7 - TÓXICOS METALICOS

7 - TÓXICOS METALICOS
A - INTRODUCCION
Los metales difieren de otras sustancias tóxicas en que no son creados ni destruidos por el hombre. Sin
embargo, la utilización humana influye en la potencialización de los efectos tóxicos mediante dos formas:
el transporte ambiental (aire, agua, suelo y alimentos) y la alteración de la forma bioquímica del elemento.
Rutas para el transporte de elementos traza en el ambiente
Los únicos metales emitidos en fase gaseosa, en concentraciones medibles son el mercurio y el selenio.
La presencia de metales en las aguas refleja la erosión de fuentes naturales en adición con la actividad
industrial. Además los metales presentes en el suelo y el agua pueden entrar en la cadena alimentaria.
El siguiente cuadro resume las rutas mas importantes de transporte de los metales a través de los
distintos cuerpos terrestres.
Bioconcentración
Los tóxicos metálicos se concentran en los seres vivos a través de mecanismos biológicos. Por ejemplo,
los mariscos filtran agua y retienen Arsénico (lo concentran).
Existe un factor de bioconcentración dado por:
Concentración de metal en tejido
=103 -106
Concentración de metal en agua
Biomagnificación
Las especies superiores de la cadena alimentaria tienen mayor concentración de metales que las
primarias (plancton , por ejemplo).
Variables toxicológicas


Edad: los niños son más susceptibles a la toxicidad por exposición a ciertos niveles de
metales que los adultos. Los ancianos tienen sus mecanismos de detoxificación deteriorados.
Dieta: los factores dietéticos influyen en el nivel de absorción en el tracto gastrointestinal. Por
ejemplo, existe una relación inversa entre el contenido proteico de la dieta y la toxicidad de
Cadmio y Plomo probablemente porque aumenta la absorción de Hierro.
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Hábitos: el tabaquismo y el alcoholismo influyen indirectamente en la toxicidad. El humo del
cigarrillo contiene algunos tóxicos metálicos como Cadmio que interviene en el daño
pulmonar. El alcohol reduce, al alterar los hábitos alimenticios, el ingreso de minerales
esenciales como el Calcio, cuyo déficit lleva a una mayor toxicidad metálica por aumento de
la absorción de Cadmio y Plomo.
Estado inmune del individuo: cobra importancia en el caso de metales que producen
reacciones de hipersensibilidad como Mercurio, Oro, Platino, Berilio, Cromo y Níquel.
Forma química del metal: es un factor muy importante, no sólo para la absorción pulmonar
y gastrointestinal, sino también en términos de distribución corporal y efectos tóxicos. Por
ejemplo, los alquil-compuestos son liposolubles y atraviesan las membranas biológicas. Sólo
algunos son desalquilados y transformados en sales inorgánicas.
Los metales afines por tejido óseo como el Plomo, permanecen retenidos largo tiempo y
tienden a acumularse con la edad. Otros metales son retenidos en los tejidos a causa se la
afinidad por proteínas intracelulares, como el Cadmio unido a metalotioneínas.
MECANISMOS DE ACCIÓN
La mayoría de los metales afectan múltiples órganos y el blanco de acción son enzimas específicas y/o
membranas de células y organelas. El Plomo y el Cadmio ejercen algunos de sus efectos sobre el SNC;
el Plomo, Hierro y Zinc influyen en el metabolismo del HEMO. Las células involucradas en el transporte de
metales, como las del tracto gastrointestinal, hígado o túbulo renal, son particularmente susceptibles a la
toxicidad.
MECANISMOS DE DETOXIFICACIÓN
Algunas células poseen mecanismos de protección, tales como formación de complejos proteicos que
permiten la acumulación intracelular de metales potencialmente tóxicos sin causar injuria celular. Estos
complejos metal-proteína se presentan por exposición a Plomo, Bismuto y mezclas de Mercurio / Selenio.
Las metalotioneínas forman complejos con Cadmio, Zinc, Cobre u otros metales y la ferritina y
hemosiderina son complejos de Hierro-proteína intracelular.
TIPOS DE MUESTRAS
Para establecer una relación dosis-respuesta es necesario conocer tanto la concentración del metal
como el tiempo de exposición. La definición más precisa de dosis es la cantidad de metal dentro de las
células del órgano que manifiesta efectos tóxicos. Sin embargo la cuantificación de metales dentro de los
órganos no es posible. Se pueden hacer estimaciones indirectas a partir de modelos metabólicos
derivados de las autopsias.
