Επιδράσεις των βαρέων μετάλλων στην υγεία του ανθρώπου και στους θαλάσσιους οργανισμούς

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Επιδράσεις των βαρέων μετάλλων στην υγεία του ανθρώπου και στους θαλάσσιους οργανισμούς Υπεύθυνη Καθηγήτρια: Νικολάου Αναστασία Εργασία 5 η ΔΙΑ 50 Φυσικό Περιβάλλον και Ρύπανση Σάββας Μαβίδης Αριθμός μητρώου

2 Περιεχόμενα Εισαγωγή Οικοσύστημα Βιολογικά χαρακτηριστικά οικοσυστήματος Βαρέα μέταλλα Μηχανισμοί τοξικής δράσης των βαρέων μετάλλων Επιπτώσεις, δείκτες τοξικότητας, ανώτερα επίπεδα πρόσληψης Βαρέα μέταλλα στους θαλάσσιους οργανισμούς και στον άνθρωπο Υδράργυρος (Hg) Κάδμιο (Cd) Χαλκός (Cu) Μόλυβδος (Pb) Σίδηρος (Fe) Ψευδάργυρος (Zn) Χρώμιο (Cr) Νικέλιο (Ni) Αρσενικό (As) Βαρέα μέταλλα και επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου στο εργασιακό περιβάλλον Πηγές τροφοδότησης του οργανισμού με βαρέα μέταλλα Τρόποι δράσης των βαρέων μετάλλων στον ανθρώπινο οργανισμό Βιβλιογραφία Εικόνα εξωφύλλου: Σάββας Μαβίδης. 1

3 Εισαγωγή Η Minamata είναι μια μικρή πόλη της Ιαπωνίας με πληθυσμό περίπου κατοίκους που απλώνεται πάνω από τον ποταμό που εκβάλει στον κόλπο Minamata. Μια πόλη τόσο μακρινή που όμως ήταν ικανή να δώσει το όνομα της σε μια νόσο που εμφανίστηκε το Η νόσος Minamata είναι η ονομασία που αποδόθηκε στην δηλητηρίαση από υδράργυρο, και οφείλεται στην κατανάλωση αλιευμένων θαλασσινών από τον κόλπο Minamata λίγο μετά τον Β Παγκόσμιο Πόλεμο. Μεγάλες ποσότητες μεθυλυδραργύρου απορρίφθηκαν στη θάλασσα ως ανεπιθύμητο υποπροϊόν επεξεργασίας ακεταλδεΰδης. Ο επίσημος αριθμός των ατόμων που υπέστησαν δηλητηρίαση από υδράργυρο, πιθανόν να ξεπερνάει τις αφού πολλοί είναι αυτοί που αρνούνται να υποβάλουν αίτηση για επίσημη αναγνώριση δηλητηρίασης από την νόσο Minamata ή αρκετοί πέθαναν χωρίς να έχει γίνει πιστοποίηση ότι η αιτία θανάτου ήταν από την νόσο Minamata. Επίσημα αναφέρεται από την κυβέρνηση ότι ο αριθμός των ατόμων που προσβλήθηκαν είτε είναι εν ζωή είτε όχι, είναι θύματα, ενώ άτομα ακόμη προσπαθούν να αναγνωριστούν επίσημα.. Η διάσημη φωτογραφία του W. Eugene Smith. Η Tomoko Uemura στο λουτρό της, Minamata, 1972 [1] Ασθενείς που απεβίωσαν κατά την οξεία φάση της νόσου, υπέφεραν από έντονους πόνους, ενώ όσοι επέζησαν φέρουν ακόμη σωματικά και ψυχολογικά σημάδια. Δευτερογενή σημάδια της νόσου Minamata, περιγράφονται ως αταξία, κατατονία και αδυναμία προσανατολισμού. Πολύ σοβαρές νευρολογικές παθήσεις που κάνουν πολύ δύσκολη την καθημερινότητά τους. Αξίζει βέβαια να αναφερθεί ότι δεν υπάρχει αποτελεσματική φαρμακευτική αγωγή για την νόσο Minamata και δεν υπάρχει καμία δυνατότητα αποκατάστασης των νευρολογικών βλαβών που προκάλεσε η τοξικότητα του υδραργύρου. [1] 2

4 1. Οικοσύστημα Οικοσύστημα είναι το σύνολο των αβιοτικών και βιοτικών στοιχείων μιας περιοχής όπως για παράδειγμα ένα δάσος, ένα ποτάμι, μια λίμνη. Μια σταγόνα νερού με πρωτόζωα, αλλά και ο πλανήτης μας ολόκληρος αποτελούν και τα δύο ένα οικοσύστημα. Στα αβιοτικά συγκαταλέγονται παράγοντες όπως θερμοκρασία, ηλιακή ενέργεια, βροχοπτώσεις, το είδος του εδάφους και άλλα, ενώ στα βιοτικά είναι το σύνολο των ζωντανών οργανισμών. Η ενέργεια που χρειάζεται το οικοσύστημα για να διατηρείται σε ισορροπία την λαμβάνει από την ηλιακή ακτινοβολία. [2,3] Οποιαδήποτε μεταβολή συμβαίνει στα χαρακτηριστικά ενός υδατικού οικοσυστήματος, ονομάζεται ρύπανση. Για να προκληθεί ρύπανση, η παρουσία σε αυτά ουσιών θα πρέπει να υπερβαίνει τα ανώτατα επιτρεπτά όρια. Ε τσι παρατηρούμε ουσίες διαλυμένες στο νερό, ή να επιπλέουν ή να καταβυθίζονται στο πυθμένα και προέρχονται κυρίως από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Υπάρχουν δύο είδη πηγών ρύπανσης. Οι μη σημειακές πηγές ρύπανσης και οι σημειακές. Οι πρώτες είναι δύσκολο να ελεγχθούν διότι δεν εντοπίζονται σε ένα σημείο, είναι διάχυτες και έχουν μεγάλη έκταση. Οι σημειακές πηγές είναι πιο εύκολο να εντοπιστούν και να ελεγχθούν. Οι ρύποι προέρχονται από βιομηχανικές μονάδες, ενεργά ή εγκαταλελειμμένα ορυχεία, πετρελαιοπηγές και πλοία μεταφοράς επικίνδυνων υλικών ή