaj ciężkie epizody zatrucia CH3Hg+, Cd oraz Pb przez skażoną wodę pitną i żywność) oraz dotyczących powszechnego występowania w środowisku niektórych metali, niekorzystnie oddziałujących na duże populacje. Co najmniej 20 metali lub pierwiastków metalopodobnych (półmetali/metaloidów) może działać toksycznie na człowieka.

27.4. Metale ciężkie Kamil Jurowski, Piotr Hydzik

Jak już wspomniano, termin "metal ciężki" jest bardzo nieprecyzyjny i używany dość elastycznie zarówno w odniesieniu do pierwiastków metalicznych, jak i ich związków; często opiera się na kategoryzacji według gęstości (co jest istotne w metalurgii), która nie jest biologicznie istotną właściwością fizyczną. Oprócz gęstości jako kryterium klasyfikacji metali jako ciężkich przyjmowano różnorodne właściwości fizyczne lub chemiczne bądź cechy danego pierwiastka, takie jak masa atomowa i liczba atomowa. W zależności od dyscypliny opracowywano różne sposoby definiowania metali jako ciężkich. W tabeli 27.2 zestawiono definicje metali ciężkich, które funkcjonowały lub nadal funkcjonują w literaturze naukowej.

Termin "metal ciężki" był definiowany przez wiele lat, ale starania o zastąpienie go innym, rozsądnym z chemicznego punktu widzenia, jak dotąd nie powiodły się. Termin ten, niezależnie od przyjętej definicji, zawsze obejmuje bardzo odmienne grupy pierwiastków i jeszcze bardziej odmienne grupy związków chemicznych zawierających te metale. Zatem opieranie się na podobieństwach właściwości biologicznych lub toksykologicznych nie jest wystarczające, aby dana definicja była całkowicie satysfakcjonująca.

W odczuciu autorów niniejszego podrozdziału termin ten jednak tak mocno wpisał się w język stosowany w toksykologii, że nie sposób uniknąć jego użycia. W związku z tym proponuje się, aby za metal ciężki uznać pierwiastek metaliczny posiadający odpowiedni "ciężar", tj. "obciążenie biologiczne" w postaci istotnej kumulacji materialnej w ustroju - w takim kontekście za pierwiastki ciężkie należy uznać wyłącznie ołów, rtęć i kadm (oraz często arsen mimo nie w pełni metalicznego charakteru).

W kolejnych podrozdziałach przedstawiono zwięzłą charakterystykę toksykologiczną metali ciężkich, tj. ołowiu, kadmu, rtęci i arsenu. Zagadnienia związane z przebiegiem zatruć i sposobami leczenia zostały omówione w rozdziale 35 "Toksykologia kliniczna".

Tabela 27.2.

Definicje metali ciężkich

Kryterium klasyfikacji metalu jako ciężki

Definicje metalu ciężkiego funkcjonujące w literaturze

Gęstość

Metale dzielą się na dwie grupy: metale lekkie, o gęstości poniżej 4 g/cm3, i metale ciężkie, o gęstości powyżej 7 g/cm3 Metal o gęstości większej niż 4 g/cm3 Metal o dużej gęstości, zwłaszcza metal o gęstości 5,0 g/cm3 lub większej Metal o gęstości większej niż 4 g/cm3 Metal o gęstości większej niż 5 g/cm3 Metal o gęstości 5,0 g/cm3 lub większej Metal o gęstości większej niż 6 g/cm3 Metal o gęstości większej niż 5 (w metalurgii), dowolny metal lub stop o wysokiej gęstości, zwłaszcza taki, który ma gęstość większą niż 5 g/cm3 Metal o gęstości większej niż 4,5 g/cm3 Metal o gęstości powyżej 3,5-5 g/cm3 Pierwiastek o gęstości przekraczającej 6 g/cm3

Masa atomowa

Metal o wysokiej masie atomowej Metal o masie atomowej większej niż masa sodu Metal o masie atomowej większej niż masa sodu (23), który tworzy mydła w reakcji z kwasami tłuszczowymi Pierwiastek metaliczny o wysokiej masie atomowej (np. rtęć, chrom, kadm, arsen i ołów) Metal, który może niszczyć żywe istoty przy niskich zawartościach jonów i ma tendencję do kumulowania się w łańcuchu pokarmowym Pierwiastek metaliczny o masie atomowej większej niż 40 (zaczynając od skandu). Z tej definicji są wyłączone metale ziem alkalicznych, metale alkaliczne, lantanowce i aktynowce Metale o dużej masie atomowej, zwłaszcza metale przejściowe Metale, które są toksyczne i nie mogą być przetwarzane przez żywe organizmy (np. ołów, rtęć i kadm) Metale, które mają stosunkowo wysoką masę atomową (np. rtęć, ołów, cyna i kadm) Dowolny metal w dowolnej formie chemicznej o dość wysokiej względnej masie atomowej (definicja nieprecyzyjna) Metale silnie toksyczne (np. ołów, kadm i rtęć). Utrzymują się w środowisku i mogą gromadzić się w tkankach roślinnych oraz zwierzęcych. Odpady górnicze i przemysłowe oraz osady ściekowe są potencjalnymi źródłami zanieczyszczenia tymi metalami Metal o wysokiej względnej masie atomowej. Termin jest zwykle stosowany w odniesieniu do zwykłych metali przejściowych, takich jak miedź, ołów i cynk

Liczba atomowa

W mikroskopii elektronowej metal o dużej liczbie atomowej W żywieniu roślin metal o średniej lub wysokiej liczbie atomowej (np. Cu, Zn, Ni, Pb), obecny w glebie z powodu działalności górniczej Prostokątny obszar pierwiastków w układzie okresowym, otoczony przez tytan, hafn, arsen i bizmut, a także selen i tellur Dowolny metal o liczbie atomowej większej niż wapń Dowolny pierwiastek o liczbie atomowej większej niż 20 Metale o liczbie atomowej od 21 (skand) do 92 (uran) Dowolny metal o liczbie atomowej > 20

Właściwości chemiczne

Kilka bardzo gęstych stopów stosowanych do różnicowania promieniowania lub do jego równoważenia Pierwiastki, których gęstość zaczyna się od 14,5 g/cm3 Ołów, cynk i metale ziem alkalicznych, które reagują z kwasami tłuszczowymi, tworząc mydła ("mydła z metali ciężkich" były kiedyś stosowane w specjalnych smarach, suszarkach do farb i fungicydach) Dowolny metal, który łatwo reaguje z ditizonem (C6H5N), np. cynk, miedź lub ołów, tworząc związki o stosunkowo wysokiej masie cząsteczkowej

Toksyczność

Pierwiastek metaliczny powszechnie stosowany w przemyśle i ogólnie toksyczny dla zwierząt (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Se i Zn) Ołów, kadm, rtęć i niektóre inne pierwiastki stosunkowo toksyczne z natury (definicja przestarzała, obecnie częściej stosowany jest termin "pierwiastki toksyczne")

27.4.1. Ołów

Można zaryzykować twierdzenie, że nieorganiczne związki ołowiu (szczególnie Pb(II)) są z najdokładniej zbadanymi ze wszystkich czynników toksycznych. Narażenie zawodowe może występować w wielu różnych sytuacjach (np. produkcja akumulatorów, procesy hutnicze), chociaż w mniejszym stopniu niż kiedyś. Ołów jest również obecny w środowisku naturalnym (np. w kurzu), chociaż po zakazie wprowadzania ołowiu (w postaci tetraetylku ołowiu) do benzyny jako środka przeciwstukowego ekspozycja na ten metal drastycznie się zmniejszyła. Należy jednak uwzględnić proces samooczyszczania się danego elementu środowiska. Narażenie i ryzyko są zwykle oceniane przez monitorowanie biologiczne, głównie zawartości jonów ołowiu we krwi. Badanie stężenia jonów ołowiu(II) we krwi ma jednak pewne ograniczenia, ponieważ przy wysokiej ekspozycji następuje nasycenie ołowiem. Ołów kumuluje się zarówno w zębach, jak i szkielecie, gdzie jego obecność można określić za pomocą metod in vivo, które odzwierciedlają długoterminowy wychwyt. Należy zaznaczyć, że kumulacja ołowiu w kościach zachodzi przez całe życie, a trwałe wbudowanie tego metalu do tkanki kostnej polega na zastępowaniu jonów wapnia w krysztale hydroksyapatytu [Ca10(PO4)6(OH)2]. Efekty toksyczne związane z ekspozycją na związki ołowiu można zaobserwować w:

Tabela 27.3.

