وبلاگ

۲-۳-۱٫ فلزات سنگین
در گروه فلزات به اصطلاحاتی نظیر فلزات سنگین، فلزات ضروری و فلزات سمی ‌برخورد می‌کنیم. در واژه نامه‌های شیمی، اصطلاحات فلزات سنگین^[۱] به فلزاتی اطلاق می‌شود که جرم حجمی‌ آنها بیشتر از چهار یا پنج برابر آب باشد. فلزات یا عناصر ضروری^[۲] عناصری هستند که به مقادیر کم برای عملکرد طبیعی اندام‌ها و بافت‌های بدن وجودشان کاملاً ضروری است در حالی که عناصر سمی^[۳] به دسته‌ای از عناصر اطلاق می‌شود که باعث ایجاد اختلال در عملکرد طبیعی بدن گردند. البته باید در نظر داشت که بسیاری از عناصر ضروری چنانچه در بدن افزایش مقدار یابند خود می‌توانند به عنوان سموم مهلکی برای انسان به حساب آیند. همچنین لازم به ذکر است که برخی از عناصر غیر فلزی مورد نیاز بدن- مانند سلنیوم یا آرسنیک در سیستم‌های بیولوژیکی همانند فلزات رفتار کرده و به عنوان فلز طبقه‌بندی می‌شوند (۸).

۲-۳-۲٫ جذب
همانند دیگر مواد سمی ‌عمده‌ترین راه‌های جذب فلزات استنشاق، پوست و گوارش است. جذب پوستی بیشتر در مورد ترکیبات آلی فلزی و یا ترکیبات محلول در چربی مطرح است. از این رو هنگامی‌که صحبت از عموم فلزات است جذب پوستی چندان مورد توجه قرار نمی‌گیرد. ولی باید توجه داشت که تماس پوستی با برخی از ترکیبات فلزی می‌توانند باعث تحریک موضعی پوست شود. در ارتباط با جذب از طریق تنفس- گرد و غبار و فیوم‌های فلزی- معمول‌ترین اشکالی هستند که انسان در محیط‌های کار با یک فلز تماس دارد. میزان جذب فلز استنشاق شده در ناحیه تنفسی بستگی به خواص فیزیکی و شیمیایی آن فلز دارد. فیوم‌های کادمیم، بخار جیوه و بسیاری از ترکیبات آلی فلزی مانند تترا اتیل سرب به سرعت از طریق کیسه‌های هوایی جذب می‌شوند تماس با آئروسل‌های محلول در آب منجر به جذب سریع فلز و توزیع آن در بدن از طریق جریان خون می‌شود. (۸)
همچنین جذب تنفسی ذرات به مقدار زیادی وابسته به اندازه آنهاست. ذرات بزرگتر از ده میکرون به وسیله دستگاه تنفسی فوقانی گرفته شده و توسط سیستم پاکسازی موکوسی که در قسمت‌های نای و نایژه‌ها فعال است به حلق آمده و سپس وارد دستگاه گوارش می‌شود. جذب این ذرات همانند موادی است که از طریق گوارش وارد بدن شوند ولی بطور کلی جذب گوارشی در مورد عموم مردم از طریق آب آشامیدنی و مواد خوراکی صورت می‌گیرد. این عناصر از طریق انتشار یا دیفوزیون تسهیل شده انتقال فعال و آندوسیتوز جذب سلول‌های مخاط روده‌ها می‌شوند. (۸)
جذب گوارشی فلزات بطور وسیعی متفاوت است. مثلاً نمک فلزات سرب، قلع و کادمیم جذب کمی‌ (کمتر از ده درصد) را دارند در حالی که نمک آرسنیک و تالیوم تقریباً به طور کامل (بیشتر از نود درصد) جذب بدن می‌شوند جذب فلزات در دستگاه گوارش بستگی به فاکتورهای زیر دارد:

• • حلالیت نمک فلزی در مایعات داخل روده.

• • فرم شیمیایی فلز به عنوان مثال متیل مرکوری که قابل حل در چربی است بطور کامل جذب می‌شود در حالی که جیوه معدنی جذب ضعیفی را داراست.

• • رقابت بین فلزاتی که جذب مشابهی دارند جذب هر یک را کاهش خواهد داد در حالی که اگر فلز به تنهایی در محل جذب قرار گیرد ممکن است جذب بیشتری را داشته باشد. این حالت برای روی، کادمیم، کلسیم و سرب مشهود است.

