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A continuación una serie de videos que hablan sobre algunos de los metales pesados ya descritos y sobre otros aun no mencionados.
Cadmio
El cadmio es un metal blanco azulado, ductil y maleabe que se obtiene como producto secundario del procesamiento del zinc y del plomo en la forma de óxido de cadmio; adicionalmente, el cadmio se usa en la industria en:
- Pigmento en pinturas, esmaltes, plásticos, textiles, vidrios, tintas de impresión, caucho y lacas.
- Forma aleaciones con cobre, aluminio y plata.
- Esta presente en pilas.
- En la industria de la fotografía.
- Como "endurecedor" de llantas de carros.
- En cedas fotovoltáicas.
- En cigarrillos. (fumadores inhalan de 0.1 a 0.2 microgramos de cadmio por cigarrillo).
El cadmio se considera uno de los metales pesados de mayor toxicidad pues es de larga vida media y no se recicla fácilmente.
Fuentes de intoxicación
- Uso doméstico de utensillos bañados de plata aleada con cadmio (cubiertos).
- Fumadores.
- Pescado, crustáceos, riñón e hígado de animales acumulan cadmio en un grado alto.
- Industria metalúrgica de cadmio, plomo y zinc.
- Industria encargada de la producción de derivados del cadmio.
Toxicología del Cadmio
Se ha documentado que la envenenamiento por Cd se produce mayoritariamente por intoxicación alimentaria o por exposición laboral; pese a esto, el cadmio puede ser eliminado por via renal, a través del sudor y de la bilis y se dice que la carga corporal de cadmio en el adulto sano no fumador puede llegar a 40 miligramos.En sangre, el cadmio, al igual que el mercurio, se encuentra unido a la metalotioneina (v. entrada sobre matalotioneina, MT).
Es importante mencionar que el cadmio atraviesa la placenta y por tanto tiene la capacidad de intervenir en el embarazo; no obstante, el cadmio no es capaz de afectar directamente al metabolismo del feto aunque si puede alterar las funciones placentarias. Cuando la placenta entra en contacto con cadmio, se sintetiza gran cantidad de MT para proteger al feto, esto hace que en el momento del nacimiento la placenta posea una concentración de Cd 10 veces mayor a la concentración sercia materna.
El cadmio ingresa al organismo por inhalación y por ingestión y sus órganos diana son el riñon y el pulmón; por tanto se deduce que sus efectos tóxicos van a generar patología en estos órganos, en efecto, el Cd a dosis venenosas produce noumonitis, disfunción renal con proteinuria y enfisema. Las principales interacciones del cadmio con la bioquimica y el metabolismo del organismo son las siguientes:
- Unión del cadmio a grupos tiol de proteinas intracelulares con la consiguiente inhibición de la acción enzimática de enzimas dependientes de SH.
- Desplazamiento del zinc en los enlaces sulfuro con alteración enzimática y de sus procesos bioquímicos.
A continuación se presenta una tabla con las características toxicodinámicas del cadmio junto con sus índices de exposición biológica aceptados y su valor límite de umbral.
Algunas enzimas de importancia inhibidas por el cadmio son:
- En el pulmón el cadmio inhibe la alfa 1 antitripsina, un inhibidor de proteasa sérico. En el pulmón la alfa 1 antritripsina se encarga de inhibir la elastasa producida por leucocitos en las reacciones inflamatorias; por lo tanto, la falta de acción de la alfa 1 antitripsina permite la libre acción de la elastasa lo que genera rigidez en el pulmon y enfisema pulmonar.
- El Cd actúa sobre la lactato deshidrogenasa lo que genera alteraciones en la producción de energía anaerobia. (lactato deshidrogenasa cataliza la reducción de piruvato a lactato)
- El cadmio también inhibe la anihidrasa carbónica con lo que impide la conversión de anhidrido carbónico en bicarbonato y por tanto genera acidosis en sangre. Este efecto también es diurético.
