(teški) metali – drugi dio, biologija

Što su to metali, a što metaloidi i kolika je upitna definicija teških metala mogli ste pročitati u prvom dijelu. Kakav je utjecaj metala i metaloida na našu biologiju?

Esencijalnost

Postoje metali i metaloidi koji su neophodni našoj biologiji i većina vam je poznata iz opće kulture o prehrani i mineralima. Natrij, kalij, magnezij, željezo i mangan neki su od primjera nama neophodnih metala. Oni su esencijalni, što znači da ih moramo unositi hranom ili vodom da bismo ostali zdravi. Postoje neki koje normalno nalazimo u tijelu, ali nismo u potpunosti sigurni jesu li esencijalni (nužni) za naš život ili ih nalazimo u tijelu, jer se nalaze u okolišu. Primjer takvog elementa je silicij. Čovjek u tijelu sadrži čak i rijetke elemente poput zlata, manje od miligrama.

Doza

Prastara izjava kako samo doza čini otrov jednako vrijedi za metale i metaloide. Čak i esencijalni elementi mogu biti otrovni ukoliko ih je previše u tijelu. Opisana su samoubojstva magnezijem i trovanja djece lijekovima sa željezom, a višak nekih metala poznajemo kao bolesti koje nose svoje ime, poput Wilsonove bolesti u kojoj se bakar nakuplja u tijelu. Premda nije metal, dobar primjer esencijalnog elementa koja je toksičan u maloj dozi je selen. On je esencijalan (neophodan) našem tijelu i tipično ga trebamo manje od 100 mikrograma, a može postati toksičan dužim korištenjem već u dozi od 4-7 miligrama, dozi koja je daleko manja od dnevnih potreba nekih drugih elemenata poput magnezija. Talij nije esencijalan i toksičan je metal, no u malim dozama radioaktivni talij se koristi u dijagnostici nekih bolesti srca bez posljedica.

Laki versus teški metal je manje bitna kategorija

U javnoj percepciji samo se teški metali doživljavaju toksičnim. Berilij je laki metal koji je toksičan. Ukoliko se inhalira zbog radnog okoliša može izazvati beriliozu, te je i karcinogen. Arsen je metaloid, a ne teški metal, pa su neki njegovi spojevi vrlo otrovni.

Kemijski oblik i stupanj oksidacije

Toksičnost i opasnost nekog metala ovisi o njegovom stupnju oksidacije. Školski, već svima poznat primjer je natrij. Bilo bi opasno primiti rukama komad elementarnog natrija, jer on gori u doticaju s vodom (a mi smo uglavnom voda). Natrijev-klorid, u kojem je natrij u obliku Na+ iona koristite ne samo za jelo, već neki i za piling u saunama. Neke živine soli su prilično toksične, dok je elementarna živa znatno manje toksična. Opisan je slučaj dječaka starog tri godine koji je pojeo čak 750 grama elementarne, tekuće žive bez posljedica*. Krom kao ion Cr3+ je (vjerojatno) esencijalan element poput željeza, dok je Cr6+ opasan.

Toksičnost i biološka uloga elementa ovisi i o kemijskom spoju (obliku). Anorganski spojevi arsena su tipično otrovniji od njegovih organskih spojeva. Zahvaljujući tome nastao je prvi lijek protiv sifilisa Salvarsan, organski spoj arsena. Za ono doba bio je prihvatljivo siguran, a kasnije su ga zamijenili moderniji antibiotici. Metil-živa je opasniji oblik, jer se lakše nakuplja u tijelu, dok se etil-živa lakše izlučuje. Katkad toksičnost ovisi o topivosti spoja metala u vodi. Veće (gramske) količine barijevih soli koje su topive u vodi mogu izazvati paralizu i zastoj srca. Netopiva barijeva sol, barijev sulfat, desetljećima se rutinski koristi kod nekih rendgenskih pretraga probavnog sustava kao tzv. kontrastno sredstvo. Popijete ga veliku količinu bez posljedica.

