Ağır Metaller. Doç. Dr. Arzu Çağrı Mehmetoğlu

Transkript

1 Ağır Metaller Doç. Dr. Arzu Çağrı Mehmetoğlu

2 Metaller Birçok metaller insan ve hayvanlar için esansiyeldir. Bunlardan 8 element (kalsiyum, potasyum, sodyum, magnezyum, metallerimle kükürt, klorür, silisyum ve fosfor ametalleri) olmaksızın insan yaşayamaz. Bu elementlerin yetişkin bir insan vücudundaki miktarı gram (kalsiyum) ile 18 gram (silisyum) arasında değişir. İnsan vücudunda ayrıca miktarları %0.02'den az, fakat bazıları, çeşitli fonksiyonlar için gerekli 54 kadar eser element bulunmaktadır. Bunlar arasında vanadyum, krom, manganez, demir, kobalt, bakır, molibden ve çinko esansiyel eser metallerdir. Vücutta bulunan diğer eser elementlerin (kadmiyum, arsenik, cıva, kurşun, berilyum gibi) birçoğunun biyolojik fonksiyonları bilinmemektedir.

3 İnsan vücudu için esansiyel olan ve olmayan metaller başta besinler olmak üzere diğer bazı yollarla (su, hava gibi) alınmaktadır. Böylece "vücut metal yükü" oluşmakta; bazıları ise 40 yaşına kadar birikerek vücuttaki konsantrasyonları artmaktadır

4 Üretim Aşamasında Toprak Hava Su Tarımsal Faaliyetler (tarım ilacı, gübre) İşleme Aşamasında Metal Ekipman Ambalaj Materyali (konserve, plastik)

5 Metallere Maruz Kalma Nedenleri Metallerden esansiyel olanların eksikliklerinde olduğu gibi, fazla miktarlarda alındıklarında da vücut homeostazı bozarak zararlı etki yaparlar. Vücut için gerekli olmayan metaller ise çeşitli nedenlerle insan tarafından alınarak zararlı olmaktadırlar:

6 1) Besinlerle ve içme suları ile birçok metaller organizma tarafından alınmaktadır. Bu metaller besinlerin normal bileşeni olabildiği gibi kirlilik olarak da bulunabilir. Metal içeren pestisit kalıntıları; çevre kirlenmesi sonucu metallerin biyoakkümülasyonla besin zincirine geçmesi; metalden yapılmış veya metal bileşikleri içeren besin kaplarından metallerin besinlere geçmesi örnek verilebilir.

7 2) Metalle kirlenme nedenleri: Hava, su ve toprak, doğal kaynaklar ve teknolojik nedenler Deniz ve okyanuslar da insan aktivitesi sonucu metallerle kirlenmektedirler.

8 Metaller biyolojik parçalanmaya dayanıklıdırlar. Ayrıca birçokları çevrede lipofil özellik kazanarak (metilasyonla) akuatik bitki ve hayvanlarda birikirler. Böylece besin zincirinin en ucunda olan insana kadar ulaşmaktadırlar. Bu nedenle metallerle zehirlenmelere rastlanmaktadır. Japonya'da Minamata bölgesinde cıva ile kontamine olan balıkların yenmesi ile görülen zehirlenme olayı bunun en iyi örneğidir.

9 Metal Toksisitesi ve Etkileyen Faktörler Metallerin toksik etkileri, her metalin özelliğine göre değişmektedir. Metallerin hepsi birden fazla organ ve sistemleri etkilemektedirler tek bir enzim sistemi veya tek bir biyokimyasal proses etkilenmemektedir Örneğin cıva ve arsenik, sülfidril grubu içeren birçok enzimleri inhibe ederler. Hedef veya kritik organ - metal zehirlenmelerinde o metale en duyarlı olan etki yeri için kullanılmaktadır. Örneğin kadmiyuma en duyarlı organ böbrekler olmakla beraber karaciğer ve akciğerlerde de etki görülür.

10 Metallerin toksik etkileri birçok grupta toplanarak incelenebilir: 1- Enzim inhibisyonu: Birçok metaller birden fazla organ sistemlerini etkilerler. Bu toksik etki yerleri biyokimyasal proseslerin yani enzimlerin bulunduğu hücre membranları ve organellerdir.

