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Contaminación de Metales Pesados y Efectos Biotóxicos Humanos
Duruibe, J. O.1, Ogwuegbu, M. O. C.2 y Egwurugwu, J. N.3
1
Departamento de Química y Bioquímica, Escuela de Ciencias Industriales y Aplicadas, Politécnico
Federal Nekede, P. M. B. 1036, Owerri, Estado de Imo, Nigeria.
2
Departamento de Química Industrial, Facultad de Ciencias Biológicas y Físicas, Universidad del Estado
de Abia, P. M. B. 2000, Utruru, Estado de Abia, Nigeria.
3
Departamento de Psicología, Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud, Universidad del Estado de
Imo, P. M. B. 2000, Owerri, Estado de Imo, Nigeria.
Aceptado 20 de Abril de 2007
Fuente: International Journal of Physical Sciences, Vol. 2 (5), pp. 112-118, Mayo de 2007
Algunos metales pesados tienen bio-importancia como elementos de rastreo pero, los
efectos biotóxicos de muchos de ellos en la bioquímica humana son motivo de gran
preocupación. Por lo tanto, es necesaria una adecuada comprensión de las condiciones,
tales como estados de concentración y oxigenación, que los hacen dañinos y como se
produce la biotoxicidad. Es también importante conocer sus fuentes, procesos de
lixiviación, conversiones químicas y sus modos de disposición para contaminar el medio
ambiente, el cual, esencialmente, sostiene la vida. La literatura respectiva apunta al
hecho de que estos metales se liberan en el ambiente tanto por fuentes naturales como
antropogénicas, especialmente por las actividades mineras e industriales y los escapes
de los automotores (por plomo). Ellos se filtran a las aguas subterráneas, moviéndose a
lo largo de la red de los cursos de agua y eventualmente alcanzando a los acuíferos, o
son llevados por las corrientes superficiales y por lo tanto resultando en contaminación
del agua y consecuentemente del suelo. El envenenamiento e intoxicación en los
animales ocurre frecuentemente de los mecanismos de intercambio y coordinación
natural. Cuando se ingieren, se combinan con las biomoléculas del cuerpo, como
proteínas y enzimas para formar componentes biotóxicos estables, con lo cual mutilan
sus estructuras e impidiendo las biorreacciones de sus funciones. Este documento
analiza algunos metales pesados y sus efectos biotóxicos en el hombre y los
mecanismos de sus actividades bioquímicas.
Palabras claves: Bioquímica, biotóxico, medio ambiente, metales pesados, contaminación.
INTRODUCCION
El término “metales pesados” se aplica a cualquier elemento metálico que tenga una densidad
relativamente alta y que sea tóxico o venenoso, aun en bajas concentraciones (Lenntech 2004).
“Metales pesados” es un término generalmente colectivo, que se aplica al grupo de metales y
metaloides con una densidad atómica mayor a 4 g/cm 3 o 5 veces o mas, mayor que el agua
(Huton y Simon, 1986; Battarbee y al., 1988; Nrigu y Pacyna, 1988; Garbarino y al., 1995;
Hawkes, 1997). Sin embargo, un metal pesado tiene muy poco que ver con la densidad pero
mucho con sus propiedades químicas. Los metales pesados incluyen al plomo (Pb), cadmio
(Cd), zinc (Zn), mercurio (Hg), arsénico (As), plata (Ag), cromo (Cr), cobre (Cu), hierro (Fe) y el
grupo de elementos del platino. Medio ambiente es definido como la totalidad de circunstancias
que rodean a un organismo o grupo de organismos, especialmente, la combinación de
condiciones físicas externas que afectan y tienen influencia en el crecimiento, desarrollo y
supervivencia de los organismos (Farlex, 2005). Esta compuesto por la flora, la fauna y los
organismos vivos, e incluye a los habitantes acuáticos, terrestres y atmosféricos. El medio
ambiente es considerado en términos de sus aspectos mas tangibles como, aire agua y
alimentos y los menos tangibles, pero no menos importantes como la comunidad en la que
vivimos (Gore, 1997). Un contaminante es cualquier sustancia en el medio ambiente que cause
1
efectos cuestionables, perjudicando el bienestar del entorno, reduciendo la calidad de vida y
eventualmente causando la muerte. Tal sustancia tiene que estar presente en el medio
ambiente dentro de un límite de tolerancia fijado, que puede ser tanto un límite deseable o
aceptable. Por lo tanto la contaminación ambiental es la presencia de un contaminante en el
aire, agua y/o suelo que pueda ser venenoso o tóxico y pueda causar daño a los seres vivos en
el ambiente contaminado.