δεξαμενόπλοια. Η χημική ρύπανση του περιβάλλοντος μπορεί να προκληθεί απο ανθρωπογενείς δραστηριότητες (χρήση χημικών προιόντων, απορρυπαντικών, χρωμάτων, φαρμάκων, φυτοπροστατευτικών μέτρων, είτε απο φυσικές διεργασίες. Οι ανθρωπογενείς δραστηριόττες προμηθεύουν βίαια το περιβάλλον με ουσίες τόσο που ο ρυθμός εισόδου αυτών των ουσιών υπερβαίνει το ρυθμό αποικοδόμησής τους από το φυσικό περιβάλλον. Δεν έχουν όμως όλοι οι ρύποι την ίδια συμπεριφορά όταν βρεθούν στο περιβάλλον. Τα βαρέα μέταλλα, για παράδειγμα, δεν αποικοδομούνται, με αποτέλεσμα να συσσωρεύονται στο περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ξεπερνούν την φέρουσα ικανότητα του πλανήτη για αποικοδόμησή τους και έτσι αυτά φτάνουν στον άνθρωπο μέσω της τροφικής αλυσίδας. 1.1 Βιολογικά χαρακτηριστικά οικοσυστήματος - Πλαγκτόν: Οργανισμοί με ενεργητική κίνηση μικρότερη της παθητικής λόγω της κίνησης του νερού. Διακρίνονται στα εξής: Βιοπλαγκτόν, τα βακτήρια και διάφοροι αποικοδομητές. Φυτοπλαγκτόν, φυτικοί οργανισμοί που φωτοσνθέτουν. Ζωοπλαγκτόν, οργανισμοί που τρέφονται με φυτοπλαγκτόν. - Νηκτόν: το σύνολο των καταναλωτών οργανισμών που κολυμπούν στο νερό όπως ψάρια και ασπόνδυλα. - Βένθος: οργανισμοί που είναι προσκολλημένοι στο βυθό, όπως τα φυτοβένθος, βακτήρια, μύκητες, ζωοβένθος όπως για παράδειγμα τα καρκινοειδή. - Φυτά. [2,3] 2. Βαρέα μέταλλα Τα μέταλλα αποτελούν φυσικά συστατικά του θαλάσσιου περιβάλλοντος, αλλά εισέρχονται σε αυτό και με ανθρωπογενείς επεμβάσεις. Διακρίνονται σε τρείς τύπους. Τα ελαφρά 3

5 μέταλλα όπως κάλιο, νάτριο, ασβέστιο. Τα στοιχεία μεταπτώσεως όπως σίδηρος, χαλκός, κοβάλτιο (που είναι απαραίτητα σε χαμηλές συγκεντρώσεις) και τα βαρέα μέταλλα και μεταλλοειδή όπως Hg, Pb, Sn, Se, As) τα οποία δεν απαιτούνται για μεταβολική δραστηριότητα και είναι τοξικά ακόμα και σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Βαρέα μέταλλα ορίζονται τα ανόργανα στοιχεία με Σχετική Ατομική Μάζα μεγαλύτερη από αυτή του σιδήρου [Fe]. Βρίσκονται τόσο στην αβιοτική ύλη όσο και στην βιοτική. Κάποια από τα βαρέα μέταλλα όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί τα χρησιμοποιούν ως δομικά συστατικά σε διάφορες από τις βιολογικές τους λειτουργίες, αλλά η αυξημένη συγκέντρωσή τους, είναι επικίνδυνη λόγω τοξικότητας. Φυσικές πηγές βαρέων ματέλλων, είναι η οξείδωση και η αναγωγή ενώσεων σιδήρου. ρύπανση από βαρέα μέταλλα είναι δυνατόν να υπάρξει από εξόρυξη ορυχείων, αλλά και από βιομηχανικά απόβλητα. Τα βαρέα μέταλλα είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη των έμβιων οργανισμών, αλλά σε μικρές συγκεντρώσεις. Το κοβάλτιο, ο χαλκός, το νικέλιο, το σελήνιο, ο ψευδάργυρος, ο κασσίτερος, το αρσενικό, ο μόλυβδος, το κάδμιο, ο υδράργυρος, το αντιμόνιο είναι ουσίες επιβεβαιωμένα τοξικές, ή δεν έχει διευκρινιστεί ακόμα ο τρόπος δράσης τους ως προς την τοξικότητά τους. Για το σελήνιο, έχει επικρατήσει να αναφέρεται στα βαρέα μέταλλα παρόλο που δεν είναι μέταλλο. [4,5] Αποτελούν ίσως από τους πιο επικίνδυνους ρύπους. Ο τρόπος με τον οποίο ένας ρύπος κινείται μέσα στην τροφική αλυσίδα, αλλά και οι μακροχρόνιες συνέπειές του περιγράφονται παρακάτω. Βιοσυσσω ρευση Μη βιοδιασπώμενοι, τοξικοί ρύποι που παράγονται από βιομηχανικές δραστηριότητες, είναι μια σοβαρή απειλή τόσο για την υγεία των ζωικών και φυτικών οργανισμών όσο και για το ίδιο το υδατικό οικοσύστημα. Οι οργανισμοί που τους καταναλώνουν, δεν τους αποβάλουν, αλλά τους αποθηκεύουν στους ιστούς τους και εισέρχονται σε αυτά είτε κατά την αναπνοή είτε μέσω της τροφής. Βιομεταφορά Οι βιοσυσσωρευμένοι ρύποι δεν αποβάλλονται, αλλά μεταφέρονται σε επόμενα επίπεδα της τροφικής αλυσίδας. Για παράδειγμα όταν μικρά ψάρια καταναλώνουν πλαγκτόν μολυσμένο με ρύπους, φέρουν και τα ίδια τον ρύπο αυτό. Επίσης η βιομεταφορά αφορά και την ύπαρξη ρύπων σε οργανισμούς μακριά από την περιοχή εντοπισμού της ρύπανσης. Βιομεγε θυνση Καθώς οι ρύποι μετακινούνται στην τροφική αλυσίδα, ουσιαστικά λόγω της συσσώρευσής τους στον οργανισμό, αυξάνουν το ποσοστό τους όσο ανεβαίνουν τάξη καταναλωτών. Τα μικρά