• • حضور سایر ترکیبات و مواد در روده مثلاً چنانچه مقدار کلسیم و یا ویتامین D موجود در مواد غذایی افزایش یابد جذب گوارشی سرب به مقدار زیادی کاهش خواهد یافت که شاید دلیل آن باند شدن این مواد با فلز مورد نظر بوده به طوری که قابلیت جذب فلز کاهش می‌یابد.

• • وضعیت فیزیولوزیکی فرد در معرض به عنوان مثال جذب گوارشی در بالغین کمتر از نوزادان و اطفال است به طوری که جذب گوارشی سرب در بچه‌ها ممکن است به پنجاه درصد هم برسد درحالیکه در بالغین این مقدار معمولا کمتر از ده درصد است. (۸)

۲-۳-۳٫ توزیع و تجمع
فلزات پس از جذب و ورود به جریان خون در بدن توزیع می‌شوند و انتشار آنها دربافت‌های مختلف بستگی به جریان خون آن بافت دارد. بدین معنی که هر قدر یک بافت خون بیشتری را دریافت کند سهم بیشتری از سم را دارا خواهد بود. به همین دلیل هم بافت‌های کبدی و کلیه سم بیشتری را دریافت می‌کنند. حجم خونی که مغز دریافت می‌کند نیز زیاد است ولی توزیع فلز در مغز بستگی به قدرت حلالیت آن در چربی دارد از این رو ترکیبات آلی در مقایسه با ترکیبات معدنی آن بیشتر در مغز توزیع می‌شود. همچنین اغلب فلزات از جمله سرب، کادمیم و جیوه از جفت عبور کرده و باعث ناهنجاری‌های جنینی می‌شوند. (۸)
۲-۳-۴٫ دفع
فلزات نیز مانند سایر مواد سمی ‌از بدن دفع می‌شوند و دفع آنها ممکن است به یک یا چند طریق زیر صورت پذیرد:
دفع کلیوی- مهم‌ترین راه دفع برای اغلب فلزات دفع کلیوی است. فلزات در خون با پروتئین‌های پلاسما و آمینواسید‌ها باند می‌شوند. فلزاتی که پروتئین‌هایی با وزن مولکولی کم مانند متالوتیونین^[۴] و گلوتاتیون و آمینو اسیدها باند می‌شوند از شبکه گلومرولی عبور کرده و وارد مایع مترشحه از کلیه می‌شوند. برخی از آنها مانند روی و کادمیم قبل از این که به مثانه برسند به مقدار زیادی از طریق سلول‌های اپیتلیال مجاری ادراری بازجذب می‌شوند. در خود مثانه ممکن است باز جذب کمی‌ انجام شود. در هر حال بازجذب در مجاری و به عبارت دیگر دفع ادراری یک فلز از بدن بستگی بهpH ادراری، نوع و مقدار اسیدها و پروتئین‌های باند شده به فلز و همچنین حضور و یا عدم حضور فلزات دیگر برای رقابت در بازجذب دارد. به علاوه حضور یک فلز یا عامل شیمیایی که اثر سمی ‌روی سلول‌های اپیتلیال^[۵] مجاری ادراری داشته باشد بازجذب را کاهش می‌دهد و بدین ترتیب دفع ادراری فلز افزایش پیدا می‌کند. (۸)