Charakterystyka toksykologiczna ołowiu

Losy w ustroju

Wchłanianie

Inhalacja. Tą drogą wchłania się 30-40% ołowiu. Wchłanianie zależy nie tylko od zawartości jonów ołowiu we wdychanym powietrzu, lecz także od wielkości wentylacji minutowej. Wysiłek fizyczny nasila wchłanianie ołowiu drogą oddechową przez zwiększenie pojemności minutowej. Dzieci mają większą przemianę metaboliczną i większą pojemność minutową w stosunku do powierzchni ciała oraz są bardziej aktywne fizycznie, dlatego są grupą najbardziej wrażliwą na narażenie na ołów. Stwierdzono u dzieci 2,7-krotnie większe odkładanie cząstek ołowiu w układzie oddechowym w porównaniu z dorosłymi.

Ołów może być wdychany jako aerozol, a sposób osadzania się wdychanego ołowiu w drogach oddechowych zależy od wielkości jego cząstek; jeśli ich średnica wynosi > 5 ?m, to ołów jest głównie osadzany w górnych drogach oddechowych i oczyszczany przez mechanizm śluzowo-rzęskowy, a następnie połykany; część tego ołowiu jest następnie absorbowana z przewodu pokarmowego.

10-60% cząstek wdychanych przez usta o wielkości 0,01-5 ?m osadza się w przewodzikach pęcherzykowych; dla cząstek wdychanych przez nos odsetek osadzających się cząstek jest niższy. Większość ołowiu osadzonego w części pęcherzykowej płuc jest wchłaniana. Szybkość absorpcji zależy od rozpuszczalności związków chemicznych ołowiu.

Doustne. Drogą pokarmową wchłania się 10-15% ołowiu przyjętego z pożywieniem. Dzieci cechuje większe wchłanianie ołowiu w przewodzie pokarmowym niż dorosłych (40-50% ołowiu dostarczanego z pożywieniem podlega u nich wchłanianiu). Głodowanie oraz dieta uboga w żelazo, wapń i cynk przyśpieszają wchłanianie ołowiu w przewodzie pokarmowym. Ołów metaliczny wchłania się słabiej niż ołów w związkach nieorganicznych, a jego wchłanianie zależy od wielkości cząsteczki i ich całkowitej powierzchni oraz jest zróżnicowane w poszczególnych częściach przewodu pokarmowego. Kwasota w świetle żołądka zwiększa rozpuszczalność związków ołowiu, natomiast najwięcej ołowiu wchłania się w jelicie cienkim. Występuje międzyosobnicza zmienność wchłaniania tego metalu z przewodu pokarmowego. Istnieją dowody na wyższe wchłanianie żołądkowo-jelitowe u dzieci. Ponadto na pobieranie frakcyjne ołowiu wpływa stan odżywienia, dlatego u ludzi jednocześnie przyjmujących ołów oraz wapń lub fosforany(V), może dojść do zmniejszenia ilości ołowiu absorbowanego z przewodu pokarmowego. Źródłem takich składników może być mleko, dlatego od ponad wieku zalecano profilaktyczne picie mleka przez osoby pracujące z toksycznymi związkami ołowiu. Jednak okazało się, że mleko wręcz zwiększa absorpcję tego pierwiastka. Sole ołowiu oraz ołów obecny w mleku są absorbowane w inny sposób. Laktoza ma ograniczony wpływ na wchłanianie, podczas gdy laktoferyna może spowodować jego wzrost. Ponadto niskie spożycie żelaza oraz niewystarczające zawartości jonów żelaza były związane ze wzrostem zawartości ołowiu we krwi. Witamina D powoduje wzrost absorpcji ołowiu.

Dermalne. Wchłanianie związków nieorganicznych tą drogą jest niewielkie, zwłaszcza przez nieuszkodzoną skórę. Natomiast może ulec zwiększeniu po podaniu ołowiu do tkanek miękkich. Wchłanianie w tych przypadkach zależy od wielkości depozytów, ich całkowitej powierzchni i lokalizacji. W jednym z badań frakcja rozpuszczalnej nieorganicznej soli ołowiu(II) wynosiła zaledwie 0,06% w ciągu miesiąca. Prawdopodobnie wchłanianie mydeł ołowiu(II) [np. stearynianu ołowiu(II)] jest względnie większe.

Łożysko. Ołów nieorganiczny przechodzi przez łożysko do płodu.

Dystrybucja

Po wchłonięciu do krwi ołów jest w 99% transportowany wewnątrz erytrocytów, skąd przechodzi do mniej stabilnego kompartmentu, jakim są tkanki miękkie (OUN, wątroba, szpik), oraz do stabilnego kompartmentu, jakim są kości. W tym ostatnim wyróżnia się kompartment bardziej labilny w kościach beleczkowatych i bardziej stabilny w kościach płaskich. U dorosłych 95%, a u dzieci 75% depozytów ołowiu znajduje się w kościach. Efekty zdrowotne zatrucia ołowiem zależą nie tylko od czynników zewnętrznych i zawartości jonów we krwi, lecz w głównej mierze także od wielkości depozytów ołowiu w tkankach miękkich i specyficznych dla danej tkanki właściwości kinetycznych.

Jeśli chodzi o tkankę nerwową, ołów deponuje się głównie w istocie szarej i jądrach. Najwyższe zawartości ołowiu stwierdza się w hipokampie, móżdżku, korze mózgu i rdzeniu przedłużonym. We krwi większość ołowiu jest obecna w erytrocytach, w osoczu znajduje się mniej niż 1% ołowiu. Przy wysokich zawartościach jonów ołowiu we krwi frakcja ołowiu zwiększa się również w osoczu. Powodem wiązania ołowiu w erytrocytach jest prawdopodobnie obecność białka - dehydratazy kwasu ?-aminolewulinowego (ALAD, odpowiednik syntazy porfobilinogenu, PBGS, EC 4.2.1.24). Jest to homooktameryczny enzym o masie 270 tys. u, zawierający cztery miejsca aktywne, reaktywne reszty cysteinowe i dwa różne miejsca wiązania cynku. W starszej literaturze czasem można znaleźć stwierdzenia, że ołów w erytrocytach wiąże się głównie z hemoglobiną, ale wykazano wielokrotnie, że tak nie jest. ALAD wiąże około 80% ołowiu w erytrocytach, jednak ilość ALAD w komórce jest ograniczona, a zatem również zdolność wiązania ołowiu. Potem następuje przesunięcie wiązania ołowiu do, jak się wydaje, najlepszego miejsca wiązania, które jest białkiem 45 kDa (prawdopodobnie pirymidyna-5-nukleotydaza). Dlatego odsetek ołowiu związanego z ALAD zmniejsza się wraz ze wzrostem zawartości ołowiu we krwi. Wiązanie białka i ołowiu, przynajmniej w erytrocytach, jest wyjątkowo specyficzne. Ołów wiąże się z wysokim powinowactwem do niektórych miejsc białkowych. Polimorfizm genetyczny ALAD może wpływać na dystrybucję ołowiu między erytrocytami i osoczem. W osoczu krwi większość ołowiu przypuszczalnie występuje we frakcji o niskiej masie cząsteczkowej w postaci jonów. Być może część ołowiu jest związana z resztą cysteinową. Istnieje związek między zawartością ołowiu w osoczu i kościach, dlatego obie wartości są istotnymi biomarkerami.

Metabolizm

Istnieją przypuszczenia, że mikroorganizmy mogą metylować ołów nieorganiczny. Nie wiadomo, czy metylacja może zachodzić w przewodzie pokarmowym. Nie ma oznak metylacji ani żadnych innych procesów w tkankach.

Wydalanie

Ołów jest wydalany z organizmu głównie z moczem i kałem; inne, mniej istotne drogi wydalania, mają pewne znaczenie praktyczne. W przypadku niskiego narażenia wydalanie z kałem stanowi w przybliżeniu połowę wydalania z moczem, w przypadku wyższych narażeń prawdopodobnie mniej. 65% ołowiu wchłoniętego jest wydalane drogą nerkową, 35% z żółcią. Niewielka ilość ołowiu jest wydalana z potem, włosami i paznokciami, a śladowa ilość z mlekiem kobiecym. U dzieci wydalanie ołowiu jest mniejsze niż u dorosłych: t1/2 we krwi = 25 dni, w tkankach miękkich = 40 dni, w kościach (kompartyment labilny) = 90 dni, w kościach (kompartment stabilny) = 10-20 lat.