ψάρια καταναλώνουν μικρή ποσότητα ρύπου. Τα μεγαλύτερα ψάρια της δεύτερης τάξης καταναλωτών, βιοσυσσωρεύουν μεγαλύτερη ποσότητα ρύπου καταναλώνοντας μικρά ψάρια φορείς του ρύπου και ο αριθμός αυξάνει όσο ανεβαίνουμε επίπεδο στην τροφική αλυσίδα. Ε τσι καταλήγει στα μεγάλα θηλαστικά αλλά και στον άνθρωπο, η ποσότητα ρύπου που λαμβάνουν μέσω της τροφής να είναι σε πολύ υψηλά επίπεδα ακόμα και να είναι επικίνδυνα για την υγεία τους. [2,3,6,7] Ως εκ τούτου, με τις βροχοπτώσεις τα βαρέα μέταλλα φτάνουν στις ρίζες των φυτών μέσω της ατμοσφαιρικής ρύπανσης ή μέσω του εδάφους και της κίνησης του νερού μέσω των 4

6 ριζών. Από εκεί καταλήγουν στα φύλλα τα οποία καταναλώνονται απο τα φυτοφάγα ζώα. Στον άνθρωπο λοιπόν καταλήγουν από τρείς πηγές εισόδου τους. Μέσω της κατανάλωσης των φυτών, των φυτοφάγων ζώων, αλλά και της αναπνοής αφού μεγάλες ποσότητες βαρέων μετάλλων παρέχονται μέσω του ατμοσφαιρικού αέρα. Μια τέταρτη πηγή εισόδου τους είναι φυσικά και το πόσιμο νερό το οποίο είναι και αυτό πλούσιο σε βαρέα μέταλλα. Αξίζει δε να σημειωθεί ότι τρόπος εισόδου των βαρέων μετάλλων στον άνθρωπο είναι και η διαδερμική εισαγωγή, λόγω της ύπαρξης σωματιδίων πάνω στα οποία έχουν προσροφηθεί βαρέα μέταλλα, αλλά και λόγω της ιδιαίτερης διαδερμικής διαπερατότητας που παρουσιάζει ο ιστός στα αέρια και στους υδρατμούς. Συμπέρασμα που οφείλεται σε μελέτες επιπτώσεων βαρέων μετάλλων σε εργασιακό χώρο επιβαρυμένο, όπως ορυχεία, βιομηχανία μετάλλων κ.α. Στους υδρόβιους οργανισμούς η είσοδος βαρέων μετάλλων οφείλεται τόσο στην κατανάλωση μικρότερων ψαριών από μεγαλύτερα όσο και από το αβιοτικό περιβάλλον. 3. Μηχανισμοί τοξικής δράσης των βαρέων μετάλλων Μια ουσία που επηρεάζει τις ζωτικές λειτουργίες ενός βιολογικού συστήματος ή ενός ζωντανού οργανισμού, ονομάζεται τοξική και τα αποτέλεσμα από την επίδραση της πάνω στις διάφορες λειτουργίες, ονομάζεται τοξικότητα. Βιοχημικά, τα κατιόντα των βαρέων μετάλλων εμφανίζουν συγγένεια με αυτή του θείου, με αποτέλεσμα να διευκολύνεται η ένωσή τους με τις ενώσεις -SH των ενζύμων. Όταν βαρέα μέταλλα βρεθούν στον οργανισμό, αντικαθιστούν άλλα κατιόντα και ενώνονται με τις σουλφυδριλικές ενώσεις των ενζύμων επιδρώντας στη φυσιολογική λειτουργία του ενζύμου. Κάποια από τα βαρέα μέταλλα συγκαταλέγονται στα μεταβατικά και έχουν δύο οι περισσότερους βαθμούς οξείδωσης. Σε αυτά οφείλεται η δημιουργία ριζών οξυγόνου ή υδροξυλίου επιδρώντας στις λειτουργίες του πυρήνα των κυττάρων όπου βρίσκεται το κυτταρικό DNA. Οι παράγοντες που επηρεάζουν έναν ζωντανό οργανισμό που έχει εκτεθεί σε βαρέα μέταλλα είναι πολλοί. Η κληρονομικότητα που αφορά στην μεταβολική δραστηριότητα των μετάλλων, ο βαθμός έκθεσης και η χρονική διάρκεια, η χημική μορφή με την οποία εμφανίζεται το βαρέο μέταλλο, το βάρος του οργανισμού και η ηλικία, το φύλο, αλλά και η τοξικοκινητική δράση από το γαστρεντερικό σύστημα. Όταν για παράδειγμα μία ουσία απεκκρίνεται με πολύ αργό ρυθμό από τον οργανισμό, έχει τη τάση να βιοσυσσωρεύεται και να προκαλεί βλάβες στον ιστό που εντοπίζεται. [8.9,12] 4. Επιπτώσεις, δείκτες τοξικότητας, ανώτερα επίπεδα πρόσληψης Η τοξικότητα των βαρέων μετάλλων διακρίνεται σε δύο φάσεις. Στην οξεία όπου έχουμε εισαγωγή μεγάλων ποσοτήτων τοξικής ουσίας σε έναν οργανισμό σε μικρό χρονικό διάστημα προκαλώντας ακαριαίες θανάσιμές επιπτώσεις και στην χρόνια φάση, όπου έχουμε εισαγωγή μικρής ποσότητας ουσίας για μεγάλο χρονικό διάστημα, προκαλώντας καθυστερημένες θανάσιμες επιπτώσεις των οργανισμών. Το να προκληθεί ο θάνατος σε έναν οργανισμό από την επίδραση μιας τοξικής ουσίας δεν είναι το μοναδικό αποτέλεσμα. Η τοξική δράση διαφόρων ουσιών μπορεί να επιφέρει και άλλα συμπτώματα όπως παθήσεις του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος, μεταβολές στο ενδοκρινολογικό σύστημα, μεταβολές στις βιοχημικές και αιματολογικές παραμέτρους, 5