دفع گوارشی- دومین راه مهم دفع فلز از بدن دفع از طریق مجاری گوارشی است. فلزات جذب شده ممکن است از طریق صفرا- ترشحات پانکراس و بزاق به مجاری گوارشی وارد شوند. فلزاتی که از طریق صفرا دفع می‌شوند ممکن است در قسمت‌های پایین‌تر دستگاه گوارشی بازجذب شده و دوباره وارد خون شوند و برای دفع مجدد از طریق صفرا به کبد برگردند^[۶]. دفع صفراوی ممکن است بوسیله داروها، مواد شیمیایی و بیماری‌هایی که منجر به افزایش یا کاهش ترشح صفرا می‌شوند تحت‌تأثیر قرار گیرد. شدت سیکل انتروهپاتیک در مورد برخی از فلزات به ویژه متیل مرکوری سبب شده است که از آن به وسیله تجویز خوراکی رزین‌های حاوی گروه‌های تیول در درمان مسمومیت‌ها استفاده می‌شود. ( ۸)
متیل مرکوری دفع شده از طریق صفرا به رزین متصل شده و در نتیجه بازجذب آن به وسیله مجاری گوارشی به مقدار زیادی کاهش می‌یابد و بدین ترتیب دفع آن از طریق مدفوع افزایش می‌یابد. همچنین فلزات ممکن است به سلول‌های سطحی مجاری گوارشی متصل شده و با ریزش این سلول‌ها از بدن دفع شوند. (۸)
دفع از طریق راه‌های دیگر- فلزاتی مانند جیوه، روی، مس و آرسنیک در مو تجمع می‌کنند. پیاز مو که محل رشد موهاست این عناصر را دارا بوده و در هنگام رشد مو آن را با مو همراه می‌کند. رشد موها در هر فرد مقدار ثابتی است و بطور متوسط حدود یک سانتیمتر در هر ماه است. از این رو اگر مو به صورت قطعه قطعه مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد می‌توان به زمان‌هایی که فرد در گذشته با فلز در تماس بوده پی برد. دیگر راه‌های دفع از طریق ناخن، بزاق، هوای بازدم، شیر، عرق و هنگام ریزش پوست است. (۸)
۲-۳-۵٫ مکانیسم اثر
در مقایسه با مواد دیگر عموماً ارتباط کمی‌ بین حساسیت یک بافت یا ارگان به اثرات سمی ‌یک فلز و غلظت آن فلز در بافت یا ارگان وجود دارد. به عنوان مثال ۹۵% سرب بدن در بالغین در بافت‌های کلسیم‌دار (استخوان‌ها و دندان‌ها) است در حالی که سمیت آن در سیستم‌های عصبی- کلیوی و خون‌ساز ظاهر می‌شود. برخی از بافت‌ها می‌توانند فلزات سمی ‌را به فرم‌های کم و بیش غیر فعال در خود نگه دارند. مثلاً سلول‌های توبول‌های کلیه و برخی از سلول‌های کبدی می‌توانند مقدار زیادی از سرب و بیسموت را به حالت باند شده با پروتئین‌ها که نسبتاً غیر سمی ‌است در خود نگه دارند. (۸)
اگرچه عملکرد دقیق هر یک از فلزات متفاوت است ولی سمیت آنها معمولاً در نتیجه باند شدن به گروه‌های فعال متابولیکی است. گروه‌ها در شکل ۲-۵ نشان داده شده‌اند. جدول ۲-۱ نیز اندام‌هایی را که مورد هدف برخی فلزات قرار دارند نشان می‌دهد.