- Finalmente el cadmio inhibe la hidroxilación de la vitamina D y por tanto su activación, esto trae como consecuencias osteoporosis, osteomalasia e hipocalcemia.
Metalotioneina y su rol en la detoxificación y farmacocinética de metales pesados
La metalotioneina es una proteína con un peso de 7000 daltons y con 26 grupos SH libres por molécula. Es sintetizada en hígado, riñón e intestinos y se encarga de mantener la hemostasis de metales fisiológicamente importantes (Cu, Zn), contribuye a la detoxificación de metales tanto esenciales como no esenciales, y aporta con una defensa antioxidante. La metalotioneina (MT) tiene un rol principal en la farmacocinética de algunos metales pesados debido a que ésta se une a los mismo y los transporta a través de la sangre; esta unión tiene como objetivo agotar los iones metálicos disponibles con lo que impide que los mismos actúen sobre el sistema enzimático y generen toxicidad. La MT logra este efecto debido a la gran cantidad de residuos de cisteina que posee; gracias a la gran afinidad de los metales pesados por los grupos tiol, la MT logra captarlos con facilidad. Pese a que la metalotioneina es un reconocido protector del sistema enzimático, la asociación MT-metal pesado (Cd, Hg) ha demostrado ser nefrotóxica aun en mayor medida que el metal pesado per se. Finalmente, en las intoxicaciónes por metales pesados las MT se pueden saturar, esto conlleva a un incremeto en el estrés oxidativo y a una alteración del equilibrio iónico; es decir, la unión masiva de metales pesados a MT es otro mecansimo de toxicidad de los mismos.
Detoxificación del Mercurio
A continuación se presentan unos vídeos que hablan sobre el método de diagnóstico de la intoxicación por mercurio y de las maneras en las que podemos disminuir nuestra exposición al mercurio.
Mercurio
El mercurio es un metal de color plateado brillante, líquido a temperatura ambiente (punto de fusión -38.4°C), volátil, de alta densidad (13.5 g/ml) y con una tensión superficial 6 veces mayor a la del agua (484 dinas/cm). El mercurio es altamente utilizado en la industria tanto en forma elemental como en diferentes compuestos, se une fácilmente a otros metales produciendo amalgamas y es tóxico por inhalación, ingestión y contacto.
El mercurio se utiliza en interruptores eléctricos, en termómetros, barómetros, tacómetros y termostatos y en la manufactura de lámparas de vapor de mercurio. Esta presente en amalgamas de plata para empastes de dientes y se puede usar en la minería particularmente en la extracción de oro.
Fuentes de intoxicación por mercurio
El envenenamiento a causa de mercurio puede ser debido a mercurio elemental, orgánico e inorgánico. En cuanto a mercurio elemental, la intoxicación es común debido a la inhalación de vapores de mercurio de termómetros rotos, esfingomanómetros y amalgamas en empastes de dientes. En relación al mercurio inorgánico, el envenenamiento sucede debido a medicinas tópicas, contacto con plásticos tratados con Hg y secundario a exposición a cloruro de Hg (calomel) presente en algunas cremas para la piel y en algunos medicamentos como laxante. Finalmente la intoxicación debida a mercurio orgánico sucede a partir de pinturas, fungicidas y cosméticos; también es común el envenenamiento secundario a la ingesta de peces contaminados con metil mercurio. (enfermedad de Minamata. v. mas adelante).
Mecanismo Bioquímico de la intoxicación por mercurio
El mercurio tiene 3 vías de absorción en el organismo:
- Respiratoria .- Los vapores de Hg no se adhieren a la mucosa de la via respiratoria y fácilmente atraviesan la membrana alveolar; un 80% del mercurio inhalado es absorbido en sangre. También existe la posibilidad de una pequeña deposición de Hg en tejido pulmonar y se ha estimado que se expira un 7% del Hg inhalado. Esta es la principal vía de envenenamiento por Hg orgánico e inorgánico.