7 επίδραση στο ανοσοποιητικό και μυοσκελετικό σύστημα. Οι επιπτώσεις διακρίνονται σε -Υποθανατηφόρες, που αφορούν επιδράσεις στις φυσιολογικές λειτουργίες του οργανισμού -Κυτταρικές αλλοιώσεις που οδηγούν σε βαθμιαίες μεταλλάξεις και δημιουργούν καρκινογένεση, ειδικά όταν επιδρούν στον κύκλο αντιγραφής του κυτταρικού DNA. Ως δείκτες τοξικότητας χρησιμοποιούνται οι: LC50 (Lethal Concentration) και αναφέρεται στη μέση θανατηφόρα συγκέντρωση της ουσίας που μπορεί να επιφέρει το θάνατο στο 50% του πληθυσμού που εκτίθεται στην ουσία αυτή σε διάστημα έως 24 ώρες από την στιγμή της εισόδου της ουσίας στον οργανισμό. Εκφράζεται σε mg/lt ή mg/kg συγκέντρωσης τοξικής ουσίας στο διαλύτη της. Ο δείκτης αυτός χρησιμοποιείται όταν το προς εξέταση δείγμα είναι το νερό ή ο αέρας. LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level) η χαμηλότερη τιμή συγκέντρωσης τοξικής ουσίας ικανή να προκαλέσει ανεπιθύμητες ενέργειες στον οργανισμό που θα εκτεθεί σε αυτή. Εκφράζεται σε mg/kg και αφορά την συγκέντρωση ουσίας προς το σωματικό βάρος οργανισμού. NOAEL (No Observed Adverse Effect Level) Το επίπεδο συγκέντρωσης ουσίας στο οποίο δεν παρατηρούνται δυσμενείς επιπτώσεις στον οργανισμό. Και αυτός ο δείκτης εκφράζεται σε mg/kg και αφορά την συγκέντρωση ουσίας προς το σωματικό βάρος οργανισμού. Οι υδρόβιοι οργανισμοί αποτελούν πολύ σημαντικό δείκτη ρύπανσης από τοξικές ουσίεςσυμπεριλαμβανομένων και των βαρέων μετάλλων. Συγκριτικά με τις μελέτες των αβιοτικών δειγμάτων και λόγω της τάσης που έχουν κάποιες ουσίες να βιοσυσσωρεύονται, παρατηρούμε σημαντικές διαφορές μεταξύ των τιμών του δείγματος νερού ή αέρα σε σχέση με τις μετρήσεις στους ιστούς των έμβιων οργανισμών. Η τοξικότητα των βαρέων μετάλλων επηρεάζεται απο μια σειρά παραμέτρων όπως: - από την μορφή με την οποία βρίσκεται στο νερό, οργανική, ανόργανη, διαλυτή ή σωματιδιακή κ. α. - την ταυτόχρονη παρουσία άλλων μετάλλων ή τοξικών ουσιών, αφού κάποιος ουσίες δύναται να δρουν ανταγωνιστικά ή συνεργατικά με κάποιες άλλες. τους παράγοντες που επηρεάζουν τη φυσιολογία των οργανισμών ή και την φυσικοχημική μορφή του μετάλλου στο νερό, όπως θερμοκρασία, ph, οξυγόνο, αλατότητα κ.α. - την κατάσταση στην οποία βρίσκεται ο οργανισμός, ηλικία, φύλο, διατροφικές συνήθειες κ.α. Η σειρά τοξικότητας είναι η εξής: Hg 2+ >Cu 2+ >Zn 2+ >Ni 2+ >Pb 2+ >Cd 2+ >As 3+ >Cr 3+ >Sn 2+ >Fe 3+ >Mn 2+ Για να είναι ένας ρύπος ικανός για βιομεγέθυνση θα πρέπει να είναι σταθερός, ευκίνητος, λιποδιαλυτός και βιολογικά ενεργός. [8,9,10,11,12,15] 6

8 5. Βαρέα μέταλλα στους θαλάσσιους οργανισμούς και στον άνθρωπο Η καταβύθιση, η προσρόφηση, η διαλυτότητα, η απορρόφηση και η διασπορά είναι μερικές από τις παραμέτρους που καθορίζουν την τύχη που θα έχουν τα βαρέα μέταλλα μόλις αυτά φτάσουν στο θαλάσσιο σώμα. 5.1 Υδράργυρος (Hg) Απαντάται σε μεγάλο βαθμό σε μη μολυσμένα τρόφιμα. Κύρια πηγή του είναι τα ψάρια. Οι ανόργανες μορφές του Hg μετατρέπονται σε μεθυλιωμένες μέσω της δράσης των μικροβίων των ιζημάτων. Ε τσι απελευθερώνεται εύκολα στο νερό και μπορεί να συσσωρευτεί στους λιπαρούς ιστών των θαλάσσιων οργανισμών. Στους οργανισμούς εντοπίζεται ως ένωση μεθυλαργύρου, λιπόφιλη και σταθερή. Ενσωματώνεται στους λιπώδεις ιστούς των ψαριών και εμφανίζει σημαντικού βαθμού βιοσυσσώρευση, ακόμα και ανά τα επίπεδα συγκέντρωσής του στο νερό είναι χαμηλά. Τα ψάρια δεν μπορούν να αποβάλλουν ενώσεις μεθυλαργύρου και έτσι η συγκέντρωσή του αυξάνει ανάλογα με την ηλικία του οργανισμού. Στα μαλάκια έχει εντοπισθεί Hg στα σπλάχνα και σε χαμηλότερα επίπεδα στους μυς. Όταν δε ο οργανισμός αυτός βρεθεί σε καθαρά νερά, ο Hg απομακρύνεται από το σώμα τους. Διαπερνά πολύ εύκολα την κυτταρική μεμβράνη. Μπορεί να περάσει τον πλακούντα και τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό προκαλώντας σημαντικές νευρολογικές παθήσεις. [16,12, 23,24,25,26,27,28,29] 5.2 Κάδμιο (Cd) Το κάδμιο μπορεί να κυμαίνεται σε διαφορετικές συγκεντρώσεις στα τρόφιμα. Στα πιο χρησιμοποιούμενα τρόφιμα οι τιμές καδμίου είναι πολύ χαμηλές. Οι μύες των ζώων και των ψαριών περιέχουν τιμές χαμηλότερες του 0,01 mg/kg επί νωπού βάρους. Εκεί που εντοπίζεται σε πολύ αυξημένες συγκεντρώσεις είναι τα οστρακοειδή, τα σιτηρά και τα φυλλώδη λαχανικά. Οι συγκεντρώσεις του στα