فعالیت‌های صنعتی قرن گذشته باعث افزایش چشمگیر مواجهه انسان با فلزات سنگین شده است. جیوه، سرب، کروم، کادمیوم و آرسنیک رایج‌ترین انواع فلزات سمی سنگینی بوده‌اند که باعث مسمومیت‌های انسانی می‌شوند. در ادامه، عملکرد مکانیکی این فلزات سنگین را با توجه به مطالعات حیوانی و انسانی موجود بررسی کردیم. مسمومیت‌های حاد یا مزمن ممکن است به دنبال تماس از طریق آب، هوا و غذا رخ دهد. تجمع زیستی این فلزات سنگین منجر به اثرات سمی متنوعی بر روی انواع بافت‌ها و اندام‌های بدن می‌شود.
علاوه بر این، فلزات سنگین رویدادهای سلولی از جمله رشد، تکثیر، تمایز، فرآیندهای ترمیم آسیب و آپوپتوز را مختل می‌کنند. حتی با وجود دانش فعلی در مورد خطرات فلزات سنگین، میزان بروز مسمومیت همچنان قابل توجه است و نیاز به درمان پیشگیرانه و موثر دارد. در این مقاله به انواع فلزات سمی سنگین اشاره می‌کنیم. برای خواندن ادامه مطلب، مجله کارآهن را دنبال کنید.
انواع فلزات سمی
۱- جیوه (Hg)
- جیوه (Hg) به عنوان یکی از انواع فلزات سمی سنگین، در هوا، آب و خاک یافت می‌شود و به سه شکل وجود دارد: جیوه عنصری یا فلزی (Hg0)، جیوه معدنی (Hg+, Hg2+) و جیوه آلی (معمولا متیل یا اتیل جیوه).
- منابع متداول قرار گرفتن در معرض جیوه شامل استخراج، تولید و حمل و نقل جیوه و همچنین استخراج و تصفیه سنگ معدن طلا و نقره است.
- جیوه عنصری در دمای اتاق مایع است و برای تولید بخار به راحتی تبخیر می‌شود.
- بخار جیوه خطرناک تر از حالت مایع است.
- شکستن ظرف باعث نشت Hg0 می‌شود و استنشاق مقادیر زیادی بخار جیوه می‌تواند کشنده باشد.
- ترکیبات جیوه آلی مانند متیل جیوه (Me-Hg) یا اتیل جیوه (Et-Hg) سمی تر از ترکیبات معدنی هستند.
- ترتیب افزایش سمیت مربوط به اشکال مختلف جیوه به صورت Hg0 <Hg2+، Hg+ <CH3-Hg تعریف می‌شود.
- ترکیبات جیوه کاربردهای زیادی در استخراج معادن دارند، به عنوان مثال می‌توان به استخراج طلا و برخی فرآیندهای صنعتی اشاره کرد.
- از جیوه در کارخانه‌های تولید لامپ‌های فلورسنت استفاده می‌شود.
- برخی از کرم‌های روشن کننده پوست و برخی از صابون‌ها دارای جیوه هستند. کلرید جیوه (HgCl2) یکی از مواد موثره کرم‌های روشن کننده پوست است که برای رفع کک و مک و لکه‌های پوستی ناشی از تجمع بیش از حد ملانین استفاده می‌شود.
- Hg0 (مایع) اندکی از دستگاه گوارش (GI) جذب می‌شود و به نظر سمی نیست.
- جیوه معدنی در کلیه‌ها متمرکز شده و از لوله‌های پروگزیمال به صورت Cys-S-Hg-S-Cys یا غشای قاعده جانبی توسط ناقلان آنیون‌های آلی دوباره جذب می‌شود.
- جیوه آلی به راحتی از دستگاه گوارش جذب (۹۵ درصد) و در سراسر بدن توزیع می‌شود.
- میکروارگانیسم‌های موجود در محیط‌های دریایی واکنش‌های بی متیلاسیون طبیعی را برای تولید Me-Hg انجام می‌دهند. Me-Hg وارد زنجیره غذایی آبزیان شده و در نهایت از طریق مصرف ماهی وارد بدن انسان می‌شود. پختن ماهی میزان جیوه آن را کاهش نمی‌دهد.
- در اواسط دهه ۱۹۵۰ یک حادثه قرار گرفتن در معرض جیوه ارگانیک از طریق مصرف ماهی‌های آلوده در خلیج Minamata ژاپن رخ داد. اندکی بعد، این بیماری به عنوان بیماری میناماتا شناخته شد.