Put unosa

Put unosa metala (oralni oblik, injekcija u venu, inhalacija) može mijenjati toksičnost. Kalij je metal kojeg trebamo u velikim dnevnim količinama koje mjerimo u gramima. Ukoliko su nam zdravi bubrezi, relativno dobro podnosimo kalij kada ga konzumiramo na usta (pijemo, jedemo). Lako izlučujemo višak, a sama apsorpcija je polaganiji proces. Manje ga podnosimo ukoliko se daje direktno u venu, jer ga dajemo odjednom u krvotok, no i dalje su relativno velike količine sigurne u odnosu na neke toksičnije metale. Manje količine i intravenskom obliku normalno podnosimo. Kod berilija ste upoznali specifičan oblik toksičnosti udisanjem, a trovanje inhalacijom opisano je i kod arsena.

Vrijeme

Metali i metaloidi mogu biti toksični akutno (jednokratnim ili kratkotrajnim uzimanjem) ili kronično. Katkad ćete naći tri vremenske kategorije. Primjerice, kod trovanja arsenom, akutno se definira kao 14 dana ili manje, subkronično 15–364 dana, a kronično godinu dana ili više. Ove kategorije su manje važne za minerale nutrijente poput magnezija koje lako izlučujemo iz tijela. Željezo je pak primjer minerala kojeg vrlo teško izlučujemo iz tijela, sva sreća da dobro kontroliramo njegovu apsorpciju. Kod kroničnog unosa postoji problem metala i metaloida čiji se spojevi mogu akumulirati. Podsjećam da ne treba generalizirati, već smo vidjeli da se neki spojevi žive ili arsena lakše izlučuju.

Pogledajmo primjer anorganskih spojeva arsena. Za akutno trovanje potrebna je veća doza. Opisani su smrtni slučajevi nakon što ljudi odjednom konzumirali 22-121 mg arsena po kilogramu tjelesne težine. U slučaju trovanja jedne obitelji vodom s arsenom tijekom sedam dana, bilo je dovoljno samo 2 mg po kilogramu tjelesne težine da se dogode smrtni slučajevi. Kod višegodišnjih trovanja vodom kontaminiranom anorganskim arsenom, te količine padaju na 0,05 mg po kilogramu tjelesne težine ili čak i manje. Dakle, da ponovimo, kod nekih metala i metaloida lakše podnosimo veći unos kratko vrijeme ili jednokratnim unosom. Giulia Tofana, već spomenuta u prvom dijelu, razradila je te pojmove na praktičnu kriminalnu razinu još u XVII. stoljeću. Aqua Tofana nazvana Manna di San Nicola sadržavala je arsen za kronično trovanje, kako iznenadna smrt ne bi izazivala sumnju. Nažalost, žene koje su posezale za tim otrovom često su imale muževe koji bi ih okrutno maltretirali i u doba kada razvod nije postojao odlučile bi se za ovo kriminalno rješenje.

PR iliti utjecaj javnosti

Prisustvo otrovnih metala u javnom diskursu i kulturi nije došlo s internetom i društvenim mrežama. Agatha Christie odlično je poznavala lijekove i otrove. U romanu “Murder Is Easy” (1939) opisuje trovanje arsenom, a u romanu “The Pale Horse” (1961) talijem. Za posljednji roman bila je inspirana i slučajem trovanja njemačkih vojnika talijem kojeg je organizirao francuski pokret otpora. Koji će metali biti „popularni“ ovisi o trendovima na YouTube i društvenim mrežama, pa je jedan talij postao manje poznat od olova ili žive.

Metali se mogu koristiti u pozitivnoj komunikaciji u razumijevanju pojma sigurnosti. U normalnim okolnostima najveći izvor radioaktivnosti u prehrani su banane i blitva. Naime, dio kalija kojeg unosimo je prirodno radioaktivan, ali ga toleriramo. Time dajemo primjer kako baš u svemu postoji mjera sigurnosti i mjera opasnosti.

U sljedećem i zadnjem dijelu razmotrit ćemo upravo pojmove – koliko je sigurno i kako to znamo. Spomenut ćemo i neke tipične zloupotrebe u javnoj komunikaciji.

*Niti u bunilu ovo ne probajte kod kuće.

Za naučiti više:
TOXICOLOGICAL PROFILE FOR ARSENIC. Atlanta (GA): Agency for Toxic Substances and Disease Registry (US); 2007 Aug. 3, HEALTH EFFECTS.
Balkan Med J. 2016 Jul 1;33(4):467–469.
Curr Med Chem. 2021;28(35):7190-7208.