φυτά, είναι ιδιαίτερα αυξημένες σε εδάφη που είναι πλούσια σε κάδμιο. Ε χει την τάση να συσσωρεύεται στους ιστούς των ζώων και των φυτών, γι αυτό και εντοπίζεται σε μια μεγάλη ποικιλία θαλάσσιων οργανισμών, φυτικών και ζωικών. Εντοπίζεται κυρίως στους ιστούς του γαστρεντερικού συστήματος και όχι στους ιστούς των μαλακίων και των καρκινοειδών. Αν αυτοί οι ιστοί αποκλεισθούν από την διατροφή, τότε ο κίνδυνος είναι μικρός, αλλά αν δεν αποκλεισθούν τότε οι ποσότητες καδμίου που εισέρχονται στον οργανισμό είναι πολύ υψηλές. Η πρόσληψή του από τα ψάρια γίνεται μέσω της αναπνοής, αλλά και μέσω της τροφικής αλυσίδας. Φτάνουν στους ιστούς του ήπατος και των νεφρών, αλλά οι τιμές που θεωρούνται τοξικές από την συγκέντρωση καδμίου, είναι κατά πολύ μεγαλύτερες από τις υπαρκτές συγκεντρώσεις του στο θαλάσσιο νερό. [17,12,28,29] 5.3 Χαλκός (Cu) Ο χαλκός εμφανίζεται είτε ως μονοσθενής, είτε ως δισθενής. Πηγές του θεωρούνται το 7

9 συκώτι, τα ψάρια, τα δημητριακά ολικής άλεσης, τα όσπρια, τα αυγά και το κρέας. Είναι από τα δομικά συστατικά των οργανισμών γι αυτό και εντοπίζονται σε διάφορους ιστούς. Συμμετέχουν ενεργά στο μεταβολισμό του σιδήρου, ωμικό συστατικό πρωτεϊνών και ενζύμων και συμμετέχει ενεργά στις φυσιολογικές λειτουργίες του οργανισμού όπως το ανοσοποιητικό, καρδιαγγειακό και το νευρικό σύστημα, λόγω της ύπαρξής του στα ένζυμα και τις πρωτεΐνες. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις προκαλεί αναιμία, και προβλήματα στα οστά. Οι αυξημένες συγκεντρώσεις του προκαλεί τοξικολογική δράση στους οργανισμούς και μπορεί να οφείλεται σε λήψη αλάτων χαλκού ή επιμόλυνση από τους χάλκινους σωλήνες και τα δοχεία. Διαλυτός στο θαλασσινό νερό βρίσκεται με την μορφή CuCO3 και CuOH+, αλλά απομακρύνεται εύκολα λόγω προσρόφησης σε σωματίδια. Βρέθηκε σε αυξημένες συγκεντρώσεις στα δεκάποδα αρθόποδα, γαστρόποδα και τα κεφαλόποδα. Γενικά δεν συσσωρεύεται και αποβάλλεται εύκολα μέσω μεγάλου αριθμού αποτοξινωτικών συστημάτων. Θεωρείται το τρίτο κατά σειρά τοξικό μέταλλο. Ε χει παρατηρηθεί τόσο αυξημένη συγκέντρωση χαλκού σε στρείδια, ώστε αυτά έπρεπε να επανατοποθετηθούν σε καθαρότερα νερά για να απομακρυνθεί από την σάρκα τους η πρασινωπή χροιά. Δεν θεωρείται επικίνδυνος για την ανθρώπινη υγεία, αφού η τοξικότητά του εκτιμάται σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες των 100 mg/kg. Οι ανθρώπινοι γευστικοί κάλυκες αντιλαμβάνονται την απωθητική γεύση του χαλκού σε συγκεντρώσεις 5-7 mg/kg. [18,17,12] 5.4 Μόλυβδος (Pb) Ο μόλυβδος και τα παράγωγά του βρίσκονται στο κρέας των ζώων, στα βρώσιμα φυτά, στον αέρα, στο πόσιμο νερό, στους ωκεανούς, στις λίμνες, στη σκόνη και το έδαφος. Ο μόλυβδος που εισέρχεται στον οργανισμό μέσω της τροφικής αλυσίδας, προσβάλει κυρίως νεαρές ηλικίες, αφού σε αυτές μπορεί να φτάσει πιο εύκολα στους ιστούς. Απορροφάται από το δέρμα, αλλά και από την αναπνοή είναι δυνατόν να καταφέρει να εισχωρήσει στον ανθρώπινο οργανισμό. Εφόσον ο μόλυβδος εισχωρήσει στον οργανισμό, μέσω της κυκλοφορίας του αίματος μπορεί να διανεμηθεί αρχικά στους μαλακούς ιστούς και τα οστά. Όσο πιο αυξημένη είναι η συγκέντρωση του στον οργανισμό, τόσο πιο μεγάλες πιθανότητες έχει να προκαλέσει εγκεφαλικές βλάβες και να επιφέρει ακόμη και θάνατο. Στη θάλασσα δεν είναι ιδιαίτερα τοξικός και μάλιστα μπορεί να ευνοήσει την ανάπτυξη κάποιων ειδών. Τα μύδια έχουν γενικώς την τάση να συσσωρεύουν μέταλλα, γι αυτό και παρακολουθούνται διεθνώς ώστε να μη φτάσουν στον άνθρωπο προϊόντα με αυξημένες συγκεντρώσεις μολύβδου και άλλων βαρέων μετάλλων. [17,12] 5.5 Σίδηρος (Fe) Είναι το σημαντικότερο στοιχείο για τον οργανισμό. Βασικό συστατικό της αιμοσφαιρίνης και της μυοσφαιρίνης. Στο άνθρωπο είναι αποθηκευμένος με την μορφή της υδατοδιαλυτής φερριτίνης και της αδιάλυτης αιμοσιδηρίνης. Συμμετέχει στις διεργασίες των μιτοχονδρίων, βρίσκεται στο κυτόχωμα και άλλες πρωτεΐνες. Τρόποι πρόσληψης είναι το κόκκινο κρέας, αλλά και τα όσπρια και τα λαχανικά όπως το σπανάκι, μόνο που δεν είναι εύκολο να απορροφηθεί. Αυξημένες συγκεντρώσεις σιδήρου στον οργανισμό μπορεί να είναι θανατηφόρες, αλλά και πιο χαμηλές συγκεντρώσεις του μαρτυρούν σιδηροπενική αναιμία, 8