- Digestiva .- La absorción de mercurio elemental en el tracto gastrointestinal es casi nula (menor a 0.01%) debido a que al estar en estado de oxidación 0 es incapaz de reaccionar con moléculas biológicamente importantes, por tanto carece de toxicidad. La absorción también se impide porque el Hg tiende a agregarse y formar grandes moléculas lo que imposibilita su paso a través de las membranas; finalmente, el Hg elemental en el tracto digestivo no se oxida a una velocidad lo suficientemente rápida como para que la absorción tenga lugar. Pese a esto, la absorción del Hg inorgánico con estado de oxidación 2+ relacionado con otros elementos (p.ej. Cl2Hg o metilmercurio en peces contaminados) en el tracto gastrointestinal es muy importante (95%) y constituye la principal vía de envenenamiento.
- Cutánea.- Se cree que existe cierta absorción cutánea de Hg a través de la piel; no obstante, no existen cifras cuantitativas y se estima que es tan insignificante que un contacto cutáneo con mercurio genera más absorción por inhalación que por el contacto en sí.
Una vez absorbido, el Hg iónico sérico se une a los grupos tioles de las proteinas plasmáticas mientras que el metilmercurio se relaciona con la hemoglobina de los eritrocitos, se dice que un 90% del mercurio orgánico se transporta en los eritrocitos mientras que un 50% del Hg inorgánico esta en el plasma. Independientemente del sitio de unión, niveles mayores a 1mg/dl de mercurio en sangre se relacionan con signos de toxicidad.
El mercurio tiene a depositarse en el sistema nervioso, en los riñones y en el hígado; en cuanto al cerebro, el mecanismo de deposición esta mediado por la oxidación del mercurio inhalado a traves de catalasa eritrocitatria y la difusión por liposolubilidad a través de la barrera hematoencefálica. Una vez dentro del sistema nervioso, el mercurio se deposita en la materia gris causando neurotoxicidad. El mercurio también se puede depositar en otras zonas del organismo, a continuación una tabla que explica las concentraciones del mismo en diferentes órganos.
El mecanismo de acción del mercurio se basa en su afinidad al grupo SH, de esta manera, el mercurio es capaz de afectar diversos sistemas metabólicos y enzimáticos dependientes del grupo tiol.
En cuanto a su acción sobre mecanismos enzimáticos, el mercurio es capaz de alterar la funcionalidad de las siguientes enzimas:
- Difosfo-piridin-nucleotido
- Trifosfo-piridin-nucleotido
- Succinodeshidrogenasa
- Glicerofosfatasa 13Dopa-decarboxilasa
- Dopa-decarboxilasa
- Monoamino-oxidasa
- Galactoxidasa
- Catalasas plasmaticas
- Colinesterasa globular
- Glutation-reductasa globular
- Glutation-reductasa cerebral
Como resultado de la pérdida de función de estas enzimas existe una disminución de la producción de energía y de la actividad mitocondrial, existe una alteración de los sistemas de transporte de los tubulos proximales renales y problemas en las ATPasas de Na y K en los mismos, hay toxicidad a nivel del cerebro y del cerebelo (disminución de la antioxidación por el glutation). Finalmente, disminuye el transporte activo de azucares, aminoácidos y precursores de ácidos nucleicos provocando así la muerte celular. Es importante mencionar que las células mas sensibles son las neuronas del cerebro y cerebelo. Adicionalmente, el mercurio se une a la metalotioneina y a sus receptores en diversos órganos causando toxicidad. (v. entrada sobre metalotioneina)
Otros mecansimos tóxicos del mercurio son:
- Afecta la producción de anticuerpos humorales.
- Desnaturaliza el ADN y se asocia reversiblemente con timina y adenina lo que genera aberraciones en la doble hélice con anomalías cromosómicas y congénitas.