APARICION Y RECUPERACION DE METALES PESADOS
Los metales pesados aparecen como constituyentes naturales de la corteza terrestre y son
persistentes contaminantes ambientales desde el momento que no pueden ser degradados ni
destruidos. En menor medida, entran al sistema corporal a través de los alimentos, el aire y el
agua y son bioacumulados a lo largo del tiempo (Lenntech, 2004; UNEP/GPA, 2004). En las
rocas ellos existen como menas en sus distintos compuestos químicos, de los cuales son
recuperados como minerales. Los minerales metálicos pesados incluyen sulfuros, tales como
hierro, arsénico, plomo, zinc, cobalto, oro, plata y níkel; óxidos como aluminio, manganeso, oro,
selenio y antimonio. Algunos existen y pueden ser recuperados en ambas formas: sulfuros y
óxidos, como en los casos de hierro, cobre y cobalto.
Las menas de minerales tienden a aparecer en familias por donde hay metales que
naturalmente existen como sulfuros que en su mayoría suelen estar juntos, como es el caso de
los óxidos. Sin embargo, los sulfuros de plomo, cadmio, arsénico y mercurio pueden
encontrarse naturalmente concurriendo junto a sulfuros de hierro (pirita, FeS2) y cobre
(calcopirita, CuFeS2) como secundarios, los que son obtenidos como subproductos de varios
procesos hidrometalúrgicos o como parte de los humos de escape en pirometalúrgica u otros
procesos que siguen a la extracción minera para su recuperación. Durante los procesos de la
minería algunos metales son abandonados en las escombreras como material de desecho en
las minas semicubiertas o a cielo abierto; algunos son transportados a través del viento y por
corrientes de agua, creando varios problemas ambientales (Habashi, 1992). Los metales
pesados son básicamente recuperados de sus menas mediante operaciones de procesamiento
del mineral (Peplow, 1999; Lenntech, 2004; UNEP/GPA, 2004; United Status Depatment of
Labor (USDOL), 2004).
EMISION DE METALES PESADOS
La emisión de metales pesados dentro del ambiente puede ocurrir tanto por causas naturales
como antropogénicas. La mayor causa de emisión son las fuentes antropogénicas,
especialmente las operaciones de la minería (Hutton y Simon, 1986; Battarbee y al., 1988;
Niriagu, 1989). En algunos casos, aun mucho después que las actividades mineras han cesado,
la emisión de metales continúa existiendo en el ambiente. Peplow, (1999) informó que las minas
de roca dura operaron de 5 a 15 años hasta agotar el mineral, pero la contaminación metalífera
que ocurrió como consecuencia de esa explotación minera, persistirá por cientos de años
después que las operaciones mineras terminen. Aparte de las explotaciones mineras, el
mercurio es introducido en el ambiente por medio de los cosméticos como así también por
procesos de fabricación como el de hidróxido de sodio.
Los metales pesados son emitidos en ambas formas: elemental y compuesta (orgánica e
inorgánica). Las fuentes de emisión antropogénicas son los distintos procesos industriales,
incluyendo los emprendimientos mineros pasados y presentes, hornos y fundiciones,
subproductos de la combustión y tráfico (UNEP/GPA, 2004). El cadmio es liberado como
subproducto de la refinación del zinc (y ocasionalmente plomo); el plomo se emite durante su
explotación minera y de fundición, de los gases de escape de los automotores (por combustión
de combustibles de petróleo tratados con tetraetileno de plomo) y de antiguas pinturas con
plomo; el mercurio se emite durante la expulsión de gases de la corteza terrestre. En general
2
los metales se emiten durante las actividades de extracción y procesamiento de los mismos
(Lenntech, 2004).