Sangre, orina y pelos son los tejidos más accesibles para realizar las medidas. Los resultados de dichas
determinaciones reflejan exposición reciente, pasada ó larga exposición, dependiendo del tiempo de
retención y el tejido en particular.
Sangre y orina reflejan exposiciones recientes y se correlacionan muy bien con efectos agudos. Una
excepción es el cadmio en orina: su presencia en alta cantidad en orina implica un daño renal relacionado
con la acumulación de Cd en el riñón.
Los pelos pueden usarse en asociación a variaciones en la exposición a los metales durante largo tiempo.
Los análisis pueden realizarse sobre distintos segmentos del cabello de modo tal que el contenido del
metal del nuevo crecimiento puede compararse con exposiciones pasadas. Se debe tener la precaución
de lavar el pelo previamente al análisis para remover el depósito de metal por la contaminación externa.
Otro tipo importante de muestras es el agua. Las aguas de bebidas, libres de materia en suspensión,
pueden ser analizadas directamente mientras que, las que presentan materia orgánica requieren un
procedimiento para solubilizar el material suspendido. Los barros, sedimentos y otros tipos de muestras
sólidas pueden ser analizadas después de un tratamiento adecuado
TRATAMIENTO PRELIMINAR DE LAS MUESTRAS
Los metales pesados se encuentran frecuentemente en el material a analizar formando complejos con
moléculas orgánicas y deben ser liberados de los mismos previamente a su cuantificación. El tratamiento
a efectuar depende de varios factores:
1- Material biológico ( orina, suero, sangre, vísceras)
2- Metal en cuestión (volatilidad y uniones que forma el metal en el organismo)
3- Procedimiento utilizado para la determinación final (colorimétrico, absorción atómica, activación
neutrónica).
Entre los métodos más frecuentemente empleados para el tratamiento preliminar de las muestras, pueden
mencionarse :
a) Destrucción oxidativa por vía húmeda de la materia orgánica empleando ácido nítrico o mezclas de ác.
nítrico-agua oxigenada, ác. nítrico- ác. sulfúrico, ác. nítrico- ác. sulfúrico- ác. perclórico, o bien
permanganato de potasio- ác. clorhídrico.
b) Destrucción de materia orgánica por vía seca.
c) Formación de complejos y extracción con solventes.
d) Precipitación de las proteínas y determinación de los metales en el sobrenadante.
e) Técnicas de volatilización (arsénico como AsH3 , antimonio como SbH3 y mercurio como vapor del
elemento).
A veces pueden efectuarse combinaciones entre los distintos métodos, de manera de obtener una
muestra apropiada para las posteriores determinaciones.
El método de destrucción de materia orgánica (DMO) por acción de la mezcla ác. sulfo- ác. nitro- ác.
perclórico (SNP), puede ser aplicado para la determinación de As, Tl, y Pb en medios biológicos. Para la
determinación de mercurio (Hg) se utiliza un dispositivo especial que incluye un refrigerante a reflujo “con
dedo frío” para evitar pérdidas del elemento por volatilización del mismo.
Otros metales tales como el antimonio, arsénico, oro, iridio, mercurio, osmio, paladio, platino, rhodio,
ruthenio, selenio, plata, talio, estaño y titanio requieren modificaciones en el proceso de digestión.
El método más empleado y sensible para la determinación de metales es la espectrometría de absorción
atómica. Dicho método se fundamenta en la atomización de una solución de la muestra a altas
temperaturas para luego pasar a través del camino de la luz emitida por una lámpara de cátodo hueco es
del metal a investigar. Los átomos del metal presentes en la muestra, que se encuentran en su estado
fundamental, absorben la luz y son detectados por un espectrofotómetro.
A continuación se detalla el fundamento del método de DMO por Vía Húmeda Sulfo-Nitro -Perclórica
(SNP).
DMO por vía húmeda SNP.
Se basa en la acción de una mezcla fuertemente oxidante sobre la muestra en cuestión, a fin de romper la
unión entre los metales y la materia orgánica llevándolos a su máximo estado de oxidación.
El HNO3 es un agente oxidante (punto de ebullición: 56ºC).
2HNO3 ____________________H2O + NO + 3 O*__ en frío.
2HNO3 ___________________ H2O + 2 NO2 +1O* en caliente.