10 πτώση του αιματοκρίτη και ζαλάδες λόγω κακής οξυγόνωσης των ιστών. Πηγές ρύπανσης των θαλασσών, είναι η απόρριψη κόκκινης λάσπης από την εξαγωγή αλουμίνας από βωξίτη. Τα άλατα σιδήρου καθιζάνουν στο πυθμένα με μορφή λεπτών σωματιδίων. Επικάθονται στα κελύφη των οστρακοειδών και στα βράγχια των ψαριών. [13,17,12] 5.6 Ψευδάργυρος (Zn) Δομικό συστατικών των περισσότερων ιστών των οργανισμών. Στοιχείο πολλών ενζύμων και πρωτεϊνών, συμμετέχει σε αρκετές μεταβολικές διαδικασίες που αφορούν τον μεταβολισμό και καταβολισμό των πρωτεϊνών, των υδατανθράκων, των λιπών και των νουκλεονικών οξέων. Η έλλειψή του προκαλεί καθυστέρηση στην ανάπτυξη των παιδιών και επιδρά αρνητικά στα μαλλιά, στο δέρμα, στο ανοσοποιητικό και το γαστρεντερικό σύστημα. Πηγές χρωμίου για τον οργανισμό, είναι τα όσπρια, τα οστρακοειδή και το κρέας. Στο θαλασσινό νερό ο ψευδάργυρος βρίσκεται σε διάφορες μορφές, σταθερές και μη ενώσεις. Στο μεγαλύτερο μέρος του βρίσκεται σε διαλυτή μορφή και επηρεάζεται απο το ph και την επίδραση των μικροβίων αφού όπως είπαμε συμμετέχει σε πολλές λειτουργίες. Κυρίως προσλαμβάνεται από τα φυτοπλαγκτόν και λιγότερο από τα ψάρια, ενώ εισχωρεί σε αυτά μέσω της τροφικής αλυσίδας και της κατανάλωσης φυτοπλαγκτόν. Το άμεσο αποτέλεσμα που προκαλεί η τοξικότητα του από αυξημένες συγκεντρώσεις, είναι η καταστροφή των κυττάρων των βραγχίων, ενώ η χρόνια έκθεση των ψαριών σε ψευδάργυρο προκαλεί αλλοιώσεις σε διάφορους ιστούς που καθορίζονται με ιστολογικές εξετάσεις. [13,12] 5.7 Χρω μιο (Cr) Το χρώμιο είναι συνδεδεμένο με την δράση συγκεκριμένου ενζύμου που ρυθμίζει τα επίπεδα ινσουλίνης, γλυκόζης και χοληστερόλης στο αίμα. Η έλλειψή του προκαλεί υπερινσουλιναιμία στο αίμα, υψηλές τιμές τριγλυκεριδίων, γλυκόζης, χοληστερόλης και πίεσης. Τροφές που προμηθεύουν με χρώμιο τον οργανισμό είναι το αυγό, το τυρί, το κοτόπουλο, το σιτάρι και οι ξηροί καρποί. Στο θαλασσινό νερό βρίσκεται σε σταθερές, δυσδιάλυτες μορφές ενώ έχει την τάση να βιοσυσσωρεύεται προκαλώντας ένα εύρος τοξικολογικών αντιδράσεων στους οργανισμούς. Επειδή είναι δυσδιάλυτες οι ενώσεις του, φτάνουν στο θαλάσσιο σώμα μέσω της έκπλυσης των εδαφών από την βροχή και καθιζάνουν στα ιζήματα. Από τα ιζήματα δεν διαλύεται εύκολα, οπότε οι ποσότητες χρωμίου που απελευθερώνονται δεν είναι μεγάλες και δεν προσλαμβάνονται από τους θαλάσσιους οργανισμούς. Τα ψάρια παρουσιάζουν ανθεκτικότητα στις συγκεντρώσεις χρωμίου. 5.8 Νικε λιο (Ni) Το νικέλιο δεν έχει μελετηθεί επαρκώς. Συνδέεται όμως με την δράση της βιταμίνης C και της νικελοπλασμίνης, μιας πρωτεΐνης που συνδέεται με την δράση των ορμονών του θυρεοειδούς. Απαντάται σχεδόν αποκλειστικά σε φυτικά προϊόντα και ξηρούς καρπούς, τα όσπρια, το κακάο, αλλά και σε ζωικής προέλευσης προϊόντα όπως το κρέας, το ψάρι, τα 9

11 αυγά και το γάλα σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις. Το νικέλιο μπορεί να αντικαταστήσει το Mg στα διάφορα ενζυμικά συστήματα. Η έλλειψή του επιδρά στην ομαλή ανάπτυξη των οργανισμών ή αλλαγή στην κατανομή άλλων ιχνοστοιχείων, αλλαγές στη γλυκόζη του αίματος και εμποδίζεται η αιμοποίηση αφού επιδρά στον μυελό των οστών, σημείο όπου βρίσκεται το αιμοποιητικό σύστημα. Η αρνητική επίδραση του είναι πιθανό να συνδέεται με προβλήματα στο μεταβολισμό του σιδήρου. Σημάδια τοξικότητας στον άνθρωπο είναι ναυτία, εμετός και δυσκολία στην αναπνοή. Παρενέργειες πολύ συχνά σχετιζόμενες με προβλήματα στην τροφοδότηση οξυγόνου των ιστών από το αίμα. [12,13,14] 5.9 Αρσενικό (As) Το ανόργανο αρσενικό εντοπίζεται στους μύες, την καρδιά, τα νύχια, τα μαλλιά, τον εγκέφαλο, τον σπλήνα κ.α. προκαλώντας με την οξεία δηλητηρίαση από αρσενικό, παράλυση του νευρικού συστήματος, κώμα και τελικά επέρχεται θάνατος. Χρόνια έκθεση σε αρσενικό προκαλεί μυϊκή ατονία, απώλεια όρεξης και βάρους, τριχόπτωση, καρκινογένεση.