- مسمومیت مزمن جیوه باعث آسیب عصبی از جمله آتاکسی، ضعف عضلانی، بی حسی اندام‌ها، اختلال در گفتار، جویدن و بلع، و تند و افزایش رفلکس تاندون در بین بیمارانی شد که در معرض مقادیر زیادی Me-Hg قرار گرفتند.
- نوزادان با ناتوانی های شدید رشدی از زنان باردار مسموم به دنیا آمدند.
- قرار گرفتن در معرض جیوه زیاد باعث آسیب دائمی سیستم عصبی و کلیه می‌شود.
۲- سرب (Pb)
- سرب به عنوان یکی از انواع فلزات سمی سنگین، یک آلاینده مضر محیطی است که اثرات سمی بالایی برای بسیاری از اعضای بدن دارد. اگرچه سرب می‌تواند از پوست جذب شود اما بیشتر از سیستم تنفسی و گوارشی جذب می‌شود.
- مواجهه شغلی با سرب یکی از شایع‌ترین تماس‌های بیش از حد است. صنایع مستعد قرار گرفتن در معرض سرب شامل کارهای ساختمانی، عملیات ذوب و تعمیرگاه‌های رادیاتور می‌شود.
- سرب فلزی بسیار سمی است که استفاده گسترده از آن باعث آلودگی گسترده محیطی و مشکلات بهداشتی در بسیاری از نقاط جهان شده است.
- سرب، فلزی نقره‌ای روشن است که در فضای خشک رنگی متمایل به آبی دارد.
- در تماس با هوا شروع به کدر شدن می‌کند.
- منابع قرار گرفتن در معرض سرب عمدتا شامل فرآیندهای صنعتی، غذا و سیگار، آب آشامیدنی و منابع خانگی است.
- در گذشته، سرب بیشتر در بنزین و رنگ بود که امروزه به لوله‌ها، باتری‌های ذخیره‌سازی، اسباب‌بازی‌ها و شیرآلات گسترش یافته است.
- در ایالات متحده، سالانه بیش از ۱۰۰ تا ۲۰۰۰۰۰ تن سرب از اگزوز خودروها خارج می‌شود.
- سرب یک فلز سنگین بسیار سمی است که فرآیندهای فیزیولوژیکی گیاه را مختل می‌کند و بر خلاف سایر فلزات مانند روی، مس و منگنز هیچگونه عملکرد بیولوژیکی ندارد.
- قرار گرفتن در معرض سرب به دلیل مکانیسم‌های تعدیل ایمنی، اکسیداتیو و التهابی می‌تواند باعث ایجاد اختلالات عصبی، تنفسی، ادراری و قلبی عروقی شود.
- علاوه بر این، فلز سرب می‌تواند تعادل سیستم اکسیدان-آنتی اکسیدان را مختل کند و پاسخ‌های التهابی را در اندام‌های مختلف القا کند.
- قرار گرفتن در معرض سرب می‌تواند باعث تغییر در عملکردهای فیزیولوژیکی بدن شود و با بسیاری از بیماری‌ها مرتبط است.
- سرب بسیار سمی است که اثرات نامطلوبی بر عملکردهای عصبی، بیولوژیکی و شناختی بدن دارد.
- کم خونی ممکن است با مسمومیت با سرب از طریق مهار فروکلاتاز و آمینو لوولینیک اسید دهیدراتاز (ALAD)، دو آنزیم بسیار دخیل در بیوسنتز هم ایجاد شود.
- مهار فروکلاتاز و ALAD توسط سرب باعث کاهش سنتز هم شده که منجر به کم خونی می‌شود.
- ارتباط مزمن قرار گرفتن در معرض سرب برای مشاغل صنعتی با گرفتگی شریان‌های قلبی و عروقی همراه است.
۳- کروم (Cr)
- کروم (Cr) به عنوان یکی از انواع فلزات سمی، در پوسته زمین و آب دریا یافت می‌شود و یک فلز سنگین طبیعی در فرآیندهای صنعتی است.
- کرومات کلسیم، تری اکسید کروم، کرومات سرب، کرومات استرانسیوم و کرومات روی از مواد سرطان زای شناخته شده برای انسان هستند.
- افزایش بروز سرطان ریه در میان کارگران صنایعی که کرومات و رنگدانه‌های حاوی کرومات تولید می‌کنند، مشاهده شده است.
- کروم دارای حالت‌های اکسیداسیون متعددی است که از ۲- تا ۶+ تغییر پیدا می‌کند. همچنین فرم‌های سه ظرفیتی و شش ظرفیتی رایج‌ترین شکل‌های پایدار کروم هستند.
- بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی تحقیقات سرطان (IARC) (2018)، کروم شش ظرفیتی به عنوان یک گروه سرطان زا در مشاغل صنعتی و معدنی طبقه‌بندی شده است.
- علاوه بر این، صنایع متالورژی، نسوز و شیمیایی مقدار زیادی کروم را در خاک، آب‌های زیرزمینی و هوا آزاد می‌کنند که باعث مشکلات سلامتی در انسان، حیوانات و زندگی دریایی می‌شود.
- کروم می‌تواند از طریق تجمع زیستی در بدن انسان باعث ایجاد بیماری‌های مختلفی شود. این طیف از بیماری‌های پوستی، کلیوی، عصبی و گوارشی گرفته تا ایجاد چندین سرطان از جمله ریه، حنجره، مثانه، کلیه‌ها، پروستات، استخوان و تیروئید را شامل می‌شود.
۴- کادمیوم (Cd)
- کادمیوم (Cd) به عنوان یکی از انواع فلزات سمی سنگین اگرچه نادر است اما به طور طبیعی در خاک و مواد معدنی مانند نمک‌های سولفید، سولفات، کربنات، کلرید هیدروکسید و در آب وجود دارد.
- کادمیوم یک فلز بسیار سمی است که معمولا در محیط‌های کار صنعتی یافت می‌شود، به‌ویژه جاهایی که هر سنگ معدنی در حال فرآوری یا ذوب است.
- مرگ و میرهای متعددی در اثر مواجهه حاد در میان جوشکارانی که بدون شک روی آلیاژهای حاوی کادمیوم یا با لحیم‌های نقره جوش داده‌اند، اتفاق افتاده است.
- سطوح بالای کادمیوم در آب، هوا و خاک می‌تواند به دنبال فعالیت‌های صنعتی رخ دهد که باعث قرار گرفتن انسان در معرض قابل توجهی با کادمیوم باشد.
- علاوه بر این، مصرف مواد غذایی آلوده باعث قرار گرفتن در معرض عمده Cd می‌شود.
- قرار گرفتن در معرض کادمیوم ممکن است از طریق سیگار کشیدن نیز رخ دهد که می‌تواند غلظت Cd در خون و ادرار را افزایش دهد.
- وجود کادمیوم در آب آلوده می‌تواند مکانیسم‌های لازم را در بدن مختل کند و احتمالا منجر به اختلالات کوتاه مدت یا طولانی مدت شود.
- مواجهه شغلی با کادمیوم ممکن است در تولید آلیاژ، باتری و شیشه و در صنایع آبکاری رخ دهد.
- شیوع بیماری Itai-itai در ژاپن به دلیل آلودگی انبوه کادمیوم در منابع غذایی و آب بود. بیماران از بیماری دردناک استخوان دژنراتیو، نارسایی کلیه و بیماری‌های گوارشی و ریوی رنج می‌بردند.
- برخلاف جذب GI پایین، کادمیوم به طور موثرتری از طریق گرد و غبار صنعتی از ریه‌ها گرفته می‌شود.
- استنشاق حاد یا مزمن کادمیوم در مناطق صنعتی ممکن است منجر به اختلال عملکرد کلیه و آسیب‌های ریوی شود.
- غلظت Cd خون در افراد سیگاری تقریبا دو برابر بیشتر از افراد غیر سیگاری است.
- پوکی و شکستگی استخوان را می‌توان به دنبال سمیت کادمیوم مشاهده کرد.
- اگرچه هم مردان و هم زنان روندهای مشابهی را از نظر تاثیرات منفی کادمیوم نشان دادند اما این تاثیرات منفی فلز کادمیوم در جمعیت زنان بیشتر به نظر می‌رسد.
۵- آرسنیک (As)
- آرسنیک به عنوان یکی از انواع فلزات سمی سنگین، یکی از عوامل خطر اصلی برای سلامت عمومی است.
- منابع قرار گرفتن در معرض آرسنیک، شغلی یا از طریق غذا و آب آلوده است.
- آرسنیک به عنوان پادشاه فلزات سمی شناخته می‌شود.
- آرسنیک بیستمین عنصر فراوان روی زمین به حساب می‌آید و اشکال غیر آلی آن مانند ترکیبات آرسنیت و آرسنات برای محیط زیست و موجودات زنده کشنده است.
- جذب اولیه آرسنیک از طریق روده کوچک است.
- راه‌های دیگر قرار گرفتن در معرض تماس با پوست و استنشاق است.
- پس از توزیع آرسنیک در بدن، این فلز سمی در بسیاری از بافت‌ها و اندام‌های بدن از جمله ریه‌ها، قلب، کلیه‌ها، کبد، ماهیچه‌ها و بافت عصبی، پخش می‌شود.