La contaminación ambiental con metales pesados es muy notable en las áreas cercanas a los
emprendimientos mineros y a viejas minas abandonadas y esta se reduce en la medida que se
incrementa la distancia al alejarse de las mismas. (Peplow, 1999). Estos metales son lixiviados
y arrastrados por desbordes de los diques de cola, como agua acida hacia los desagües
naturales, que finalmente terminarán en el mar. A través de las actividades mineras los
depósitos de agua son los mas enfáticamente contaminados (Garbarino y al., 1995; INECAR,
2000). El potencial de contaminación se incrementa cuando la extracción expone al ambiente el
metal triturado que cuando dicha exposición es por desgaste natural de la superficie por erosión
(Garbarino y al., 1995), y cuando se vuelca el mineral sobre la superficie terrestre en
operaciones manuales de relleno. A través de ríos y arroyos, los metales son transportados
tanto disueltos en el agua como parte de sedimentos en suspensión (las disoluciones en el
agua tienen el mayor potencial para producir los efectos dañinos mas grandes). Estas
soluciones se depositan finalmente como sedimentos en los lechos de los ríos o se filtran hasta
las aguas subterráneas, contaminando, como consecuencia, las napas inferiores de agua,
especialmente para alimentar perforaciones, donde la extensión de la contaminación dependerá
de la cercanía de la perforación del lugar de ubicación de la mina. Se ha informado que las
perforaciones cercanas a las minas contienen niveles de metales pesados que exceden los
criterios aceptados para el agua potable (Garbarino y al., 1995; Peplow, 1999). Los límites
tolerables de metales pesados pueden observarse en la Tabla 1.
QUIMICA DE LA CONTAMINACION DE METALES PESADOS
Las actividades mineras y los procesos geoquímicos a menudo resultan generadores de
Drenaje Acido de la Mina (DMA), un fenómeno comúnmente asociado a las actividades
mineras. Este se produce cuando la pirita (FeS2) y otros minerales sulfurosos presentes en los
depósitos de minas actuales o pasadas, se exponen al contacto con el aire y el agua en
presencia de las bacterias oxidantes como Thiobacillus ferrooxidans y se oxidan para producir
sulfatos y ácidos de metales ferrosos (Ogwuegbu y Muhanga, 2005):
2FeS2 + 7O2 + 2H2O
2FeSO4 + 2H2SO4
2FeSO4 + 2H2SO4
Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O
Fe2(SO4)3 + 2FeAsS + 9/2O2 + 3H2O
2H2AsO4 + 4FeSO4 + S
Tabla 1. Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. (USEPA) niveles de contaminación para
concentraciones de metales pesados en el aire, suelo y agua.
Metal
pesado
Cd
Pb
Zn1
Hg
Ca
Ag
As
Max.conc. en aire
(mg/m3)
Max.conc.en suelo
(mg/Kg o ppm)
Max.conc. en
agua potable
(mg/l)
Max.conc. en H2O
para vida acuática
(mg/l o ppm)
0,1 – 0,2
-1,5*
-5
0,01
--
85
420
7500
<1
Tolerable
---
0,005
0,01Π (0,0)
5.00
0,002
50
0,0
0,01
0,008б б
0,0058б
0,0766 б
0,05
Tolerable >50
0,1
--
El valor entre paréntesis ( ) es el límite deseable; Π WHO; 1 adaptado del U.S.- OSHA; б EPA, Julio 1992; б
UESPA, 1987; Código Georgia, 1993: Código florida, 1993; Código Washington, 1992; Código Texas, 1991;
Código North Carolina, 1991; * 1 para humo clorado, 5 para humo oxido ; -- no hay dato disponible
3
Una investigación sobre la literatura del tema nos muestra que los metales pesados (M) en los
sitios mineros son lixiviados y arrastrados por corrientes de aguas acidas. Estos pueden ser
atacados por bacterias y metilatos para ceder formas orgánicas tales como mono-metilmercurio y di-metil-cadmio. Esta conversión es efectuada por bacterias en el agua, en presencia
de materia orgánica según la siguiente ecuación simplificada:
M + materia orgánica
H2O necesaria
CH2 M y (CH3)2 M
En las conversiones no-biológicas, se identifican las siguientes reacciones con el mercurio:
Hg2+
H2S
Condición
eutrópica
HgS
aireación
menos
soluble
Hg2SO4
Ch3Sg +
mas
soluble
metil
mercurio
Se ha informado que estos compuestos orgánicos son muy tóxicos y se ha advertido que
afectan la calidad del agua por filtraciones que contaminan las fuentes y acuíferos
subterráneos. Los valores de Ph bajo no es necesario establecerlos por los metales liberados
de los desechos mineros en condiciones adversas porque, en las proximidades de un Ph neutro
(Ph 6 o 7) han sido establecidos para algunos metales como Zn, Cd y As (INECAR, 2000;
Lenntech, 2004). Factores tales como distancias de cursos de agua desde los lugares de
ubicación de las minas, cargas de coloides, perturbaciones de Ph y diluciones, en ultima
instancia, controlan la calidad de las fuentes de agua.