11 1- Enzim inhibisyonu Çok toksik metaller, esaniyel aminoasitlerin sülfidril, histidil veya karboksil gruplarına bağlanırlar ve proteinlerle etkileşerek enzimatik veya yapısal fonksiyonları değiştirirler Örneğin civa ve kurşun, sodyum-potasyum adenozin trifosfataz (Na+-K+ ATP'az) enzimini inhibe ederler.

12 2- Esansiyel elementlerin yerini alarak Bazı metaller, metabolik olarak benzedikleri elementlerin yerine geçerek toksik etki gösterirler. Örneğin kurşunun MSS'ni etkilemesi, kalsiyuma benzer metabolizması ile; hem metabolizmasını etkilemesi de demir ve çinko yerini alması ile açıklanır.

13 3- Bazı toksik metaller ise proteinlerle birleşerek, hücre içi birikimlerine rağmen hücre hasarına neden olmazlar. Metallerin bu şekilde proteinlerle kompleks oluşturması detoksikasyon veya koruyucu bir mekanizma olarak ortaya çıkar. Metallothioneinler (sülfidril grubu içeren proteinler) kadmiyum, cıva, bakır ve diğer bazı metallerle; kurşun, bizmut, civa, selenat ve demir hemosiderin ile kompleks oluştururlar. Bu komplekslerin biyolojik aktiviteleri yoktur. Bu nedenle metallerin toksik ve biyolojik etki göstermelerinde, organizmadaki biyokimyasal ve kimyasal şekilleri çok önemlidir.

14 4- Metallerin oksidasyon basamağı ve bileşik şekli toksisitelerini önemli derecede etkiler Krom-6- (Cr +6 ) bileşiklerinin Cr +3 den daha toksik olması organik metal bileşiklerinin (alkil kurşun ve alkil cıva bileşikleri gibi), anorganik bileşiklerine göre (kurşun asetat, cıva-2- klorür gibi) daha çok toksik olmaları örnek verilebilir

15 5- Dış faktörlerden diyet, spesifik bir başka maddenin olması veya diğer metallere maruziyet bir metalin toksisitesini değiştirebilir. Çocuklar ve yaşlılar, yetişkinlere göre metal toksisitesine daha duyarlıdırlar. Vitamin C, kurşun ve kadmiyum metallerinin absorbsiyonunu ve toksisitesini azaltır.

16 Metallerin mutajenik ve karsinojenik etkileri Son yıllarda metallerin karsinojenik potansiyelleri ile ilgili veriler toplanmaktadır. Diğer taraftan epidemiyolojik araştırmalarla da bulgular desteklenmektedir.

17 Cıva (Hg) Çeşitli endüstriyel faaliyetlerden çevreye cıva yayılması hava kirliliğine Atıkların deniz ve göllere verilmesi ise su kirliliğine neden olur. Bu sularda yetişen balık ve diğer su ürünlerinin cıva içeriği artmaktadır.

18 Civanın toksisitesi Kimyasal formlarıyla ilişkilidir: elementel, organik, inorganik Organik formlarından metil cıva diğer iki formdan daha tehlikelidir. Cıvanın metilasyonu, başlıca akarsu ve okyanus sularında oluşur. Bunun dışında balıkların barsak içeriğinde ve balıkların dış derilerinde anorganik cıvanın metil cıvaya dönüştüğü gösterilmiştir

19 Elementel cıva başlıca solunum yolu ile absorbe olur. Cıva buharları monoatomik yapıda (Hg) olduğu ve lipidde çözündüğü için organizmada %80'i depolanabilir. Elementel cıva gastrointestinal sistemden çok az absorbe olur (%0.01 kadar). Anorganik ve suda çözünen cıva bileşikleri gastrointestinal sistem ve mukoz membranlardan kolayca absorbe olur. Deri yolu ile çözünen ve çözünmeyen cıva tuzlarının (kalomel, metalik cıva) absorbsiyon hızları aynıdır. Besinlerdeki anorganik cıvanın %7'si, lipidde çözünen organik bileşiklerin ise %95'i absorbe olabilir. Besinlerle günde 20/ g cıva alındığı tahmin edilmektedir.