1. 1. گروه کربوکسیل COOH-

1. 1. گروه فسفریل HPO3-

1. 1. گروه تیول (سولفیدریل) SH-

1. 1. گروه آمینو NH2-

1. 1. گروه ایمینو NH=

OH

1. 1. گروه فنولیک

مکانیسم‌هایی که بر اساس آنها فلزات اثر سمی‌خود را ظاهر می‌سازند به صورت زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:
۱-آنزیم مهارها- یک اثر اصلی اغلب فلزات سمی ‌مهار آنزیم‌ها است. اغلب فلزات میل ترکیبی زیادی به برخی از قسمت‌های زنجیره‌ایی آمینو اسیدی آنزیم‌ها- مانند سولفیدریل- هیستیدیل و گروه کربوکسیل داشته و مستقیماً می‌توانند با پروتئین‌ها واکنش داده عملکرد و ساختمان آن را تغییر دهند. به عنوان مثال می‌توان از اثرات جیوه و سرب روی آنزیم Na⁺-K⁺-ATPase نام برد. نیکل و پلاتین- آلفا آمینولولونیک اسید سنتتاز را مهار می‌کنند و به این ترتیب از سنتز “هم” که جزء مهم هموگلوبین است جلوگیری می‌کنند. یک آنزیم ممکن است در نتیجه جایگزین شدن یک کوفاکتور فلزی مورد نیاز آنزیم با یک فلز سمی ‌مهار شود. (۸) مثلاً سرب ممکن است جایگزین روی در آنزیم وابسته به روی مانند آلفا آمینو لولونیک اسید دهیدراتاز (ALA-D) شود و آن را مهار کند. (۸)
۲- اثر بر ارگانل‌های درون سلولی- یک فلز ممکن است از طریق عمل آندوسیتوز و یا انتشار غیرفعال جذب یک سلول گردد و پس از ورود به سلول ارگانل‌های مختلفی را تحت‌تأثیر قرار دهد. مثلاً شبکه رتیکلوم آندوپلاسمیک سلول محتوی آنزیم‌های مختلفی است. این آنزیم‌های میکروزومی ‌به وسیله بسیاری از فلزات مانند کادمیم-کبالت- متیل مرکوری و قلع مهار می‌شوند. همچنین فلزات سمی‌ ساختمان رتیکلوم آندوپلاسمیک را تخریب می‌کنند. لیزوزوم‌ها محل اثر برخی از فلزات نظیر کادمیم هستند. کادمیم در ایزوزوم‌های سلول‌های توبولی پروکسیمان کلیه تجمع می‌کنند. کادمیم ترکیب شده (عمدتاً با متالوتیونین) در لیزوزوم‌ها تجزیه شده و کاتیون کادمیم ((Cd²⁺ آزاد می‌شود. یون کادمیم آنزیم‌های پروتولیتیک در لیزوزوم‌ها را مهار کرده و باعث صدمات سلولی می‌شود. ( ۸)
میتوکندری نیز به دلیل فعالیت زیاد متابولیکی و انتقال سریع غشایی عموماً یک اندام هدف برای فلزات با تعدادی از فلزات وارد هسته شده و ممکن است باعث ایجاد اجسام هسته‌ای^[۷] شوند. به عنوان مثال تماس مزمن با سرب می‌تواند اجسام هسته‌ای را در هسته سلول‌های مجاری پروکسیمال کلیه موجب شود. همچنین یک فلز ممکن است در سنتز DNA و RNA و سنتتازهای پروتئینی ایجاد اختلال کند. آدنوکارسینومای کلیه^[۸] که به وسیله‌ی سرب ممکن است ایجاد شود بر اساس همین مکانیسم توجیه شده است. (۸)
۳- جانشینی فلز سمی ‌به جای فلزات ضروری بدن- افزایش یک فلز در بدن به دنبال افزایش آن در رژیم غذایی و یا تماس‌های صنعتی و محیطی است منجر به حذف و یا جایگزینی فلزات ضروری برای بدن گردد. این عناصر در ساختمان پروتئین‌ها عمل کاتالیز آنزیم‌ها، تعادل اسموتیک و مراحل انتقال نقشی اساسی دارند. از این رو ممکن است فلزات سمی‌که از نظر شیمیایی شبیه به آنها هستند جایگزین آنان شده و مراحل بیولوژیکی ذکر شده را مختل کنند. به عنوان مثال تماس زیادی با روی (نه درحد سمی) منجر به کاهش مس در بدن می‌شود و یا مسمومیت با سرب مقدار عناصر ضروری مانند آهن، روی، مس وکلسیم را در بافت‌ها تغییر می‌دهد. (۸)
۲-۳-۶٫ فاکتورهای مؤثر بر سمیت
غلظت و زمان تماس- همانند دیگر مواد سمی ‌اثرات سمی ‌فلزات به غلظت و زمان تماس با آنها بستگی دارد و بطور کلی هر قدر غلظت آنها بیشتر و مدت زمان تماس طولانی‌تر باشد اثرات سمی ‌شدیدتر خواهد بود. در هر حال در مورد فلزات این تفاوت وجود دارد که تغییر در مدت و زمان تماس ممکن است منجر به تغییر اثرات سمی ‌شود. به عنوان مثال بلع یکباره کادمیم به مقدار زیاد باعث اختلالات گوارشی می‌شود در حالی که تکرار مصرف ولی با مقادیر کم آن منجر به اختلالات کلیوی می‌گردد. (۸)