EXPOSICION HUMANA A TRAVES DE ALIMENTOS, AIRE Y AGUA
La contaminación con metales pesados de las fuentes de agua superficial y subterránea da
como resultado una considerable contaminación del suelo y esa contaminación se incrementa
cuando se desparraman las rocas minerales en la superficie de la tierra para relleno manual
(Garbarino y al., 1995; INECAR, 2000). La acción de desparramar sobre la superficie del
terreno, expone los metales al aire y lluvia, lo cual genera mucho DMA. Cuando se contaminan
los suelo destinados a la agricultura, esos metales son absorbidos por las plantas y
consecuentemente se acumulan en sus células (Trueby, 2003). Los animales que pastan en
esos terrenos y comen esas plantas y beben las aguas contaminadas de los alrededores, como
así también se alimentan de las plantas acuáticas contaminadas con metales pesados,
acumulan tales metales en su carne y leche, que se transfieren a sus crías por la lactancia
(Habashi, 1992; Garbarino y al., 1995; Horstfall y Spiff, 1999; Peplow, 1999). Luego le llega el
turno a los humanos de exponerse a los metales pesados al consumir esas plantas y animales
contaminados, y ello es sabido que resultará en varios desórdenes bioquímicos. En resumen,
todos los organismos vivos dentro de un determinado ecosistema son contaminados en distinta
forma a lo largo de la cadena alimentaria.
EXPOSICION HUMANA A TRAVES DE LOS PRODUCTOS INDUSTRIALES
Los productos industriales que se usan en los hogares, y que han sido producidos con metales
pesados son fuentes de exposición humana a tales metales. La exposición al mercurio se
realiza a través de los desinfectantes (como en el caso del mercurocromo), agentes fungicidas,
cosméticos, cremas y productos órgano-metálicos (McCluggage, 1991); la exposición al cadmio
se realiza a través de las baterías de níkel/cadmio y pinturas artísticas; la exposición al plomo
por intermedio de envolturas de botellas de vino, recubrimiento de espejos, baterías, pinturas
antiguas y tejas, cerámicos, baldosas y linóleo, entre otros. Los niños pequeños e infantes, son
los mas susceptibles a los peligrosos efectos de la exposición a metales pesados.
4
EXPOSICION OCUPACIONAL
La exposición a metales pesados ocurre en forma significativa en el ámbito laboral. Los
trabajadores de las minas, como así también en la producción de cadmio, cromo, plomo,
mercurio, oro y plata, han sido detectados como los mas expuestos; también los habitantes de
áreas en los alrededores de emprendimientos industriales de extracción y procesamiento de
metales pesados, están expuestos a través de las partículas de esos metales en suspensión en
el aire (SPM) (Hayer, 1985; USDOL, 2004; Ogwuegbu y Muhanga, 2005).
Tabla 2. Dieta Permitida recomendada (Diariamente) (RDA) por la Mesa de Alimentación y
Nutrición (Publicada por la Academia Nacional de Ciencias, Washington DC, EE.UU.).