20 Civanın toksisitesi Civanın inorganik ve organik formları besinlerde bulunmaktadır. Civanın toksik formu olan metil civa kan beyin ve kan plasenta bariyerini kolaylıkla geçebilmektedir İnorganik civa bileşikleri gastrointestinal sistem ve böbreklerde hasara neden olmaktadır. CH3Hg+->Hg+->Hg

21 Türkiye'de yapılan araştırmalarda Doğu Akdeniz kıyılarında Mullidae familyasından olan balıklarda cıva ng/kg Çeşitli balıklarda Hg miktarı ise ortalama 19 ng/kg ile 499 ng/kg arasında; Ege Denizindeki balıklarda ortalama ng/kg; Karadeniz'de ortalama ng/kg saptanmıştır.

22 besin zinciri : metil cıva akuatik bitkiler algler * ilkel hayvanlar -* balıklar ve deniz kabuklu hayvanları insan

23 Civa Bitkiler yüksek kontamine topraklarda bile kökleriyle sadece sınırlı miktarlarda civa absorbe ederler Bitkilerdeki civanın çoğunluğu atmosferle yüzeysel kontaminasyondan kaynaklanmaktadır Örneğin-civa içeren sprey tüpleri İnsanlarda civanın başlıca kaynakları balık ve diğer suda yaşayan canlıların tüketimidir. Özellikle yüksek miktarda civa birikmiş balık tüketiminde nörolojik bozukluklar belirlenmiştir.

24 Civa Çocuklarda zeka geriği Bazı nörolojik bozukluklara, merkezi sinir sisteminin tahribine ve kansere, böbrek, karaciğer, beyin dokularının tahribine, kromozomları tahrip edip sakat doğumlara neden olmaktadır.

25 Kurşun (Pb) Kurşun yer kabuğunda az miktarlarda bulunur, fakat maden cevherinden kolaylıkla ayrılabilmektedir. Diğer inorganik kontaminantlara benzer olarak, kurşun her yerde mevcuttur. Metalik kurşunun inorganik iyonları ve tuzları bir çok farklı besinde doğal olarak bulunabilmektedir.

26 Kurşun En önemli kontaminasyon kaynağı, benzine oktan derecesini artırmak için katılan tetra etil kurşundur. Her araba yılda 1 kg Pb nin çevreye yayılmasına neden olur. Trafiğin yoğun olduğu karayolunun her iki tarafına egzos gazındaki kurşunun yarısı yayılmakta, toprakta ve bu toprakta yetişen bitkilerde kurşun içeriği artmaktadır. Günde aracın geçtiği otoyolda uzaklığa ve toprak derinliğine göre Pb değerleri araştırılmış; oto yoldan uzaklaştıkça ve toprak derinliğine inildikçe Pb değerlerinin azaldığı belirlenmiştir.

27

28 Kurşun Suyun çıktığı kaynağa göre içinde kurşun miktarı değişebilir. Kurşun boru ve tankların su dağıtımında kullanılması, özellikle su yumuşak ve asidik ise suda kurşun miktarının artmasına neden olmaktadır. Asit, borulardaki kurşunu çözmekte ve konsantrasyonu artırmaktadır. Kurşun su boruları kullanan bölgelerde ki içme suyundaki yüksek konsantrasyonları kurşun alımını artırmaktadır.

29 Kurşun Kurşun kontaminasyonunun diğer önemli bir kaynağı, seramik kaplardaki sırlardır. Bu tür kaplarda saklanan asidik besinlerde kurşun tuzlarının açığa çıkma riski yüksektir. Bir diğer kontaminasyon kaynağı, konserve kutularının lehimlenmesinde kullanılan kurşundur. Başka bir kontaminasyon kaynağı avlanan kuş, tavşan vs. gibi hayvanları avlamada kullanılan saçmaların neden olduğu kurşun kontaminasyonudur.