فرم شیمیایی- یک مثال جالب از یک ماده سمی‌ با فرم‌های متفاوت شیمیایی جیوه می‌باشد. ترکیبات غیر آلی آن اساساً سمیت کلیوی دارند در حالی که ترکیبات آلی آن مثل متیل مرکوری بیشتر برای سیستم عصبی سمی ‌هستند. این ترکیبات لیپوفیل بوده و بنابراین به آسانی از سد خونی مغزی عبور می‌کنند. تترااتیل سرب نیز به سهولت وارد غلاف میلین شده و بر سیستم اعصاب اثر می‌گذارد در حالی که سرب معدنی فاقد این ویژگی است. (۸)
تشکیل کمپلس بین فلز و پروتئین‌ها- هنگامی‌که یک فلز وارد بدن می‌شود ممکن است با پروتئین‌های مختلف باند شده و به این ترتیب کمپلکس‌های مختلف فلز- پروتئین شکل گیرد. به طور کلی می‌توان گفت که تشکیل این کمپلکس‌ها یک مکانیسم حفاظتی در بدن به وجود آورده و اجازه فعالیت به عنصر سمی‌ را نمی‌دهد. به عنوان مثال کمپلکس‌های حاوی سرب، بیسموت، جیوه و سلنیوم بصورت میکروسکوپی در سلول‌های متأثر از آنها قابل مشاهده هستند. کادمیم، روی و بسیاری از فلزات دیگر با متالوتیونین که یک پروتئین سبک است باند می‌شوند. کمپلکس کادمیم- پروتئین سمیت کمتری را نسبت به Cd²⁺ داراست ولی در توبول‌های کلیه این کمپلکس تحت‌تأثیر آنزیم سیستئین پروتئاز قرار گرفته و شکسته می‌شود و Cd²⁺ آزاد شده ایجاد اثرات سمی‌ را می کند. (۸)
سن- آثار نامطلوب فلزات در سنین مختلف متفاوت است. در دوران کودکی فعالیت آنزیم‌های بدن (از جمله آنزیم‌های میکروزومی) هنوز تکامل نیافته است و در دوران کهولت بطور کلی فعالیت آنزیم‌ها کاهش می‌یابد. از این رو میزان متابولیسم در دو گروه مذکور متمایز از دیگر افراد است. علاوه بر آن در دوران کهولت با توجه به میزان کاهش کلسیم در بافت استخوان تجمع برخی از فلزات مانند سرب در استخوان‌ها افزایش می‌یابد. از طرف دیگر افراد مسن معمولاً دچار اختلالاتی نظیر نارسایی کلیه می‌شوند و از آنجا که فلزات عمدتاً از طریق کلیه‌ها از بدن دفع می‌شوند آثار سمی‌ ناشی از این مواد در این گونه افراد بیشتر بروز می‌کند. همچنین به نظر می‌رسد که بچه‌ها بدلیل جذب بیشتر فلزات از دستگاه گوارش نسبت به دیگران حساس‌تر بوده و بیشتر متأثر می‌شوند. (۸)
وضع سلامت فرد- کبد نقش مهمی‌ را در سم‌زدایی یک ترکیب ایفا می‌کند. فلزات سنگین عمدتاً در کبد با متالوتیونین و گلوتاتیون متصل می‌شوند و از اعمال سمیت توسط آنها جلوگیری به عمل می‌آید. از این رو نارسایی‌های کبد منجر به اختلال در عمل فوق شده و در نتیجه مسمومیت ناشی از فلزات در این قبیل بیماران افزایش می‌یابد. (۸)
اختلالات کلیوی نیز با کاهش دفع فلزات سمی ‌از کلیه شدت مسمومیت با آنها را افزایش می‌دهد. (۸)
رژیم غذایی- ویتامین‌ها به خصوص ویتامین‌های C و E نقش آنتی‌اکسیدان داشته و باعث محافظت سلول‌ها در مقابل عوامل اکسیدکننده از جمله رادیکال‌های آزاد می‌شوند. اسید‌های آمینه نیز مانند سیستئین در تولید پروتئین‌های حفاظت کننده مثل متالوتیونین و گلوتاتیون نقش دارند. (۸)
ترکیباتی مانند کلسیم، آهن و روی در رژیم غذایی باعث کاهش جذب و اعمال سمیت فلزاتی مانند سرب، کادمیم و جیوه می‌شوند. به نظر می‌رسد مکانیسم‌های دخیل به صورت رقابت در جذب (سرب و کلسیم)- رقابت در اتصال به پروتئین‌های حامل (سرب و آهن)- رقابت در باند شدن‌های درون سلولی و القاء سنتز پروتئین‌های حفاظتی مثل متالوتیونین و گلوتاتیون (روی و جیوه) باشد. (۸)
جدول ۲-۳-۱٫ اندام‌های هدف فلزات و شبه فلزات