Infantes
Niños
Varones
Mujeres
Edad (Años)
Peso (kg)
Ca (mg)
Fe (mg)
Mg (mg)
Zn (mg)
0–½
½–1
1–3
4–6
7 – 10
11 – 14
15 – 18
19 +
11 – 18
19 +
6
9
13
20
30
44
61
67 +
44 – 54
58
360
540
800
800
800
1200
1200
800
1200
800
1200
1200
10
15
15
10
10
18
18
10
18
18 (10)*
18+ **
15
60
70
150
200
250
350
400
350
300
300
450
450
3
5
10
10
10
15
15
15
15
15
20
25
Embarazadas
Madres lactantes
(10) para mujeres de mas de 50 años; ** no puede tener una dieta común. Por lo tanto se recomienda tener
un refuerzo de hierro.
Tabla 3. Lineamientos en agua potable por la Organización Mundial de la Salud (WHO) y la
Agencia Nacional para Administración y Control de Alimentos y Drogas (NAFDAC), Nigeria.
Metal Pesado
Zinc
Arsénico
Manganeso
Calcio
Cadmio
Plomo
Plata
Mercurio
Max. conc. aceptable (WHO)
5 mg/l
0,01 mg/l
50 mg/l
50 mg/l
0,003 mg/l
0,01 mg/l
0,0 mg/l
0,001 mg/l
Max. conc. Aceptable (NAFDAC)
5 mg/l
0,0 mg/l
30 mg/l
50 mg/l
0,0 mg/l
0,0 mg/l
0,0 mg/l
0,0 mg/l
LA BIO-IMPORTANCIA DE LOS METALES PESADOS
Se ha informado que algunos metales pesados (como Fe, Zn, Ca y Mg) tienen una bioimportancia para el hombre y sus dietas médicas y alimentarias permitidas que han sido
detalladas en la Tabla 2. Los límites tolerables para el agua potable también han sido
analizados y se indican en la Tabla 3. Sin embargo, de algunos otros metales (como As, Cd, Pb
y compuestos metílicos del Hg) se ha informado que parecen no tener una bio-importancia para
la bioquímica y fisiología humanas y su consumo, aun a muy bajas concentraciones pueden ser
tóxicos (Holum, 1983; Fosmire, 1990; McCluggage, 1991; Ferrer, 2001; European Union, 2002;
Nolan, 2003; Young, 2005). Aun para aquellos que tienen una bio-importancia, la ingestión
dietaria debe ser mantenida dentro de los límites regulatorios, dado que su exceso resultará en
5
envenenamiento e intoxicación, lo cual es evidente en ciertos informes sintomáticos médicos
que son clínicamente diagnosticables (Fosmire, 1990; Nolan, 2003; Young, 2005).
El Zinc es un elemento ’masculino’ que balancea el cobre en el cuerpo, y que es esencial para
la actividad reproductiva del hombre (Nolan, 2003). Sirve como co-factor para las enzimas dihidrogenadas y en anhídrido carbónico (Holum, 1983). La deficiencia del Zinc causa anemia y
retardos en el crecimiento y desarrollo (McCluggage, 1991).
El Calcio es un elemento extremadamente vital en el metabolismo humano. Es el elemento
clave en la producción de huesos muy fuertes y dientes en los mamíferos. Sus límites de
tolerancia son relativamente altos con respecto a otros metales bio-útiles, eso es, 50 mg/l en el
agua potable como se indica en la Tabla 3. Los requerimientos dietarios diarios alcanzan el
máximo nivel en ambos sexos y todas las edades de los humanos como se muestra en la
Tabla2, y puede acomodarse a dosis mas altas en el cuerpo porque su concentración en la
sangre es bien regulada por las hormonas thyrocalcitonin1 y parathormone2 (Holum, 1983).
El Magnesio es un importante constituyente electrolítico de la sangre, presentes en el plasma
sanguíneo y fluidos corporales, a saber: intersticial y fluidos celulares. En los requerimientos
dietarios diarios se incrementa desde infantes hasta adultos y de varones a mujeres, con
requerimientos diarios mas altos para las embarazadas y madres lactantes (Holum, 1983).