Luego O* + H (de la materia orgánica)___________H2O
El H2SO4 permite trabajar a mayor temperatura (270ºC). Es un indicador de la destrucción de la materia
orgánica: cuando se acaba el ácido nítrico que brinda el poder oxidante comienza a actuar el ácido
sulfúrico que ataca la materia orgánica dando Carbono de color negro. En ese momento es necesario
detener el calentamiento porque falta medio oxidante, entonces se agregará ácido nítrico y se continúa el
calentamiento. (El C es reductor y podrá reducir el As a AsH3 perdiéndose por volatilización).
Además el H2SO4 rompe cadenas de glúcidos, proteínas y grasas, dando moléculas más pequeñas que
serán fácilmente atacadas por el ácido nítrico.
El ácido sulfúrico es también un deshidratante fuerte.
Es indicador de que la materia orgánica ha sido totalmente destruida, cuando no aparece color negro y se
observan humos blancos de SO3
El HClO4 posee un poder oxidante muy fuerte. Explota en presencia de materia orgánica, por eso nunca
se lo usa sólo sino como mezcla ácido nítrico-ácido perclórico. Además de ser oxidante produce el clivaje
de cadenas.
4
4
HClO4
HClO4
4 ClO2 + C (de la materia orgánica)
2 H2O + 2 Cl2 + 7 O2 (4 HClO4 :14 O*)
HClO4 4 ClO2 + 3 O2 +2 H2O
4 CO2 + Cl2
La principal desventaja de la mezcla SNP es que resulta ser peligrosa por los ácidos oxidantes
empleados, asimismo se generan vapores tóxicos e irritantes así como pueden producirse explosiones.
Entre las ventajas se menciona la rapidez y utilidad si se trabaja con cuidado. La presencia de materia
grasa en la muestra permite romper cadenas carbonadas mientras que la calcinación por vía seca no
resulta suficiente.
Muestras
Sangre: se emplean 5 a 10 ml de sangre entera.
Orina: se usan 50 ml
Vísceras se emplean 1 g. de material desmenuzado
Reactivos
Acido nítrico (p.a.)
Acido sulfúrico concentrado exento de As, Tl y Pb.
Mezcla en la proporción 1: 2 de ácido perclórico y nítrico
Oxalato de amonio, solución saturada a temperatura ambiente.
Equipos
Balón de Kjeldahl de 100ml
Procedimiento
Si se trata de vísceras, se colocan 2 g de vísceras desmenuzadas en un balón Kjeldahl de 100 ml de
vidrio Pyrex tratando de no ensuciar las paredes. Se agregan 10 ml de ácido nítrico concentrado y se
calienta sobre tela metálica hasta disgregar todo el material. Se continúa calentando directamente sobre
llama pequeña, hasta disolver el material Se retira y se deja enfriar.
Si se trata de orina, se colocan 50 ml de orina en un vaso de precipitados y se calienta sobre tela
metálica hasta reducir el volumen a un quinto del original. El líquido remanente se pasa a un balón
Kjeldhal de 100 ml y se incorporan 10 ml de ácido nítrico concentrado.
De allí en adelante se procede de la misma manera en ambos casos.
Se agrega al contenido del Kjeldhal 2 ml de ácido sulfúrico concentrado. Se calienta el contenido para
mineralizar hasta llegar a carbonizarse la materia orgánica. En ese momento debe suspenderse el
calentamiento dado que se genera un ambiente reductor y se corre el riesgo de perder metales como el
arsénico o el antimonio por volatilización. Se deja enfriar y se agrega lentamente por el cuello del balón 2
ml de ácido nítrico y se vuelve a calentar. Si se observa nuevamente oscurecimiento se agrega 2ml de la
mezcla nítrico-perclórico. Se continúa calentando hasta la aparición humos densos y pesados de trióxido
de azufre. Llegado este punto, se retira el balón del fuego quedando un líquido incoloro o con un ligero
precipitado blanco o amarillento de sulfato de calcio o de hierro respectivamente. Se deja enfriar y se
agrega 1 ó 2ml de agua destilada y se calienta para desprender vapores de agua. Se repite el agregado
de agua y se calienta humos blancos de trióxido de azufre. Se continúa calentando hasta obtener un
líquido residual de 2ml, se deja enfriar y se trata el líquido y el residuo sólido si lo hubiera con agua
destilada transvasándolo a un matraz de 25ml. En estos 25 ml de investigará los metales de interés
toxicológico como son el Tl, As y Pb.