30 Kurşun Kurşunlu kristal bardak, şişe ve kaplar da kontaminasyon kaynağıdır. Gazete kağıdına sarılan besinlere de kurşun geçişi söz konusu olabilmektedir. Özellikle kurşun işleyen akü, boya ve matbaa gibi fabrikalarda kurşun buharının denetim altına alınmaması çok sayıda işçinin zehirlenmesine neden olmaktadır. Toprak yeme yoluyla da kurşun insana geçmektedir. Diyetin kalsiyum, demir, magnezyum ve fosfordan yeterli olmasının zehirlenme etkisini azalttığı bildirilmiştir.

31 Kurşun Kurşun çocuklarda (yaklaşık %40), yetişkinlerden (yaklaşık %10) daha kolay emilir. Kurşunun %95 i kemik dokusu, %2 si kan, %3 ü ise yumuşak dokularda bulunur. Kurşun zehirlenmesinin klinik belirtilerinden biri, hem-demir sentezinde ki bazı enzim sistemleri ile etkileşime girmesidir. Özellikle kan hücrelerini ve sinir sistemini etkiler

32 Kurşun Düşük dozları; Yüksek dozları; Hiperaktivite, Böbrek bozukluğu İrritabilite, sinirsel bozukluklar Hafıza zayıflığı, Kafa içi basıncın artışı Öğrenme güçlüğü ÖLÜM e neden olmaktadır.

33 Arsenik (As) Doğada çok yaygın bulunan ve gıdalarda da düşük düzeylerde bulunan bir elementtir. Civa ve kurşundan farklı olarak inorganik arsenik formları, arseno betain gibi organik formlarına göre insanlar için daha tehlikeli olmaktadır. Arseniğin her iki (organik ve inorganik) form gıdalarda ortaya çıkmaktadır.

34 Arsenik (As) Arsenik açısından en önemli kaynak içme suyudur. Çevredeki organik arseniğin balık ve deniz ürünlerinde oldukça yüksek miktarlarda biriktiği tespit edilmiştir. Bitkilerdeki arsenik miktarı ise, toprağın içeriğine, suyun kirliliğine, hava kirliliğine ve gübre kullanımına bağlı olarak değişmektedir.

35 Arsenik Arsenik çevrede çok yaygındır. Özellikle (+5) değerlikli bileşikleri toprakta bulunur. Besinlerdeki miktarı, topraktan geçen arsenik nedeni ile yüksek düzeye ulaşabilir. Özellikle deniz ürünlerinde arsenik miktarı tolerans sınırının (2.6 ppm) üstünde olabilir. Örneğin morinanın karaciğer yağında ppm, yengeçte 4.78 ppm, planktonlarda ppm arsenik saptanmıştır.

36 Arsenikli bileşiklerin tarımda pestisit olarak kullanılması uygulayıcıları olduğu kadar, meyve ve sebzelerde kalan kalıntıları yiyenlerde de zehirlenmelere neden olabilir. Kalsiyum arsenat veya arsenitler toprağa sıkıca bağlanır ve yavaş yavaş su ve bitkilere geçerler. Tütünde bu nedenle, As miktarının 13 ppm'e yükselebileceği gösterilmiştir. Besin kaplarından geçen arsenikle de zehirlenme olabilir. Besinlerde As2O3 için maksimum limit değer 3.5 ppm'dir

37 Arsenik Epidemiyolojik çalışmalarda, kronik olarak inorganik arsenik bileşiklerinin solunum yoluyla alınmasının akciğer kanserine neden olduğu, diyet yoluyla alınmasının ise deri, karaciğer, böbrek ve mesane kanserlerine yol açtığı gösterilmiştir.

38 Arsenik Arsenik bir dereceye kadar kümülatif özellik göstererek yumuşak dokularda birikir. Kalan bu arsenik miktarı az da olsa kronik etki gösterir. Arsenaminler kemiklerde, tüm arsenik bileşikleri ise saç ve tırnaklarda birikir. Tırnaklarda arsenik Mee's çizgileri oluşturur. Maruziyetten 6 hafta sonra görülür. Tırnaklarda görülen bu beyaz bandın tırnak dibine olan uzaklığı ölçülerek maruziyet zamanında tayin edilebilir.