El Arsénico ha sido informado ser un elemento de trazado de importancia nutricional para los
humanos, pero sus funciones en el sistema biológico no está claro (Holum, 1983). Cualquier
nivel de concentración de plata en el agua corriente ha sido descartado, tanto por la
Organización Mundial de la Salud (WHO) como por la Agencia Nacional para Administración y
Control de Alimentos y Drogas (NAFDAC), Nigeria. Sobre el plomo, el cadmio y el mercurio se
ha informado que no se conoce que tengan alguna función en la bioquímica o fisiología
humanas y no se presentan normalmente en los organismos vivos (Lenntech, 2004). Sin
embargo la ingesta dietaria de esos metales, aun a muy bajas concentraciones, puede ser muy
dañina debido a su bio-acumulación.
ENVENENAMIENTO Y BIOTOXISIDAD DE LOS METALES PESADOS
Loa efectos biotóxicos de los metales pesados se refieren a los efectos dañinos de dichos
metales en el cuerpo cuando son consumidos por encima de los límites bio-recomendados. Por
otra parte cada metal individualmente exhibe signos específicos de su toxicidad, los siguientes
metales han sido mencionados en los informes como signos generales asociados con: cadmio,
plomo, arsénico, mercurio, zinc, cobre, y aluminio con envenenamientos: desordenes
gastrointestinales (GI), diarreas, estomatitis, temblores, hemoglobinuría causando un color
rojizo en las deposiciones, ataxia, parálisis, vómitos y convulsiones, depresión y neumonía,
cuando se inhalan vapores volátiles y humos (McCluggage, 1991). La naturaleza de los efectos
puede ser tóxica (aguda, crónica o subcrónica), neurotóxica, cancerígena, mutagenética o
teratogenética.
El cadmio es tóxico aun a bajos niveles, en humanos, exposiciones a largo plazo producen
disfunciones renales, caracterizadas por proteinuria tubular. La alta exposición puede conducir
a enfermedades obstructivas del pulmón, neumonitis de cadmio, como resultado de inhalación
de polvo y humos. Está caracterizada por dolores en el pecho, tos con flema y sangre en los
esputos y muerte de los tejidos de la mucosa de los pulmones debidos a la excesiva
1
Thyrocalcitonin: hormona tiroidea que tiende a bajar el nivel de calcio en el plasma sanguíneo e inhibe su
reabsorción del hueso.
2
Parathormone: hormona sintetizada y liberada en el torrente sanguíneo por glándulas paratiroideas que
regula el fósforo y el calcio en el cuerpo y funciona en la excitación neuromuscular y la coagulación de la
sangre.
6
acumulación fluidos acuosos. El cadmio es también asociado con defectos óseos, tales como:
osteomalacia, osteoporosis y fracturas espontáneas, incremento de la presión sanguínea y
disfunciones del miocardio. Dependiendo de la severidad de la exposición, los síntomas de los
efectos incluyen nauseas, vómitos, calambres abdominales, disnea y debilidad muscular. La
exposición severa puede resultar en edemas pulmonares y muerte. Los efectos pulmonares
(enfisema, bronqueolitis y alveolitos) y efectos renales, pueden ocurrir como consecuencia de
inhalación sub-crónica por exposición al cadmio y sus compuestos (McCluggage, 1991;
INECAR, 2000; European Union, 2002; Young, 2005).
El plomo es la mas importante toxina de los metales pesados, y en sus formas inorgánicas son
absorbidas a través de la ingestión de alimentos y agua, y por inhalación (Ferner, 2001). Un
efecto notablemente serio de la toxicidad del plomo es su acción teratogénica. El
envenenamiento por plomo también causa la inhibición de la síntesis de la hemoglobina;
disfunciones de los riñones, las articulaciones y el sistema reproductivo, el sistema
cardiovascular y daño agudo y crónico al sistema nervioso central (CNS) y al sistema nervioso
periférico (PNS) (Ogwuegbu y Muhanga, 2005). Otros efectos incluyen daños al tracto
gastrointestinal (GIT) y tracto urinario con resultado de sangre en la orina, desorden neurológico
y puede causar daño cerebral severo y permanente. Mientras los compuestos inorgánicos del
plomo afectan los sistemas CNS, PNS y GIT y otros bio-sistemas, los compuestos orgánicos
afectan predominantemente al CNS (McCluggage, 1991; INECAR, 2000; Ferner, 2001;
Lenntech, 2004). El plomo afecta a los niños llevándolos a un desarrollo pobre de la materia gris
del cerebro, que da como resultado un bajo coeficiente intelectual (Q) (Udedi, 2003). Su
absorción en el cuerpo es incrementada por deficiencia en Ca y Zn. Los efectos agudos y
crónicos conducen a la psicosis.