Mechanizm działania toksycznego

Ołów ma duże powinowactwo do biologicznych cząsteczek zawierających grupy tiolowe (-SH), co powoduje zmianę we właściwościach wielu białek enzymatycznych, budulcowych i receptorowych. Ołów powoduje inhibicję licznych enzymów, co odzwierciedla się w zaburzeniach układu krwiotwórczego. Prawdopodobnie metal ten skraca czas przeżycia erytrocytów ze względu na utratę potasu wewnątrzkomórkowego oraz inhibicję Na+/K+ ATPazy w tych komórkach. Ołów działa również silnie neurotoksycznie (demielinizacja lub zmiany zwyrodnieniowe aksonu, co przejawia się porażeniem mięśni prostowników - objaw opadającej ręki). Z powodu podobieństwa ołowiu do kationów wapnia i cynku możliwa jest interferencja z wieloma procesami metabolicznymi mediowanymi przez te kationy, których aktywność może być przez ołów spowalniana lub przyśpieszana. Ołów przy stężeniu we krwi > 70 ?g/dL zwiększa aktywność enzymów uczestniczących w fazie II metabolizmu, a obniża aktywność enzymów fazy I (cytochromów). Ołów indukuje uszkodzenie mitochondriów, co może prowadzić do martwicy/apoptozy komórek. Wpływa na przekaźnictwo w zakresie OUN. Wykazuje efekty mutagenne i mitogenne. Nadmierna kumulacja ołowiu w takich tkankach jak wątroba (kumuluje około 33% wchłoniętego ołowiu) indukuje stres oksydacyjny, którego patomechanizm jest związany z uszkodzeniem błon komórkowych, uszkodzeniem samego genomu oraz zaburzeniami układu antyoksydacyjnego (patrz niżej). Ołów aktywuje także enzymy uczestniczące w syntezie cholesterolu (takie jak reduktaza 3-hydroksy-3-metyloglutarylokoenzymu A, syntetaza dwufosforanowego fernazylu, syntetaza skwalenu, cytochrom CYP51), a jednocześnie powoduje supresje aktywności enzymów katabolizujących cholesterol (7?-hydroksylazy).

Toksyczność kliniczna ołowiu: uwzględniając zawartość jonów ołowiu we krwi i nasilenie objawów klinicznych, wyróżnia się toksyczność niską, średnią i wysoką.

Indukowanie stresu oksydacyjnego przez ołów

Uszkodzenie błon komórkowych

Wydłużenie łańcuchów kwasów tłuszczowych Zaburzenia funkcji enzymów błonowych, transportu przezbłonowego i sygnałów transdukcyjnych

Uszkodzenie genomu

Kumulacja kwasu ?-aminolewulinowego (działa jak czynnik alkilujący i tworzy addukty z DNA) Interferencja z wiążącymi cynk białkami wchodzącymi w skład kompleksu transkrypcyjnego

Zaburzenia funkcji układu antyoksydacyjnego

Zahamowanie aktywności: dysmutazy nadtlenkowej, katalazy, peroksydazy glutationu, reduktazy glutationu Niedobór glutationu

Toksyczność kliniczna ołowiu

Niska toksyczność

Średnia toksyczność

Wysoka toksyczność

Stężenie Pb we krwi: 35-50 ?g/dL u dzieci, 40-60 ?g/dL u dorosłych Bóle mięśni Parestezje Zmęczenie Podrażnienie Senność Zaburzenia dyspeptyczne Bóle stawów Ogólne zmęczenie Trudności w koncentracji Męczliwość mięśni Drżenia Ból głowy Ból brzucha Wymioty Utrata masy ciała Zaparcia Stężenie Pb we krwi: 70 ?g/dL u dzieci, 100 ?g/dL u dorosłych Niedowłady lub porażenia Encefalopatia z napadami padaczkowymi, utratą świadomości, śpiączką i w końcu zgonem Rąbek ołowiczy (niebieskoczarny) na dziąsłach Kolka ołowicza (ostre skurcze brzucha)

Działanie ołowiu na płód. Działanie to obejmuje zahamowanie rozwoju wewnątrzmacicznego płodu, niższą urodzeniową masę ciała i skrócenie czasu ciąży. Skutki narażenia prenatalnego obserwuje się już przy umiarkowanie podwyższonych stężeniach ołowiu we krwi matki (< 30 ?g/dL), dlatego kobiety ciężarne należy koniecznie chronić przed kontaktem z tym metalem.

Narażenie dzieci. Dzieci, zwłaszcza < 6. roku życia, stanowią grupę podwyższonego ryzyka zatrucia ołowiem. Silniejsze wchłanianie ołowiu u dzieci jest spowodowane niepełnym wykształceniem naturalnych systemów odpornościowych, a zwłaszcza bariery na linii krew-mózg, chroniącej niedojrzały i szybko rozwijający się układ nerwowy (OUN). Dodatkowo u dzieci potwierdzono > 5 razy większe wchłanianie ołowiu z przewodu pokarmowego w porównaniu z osobami dorosłymi. Ocenia się, że bariera krew-mózg jest nawet 120 razy słabsza w porównaniu z osobami dorosłymi. Do tego dochodzą uwarunkowania biologiczno-fizjologiczne, specyfika zachowań (brak higieny, częste branie rąk do ust, większa aktywność fizyczna), niski wzrost (oddychają powietrzem bardziej zanieczyszczonym) i wyższa dynamika procesów życiowych (tempo metabolizmu, wdychanie większej ilości powietrza, zjadanie większej ilości pokarmów w przeliczeniu na jednostkę masy ciała), będące czynnikami zwiększającymi wchłanianie ołowiu drogą inhalacyjną i pokarmową.

Ośrodkowy układ nerwowy. Uszkodzenie OUN u dzieci przebiega odmiennie niż u osób dorosłych. Podczas ostrego narażenia objawy w postaci encefalopatii, drgawek i ataksji pojawiają się już przy znacznie niższych stężeniach ołowiu (< 100 ?g/dL) w organizmie. Podczas przewlekłego narażenia na ołów dochodzi u dzieci do zaburzeń rozwojowych mózgu w postaci niskiego IQ (na każdy wzrost stężenia o 10 ?g/dL przypada obniżenie IQ o 4-7 punktów). Uważa się, że jest to następstwo zaburzeń funkcji neurotransmiterów (acetylocholiny, dopaminy, pochodnych aminokwasowych).

U dorosłych encefalopatia ołowicza pojawia się przy stężeniach ołowiu we krwi wynoszących > 80-100 ?g/dL, dochodzi wtedy do zmian w mikronaczyniach mózgowych prowadzących do obrzęku mózgu, stanu padaczkowego, zaburzeń poznawczych, koncentracji uwagi, pamięci i zachowania, drażliwość, impotencji oraz depresji.

Obwodowy układ nerwowy. Uszkodzenie tej części układu nerwowego jest związane z uszkodzeniem komórek Schwanna, odcinkową demielinizacją i degeneracją aksonów. Przeważa uszkodzenie nerwów ruchowych, mniejsze uszkodzenia dotyczą nerwów czuciowych. Dlatego w badaniu fizykalnym często stwierdza się polineuropatię ruchową w zakresie mięśni prostowników przedramienia, objawiającą się opadaniem nadgarstka.

Kolka ołowicza. Jest to zespół ostrych objawów brzusznych przypominających ostrą niedrożność. Objawy bólowe pojawiają się po krótkim narażeniu na wysokie dawki ołowiu, jako ostra manifestacja zatrucia przewlekłego, szczególnie przy narażeniu zawodowym. Cecha charakterystyczna kolki ołowiczej: polega na tym, że podczas badania palpacyjnego jamy brzusznej dolegliwości bólowe ulegają znacznemu zmniejszeniu.

Nerki. Ostre narażenie. Ostra ołowicza nefropatia polega na uszkodzeniu cewek proksymalnych. W wyniku uszkodzenia cewek nerkowych dochodzi do zaburzeń czynnego transportu (aminoacyduria, glikozuria, fosfaturia), zaburzeń fosforylacji oksydatywnej i powstawania ciałek wtrętowych z ołowiu w jądrach komórek nabłonkowych. Zaburzenia mają charakter potencjalnie odwracalny.

Przewlekłe narażenie. Ten rodzaj narażenia ma charakter postępujący i nieodwracalny, prowadzi do rozwoju przewlekłego zapalenia śródmiąższowego z pobudzeniem włóknienia (nefropatia ołowicza). W większości przypadków nefropatia ołowicza rozwija się przy wzroście stężenia ołowiu we krwi > 60 ?g/dL u dorosłych i > 10-15 ?g/dL u dzieci. Nie dysponujemy biomarkerami wczesnego uszkodzenia nerek, a objawy kliniczne pojawiają się późno. Nefropatię ołowiczą należy podejrzewać u pacjenta przewlekle narażonego na ołów z nadciśnieniem tętniczym i dną moczanową. U pracowników narażonych na ołów 10-krotny wzrost stężenia ołowiu koreluje z obniżeniem klirensu kreatyniny o kolejne 10 mL/minutę (nawet przy uwzględnieniu wieku, wysokiego BMI, leczenia diuretycznego, wpływu nadciśnienia tętniczego). Stwierdza się także dodatnią korelację pomiędzy zawartością ołowiu w kościach a stężeniem kwasu moczowego.

Uwaga: pod wpływem CaNa2EDTA następuje mobilizacja ołowiu. U pacjentów bez objawów może to doprowadzić do wzrostu stężenia ołowiu we krwi, wzrostu ciśnienia tętniczego i postępującej niewydolności nerek.

Układ hematologiczny. Ołów hamuje enzymy syntezy hemu, doprowadzając do anemii. W największym stopniu hamuje dehydrogenazę kwasu ?-aminolewulinowego (ALAD) oraz ferrochelatazę (katalizuje inkorporację żelaza do protoporfiryny IX). W wyniku hamowania enzymów dochodzi do wzrostu stężenia kwasu ?-aminolewulinowego (ALA) we krwi i surowicy oraz protoporfiryny IX w erytrocytach, czego klinicznym efektem jest anemia hipochromiczna, normo- lub mikrocytarna. Duży wzrost stężenia ołowiu we krwi może prowadzić do rozwoju anemii hemolitycznej (uszkodzenie błony erytrocytarnej; zahamowanie Na+/K+-ATPazy i pirymidyno-5-nukleotydazy). W rozmazie krwi obwodowej stwierdza się nakrapiania zasadochłonne erytrocytów (efekt zahamowania pirymidyno-5-nukleotydazy, która usuwa uszkodzony RNA), a także podwyższoną liczbę retykulocytów. Jeżeli równocześnie dojdzie do uszkodzenia nerek, powstaje niedobór erytropoetyny, który może nasilać anemię.

Ototoksyczność. U dzieci ototoksyczność występuje już przy stężeniach ołowiu we krwi < 5 ?g /dL, u dorosłych dopiero wtedy, gdy stężenie wynosi > 40 ?g/dL.

Układ sercowo-naczyniowy. Przewlekłe narażenie na ołów prowadzi do rozwoju nadciśnienia tętniczego. Patomechanizm nadciśnienia jest związany ze wzrostem stężenia ołowiu we krwi > 30 ?g/dL. Zahamowanie przez ołów aktywności Na+/K+-ATPazy i stymulacja pompy Na+-Ca2+ powoduje Ca2+-zależne zaburzenie czynności skurczowej mięśniówki naczyń oraz zmniejszenie wrażliwości naczyń na czynniki neuroendokrynne. Dodatkowymi czynnikami zaburzającymi czynność naczynioskurczową naczyń jest wzrost stresu oksydacyjnego (ROS), przyspieszona inaktywacja tlenku azotu (NO) i początkowy wzrost aktywności reninowej osocza (ale w ciężkich przewlekłych zatruciach następuje jej obniżenie). Ołów wywołuje także kardiotoksyczny efekt w postaci obniżonej kurczliwości mięśnia sercowego i działania arytmogennego (nadmierna wrażliwość na norepinefrynę, zaburzenie metabolizmu wewnątrzkomórkowego Ca indukowane przez ołów).

Układ rozrodczy. Istotny wpływ na układ rozrodczy obserwuje się, gdy stężenia ołowiu wynoszą > 40 ?g/dL. U mężczyzn występuje oligospermia i zaburzenie ruchliwości plemników, a u kobiet problemy z zajściem w ciążę i częstsze poronienia.

Układ endokrynny. Narażenie na ołów powoduje zmniejszenie sekrecji hormonu wzrostu i insulinowego czynnika wzrostu oraz niedoczynność tarczycy i nadnerczy.

Układ kostny. W ołowicy obserwuje się obniżenie stężenia aktywnej witaminy D3, zahamowanie osteokalcyny, spowolnienie tworzenia kości, zaburzenia funkcji osteoklastów i osteoblastów oraz wzrost gęstości kostnej (linie ołowicze) w przynasadach kości długich. W konsekwencji dochodzi u dzieci do zaburzeń wzrostu kości.

Kancerogeneza. Toksyczności ołowiu przypisuje się niektóre działania rakotwórcze, jednak zgodnie z międzynarodową klasyfikacją IARC ołów i jego związki nieorganiczne zaliczono do niższej grupy ryzyka - 2B.

ośrodkowym i obwodowym układzie nerwowym; krwi (w tym hamowanie syntezy hemu, co wpływa również na inne komórki); nerkach; układzie sercowo-naczyniowym; układzie hormonalnym; układzie immunologicznym; układzie pokarmowym; układzie rozrodczym (jakość nasienia).

Ołów powoduje wzrost ciśnienia krwi - niezbyt nasilone objawy hipertensji mogą wystąpić u dorosłych ze średnią zawartością ołowiu we krwi 0,4 ?mol/L. Ponadto ołów przechodzi przez łożysko i może istotnie wpływać na układ nerwowy płodu. Przyjmuje się, że prenatalne narażenie na niskie dawki ołowiu może być czynnikiem ryzyka wielu powikłań zarówno u matki, jak i dziecka. Istnieją dowody na to, że w okresie ciąży oraz laktacji ze szkieletu matki ołów jest mobilizowany i przenoszony na płód i niemowlę. Wielokrotnie zgłaszano niekorzystny wpływ na rozwój umysłowy niemowląt i dzieci, gdy u kobiety w ciąży lub u dziecka średnia zawartość ołowiu we krwi wynosiła 0,5 ?mol/L, a nawet mniej.

Co ciekawe, ołów wykazuje właściwości rakotwórcze w eksperymentach na zwierzętach, ale niewiele badań dostarczyło twardych dowodów na jego rakotwórcze działanie u ludzi.

Do najważniejszych związków organicznych tego metalu można zaliczyć tetraetyloołów [(C2H5)4Pb] oraz tetrametyloołów [(CH3)4Pb], których ogromne ilości zawierała dawniej benzyna ołowiowa. Związki te, łatwo wchłaniane inhalacyjnie i dermalnie, mogą powodować ostrą encefalopatię.

Zwięzłą charakterystykę toksykologiczną ołowiu przedstawiono w tabeli 27.3.

27.4.2. Rtęć

Rtęć może występować jako rtęć pierwiastkowa (jedyny metal ciekły w temperaturze pokojowej) oraz jako związki nieorganiczne i organiczne o różnych właściwościach toksycznych.

Przyjmuje się, że w biosferze krąży naturalnie 30-50 tys. ton rtęci, uwolnionych do atmosfery przez odgazowanie ze skorupy ziemskiej i oceanów. Ponadto szacuje się, że rocznie około 20 tys. ton rtęci jest uwalnianych do środowiska na skutek działalności człowieka (spalanie paliw kopalnych i innych źródeł przemysłowych).

Przy przewlekłym narażeniu na opary rtęci metalicznej może dojść do kumulacji rtęci w mózgu, co powoduje wystąpienie objawów neurologicznych, obejmujących w zaawansowanym stanie zespół wegetatywny (mikromerkurializm). W przypadku wysokiej ekspozycji obserwuje się drżenie rtęciowe, któremu towarzyszą zmiany zachowania i osobowości, zwiększona pobudliwość, utrata pamięci oraz bezsenność. Narażenie zawodowe na rtęć przy jej stężeniu w powietrzu > 0,1 mg/m3 może powodować mikromerkurializm. Narażenie na opary rtęci hamuje rozwój mózgu płodu u naczelnych.

Nieorganiczne związki rtęci indukują i wiążą metalotioneinę. Ostre i długotrwałe działanie soli rtęciowych, związków fenylortęciowych oraz alkoksy- i alkilortęciowych prawdopodobnie powoduje zaburzenia żołądkowo-jelitowe i uszkodzenie nerek w postaci dysfunkcji kanalikowej z martwicą kanalików w ciężkich przypadkach. Dawka śmiertelna dla człowieka to około 1 g soli rtęci(II). Czasem związki rtęciowe wywołują idiosynkratyczne objawy skórne, które mogą przeradzać się w ciężkie złuszczające zapalenie skóry, lub kłębuszkowe zapalenie nerek.

Do najpopularniejszych organicznych związków rtęci zalicza się metylortęć, która w naturze może powstawać z nieorganicznych związków rtęci w konsekwencji aktywności drobnoustrojów, o czym dotkliwie przekonaliśmy się, obserwując skutki katastrofy ekologicznej nad zatoką Minamata (Japonia) (patrz Część I. "Historia toksykologii"). U ssaków zachodzi oksydatywna demetylacja in vivo, dając nieorganiczne związki rtęci.

U ryb największa ilość rtęci jest deponowana właśnie w postaci metylortęci. U człowieka zagrożenia związane z długotrwałym spożyciem żywności zawierającej metylortęć i narażenie zawodowe na metylortęć wynikają z efektywnej absorpcji (90%) metylortęci oraz długiego czasu retencji (okres półtrwania 70 dni) przy kumulacji metylortęci w mózgu.

Zwięzłą charakterystykę toksykologiczną rtęci przedstawiono w tabeli 27.4.

Tabela 27.4.

Charakterystyka toksykologiczna rtęci

Losy w ustroju

Wchłanianie

Rtęć metaliczna nie wchłania się z przewodu pokarmowego. Jeśli chodzi o rtęć organiczną, w przewodzie pokarmowym związki krótkołańcuchowe wchłaniają się w 90%, a związki długołańcuchowe w 50%. Natomiast wszystkie związki rtęci nieorganicznej łatwo wchłaniają się w przewodzie pokarmowym.

Dystrybucja

Rtęć dostaje się do prawie wszystkich narządów: nerek, wątroby, śledziony, OUN. Ze względu na lipofilność rtęć metaliczna i rtęć organiczna są lepiej dystrybuowane do OUN. W OUN możliwa jest konwersja metylortęci do związków nieorganicznych. Rtęć elementarna nie wiąże się kowalencyjnie z innymi związkami i w OUN ulega konwersji do kationu rtęci(I) (Hg22+), który ulega przekształceniu w OUN i nasila retencję rtęci. Następnie, dzięki obecności mózgowej katalazy, kation Hg22+ ulega konwersji do Hg2+. W mózgu osób, które przeżyły ostre zatrucie metylortęcią, stwierdza się zwiększenie retencji związków nieorganicznej rtęci. Dziesięciokrotnie więcej metylortęci niż kationów rtęciowych kumuluje się w erytrocytach, podczas gdy rtęć nieorganiczna w postaci kationów występuje w jednakowych proporcjach w erytrocytach i w surowicy krwi (w połączeniu z albuminami). Innymi narządami, w których dochodzi do większej kumulacji metylortęci, są nerki, wątroba i włosy. W nerkach rtęć metaliczna i nieorganiczna odkładają się w kanalikach nerkowych, ulegając konwersji do kationów rtęci. Kationy rtęci stymulują syntezę metalotioneiny, która łącząc się z kationami rtęci, zabezpiecza przed dalszą kumulacją rtęci w nerkach. Związki rtęci nieorganicznej są słabo lipofilne i nie kumulują się w OUN, ale w przebiegu długotrwałego narażenia i eliminacji mogą ulegać konwersji do kationów rtęci, przechodzących przez barierę krew-mózg, z kumulacją w OUN. U kobiet w ciąży łożysko zabezpiecza płód przed przenikaniem z krwią kationów rtęci i jej związków nieorganicznych. Związki organiczne rtęci mogą niestety przenikać przez barierę łożyskową i powodować zatrucie płodu.

Wydalanie

Rtęć w postaci kationów i w postaci nieorganicznej jest filtrowana przez kłębuszki nerkowe i wydalana przez kanaliki nerkowe. Zachodzi także wydalanie rtęci z przewodem pokarmowym (t1/2 = 30-60 dni). Rtęć organiczna jest wydalana głównie do światła przewodu pokarmowego. Tylko 10% metylortęci jest wydalane w postaci kationów rtęci z moczem i kałem (t1/2 = 70 dni).

Mechanizm działania toksycznego

Rtęć (jony Hg2+) łączy się przede wszystkim z grupami tiolowymi, a także z grupami karboksylowymi, amidowymi i fosforanowymi. Dochodzi do zaburzenia funkcji wielu enzymów uczestniczących w metabolizmie i transporcie oraz wchodzących w skład struktury białek. Rtęć wykazuje bezpośredni efekt utleniający, powodując uszkodzenie błony śluzowej przewodu pokarmowego i kanalików nerkowych. Metylortęć działa cytotoksycznie, wywołując stres oksydacyjny, uszkodzenie błon mitochondriów i zaburzenie wychwytu cysteiny przez astrocyty. Uszkodzenie prowadzi do martwicy i zaniku neuronów kory mózgu i móżdżku, proliferacji komórek glejowych z wystąpieniem ataksji, zmniejszenia pola widzenia i czuciowej

polineuropatii. Ponadto w mechanizmie immunologicznym rtęć wyzwala błoniaste zapalenie kłębuszków nerkowych, śródmiąższowe zapalenie nerek i akrodynię ("pink disease"). Związki nieorganiczne rtęci wywołują eksfoliację komórek nabłonka proksymalnych kanalików nerkowych (martwica kanalików nerkowych). Kumulacja materialna nieorganicznej rtęci w narządach z jednej strony prowadzi do tworzenia połączeń z metalotioneinami (połączenia nietoksyczne, wydalane z organizmu), a z drugiej - do tworzenia rodników uszkadzających białka i DNA (stres oksydacyjny, peroksydacja lipidów, dysfunkcja mitochondriów). Związki organiczne rtęci mają wysokie powinowactwo do grup -SH, jednak nie tworzą połączeń z metalotioneinami. Narażenie na rtęć może spowodować uszkodzenie mózgu i móżdżku.

27.4.3. Kadm

Kadm, chemicznie podobny do cynku, występuje naturalnie wraz z cynkiem i ołowiem w pokładach minerałów. Podwyższone stężenia w powietrzu, wodzie i glebie są stwierdzane w okolicach przemysłowych źródeł emisji (dotyczy to zwłaszcza górnictwa nieżelaznego i przemysłu metalurgicznego). Kadm w postaci metalicznej był kiedyś stosowany jako środek antykorozyjny (w powłokach galwanicznych na stali wykorzystywano nieorganiczne związki tego pierwiastka jako pigmenty), a także w tworzywach sztucznych. Kadm i jego związki są również stosowane w bateriach elektrycznych (w o wiele mniejszym stopniu niż kiedyś), elektronicznych komponentach i reaktorach jądrowych. Ze względu na to, że do tych celów można wykorzystywać inne, mniej toksyczne metale, stosowanie związków Cd jest aktualnie ograniczane.

Kumulacja kadmu, który charakteryzuje się szczególnie długim okresem półtrwania (10-30 lat), może nastąpić w mięśniach, nerkach i wątrobie.

Przyjmuje się, że kadm (jony Cd2+) stymuluje produkcję metalotioneiny tak samo jak cynk (Zn2+), miedź (Cu2+) i rtęć (Hg2+). Jony Cd2+ związane z metalotioneiną w osoczu są filtrowane przez kłębuszki nerkowe i ponownie wchłaniane w kanalikach, gdzie po lizosomalnej degradacji białka następuje uwolnienie jonów. Niezwiązane jony Cd2+ stymulują produkcję nowej metalotioneiny, która wiąże Cd2+ w komórkach kanalików nerkowych.

W większości krajów europejskich średnie spożycie Cd wynosi 10-20 ?g/dobę, a średnie wydalanie z moczem 0,5-1,0 ?g/dobę. Większość Cd we krwi znajduje się w komórkach. U osób niepalących średnie stężenie kadmu wynosi 0,5-1,0 ?g/L, a u palaczy, z powodu absorpcji Cd z wyrobów tytoniowych, stężenie to być nawet dwukrotnie większe.

Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem klasyfikuje kadm jako czynnik rakotwórczy dla ludzi (grupa 1).

Zwięzłą charakterystykę toksykologiczną kadmu przedstawiono w tabeli 27.5.

Tabela 27.5.

Charakterystyka toksykologiczna kadmu

Losy w ustroju

Wchłanianie

Inhalacja. Wchłania się 10-50% wdychanego kadmu. Absorpcja mniejszych cząstek i oparów jest większa niż w przypadku większych cząstek pyłu.

Doustne. Wchłania się 5-10% spożywanego kadmu. Zbyt małe spożycie takich pierwiastków, jak wapń, cynk i żelazo, zwiększa stopień absorpcji; np. u osób z niedoborem żelaza stopień absorpcji może wynosić nawet 20%.

Dermalne. Wchłanianie związków kadmu przez skórę jest nieistotne.

Dystrybucja

Wchłonięta dawka kadmu we krwi tworzy połączenia z ?-makroglobuliną i albuminami oraz podlega redystrubucji z krwi, głównie do wątroby i nerek. W narządach kadm jest wychwytywany przez endocytozę kompleksów kadm-białko oraz układ transportujący cynk i wapń, tworzy kompleksy z glutationem (GSH) i cysteiną (kompleksy kadm-GSH, kadm-cysteina). W narządach krytycznych kadm tworzy kompleksy z metalotioneiną chroniące komórki przed toksycznością. W momencie przeładowania kadmem komórek wątrobowych pierwiastek ten uwalnia się do krwi i w kanalikach nerkowych proksymalnych uzyskuje wysokie stężenia, co prowadzi do uszkodzenia komórek nabłonkowych kanalików. Szczególnie narażone na kadm są mitochondria, w których dochodzi do zaburzenia funkcji łańcucha oddechowego, z powstaniem stresu oksydacyjnego i dalszym uszkodzeniem komórki. Objętość dystrybucji (Vd) dla kadmu jest nieznana, ale uważa się, że jest duża. Czas biologicznego półtrwania (t1/2) dla kadmu ze względu na jego odkładanie się w narządach krytycznych jest bardzo długi i wynosi co najmniej 10 lat.

Metabolizm

Nie stwierdzono, aby sole lub tlenki kadmu podlegały innym przemianom metabolicznym przez utlenianie, redukcję i metylację.

Mechanizm działania toksycznego

Nerki. Uszkodzenie nerek rozwija się powoli. Pierwszym jego objawem jest białkomocz, który koreluje z uszkodzeniem kanalików nerkowych. W efekcie dochodzi do utraty niskocząsteczkowych białek (?2-mikroglobuliny, białka wiążącego retinol) oraz hiperkalciurii.

Płuca. Rozwija się ostre zapalenie kadmowe płuc i pojawia niewydolność oddechowa z hipoksją. Z czasem dochodzi do degeneracji nabłonka drobnych oskrzelików.

Kości. Uszkodzenie nerek ze wzmożonym wydalaniem wapnia przez mocz doprowadza do wtórnych zaburzeń równowagi wapniowo-fosforanowej, w wyniku której rozwija się osteomalacja.

Przewód pokarmowy. Sole i tlenki kadmu wykazują żrące działanie na śluzówkę przewodu pokarmowego, doprowadzając do krwawień, owrzodzeń i perforacji.

Uszkodzenie płuc. Najczęściej występują choroby restrykcyjne płuc z zaburzeniami wentylacji.

Uszkodzenie układu mieśniowo-szkieletowego. Najczęściej występują: osteomalacja, osteoporoza, złamania kości i choroba itai-itai.

Hepatotoksyczność. Największe ilości kadmu odkładają się w miąższu wątroby, jednak kadm jest związany z metalotioneiną i nie dochodzi do efektu hepatotoksycznego.

Neurotoksyczność. Najczęściej występują: uszkodzenie węchu, uszkodzenie jąder podkorowych (zespół Parkinsona) i uszkodzenie kory mózgu (upośledzenie wyższych czynności mózgowych).

27.4.4. Arsen

Arsen jest klasyfikowany jako półmetal/metaloid, ale zwyczajowo uznaje się go za jeden z metali ciężkich. Pierwiastek ten w środowisku występuje zarówno w postaci związków nieorganicznych, jak i organicznych [As(III) lub As(V)]. Najbardziej znanymi i istotnymi z toksykologicznego punktu widzenia związkami nieorganicznymi arsenu są: arszenik, czyli tlenek arsenu(III), oraz arsenowodór (AsH3) - silna trucizna, w stanie gazowym działająca hemolitycznie. Ważnym związkiem organicznym jest arsenobetaina, (CH3)3As+CH2COO-. Niektóre gatunki ryb i skorupiaków zawierają bardzo duże ilości arsenobetainy. W większości innych artykułów spożywczych stężenie arsenu jest niskie (ale postacie arsenu nie są dokładnie poznane).

Arsen, zarówno w postaci związków organicznych w owocach morza, jak i arsen nieorganiczny w wodzie, napojach i lekach, łatwo wchłania się przez przewód pokarmowy (70-90%). Niektóre raporty wskazują również na dość wysoki stopień inhalacyjnego wchłaniania arsenu. Najwyższe stężenia arsenu u ludzi zwykle znajduje się we włosach, paznokciach i skórze. Główną drogą wydalania są nerki. Przyjmuje się, że po spożyciu arsenianu(III) lub arsenianu(V) około 35% dawki jest wydalane w ciągu 2 dni.

Wyniki doświadczeń na zwierzętach wskazują na to, że podawane inhalacyjnie związki nieorganiczne arsenu, nierozpuszczalne w wodzie, są deponowane i zatrzymywane w tkance płucnej przez stosunkowo długi czas. Procesy związane z biotransformacją nieorganicznych związków arsenu zachodzą zarówno u zwierząt, jak i ludzi. Po spożyciu lub wdychaniu takich związków można wykryć w moczu metylowane związki, takie jak kwas metylarsenowy (MMA, CH3AsO32-) i kwas dimetylarsenowy [DMA, (CH3)2AsO2-]. U ludzi przemiany te są możliwe dzięki obecności transferazy metylowej arsenu.

Bardzo ważnym zagadnieniem dotyczącym arsenu jest skażenie leków, żywności oraz wody pitnej napojów, które spowodowało wiele masowych zatruć tym pierwiastkiem. Zmiany skórne wywołane nieorganicznymi związkami arsenu (dermatozy) mogą obejmować: wysypkę, pigmentację lub hiperkeratozę leukodermalną. Niekiedy ostatecznie prowadzą one do rozwoju raka skóry i choroby Bowena.

Zatrucie arsenem pracowników przemysłowych objawia się perforacją przegrody nosowej, zmianami skórnymi i zapaleniem nerwów obwodowych. Badania epidemiologiczne potwierdziły ryzyko wystąpienia nowotworu płuc u pracowników narażonych na ten pierwiastek i jego związki.

Zwięzłą charakterystykę toksykologiczną arsenu przedstawiono w tabeli 27.6.

Tabela 27.6.

Charakterystyka toksykologiczna arsenu

Losy w ustroju

Wchłanianie

Inhalacja. Arsen w powietrzu występuje zwykle w postaci As2O3, który osadza się w górnych częściach dróg oddechowych. Na skutek osadzania się w nosogardzieli i działania klirensu śluzowo-rzęskowego w drogach oddechowych większość wdychanego arsenu może zostać połknięta, a następnie wchłonięta z przewodu pokarmowego.

Doustne. Zarówno dane dotyczące ludzi, jak i zwierząt wskazują, że więcej niż 90% przyjętej dawki nieorganicznych związków As(III) i As(V) jest wchłanianych z przewodu pokarmowego. U zwierząt i u ludzi łatwo wchłaniane są również organiczne związki arsenu (< 80%) obecne w owocach morza. W przypadku As2O3, który jest słabo rozpuszczalny w wodzie, wchłanianie z przewodu pokarmowego zależy od takich czynników, jak wielkość cząstek i pH soku żołądkowego.

Dermalne. Skóra jest możliwą drogą wchłaniania arsenu, ale nie przeprowadzono badań ilościowych na temat absorpcji nieorganicznych związków tego pierwiastka u ludzi. Absorpcja przez skórę zmierzona u małp rezus po 24 godz. wyniosła 6,4%.

Dystrybucja

Po ekspozycji na arsenian(III) lub arsenian(V) większość arsenu jest usuwana z krwi. Główną formą arsenu związanego z hemoglobiną szczura jest kwas dimetylarsenowy (DMA). U człowieka oraz u większości zwierząt ekspozycja na arsenian(III) lub arsenian(V) prowadzi początkowo do kumulacji materialnej w wątrobie, nerkach i płucach. Analiza tkanek narządów pobranych od osób zmarłych po spożyciu 3 g arszeniku wykazała o wiele wyższe stężenie arsenu w wątrobie (147 ?g/g) niż w nerkach (27 ?g/g) oraz mięśniach, sercu, śledzionie, trzustce, płuca i móżdżku (11-12 ?g/g). Dane z autopsji wykazały również wysokie stężenie arsenu we włosach, paznokciach, zębach, kościach i skórze. Arsen przenika przez łożysko u chomików po dożylnym wstrzyknięciu dużych dawek arsenianu(V) sodu.

Metabolizm

Biotransformacja związków nieorganicznych arsenu jest skomplikowana ze względu na indukowanie różnych metabolitów i różnice międzygatunkowe. Obejmuje dwa podstawowe procesy: (1) reakcje redukcji-utleniania As(III)-As(V) i (2) reakcje metylacji, które przekształcają arsenian(III) w MMA i DMA. Te procesy przebiegają podobnie w przypadku narażenia drogą inhalacyjną, doustną i pozajelitową. As(III) jest utleniany in vivo, co wskazuje na obecność As(V) w moczu zarówno zwierząt, jak i ludzi narażonych na arsenian(III). Co ciekawe, zaobserwowano również odwrotną reakcję, tj. redukcję arsenianu(V) do arsenianu(III) u myszy i królików. Zarówno arsenian(V), jak i arsenian(III) po redukcji podlegają metylacji in vivo. Głównym metabolitem nieorganicznych związków arsenu w moczu u zwierząt narażonych jest kwas dimetylarsenowy (DMA). Głównym miejscem metylacji jest prawdopodobnie wątroba, gdzie proces metylacji zachodzi dzięki metylotransferazom, które wykorzystują S-adenozylometioninę jako kosubstrat.

Arsenobetaina prawdopodobnie nie ulega biotransformacji in vivo i jest wydalana głównie z moczem. Kwas kakodylowy (był stosowany w postaci soli sodowej w Wietnamie jako tzw. agent blue; niszczy rośliny trawiaste i szerokolistne) oraz kwas arsanilowy nie ulegają biotransformacji in vivo do nieorganicznych związków.

Wydalanie

Główną drogą wydalania po ekspozycji na nieorganiczne związki arsenu są nerki, a tylko niewielka ilość jest wydalana z kałem. Szybkość wydalania z moczem zależy od postaci chemicznej arsenu oraz gatunku organizmu. Podstawowymi formami arsenu znajdującymi się w moczu ludzi narażonych na jego wdychanie są DMA i MMA. U ludzi narażonych na pojedynczą niską dawkę arsenianów(III) około 35% związków arsenu było wydalane z moczem w ciągu 48 godz. Przy niskim poziomie narażenia całkowite stężenie arsenu w moczu wzrasta liniowo wraz ze wzrostem spożycia arsenu. Inne drogi wydalania (o mniejszym znaczeniu) nieorganicznych związków arsenu to: skóra, włosy, paznokcie i pot.

Wydalanie organicznych związków arsenu wygląda odwrotnie niż w przypadku związków nieorganicznych, tj. organiczne związki As(III) są eliminowane w znacznie wolniejszym tempie niż organiczne związki As(V).

Mechanizm działania

toksycznego

Zahamowanie oddychania komórkowego jako podstawowa przyczyna śmierci komórki na skutek toksycznego działania arsenu była wielokrotnie przedmiotem badań. Kolejne badania naukowe dotyczące mechanizmów toksycznego działania arsenu mają na celu zrozumienie relacji między metylacją in vivo nieorganicznych związków arsenu a mechanizmami toksyczności tego pierwiastka. Ma to istotne znaczenie praktyczne, ponieważ pierwotnie uważano te przemiany za ścieżki detoksykacji, a inne badania sugerowały, że RFT są generowane przez MMA i DMA. Toksyczność mitochondrialna może również odgrywać ważną rolę zarówno w toksyczności komórkowej, jak i rakotwórczości tego pierwiastka.

27.5. Pozostałe metale mające znaczenie toksykologiczne Kamil Jurowski

Jak już wspomniano, istnieje wiele definicji metali, które są niespójne i dyskusyjne. W związku z tym w niniejszym podrozdziale zostaną przedstawione najważniejsze informacje na temat wybranych metali i ich związków, mających istotne znaczenie toksykologiczne, w kolejności alfabetycznej.

27.5.1. Beryl

Beryl to metal dość specyficzny - jest najlżejszym pierwiastkiem spośród wszystkich stałych i trwałych pierwiastków metalicznych. Stanowi strategiczny i krytyczny materiał w wielu branżach. Ze względu na swoją małą liczbę atomową (Z = 4) w postaci czystej jest przenikliwy dla promieniowania X i ?-, co umożliwia jego zastosowanie m.in. w postaci folii w okienkach lamp X i w licznikach Geigera-Mullera oraz jako źródło neutronów w reaktorach jądrowych. W wyniku rosnącego zastosowania berylu w przemyśle narażenie zawodowe na ten metal może stać się w niedalekiej przyszłości ważnym zagadnieniem toksykologicznym.

Ekspozycja na beryl drogą wziewną jest znacznie bardziej niebezpieczna niż drogą pokarmową. Beryl i jego związki są słabo absorbowane w przewodzie pokarmowym. Przyjmuje się, że inhalacyjne narażenie na związki berylu powoduje długotrwałą kumulację znacznych ilości berylu w płucach, szczególnie w płucnych węzłach chłonnych, oraz w szkielecie, który jest ostatecznym miejscem depozytu berylu. Stężenia berylu w moczu są poniżej granic wykrywalności i wynoszą 0,03-0,06 ?g/L.

Narażenie na związki berylu może powodować zapalenie skóry, ostre zapalenie płuc i berylozę (chorobę berylową) (CBD - chronic beryllium disorder). Narażenie na rozpuszczalne sole berylu może wywoływać reakcje skórne, w tym obrzęk oraz rumieniowe i grudkowo-skórne zapalenie skóry. Te zmiany zwykle ustępują po zaprzestaniu ekspozycji. Stwierdzano również ziarniniakowe zmiany martwicze i owrzodzenia w efekcie penetracji przez skórę nierozpuszczalnych w wodzie soli berylu.

Ostra toksyczność berylu, obserwowana, gdy stężenia metalu wynoszą > 27 ?g/m3, objawia się w postaci: podrażnienia skóry, oczu, nosa i gardła, a następnie stanów zapalnych górnych i dolnych dróg oddechowych, obrzęku płucnego (> 100 ?g/m3) oraz chemicznego zapalenia płuc.

Beryloza jest przewlekłą chorobą zależną od limfocytów T. Beryl, będąc haptenem, współdziała z komórkami prezentującymi antygen w płucach. Berylowy test proliferacji limfocytów krwi (BLPT - beryllium lymphocyte proliferation test) jest stosowany jako narzędzie nadzoru medycznego w ocenie osób zagrożonych CBD. Aby uniknąć uczulenia na beryl oraz rozwoju CBD, obecne limity narażenia zawodowego powinny wynosić < 0,2 ?g/m3.

U osób zawodowo narażonych na beryl zaobserwowano również nowotwory płuc. IARC (1993) sklasyfikował beryl jako czynnik rakotwórczy grupy 1 (wystarczające dowody na rakotwórczość u ludzi).

Przyjmuje się, że wchłanianie berylu przez nienaruszoną skórę jest nieistotne. Niewielkie wchłanianie dermalne soli berylu jest związane przede wszystkim z ich niską rozpuszczalnością przy fizjologicznym poziomie pH. Wykazano jedynie możliwość wiązania się berylu z fosfatazą alkaliczną i kwasami nukleinowymi naskórka świnek morskich w badaniach in vitro.

Największe znaczenie we wchłanianiu berylu ma droga inhalacyjna. Wydajność wchłaniania w drogach oddechowych tego pierwiastka zależy od retencji ziaren aerozolu w pęcherzykach płuc oraz rozpuszczalności poszczególnych związków. Przyjmuje się, że związki rozpuszczalne w wodzie charakteryzują się silniejszym działaniem toksycznym w porównaniu ze związkami słabo rozpuszczalnymi lub nierozpuszczalnymi.

Z badań z udziałem zwierząt wynika, że beryl i jego związki są słabo absorbowane z przewodu pokarmowego (wchłanianie < 1%).

Dystrybucja berylu odbywa się przez krew, gdzie 60-70% berylu wiąże się z dwoma białkami surowicy - prealbuminami i ?-globulinami.

Beryl kumuluje się materialnie głównie w wątrobie, prawdopodobnie z powodu wykorzystania przez komórki Kupffera. Wydaje się, że to wykorzystanie jest wynikiem przejścia rozpuszczalnego siarczanu(VI) berylu w agregaty fosforanu(V) berylu, które następnie na drodze fagocytozy trafiają do wątroby.

Wydalanie wchłoniętego berylu następuje głównie z moczem i tylko w niewielkim stopniu z kałem. Wydalanie z żółcią odgrywa niewielką rolę.

27.5.2. Osm

Osm metaliczny ma srebrzystoszary kolor, jest kruchy i twardy. Stanowi pierwiastek metaliczny charakteryzujący się prawdopodobnie największą gęstością spośród wszystkich znanych pierwiastków. W zwartej postaci (tj. w kawałku) jest odporny na działanie powietrza i kwasów, natomiast silnie rozdrobniony - roztwarza się w stężonym kwasie azotowym(V) oraz powoli utlenia na powietrzu, w obu przypadkach tworząc bardzo lotny tlenek osmu(VIII), OsO4. Tlenek osmu(VIII) jest rozpuszczalnym w wodzie, jasnożółtym, krystalicznym ciałem stałym (przypominającym wyglądem żółtą galaretkę) o mocnym, przenikliwym zapachu. Substancja ta jest silnie toksyczna, działa drażniąco na odsłonięte powierzchnie śluzowe, skórę, drogi oddechowe i pośrednio na nerki. Powoduje ostre zapalenie spojówek, zapalenie rogówki, owrzodzenie rogówki oraz zapalenie: tchawicy, oskrzeli, płuc, nerek lub skóry, w zależności od ciężkości zatrucia. Zauważalne objawy zatrucia tą substancją pojawiają się ze znacznym opóźnieniem, kiedy jest już zazwyczaj za późno na udzielenie jakiejkolwiek pomocy. Do objawów zalicza się: kaszel, bóle i zawroty głowy oraz krótki, ciężki oddech. OsO4 ze względu na swoją reaktywność jest wykorzystywany jako znacznik biologiczny, np. podczas wykrywania mutacji w DNA. Sprawia to, że istnieje realne zagrożenie ekspozycją na tę substancję w wyspecjalizowanych placówkach naukowo-badawczych.

27.5.3. Polon

Polon został odkryty przez małżeństwo Curie w 1898 roku w postaci izotopu 210Po, którego okres półtrwania wynosi 138 dni i który jest silnym źródłem emisji cząstek ?. Emitowane cząstki mogą z dużą łatwością zniszczyć strukturę tkanek, jeśli polon został wprowadzony do ustroju na drodze inhalacyjnej, doustnej lub dermalnej. Pierwiastek ten nie przenika przez skórę, zatem jeśli znajduje się na zewnątrz ciała, nie stanowi wielkiego zagrożenia. 210Po jest silnie toksyczny, gdyż jego LD50 wynosi około 1 ?g/kg mc.

27.5.4. Tal

Tal to pierwiastek metaliczny, który przechowuje się pod gliceryną, ponieważ na powietrzu pokrywa się natychmiast szarym nalotem. W związkach nieorganicznych może funkcjonować jako Tl(I) lub Tl(III). Do najtrwalszych zalicza się związki Tl(I), a z kolei związki Tl(III) łatwo ulegają redukcji do Tl(I). Bardzo ważną z punktu widzenia toksykologicznego właściwością chemiczną jest to, że związki talu(I) przypominają odpowiednie związki litowców, tj. wodorotlenek jest bardzo dobrze rozpuszczalny i tworzy mocną zasadę itp.

Cechy związków talu(I) są również zbliżone do cech nieorganicznych związków srebra (barwa i rozpuszczalność fluorków, chlorków, bromków itd.). Do dobrze znanych i rozpuszczalnych w wodzie związków Tl(I) zalicza się węglan talu(I), Tl2CO3 oraz siarczan(VI) talu(I), Tl2SO4.

Silnie toksyczne są wszystkie rozpuszczalne sole talu, a także sam tal w formie pyłu, gdyż utlenia się w kontakcie z powietrzem. Do zatruć talem lub jego związkami może dojść przez wchłanianie doustne lub inhalacyjne. Dawniej sole talu były składnikiem popularnych trucizn przeciw gryzoniom.

Cechy zatrucia Tl+ zależą od dawki, drogi podania i różnic gatunkowych. Zatrucia związkami tego kationu mają charakter przypadkowy (zazwyczaj przez spożycie rodentycydów zawierających) lub celowy (bezpośrednie spożycie w celach zabójczych lub samobójczych).

Najbardziej charakterystycznym objawem zatrucia talem jest łysienie poprzedzone czernieniem mieszków włosowych. Dodatkowo obserwuje się: zaburzenia trawienia, bóle neuralgiczne, zmiany psychiczne oraz zaburzenia funkcji układu sercowo-naczyniowego.

Wiedza toksykologów klinicznych i toksykologów sądowych na temat zatruć talem (i jego związkami) jest słaba. Brak objawów (przynajmniej na początku) często uniemożliwia poprawne rozpoznanie wczesnego zatrucia talem, a tym samym zastosowanie odpowiednich środków terapeutycznych.

Piśmiennictwo

1. Aaseth J., Crisponi G., Andersen O.: Chelation therapy in the treatment of metal intoxication. Elsevier, London 2016.

2. Brunot F.R.: The toxicity of osmium tetroxide (osmic acid). Journal of Industrial Hygiene. 1933; 15: 136-143.

3. Duffus J.H.: Heavy metals a meaningless term? (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2002; 74(5): 793-807.

4. Flora S.J.S.: Metal poisoning: threat and management. Al Ameen Journal of Medical Sciences. 2009; 2(2): 4-26.

5. Graedel T.E., Harper E.M., Nassar N.T. i wsp.: Criticality of metals and metalloids. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015; 112(14), 4277-4272.

6. Hodson M.E.: Heavy metals - geochemical bogey men? Environmental Pollution. 2004; 129(3): 341-343.

7. Jaishankar M., Tseten T., Anbalagan N. i wsp.: Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals. Interdisciplinary Toxicology. 2014; 7(2): 60-72.

8. Jan A.T., Azam M., Siddiqui K. i wsp.: Heavy metals and human health: mechanistic insight into toxicity and counter defense system of antioxidants. International Journal of Molecular Sciences. 2015; 16: 29592-29630.

9. Lech T., Sadlik J.: Thallium intoxication in humans, Toxicology Letters. 2007; 172: S85. doi:10.1016/j.toxlet.2007.05.239.

10. Mudipalli A.: Lead hepatotoxicity & potential health effects. Indian Journal of Medical Research. 2007; 126: 518-527.

11. Muszyńska B., Rojowski J., Dobosz K., Opoka W.: Biological and physico-chemical properties of thallium. Medicina Internacia Revuo. 2015; 27(105): 180-185.

12. Nelson L.S., Lewin N.A., Howland M.A. i wsp.: Goldfrank's toxicologic emergencies. Ninth Edition. McGraw-Hill Companies, New York 2011.

13. Nordberg G.F., Fowler B.A., Nordberg M. (red.): Handbook on the toxicology of metals. Academic Press, 2014.

14. Rafati-Rahimzadeh M., Rafati-Rahimzadeh M., Kazemi S. i wsp.: Current approaches of the management of mercury poisoning: need of the hour. DARU Journal of Pharmaceutical Sciences. 2014; 22(1): 46.

15. Rana M.N., Tangpong J., Rahman M.M.: Toxicodynamics of lead, cadmium, mercury and arsenic-induced kidney toxicity and treatment strategy: a mini review. Toxicology Reports. 2018; 5: 704-713.

16. Rusyniak D.E., Arroyo A., Acciani J. i wsp.: Heavy metal poisoning: management of intoxication and antidotes. EXS. 2010; 100: 365-396.

17. Sharma H., Rawal N., Mathew B.B.: The characteristics, toxicity and effects of cadmium. International Journal of Nanotechnology and Nanoscience. 2015; 3: 1-9.