39 Arsenik Başlıca atılım yolu böbreklerdir. Kanda arsenik globulinle birleşir. Organizmada böbrek, karaciğer, kalp, beyin gibi bütün yumuşak dokulara dağılır. Özellikle keratince zengin dokulara (saç, tırnak, deri) ilgisi fazladır.

40 Arsenik organizmada tiyol (-SH) grubu ihtiva eden enzimleri inhibe ederek toksik etkisini gösterir. Ağız yoluyla alınan arsenik protoplazma zehiri olarak etkilidir. 1 mg As2O3 duyarlı şahıslarda ciddi semptomlara sebep olabilir. 20 mg ile ölüm tehlikesi baş gösterir

41 Saç ve kılda toplanan As yavaş bir şekilde idrarla atılır. Bu nedenle As ile ölümlerde saç, kıl ve tırnak en önemli analiz numunesidir. As (As+3) organizmada tiyol (-SH) grubu ihtiva eden enzimleri inhibe ederek toksik etkisini gösterir. Ağız yoluyla alınan arsenik protoplazma zehiri olarak etkir. 1 mg As 2 O 3 duyar şahıslarda ciddi semptomlara sebep olabilir. 20 mg ile ölüm tehlikesi baş gösterir.

42 Kadmiyum (Cd) Kadmiyum doğal olarak çevrede bulunan bir metaldir. Kadmiyumun günlük alımının 1/3 ü hayvansal kaynaklardan, 2/3 si ise bitkisel kaynaklardan sağlanmaktadır. Kabuklu deniz ürünlerinde ve bazı hayvanların böbreklerinde önemli miktarlarda kadmiyum birikebilmektedir. Kadmiyum, bitkisel gıdalara sulama suyu ile bulaşabilmektedir. Bazı mantarlarda yüksek miktarlarda kadmiyum biriktiği saptanmıştır. Kadmiyum bulaşmasının diğer iki kaynağı, malzemesinde kadmiyum içeren gıda makina ve ekipmanları ile çinko galvanizlenmiş ekipmanlardır.

43 Kadmiyum (Cd) Günümüzde kadmiyum endüstriyel olarak geniş kullanım alanı vardır Kadmiyum diğer ağır metallerle içinde suda çözünme özelliği en yüksek olan elementtir. Bu nedenle doğada yayınım hızı yüksektir. İnsan vücudundaki Cd seviyesi ilerleyen yaşla beraber artış gösterir Yeni doğmuş bebeklerde hiç kadmiyum bulunmaz.

44 Kadmiyum Kadmiyumun, kardiyovasküler sistem ve iskelet sistemi üzerine toksik etkileri vardır. Yavaş ve geri dönüşümsüz karaciğer ve böbrek hasarı yapar. Kronik intoksikasyonu, büyüme geriliği ve üreme bozukluklarına yol açar. Kadmiyum zehirlenmesine bağlı olarak kemik erimesi ve buna bağlı hastalıklarda görülür. Diğer taraftan kansızlık, dişlerin dökülmesi ve koku duyumunun yitirilmesi de önemli etkilerdir.

45 Kalay ve Alüminyum Yapılan araştırmalarda, gıda ambalajlarından gıdaya bulaşan kalayın çok yüksek oranlarda alındığında bile zararlı olmadığını göstermiştir. Alüminyum yaygın olarak kullanılan metallerden biridir. Paketleme malzemeleri, pişirme araçları ve yapı malzemeleri bunlara en iyi örnektir. Besinlerle alınan alüminyum, kemikler ve nörolojik sistem üzerinde olumsuz etkiler yapar. Alzheimer hastalığı ve alüminyumun beyinde birikmesi arasında ilişki olduğu düşünülmektedir.

46 Alüminyum bileşikleri diğer elementlerin gastrointestinal absorbsiyonlarını ve barsak fonksiyonlarını etkileyebilir. Örneğin florür absorbsiyonunu inhibe eder, kalsiyum ve demir absorbsiyonlarını azaltır. Barsakta fosforla birleşmesi, fosfat eksikliğine ve osteomalasiye neden olur.