- منابع متداول قرار گرفتن در معرض سطوح بالاتر از حد متوسط آرسنیک عبارتند از: محل‌های پسماند نزدیک یا در محل‌های زباله خطرناک و مناطقی که مقداری زیادی از آرسنیک به طور طبیعی در خاک، سنگ‌ها و آب وجود دارد.
- قرار گرفتن در معرض سطوح بالای آرسنیک می‌تواند باعث مرگ شود.
فلز سمی در جدول
فلزات سنگین اثرات مضری بر سلامت انسان دارند و قرار گرفتن در معرض این فلزات با فعالیت های صنعتی و انسانی و صنعتی شدن مدرن افزایش یافته است. آلودگی آب و هوا توسط فلزات سمی یک نگرانی زیست محیطی است و صدها میلیون نفر در سراسر جهان تحت تأثیر قرار گرفته‌اند. آلودگی مواد غذایی به فلزات سنگین یکی دیگر از نگرانی‌های سلامت انسان و حیوان است.
غلظت فلزات سنگین در منابع آب، هوا و غذا با این رابطه ارزیابی می‌شود. فلزات در میان سایر آلاینده‌های زیست محیطی نیز ممکن است به طور طبیعی وجود داشته باشند و در محیط باقی بمانند. از این رو، قرار گرفتن انسان در معرض انواع فلزات سمی اجتناب‌ناپذیر است و برخی از مطالعات تفاوت‌های جنسیتی را در سمیت فلزات گزارش کرده‌اند.
از سوی دیگر، قرار گرفتن در معرض دوز کم انواع فلزات سمی یک تهدید ظریف و پنهان است، مگر اینکه به طور منظم تکرار شود که امکان دارد پس از آن با عوارض اختلالات عصبی روانپزشکی از جمله خستگی، اضطراب، و اثرات مضر بر بهره هوشی (IQ) و عملکرد فکری تشخیص داده شود.
فلزات سرطان‌زا مانند آرسنیک، کادمیوم و کروم می‌توانند سنتز و ترمیم DNA را مختل کنند. سمیت و سرطان‌زایی فلزات سنگین وابسته به دوز مواجهه آن بستگی دارد. قرار گرفتن در معرض دوز بالا منجر به پاسخ‌های شدید در حیوانات و انسان می‌شود که باعث آسیب بیشتر به DNA و اختلالات عصبی روانی می‌شود.
مکانیسم سمی فلزات سنگین در مسیرهای مشابه معمولا از طریق تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS)، غیرفعال‌سازی آنزیم‌ها و سرکوب دفاع آنتی‌اکسیدانی عمل می‌کند. با این حال، برخی از آن‌ها باعث ایجاد سمیت در یک الگوی خاص می‌شوند و به طور انتخابی به ماکرومولکول‌های خاص اتصال پیدا می‌کنند.
| انواع فلزات سمی | |||
| نام فلز | نماد شیمیایی | عدد اتمی در جدول تناوبی | موارد مصرف |
| جیوه | Hg | ۸۰ | طلا، نقره و سنگ‌های معدنی |
| سرب | Pb | ۸۲ | باتری، کابل، رنگ، الکترونیک |
| کروم | Cr | ۲۴ | انواع میلگرد، لوله و ورق استیل |
| کادمیوم | Cd | ۴۸ | باتری، صنایع آبکاری آهن، فولاد، برنج و آلومینیوم |
| آرسنیک | As | ۳۳ | شیشه، سیمان، رنگ، داروها و مواد شیمیایی |
کلام آخر
انواع فلزات سمی سنگین می‌توان به جیوه، کروم، سرب، کادمیوم و آرسنیک اشاره کرد. به دنبال قرار گرفتن در معرض فلزات سمی و ورود به بدن، فرآیندهای مختلفی از جمله برهم‌کنش یا مهار برخی مسیرهای متابولیک اتفاق می‌افتد. در نتیجه اثرات مضر متعددی بر انسان و حیوانات مشاهده می‌شود. برخی از اثرات منفی فلزات سمی می‌توان به اختلالات اندام خاص، ناهنجاری‌های متابولیک، تغییر هورمون‌ها، اختلال مادرزادی، اختلال عملکرد سیستم ایمنی و سرطان اشاره داشت. بنابراین، بسیاری از سازمان‌های بین‌المللی استانداردهایی را در خصوص وجود فلزات در محیط‌های صنعتی، غذایی و آب آشامیدنی تعیین می‌کنند.