[17,28,29] 6. Βαρέα μέταλλα και επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου στο εργασιακό περιβάλλον Από τις ανθρώπινες δραστηριότητες, αυτές που τροφοδοτούν το περιβάλλον με βαρέα μέταλλα είναι κυρίως οι γεωργικές, βιομηχανικές και τεχνολογικές δραστηριότητες, αποβάλλοντας σημαντικές ποσότητες ρύπων στο περιβάλλον. Εκτός όμως από την περιβαλλοντική ρύπανση, τα βαρέα μέταλλα είναι δυνατόν να επηρεάσουν και την υγεία των εργαζομένων. Η επαγγελματική έκθεση των εργαζομένων στα βαρέα μέταλλα συνδέεται με θνησιμότητα από καρκίνους, κυρίως από την επίδραση στο γενετικό υλικό, στο αναπνευστικό, νευρικό, αιμοποιητικό σύστημα καθώς και δερματικές εκδηλώσεις και διάφορα συστηματικά νοσήματα. 6.1 Πηγε ς τροφοδότησης του οργανισμού με βαρε α με ταλλα Συγκεκριμένα πηγές που τροφοδοτούν τον οργανισμό με βαρέα μέταλλα, είναι οι χρωστικές και τα χρώματα, τα εντομοκτόνα, ζιζανιοκτόνα, μεταλλουργία, βυρσοδεψία, γυαλί και κεραμικά όπου είναι κύριες πηγές τροφοδότησης με αρσενικό. Ανοδίωση, τσιμέντο και χρωστικές προμηθεύουν με χρώμιο το περιβάλλον. Καταλύτες, ίνες, επεξεργασία χαρτιού, τροφοδοτούν με κοβάλτιο, ενώ ο χαλκός ελευθερώνεται στο περιβάλλον με επεξεργασία επιφανειών, ηλεκτρικές/ηλεκτρονικές συσκευές, εντομοκτόνα και πλαστικά. Ο σίδηρος επιμεταλλώσεις, χρωστικές, εντομοκτόνα και ο μόλυβδος από την τυπογραφία, τα μέσα μεταφοράς, εντομοκτόνα, χρώματα, διυλιστήρια κ.α. Με μαγγάνιο ρυπαίνεται το περιβάλλον από καταλύτες, γυαλί, χρώματα. Τα εντομοκτόνα είναι πηγή υδραργύρου, αλλά και τα χρώματα, τα φωτογραφικά και φαρμακευτικά υλικά. Ο κασσίτερος ελευθερώνεται στο περιβάλλον από τις επιμεταλλώσεις και ο ψευδάργυρος από τις συνθετικές ίνες, τις επιμεταλλώσεις, τον χαρτοπολτό και την επεξεργασία ελαστικών. Βηρύλλιο χρησιμοποιείται στην πυρηνική βιομηχανία, στα σιδηρούχα κράματα αεροναυπηγικής. Νικέλιο χρησιμοποιείται επίσης στις επιμεταλλώσεις και στους καταλύτες, ενώ κάδμιο εντοπίζεται στα χρώματα και τις χρωστικές. 10

12 6.2 Τρόποι δράσης των βαρε ων μετάλλων στον ανθρω πινο οργανισμό Τα βαρέα μέταλλα είναι γνωστά πλέον για την ιδιότητα της καρκινογένεσης που προκαλούν στον οργανισμό. καθώς άμεσα ή έμμεσα επιδρούν στο γενετικό υλικό. Δρουν σε ένα ή και περισσότερα στάδια της καρκινογένεσης με ποικίλους μηχανισμούς παρεμβαίνοντας στην διαδικασία αντιγραφής του DNA ή στην μεθυλίωση του και στις διάφορες μεταβολικές δραστηριότητες ου πυρήνα. Μελέτες έδειξαν καρκινογένεση σε εργαζόμενους σε χυτήρια όπου παρατηρήθηκε αυξημένη συγκέντρωση Cd, Cr και Ni. Ο καρκίνος του πνεύμονα είναι ο συχνότερα εμφανιζόμενος καρκίνος σε οργανισμούς που έρχονται σε επαφή με βαρέα μέταλλα. Ιδιαίτερα αυξημένη καρκινογένεση κυττάρων του πνεύμονα εμφανίστηκε σε οργανισμούς που έρχονταν σε επαφή με κοβάλτιο και βολφραίμιο, όπως επίσης και εργαζομένους στις βιομηχανίες χημικών χρωμίου, λόγω μακροχρόνιας έκθεσης στο χρώμιο. Οι όγκοι εντοπίστηκαν κυρίως στην τραχεία και στους άνω λοβούς του πνεύμονα, όπου η ιστολογική έκθεση έδειξε αυξημένες συγκεντρώσεις χρωμίου. Άλλες μελέτες έδειξαν ότι υπάρχει αυξημένη πιθανότητα εμφάνισης καρκίνου του στοματοφάρυγγα από έκθεση σε νικέλιο και βηρύλλιο, όπως για παράδειγμα σε εργασίες εξευγενισμού των μετάλλων. Οι καπνιστές είναι περισσότερο ευάλωτοι και πιο πιθανόν να εμφανίσουν καρκίνο του αναπνευστικού συστήματος, ειδικά αυτοί που απασχολούνται σε εξορύξεις και επεξεργασία μετάλλων και εκτίθενται σε πυρίτιο, κασσίτερο, χαλκό και σίδηρο. Άλλες μορφές καρκίνου όπως αυτές του πεπτικού συστήματος, του στομάχου, του εντέρου, του παγκρέατος, της ουροδόχου κύστεως, του προστάτη εντοπίστηκαν σε οργανισμούς με έκθεση σε βαρέα μέταλλα, όπως οι εργαζόμενοι στα σημεία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, κατασκευαστές μηχανών οχημάτων, κατασκευής μετάλλων και γυαλιού κ.