- Ataca la membrana plasmática y lisosomal lo que genera alteraciones osmóticas y liberación de factores que favorecen la necrosis celular. Esto sucede debido a la gran afinidad del Hg por los grupos tioles cuya función en la membrana es esencial. (permeabilidad, transporte celular).
La intoxicación por metilmercurio presenta afectación de las articulaciones, ataxia y constricción del campo visual. En casos mas graves, (niveles sérico mayores a 2 mg/dl) el mercurio puede generar encefalopatía tóxica, neuropatía sensorial, temblores, pérdida de la audición y contracción muscular permanente. La concentración mortal de mercurio en sangre es de 15mg/dl. Finalmente, el mercurio es excretable por via renal, sin embargo, el tratamiento también consiste en la aplicación de agentes quelantes.
Para terminar, un video que cuenta la historia de la enfermedad de minamata y muestra la gravedad de la intoxicación severa por mercurio.
Plomo
El plomo es un metal sólido a temperatura ambiente, plateado, flexible e inelástico. Tiene un bajo punto de fusión (327°C) y es usado ampliamente en la industria con diversos objetivos. Es poco frecuente encontrar plomo en estado elemental, sin embargo, es un elemento común en muchas aleaciones metálicas y se encuentra en asociación con varias sustancias en productos de uso común como la pintura, las pilas, el recubrimiento de cables y el recubrimiento de cerámica; también esta presente en insecticidas, explosivos y municiones. Industrialmente, los carbonatos, fosfatos, cromatos, vanadatos y arseniatos de plomo son de uso frecuente.
Fuentes de Intoxicación por plomo
Como factores de riesgo laborales para la intoxicación por plomo se encuentran:
- Minería.
- Fabricación y/o demolición de baterías.
- Fabricación de plásticos.
- Pulido y soldadura de metales.
- Fabricación de pinturas.
- Fabricación de cerámicas (uso de esmaltes para las mismas).
La intoxicación por plomo también se puede producir por la ingesta de agua guiada a través de tuberías de plomo, el contacto con pintura con altos contenidos en plomo (30%) y la ingesta de vinos tratados con compuestos de plomo (p. ej. arseniato de plomo, enlentece la fermentación).
Tomando en cuenta todos estos factores, las pinturas representan la principal fuente de exposición; en EEUU, el contenido máximo de plomo que una pintura puede tener es del 0.06%; sin embargo, en países del tercer mundo existen pinturas con contenidos mayores al 30%. En este contexto, los niños son lo más afectados debido a que la pintura suele desprenderse de las paredes y los niños tienden a ingerirla. Adicionalmente, los escapes de los vehiculos liberan compuestos de plomo (tetraetilo de plomo) y tanto los periódicos como las fotocopias contienen pequeñas cantidades del mismo que se absorven a través de las yemas de los dedos. Finalmente, una cajetilla de cigarros contiene 15 microgramos de plomo y puede representar una importante fuente de intoxicación en fumadores crónicos.
Mecanismo bioquímico de la intoxicación por plomo
El plomo no es biodegradable y su envenenamiento es progresivo; con el tiempo éste se acumula un 90% en el hueso, 9% en la sangre y 1% en riñones y cerebro. Se considera que un valor sérico de plomo mayor a 10 mg/dl en niños y 25 mg/dl en adultos provoca manifestaciones tóxicas.
El plomo tiene una alta afinidad por los grupos imidazol, sulfihdrico, carboxilo, amino y fosfato; debido a esto el plomo es capaz de interferir con varias vías metabólicas; sin embargo, su capacidad de inhibir la síntesis del grupo hemo representa el mecanismo más importante.
En cuanto a la inhibición de la síntesis del grupo hemo, el plomo altera la acción de 3 enzimas importantes; la ácido delta amino levulínico (ALA) sintasa, ALA deshidratasa y ferroquelatasa, a continuación se expone el mecanismo de síntesis del grupo hemo e inmediatamente después se muestran las enzimas alteradas por el plomo.