Se ha informado que el zinc produce los mismos signos de enfermedad que el plomo, y puede
ser fácilmente diagnosticado en forma equivocada como si se tratara de envenenamiento por
plomo (McCluggage, 1991). El zinc es considerado como relativamente no-tóxico,
especialmente si es incorporado oralmente. Sin embargo, cantidades excesivas pueden causar
disfunciones del sistema que resultan en un deterioro de la capacidad de crecimiento y
reproducción (INECAR, 2000; Nolan, 2003). Los signos clínicos de intoxicación con zinc
vómitos, diarreas, orina con sangre, ictericia (membrana mucosa amarilla), mas funcionamiento
del hígado y riñones, y anemia (Fosmire, 1990).
El mercurio es tóxico y no se le conocen funciones en la bioquímica y fisiología humanas. Los
compuestos inorgánicos del mercurio causan abortos espontáneos, malformaciones congénitas
y desórdenes GI (como esofagitis corrosiva y hematoquesia). El envenenamiento con sus
compuestos orgánicos, que incluyen monometil y dimetilmercurio se presenta con eretismo (una
irritación o sensibilidad anormal a la estimulación de un órgano o parte del cuerpo), acrodinia
(enfermedad rosa, que es caracterizada por salpullido y descamación de las manos y los pies),
gingivitis, estomatitis, desórdenes neurológicos, daño total del cerebro y CNS y está también
asociado con malformaciones congénitas (Ferner, 2001; Lenntech, 2004).
Como el plomo y el mercurio, los síntomas de toxicidad del arsénico dependen de la ingesta de
sus compuestos químicos (Holum, 1983; Ferner, 2001). El arsénico actúa para coagular la
proteína, forma complejos con las coenzimas e inhibe la producción de trifosfato de adenosina
(ATP) durante la respiración (INECAR, 2000). Es un probable cancerígeno en asociación con
todos sus estados de oxidación y con altos niveles de exposición puede causar la muerte
(Ogwuegbu y Ijioma, 2003; USDOL, 2004). La toxicidad del arsénico también presenta un
desorden, que es similar y a menudo confundido con el síndrome Guillain-Barre, un desorden
anti-inmune que ocurre cuando el sistema inmunológico del cuerpo, equivocadamente, ataca
parte del PNS, con resultados de inflamación de los nervios, lo que causa debilidad muscular
(Cantor, 2006; NIÑOS, 2007).
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BIOQUIMICA DE LA TOXISIDAD
Los efectos venenosos de los metales pesados son debidos a su interferencia con la bioquímica
normal del cuerpo en los procesos metabólicos habituales. Cuando se ingieren, en el medio
ácido del estómago, se transforman a sus estados estables de oxidación (Zn2+, Pb2+, Cd2+, As2+,
As3+, Hg2+ y Ag+) y se combinan con las bio-moléculas del cuerpo tales como proteínas y
enzimas para formar uniones químicas estables. Las siguientes ecuaciones muestran sus
reacciones durante la formación de las uniones con grupos sulfhídricos (-SH) de átomos
cisteina y sulfuro de metionina (-SCH3) (Ogwuegbu y Ijioma, 2003).