α. Ειδικά για την επεξεργασία γυαλιού, είναι μεγάλη η ποικιλία βαρέων μετάλλων που χρησιμοποιείται όπως αρσενικό, μόλυβδος, νικέλιο και χρώμιο. Κακόηθες όγκος εγκεφάλου είναι πολύ συχνή αναφορά σε οργανισμούς που εκτίθενται σε ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες χαμηλής συχνότητας, όπως αυτές των τηλεπικοινωνιών. Αιματολογικές διαταραχές όπως τον non-hodkin λέμφωμα, το πολλαπλού μυέλωμα και η λευχαιμία είναι ασθένειες που εμφανίζονται συχνότερα σε εργαζόμενους στην τυπογραφία, ιδίως χαράκτες και λιθογράφους, αλλά και σε ξυλουργούς, υδραυλικούς, ηλεκτρολόγους. Τα λεμφώματα οφείλονται κυρίως στη δράση του χρωμίου, προκαλώντας βλάβες στα λεμφοκύτταρα. Ε να από τα άμεσα προκλητά αποτελέσματα από την επαφή με βαρέα μέταλλα, είναι οι παθήσεις του δέρματος. Βλάβες δέρματος μπορεί να προκαλέσει η συστηματική, περιοδική έκθεση σε χρώμιο, μέταλλο που περιλαμβάνεται σε μεταλλουργικά υγρά λαδιού. Αλλά και η συχνή επαφή με μόλυβδο, σίδηρος και χαλκό συνδέθηκε άμεσα με δερματικές νόσους. Άλλες πάλι μελέτες συνδέουν ψυχικές διαταραχές που εμφάνισαν ασθενείς που έρχονταν σε συχνή επαφή με κάδμιο. [19,20,21,22,28,29] 11

13 7. Βιβλιογραφία Θεόδωρος Γεωργιάδης, Ιωάννης Ζιώμας, Λυδία Ιγνατιάδου, Γεώργιος Παπαθεοδώρου κ. α. ΔΙΑ 50 Φυσικό Περιβάλλον και Ρύπανση, Διάθεση Αποβλήτων και οι Επιπτώσεις τους στο Περιβάλλον, Τόμος Δ, Πάτρα Μάριοις Τσέζος, Αρτίν Χατζηκιοσεγιάν, Τεχνολογία επεξεργασίας υγρών αποβλήτων, Αθήνα Κίρλαππου Μ., (2004). «Οι επιπτώσεις της ρύπανσης του περιβάλλοντος στην τροφική αλυσίδα. Η περίπτωση των παραμενόντων οργανικών ρύπων και των βαρέων μετάλλων.», Πτυχιακή εργασία. Τμήμα Οικιακής Οικονομίας και Οικολογίας. Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο, Αθήνα 5. Κουϊμτζής Θ., Φυτιάνος Κ., Σαμαρά-Κωνσταντίνου Κ.,«Χημεία Περιβάλλοντος», Εκδόσεις:UNIVERSITY STUDIO PRESS, Θεσσαλονίκη, Βαλαβανίδης Αθ. «Οικοτοξικολογία και Περιβαλλοντική Τοξικολογία. Ερευνητική μεθοδολογία για την εκτίμηση οικολογικού κινδύνου από επικίνδυνες χημικές ουσίες.», Εκδόσεις: Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο Αθηνών, Μπόσκος Δ. «Χημεία Τροφίμων», Ε έκδοση, Εκδόσεις: Γαρταγάνη, Θεσσαλονίκη, Βαλαβανίδης Αθ., Βλαχογιάννη Θ., «Περιβαλλοντική Χημεία και Οικοτοξικολογία. Διαχείριση οικοσυστημάτων-εκτίμηση οικολογικού κινδύνου», Εκδόσεις:Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο Αθηνών Καραγιαννίδης Π. «Ειδική Ανόργανη Χημεία», Β έκδοση, Εκδόσεις: Ζητη, Θεσσαλονίκη, Φυτιάνος Κ. Βαρέα μέταλλα στο θαλάσσιο περιβάλλον. Β Ε κδοση, Η ρύπανση των θαλασσών. Θεσσαλονίκη: University Studio Press, 1996: Βάρβογλης Α. Μεταλλικά και άλλα ιχνοστοιχεία, Η Χημεία στο πιάτο. Εκδόσεις Κάτοπτρο, 2008: Μόρτογλου Τ. και Μόρτογλου Κ. Μεταλλικά άλατα και ιχνοστοιχεία, Διατροφή από το σήμερα για το αύριο. Τόμος Ι. Αθήνα: Εκδόσεις Γιαλλέλη, 2002: Atchison G. J., Henry M. G. and Sandheinrich M. B. Effects of metals on fish behavior: a review. Environmental Biology of Fishes. 1987; 18: Jorhem L. Heavy metals. In: D Mello J.P.F., Food Safety Contaminants and Toxins. CABI Publishing, 2003: Gibney M.J., Vorster H.H., Kok F.J. Εισαγωγή στη διατροφή του ανθρώπου. Αθήνα: Εκδόσεις Παρισιάνου Α.Ε., Gropper S.S., Smith J.L. & Groff J.L. Μικροστοιχεία. Σε: Διατροφή και μεταβολισμός 2. Ιατρικές εκδόσεις Π.Χ. Πασχαλίδης, 2008:

14 19. Kouroutou P., Kalis S., Chagistavrou K., Linou A., the effects of occupational heavy metal exposure on morbidity and mortality, archives of hellenic medicine, 2012, 29(1): Kishi R, Tarumi T, Uchino E, Miyake H. Chromium content of organs of chromate workers with lung cancer. Am J Ind Med, 1987, 11: Glahn F, Schmidt-Heck W, Zellmer S, Guthke R, Wiese J, Golka K et al. Cadmium, cobalt and lead cause stress response, cell cycle deregulation and increased steroid as well as xenobiotic metabolism in primary normal human bronchial epithelial cells which is coordinated by at least nine transcription fac- tors. Arch Toxicol 2008, 82: Afridi HI, Kazi TG, Jamali MK, Kazi GH, Arain MB, Jalbani N et al. Evaluation of toxic metals in biological samples (scalp hair, blood and urine) of steel mill workers by electrothermal atomic absorption spectrometry. Toxicol Ind Health 2006, 22: ts Αγιουτάκη Γ., Τοξικολογία, Επιστημονικαί εκδόσεις Γρηγόριος Γ. Παρισιανός, Ναυαρίνου 20, Αθήνα, Κουτσελίνη Αντ., Τοξικολογία, Τομος Α και Β, Επιστημονικές εκδόσεις Γρ. Παρισιανού και Μαρίας Γρ. Παρισιανού, Αθήνα