La enzima que se afecta de manera más importante en el metabolismo del hemo debido al plomo es la ALA deshidratasa. Esta proteína funciona a través de una molécula de Zn, al entrar en contacto con el plomo, el Zn es desplazado y por tanto la actividad enzimática se pierde; consecuentemente se acumula ALA en sangre y en orina y por tanto sirve como método de detección para intoxicación por plomo.
Otros mecanismos de acción alternos del plomo son:
- Interfiere con las enzimas dependientes de Zn y altera el metabolismo del calcio (una molécula de Pb inhibe la absorción de 1000 moléculas de Ca), al hacerlo afecta la contracción muscular y altera la liberación de neurotransmisores (neurotoxicidad).
- Interfiere con la bomba de Na y K lo que genera una alteración osmótica en la célula y la concomitante lisis de la misma.
- A nivel renal interfiere con la excreción de vitamina D.
La intoxicación por plomo se caracteriza por encefalopatía, convulsiones, manía, neuropatía, cólico abdominal, anemia severa y daño renal. Una peculiaridad del envenenamiento por plomo es la pérdida de color y el aparecimiento de una línea azul a lo largo de las encías. Adicionalmente el plomo es capaz de atravesar la placenta y de encontrarse en la leche materna; en madres con antecedentes de intoxicación por plomo se han observado partos prematuros, abortos y muerte fetal. Por último, el plomo es altamente tóxico a nivel nervioso, especialmente en niños. De echo, se ha encontrado retraso mental, parálisis cerebral, atrofia óptica, problemas de aprendizaje, convulsiones, hiperexitabilidad y problemas de comportamiento en niños expuestos de manera crónica y aguda al plomo.
Tratamiento
Se usan agentes quelantes como antídotos, entre estos se encuentran el edetato de calcio disódico (EDTA), la penicilamina, el dimercaprol y el ácido dimercaptosuccínico. Un agente quelante es un compuesto que forma enlaces con iones de metales pesados y por tanto impiden la disponibilidad del metal para generar toxicidad, además son hidrosolubles por lo que permiten la excreción renal del metal tóxico. Finalmente, los quelantes tienen la capacidad de extraer iones metálicos depositados en tejido orgánico y excretarlos. A continuación se presenta una imagen de un metal unido al EDTA.
¿Que son los metales pesados?
Pese a que el término "metal pesado" esta ampliamente difundido y es de uso común, existe gran ambigüedad en su definición. Si se toma una perspectiva química, se establece que un metal pesado es aquel que posee una densidad mayor o igual a 5gr/cm3 y un peso atómico entre 63.5 y 200.4. Sin embargo, al usar el término "metal pesado" uno hace referencia a la toxicidad del elemento más que a su característica de pesado; además, existen algunos metaloides que forman parte de los metales pesados; (los metaloides químicamente se aceran más a los no metales que a los metales) entonces, ¿es correcto referirse a un grupo de elementos tóxicos con ciertas características de metal como "metales pesados"? Es por esto que la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) ha desechado el término y lo ha sustituido por "metales tóxicos". En la nueva acepción el peso atómico y densidad pierden importancia y se toma en cuenta las concentraciones letales de cada elemento para generar una clasificación adecuada. No obstante, y pese al intento de producir una definición objetiva y universal, los debates se mantienen y la ambigüedad tanto en la definición de metal pesado como de metal tóxico aun existe. A continuación se presenta una tabla con los metales pesados más comunes y la contribución antropogénica de los mismos a la biósfera anualmente.
http://binational.pharmacy.arizona.edu/sites/binational.pharmacy.arizona.edu/files/all_files/Biorem-MP.pdf
http://reformaminera.files.wordpress.com/2008/05/metales-pesados.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Metal_pesado
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