METALES

METALES
Elemento que es/tiene:
•
•
•
•
Buen conductor de electricidad
Alta conductividad térmica
Alta densidad
Alta electropositividad
Metales Pesados:
•
•
•
Nos. Atómicos 22-34, 40-52, lantánidos, actínidos.
Algunos son esenciales (v.g. Cu, Se, Zn)
Tóxicos.
Fuentes de Metales:

Natural
• Por desgaste químico de
rocas y suelos
• De
origen
atmosférico
(erosión
por
viento,
actividad volcánica, humos,
aerosoles / partículas del
océano).
Antropogénicas
• Operaciones mineras
• Desagües domésticos y de
tormentas
•Desechos y descargas
industriales
Interacciones abióticas:
La solubilidad y la
especiación
(forma química y
valencia)
determinan la
biodisponibilidad
La solubilidad está controlada por:
 pH (solub. proporcional a 1/pH)
 pE (solub. proporcional a pE)
 Salinidad (monovalentes pueden competir por ligandos
inorgánicos/orgánicos)
 Dureza (otros divalentes/trivalentes pueden competir por
ligandos inorgánicos/orgánicos)
 COD (quelación y complexación)
 Alcalinidad (de complejos insolubles – espec. CO32- y OH-)
 Otros aniones (forman complejos solubles – v.g. Cl-, SO4)
Inmovilización de metales (interacción entre fases
acuosas y sólidas)
Adsorción al detritus
Adsorción/complejación/fl
oculación con COD o
arcilla
Adsorción/coprecipitación
con óxidos Fe/Mn y con
carbonatos Ca/Mg
Reacciones directas de
precipitación
(v.g.
Cd(OH)2, Fe(OH)2)
Tomada de: http://gonzalosambade.blogspot.mx/2012/04/floculacion.html
Movilización
 Elevadas concentraciones de sal
 Cambio en las condiciones de redox
 Cambio en las condiciones de pH
 Agentes para complejar (uso terapéutico – v.g.
EDTA)
Interacciones Microbianas
 Los
materiales
orgánicos
pueden
ser
metabolizados en agentes complejantes (húmicos,
fúlvicos, detritus)
 Alteración de el pH u pE
 Conversión de formas inorgánicas a formas
orgánicas (organometalicos, v.g. metilmercurio)
Tomada de: http://bitnavegante.blogspot.mx/2011/04/un-genoma-bacteriano-puede-dar.html
EFECTOS
Acumulación:
La mayoría de los organismos absorben metales
principalmente por difusión pasiva y a través de
algunos mecanismos de transporte activo.
Organismos acuáticos:
*Las superficies corporales y branquiales.
*Sistema digestivo,
captación
de metales esenciales por
difusión pasiva (< 5%)
Tomada de: http://sp.ria.ru/infografia/20111106/151386915.html
Organismos terrestres:
Inhalación de partículas y aerosoles.
En las plantas todas las superficies están
expuestas. Las raíces en particular porque a
través de ellas captan agua.
Tomada de: http://noticias.terra.com/noticias/la_realidad_acerca_de_las_bombillas_y_el_mercurio/act2918941
Las plantas usan metales contra el estrés biótico
Tomada de: http://www.uab.es/servlet/Satellite?cid=1096481466568&pagename=UABDivulga%2FPage%2FTemplatePageDetallArticleInvestigar&param1=1096483769997
Regulación
 La tasa de excreción/regulación determina
toxicidad/tolerancia de las poblaciones
la
 Los metales esenciales son más regulados (Cu, