Efectele toxicologice ale metalelor

Efectele toxicologice ale metalelor

Toxicologia se ocupa cu studiul substantelor toxice si al intoxicatiilor, incluzad cauzele si mecanismul de actiune al toxicelor in organism, simptomele, modificarile morfopatologice si mijloacele de prevenire si combatere a intoxicatiilor.

Astazi toxicologia, dezvoltata pe baze moderne, include cu prioritate in tematica sa urmatoarele aspecte: caracterizarea toxicului, relatiile dintre toxic si organism, precum si relatiile dintre toxic si mediul inconjurator.

Caracterizarea toxicului. Toxicologia cuprinde, din acest punct de vedere,datele analitice obtinute prin metodologia clasica si actuala (cromatografie, spectrometrie etc.), datele ice: localizarea, acumularea, metabolizarea si eliminarea toxicului, datele experimentale si datele cinetice.

Relatiile dintre toxic si organism. Se refera la raspunsul organismelor fata de agentii toxici, posibilitatea adaptarii lor in vederea stabilirii unor limite admisibile pentru toxice.

Relatiile dintre toxic si mediul inconjurator. Aceste relatii au capatat o importanta deosebita in   epoca actuala, cand industrializarea si intensivizarea zootehniei au devenit surse de poluare in lantul biotic.

Notiunea de toxic include orice substanta anorganica sau organica patrunsa in organism pe diferite cai si care determina alterari structurale si functionale, exprimate clinic printr-o stare patologica. Din aceasta categorie sunt excluse toxicele proteice produse de microorganisme (bacterii, micete) si cele care iau nastere in organism prin perturbari metabolice.

1 Clasificarea substantelor toxice

Diferentierea si gruparea acestor substante se face in functie de mai multe criterii:

Efectele produse in organism, natura, originea,provenienta si tipul de utilizare a toxicului.

Efectele produse in organism.Dupa acest criteriu, toxicele se clasifica astfel:

Toxice care produc moartea prin anorexie,aceasta realizandu-se prin mai multe cai:

1) toxice care determina anorexia prin combinarea cu hemoglobina sau prin transformarea acesteia in compusi incapabili de a transporta oxigenul (oxidul de carbon, nitritii, anilina, nitrobenzenii, cianurile);

2) toxice care blocheaza enzimele respiratorii celulare (cianurile,fluorurile);

3) toxice care distrug organele hematopoetice (radiatiile gamma,benzenii);

Toxice ,,corosive”, cu actiune asupra suprafetelor de contact.

Din aceasta categorie fac parte gazele iritante, alcalinele caustice, acizii corosivi si anorganici, metalele grele.

Toxice protoplasmatice si parenchimatoase. Ele produc fenomene degenerative in unele organe (fosfor, tetraclora de carbon).

Toxice cu actiune selectiva asupra sistemului nervos. Sunt reprezentate de narcotice, hipnotice, anestezice, alcaloizi si unii glicozizi.

Natura fizica sau chimica a toxicului.   Din aceaste puncte de vedere, toxicele pot fi:

1.     toxice anorganice: metale, metaloizi, acizi minerali, alcali;

2.     toxice organice : hidrocarburile si derivatii lor, alcooli, fenoli, acizi organici, micotoxine;

3.     alcaloizi;

4.     substante organice nealcaloide: glucozizi, compusi cianogenetici, saponine, fitotoxine.

Originea substantei toxice. Dupa natura lor toxicele pot fi :

minerale

vegetale

animale

PROIECT: Pestera din valea fundata PROIECT: Vegetatia, fauna si solurile- test

industriale.

Provenienta si domeniul de utilizare al toxicului. Acesta constituie criteriul de baza actual de clasificare. Din acest punct de vedere, substantele toxice se clasifica in :

pesticide,

ingrasaminte chimice,

poluanti industriali

medicamente

plante toxice

micotoxine

toxine animale.

Intoxicatia este o stare morbida produsa sub actiunea unei substante de natura organica, caracterizata prin tulburari profunde metabolice, uneori cu sfarsit letal.

Efectele toxice asupra organismelor apar in timp in raport de mai multi factori , unele mai prompt, altele mai lent; astfel vom intalni intoxicatii acute, subacute si cronice.

Intoxicatia acuta - reprezinta totalitatea efectelor toxice produse de o singura doza, putand provoca moartea la 50% din animalele din lot in intervalul de 24-48 ore (DL₅₀). Uneori acest interval se prelungeste la 15 zile, deoarece nu toate animalele intoxicate cu aceeasi doza mor in acelasi timp (Cotrau, 1978).

Intoxicatia subacuta reprezinta totalitatea efectelor toxice produse prin administrarea repetata a unui toxic in aceeasi doza, pe o perioada corespunzatoare a 1/10 din durata de viata medie a speciei respective (de exemplu, la sobolan, 90 de zile). S-a ameliorat acest test si se efectueaza experimental pe 'loturi intrerupte' (Galea si col., 1967). Astfel se determina efectele cumulative si masura in care creste sau scade toleranta organismului prin administrarea substantei pe un termen de 30-60 zile si se   observa daca modificarile se instaleaza stabil sau reversibil. Pentru aceasta se stabilesc loturi de animate martori si experimentale. Animalele lotului experimental primesc zilnic toxicul timp de 10 zile, apoi o parte sunt sacrificate, iar restul sunt impartite in doua grupe: o grupa primeste toxicul in continuare, iar la cealalta se intrerupe administrarea timp de 10 zile, cand se sacrifica animalele din ambele grupe. Operatia se repeta la 10 zile, pe o perioada de 30-60 zile (Cotrau, 1978).

Intoxicatia cronica- cuprinde totalitatea efectelor toxice produse prin administrarea repetata a unui toxic, in aceeasi doza, pe o perioada corespunzand, de obicei, la cea mai mare parte din viata speciilor. Daca se urmaresc efectele teratogene si cancerigene, se prelungeste administrarea toxicului pe durata chiar a mai multor generatii (Cotrau, 1978).

Sursele generatoare de metale grele in mediul inconjurator sunt cu preponderenta legate de agenti industriali, agricultura, produse alimentare si reziduuri chimice. Toxicitatea metalelor se modifica prin actiunea factorilor de mediu precum lumina, temperatura si pH-ul (spre exemplu la sol sau in apa). Factorii cei mai importanti care influenteaza metabolismul si efectele reale ale metalelor sunt: varsta, sexul, specia si doza/durata de expunere.

Efectele toxice ale metalelor pot fi foarte variate: toxicitate renala, nervoasa, asupra organelor genitale, toxicitate aspura dezvoltarii .

2. Ecotoxicologia cadmiului

Aspectele de ingrijorare in legatura cu toxicitatea cadmiului a aparut odata cu boala itai-itai in care acesta a fost incriminat.

Deoarece cadmiul este solubil in apa, numai 1 -5% din doza data este absorbita in tractul gastrointestinal (desi 10-40% poate fi absorbit prin plamani) si se distribuie catre rinichi si ficat. Otravirea acuta cu cadmiu provoaca dereglari gastrointestinale,otravirea cronica cu cadmiu afecteaza grav rinichii. Studiile pe animale au aratat ca acest metal are un potential cancerigen si unii cercetatori au sugerat ca aceasta poate creste incidenta cancerului de prostata la oamenii in varsta. Limitele FAO/WHO impun 55μg de cadmiu, autoritatile au gasit ca ar trebui sa reduca impactul cadmiului in cativa ani (37 μg este o valoare medie calculata, in unele zone industrializate concentratia zilnica poate depasi aceasta valoare). S-a estimat ca 50% din cadmiul inhalat este absorbit si 5% din cadmiul din alimente ia calea gastrointestinala.

Cadmiul este un metal foarte toxic si determina aparitia cancerului si mutatii genetice cu efecte letale si subletale la concentratii scazute in mediu. Este asociat cu mortalitate crescuta si are efecte asupra functiilor respiratorii, nivelele enzimatice, reducerea dezvoltarii si asupra reproducerii. Este bioacumulant la toate nivelele trofice. Se acumuleaza in ficatul si rinichiul pestilor. Crustaceele par a fi mai sensibile la cadmiu decat molustele. Unele insecte pot acumula concentratii mari de cadmiu fara efecte adverse .

Efectele acute respiratorii (pneumonii chimice) pot aparea la o concentratie de vapori de cadmiu in aer de 1mg /m Efectele cronice respiratorii pot aparea dupa expunerea la 20 μg Cd m³ timp de 20 de ani. Pe termen lung expunerea la nivele scazute ale cadmiului, rinichiul apare ca organ critic si s-a estimat ca disfunctia renala poate apare cand concentratia cadmiului in cortexul renal este in jur de 200mg / kg substanta uscata.

Este interesanta acumularea cadmiului la cai. Caii adulti (15-25 ani), chiar in zone nepoluate, pot atinge nivele ale cadmiului in cortexul renal de 5 ori mai mari decat in corpurile nefumatorilor. Concentratia critica in cortexul renal al calului este probabil de 200 mg/ kg, o concentrate care a fost depasita de caii europeni .

Cel mai bine cunoscut caz de otravire a fost recunoscut pentru prima data in districtul Fuchu din Japonia la femeile aflate in perioada menopauzei. Numarul cazurilor a atins culmea intre 1955-1960, si in 1968 Ministerul Sanatatii si Bunastarii din Japonia a declarat ca expunerea la cadmiu este cea care a determinat aceasta boala. Sindromul numit itai-itai include deformari ale scheletului (osteomalacia), care determina dureri in timpul mersului, in mod particular la incheieturi, un mers incet si boala cronica renala determina hipercalciuria, proteinuria si glicoruzia. Expunerea la cadmiu a fost determinate de consumarea orezului din culturi ce au fost contaminate cu deseuri miniere. Absorbtia estimata la victimele acestei boli era de 1 mg/ zi. Aceasta era o valoare de 20 de ori mai mare decat expunerea maxima permisa de catre OSHA si de 200 de ori absorbtia normala a populatiilor neexpuse.

In timp ce cadmiul a fost recunoscut ca pion principal in aceasta boala, deficientele nutritionale in vitamina D si Ca au fost de asemenea suspectate ca provocand aceasta boala. Desi, este un model de discrepanta epidemiologica, expunerea la cadmiu prin cereale sau moluste nu determina o boala comparabila cu itai-itai. Aceasta a fost explicata de faptul ca concentratiile celorlalte elemente in urme (zinc si fier) ce pot proteja impotriva toxicitatii cadmiului sunt mult mai scazute in orez decat in grau, fasole sau cereale. De asemenea macinarea orezului determina pierderea zincului si fierului, dar mai putin a cadmiului. Alte culturi, de asemenea si molustele, de obicei au crescut concentratia de zinc asociata cu cresterea celei de cadmiu, dar acesta nu a fost cazul in Japonia .

Aceste otraviri sunt relativ rare, dar periculoase. Simptomele lor se dezvolta, de obicei, intre 4 si 12 ore dupa expunere si se caracterizeaza prin gust metalic in gura, tuse, dificultati in respiratie si febra. Expunerea la concentratii mari ale cadmiului prin inhalare va determina suferinte severe la nivelul plamanilor, si, ulterior, poate conduce la moarte. Inhalarea prelungita a Cd poate determina disfunctia plamanului si emfizema.

In prezent, ingrijorarea cea mai mare este cauzata de asocierea expunerii la cadmiu si cancerul pulmonar. Studiile vechi si recente furnizeaza o evidenta consistenta asupra riscului aparitiei cancerului pulmonar printre muncitorii expusi la cadmiu. Nivelul cadmiului in sange la adulti care nu au fost expusi excesiv au valori, de obicei mai mici decat 1μg/L. Cantitatea de cadmiul in corpul purtator la o persoana adulta este de aproximativ 30 mg. Nou-nascutii au in corp o cantitate scazuta de cadmiu, de obicei mai mica decat 1mg. Nivelele medii ale cadmiului in sange variaza intre 0,4-1 μg/1 la nefumatori si adultii neexpusi, iar in cazul fumatorilor sunt mai mari si cuprinse in intervalul 1,4-1,5 μg/L.

Iritatia stomacala conduce la voma si diaree si este asociata cu ingestia a cantitati mari de cadmiu din alimente si din apa de baut. Este stiut ca fumatul in timpul sarcinii determina nasteri premature la o greutate scazuta si anomalii. Cadmiul este unul din multele elemente gasite in tigarile fumate ce determina astfel de suferinte. Fiecare tigareta contribuie cu aproximativ 1-2 μg de cadmiu pe corpul purtator si cam 10% din cadmiul din tigarete este inhalat. S-a raportat ca si cadmiul din tigari poate scadea transferul zincului in placenta umana. Poate sa aiba efecte adverse pentru ca este in competitie cu zincul in cai enzimatice sigure. Acesta este un efect negativ deoarece zincul este implicat in mai mult de 70 de sisteme enzimatice a caror functionare depinde de zinc.

Cadmiu poate fi daunator sistemului reproducator. In experimente asupra animalelor, administrarea cadmiului in doze ce afecteaza morfologia sau functia placentei poate induce anemie fatului, retardarea dezvoltarii, si chiar moartea fatului sau embrionului in cazul animalelor experimentate .

IARC a clasificat cadmiul ca fiind cancerigen, concluzionand ca exista suficiente motive. Aceasta s-a bazat pe producerea locala a sarcomas pe sobolani si soareci dupa injectari subcutanate a sarurilor de cadmiu.

In 1982, IARC a confirmat potentialul cancerigen al cadmiului asupra oamenilor. Excesul mortalitatii de cancer de prostata intre muncitorii ce lucrau in industria mineritului, a condus la concluzia ca acesta este un element cancerigen. Pe langa cancerul de prostata au fost numeroase cazuri si de cancer pulmonar.

Cadmiul si mercurul, impreuna cu zincul fac parte din grupa a II-a a metalelor tranzitionale ceea ce inseamna ca orbitalii lui exteriori sunt ocupati cu 8e^-. Nesurprinzator, aceste procese in care sunt implicate cele doua metale antagoniste cer prezenta zincului, pe care cadmiul il inlocuieste rapid datorita masei atomice mai mici decat a mercurului. Zincul participa in aproximativ 18 metaloenzime si aproximativ 15 cationi Zn²⁺ protoneaza enzime.