SH
PoE
S
PoE
+ M3+
M + 2H+
SH
S
SCH3
2 PoE
(A)
S-M-S
PoE
+ 2M3+
PoE
SCH3
+ 4CH3+
(B)
S-M-S
Donde:
(A) = Unión Intramolecular; (B) = Unión Intermolecular; P = Proteína: E = Enzima; M = Metal
Los átomos de hidrogeno o los grupos de metal en el esquema anterior son reemplazados por
el metal contaminante y el funcionamiento de la enzima es entonces inhibido, puesto que el
componente proteína-metal actúa como un sustrato y reacciona con una enzima metabólica. En
un esquema que se muestra mas abajo (ecuación C), las enzimas (E) reaccionan con los
sustratos (S) tanto en el patrón bajo-llave como en el patrón miorelajación-inducida. En ambos
casos, un sustrato se acopla con una enzima en una forma altamente específica, debido a la
quaralidad de la enzima, para crear un complejo enzima-sustrato (E-S*) según se detalla a
continuación (Holum, 1983).
E+S
E–S
E – S*
E–P
E+P
(C)
(E = Enzima; S = Sustrato; P = Producto: * = Complejo Activado)
En los estratos E-S, E-S* y E-P, una enzima no se puede acomodar en ningún otro sustrato
mientras no sea liberada. A veces, la enzima para una secuencia completa coexiste junto a un
complejo multienzimático que contenga tres o cuatro enzimas. El producto a partir de una
enzima reacciona con una segunda enzima en un proceso en cadena, con la última enzima libre
en el producto final como sigue:
A
E1
B
E2
C
E3
D
E4
F (de E1 a E4 son enzimas)
(D)
El producto final (F) vuelve para reaccionar con la primer enzima inhibiendo por lo tanto futuras
reacciones dado que no es el material inicial para el proceso. En consecuencia, la enzima E1 se
vuelve incapaz de acoplarse con cualquier otro sustrato hasta que se vaya F, y F solamente se
irá si el organismo la utiliza. Si el cuerpo no puede utilizar el producto formado desde el sustrato
metal pesado – proteína, existirá un bloqueo permanente de la enzima E1, quien no podrá
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iniciar ninguna otra bio-reacción de su función. Por lo tanto, el metal permanece embebido en el
tejido y como resultado habrá un a disfunción de distinta gravedad (Holum, 1983).
Además, un Ion metálico en el cuerpo métalo-enzimático puede ser convenientemente
reemplazado por otro Ion metálico de tamaño similar. Por ello Cd 2+ puede reemplazar Zn2+ en
algunas enzimas deshidrogenadas, conduciendo la toxicidad del Cadmio. En el proceso de
inhibición, la estructura de una molécula de proteína puede ser mutilada y llevada a una forma
bio-inactiva, y en el caso de una enzima puede ser completamente destruida. Por ejemplo, AS 3+
tóxico aparece en herbicidas, fungicidas e insecticidas, y pueden atacar a los gropos –SH en
enzimas para inhibir su bio-actividad, como se muestra a continuación (Ogwuegbu y Ijioma,
2003).
-
SH
E
O
+
SH
S
As
-
E
As – O- + 2OH-
O
(E)
S
Las formas más tóxicas de estos metales en sus especies iónicas son los estados de oxidación
más estables. Por ejemplo, Cd2+, Pb2+, Hg2+, Ag+, y As3+. En sus estados de oxidación más
estables, ellos forman compuestos biotóxicos muy estables con el cuerpo de las bio-moléculas,
las que se hacen difíciles de ser disociadas, debido a su bio-estabilidad, durante la extracción
del cuerpo mediante una terapia de desintoxicación medica.
CONCLUSION
Los metales pesados son importantes en muchos aspectos para el hombre, especialmente en
la manufactura de ciertos productos esenciales para el uso humano, tales como acumuladores
(Pb), lámparas de arco de mercurio y termómetros (Hg), utensilios de cocina (Al) y un amplio
rango de otros productos (Yaw, 1900; McCluggage, 1991). Pero los efectos biotóxicos, si se
expone indebidamente a ellos, es potencialmente peligroso para la vida, lo cual no puede
negarse. Dado que esos metales son de muchas maneras indispensables, es necesaria mucha
precaución y una adecuada higiene ocupacional en el manejo de los mismos. Aunque, el
envenenamiento por metales pesados puede ser diagnosticado clínicamente y médicamente
tratado, la mejor opción es prevenir la contaminación de los metales pesados y el subsiguiente
envenenamiento humano.
Traducción de José Jorge Aldecoa
San Isidro, julio de 2007
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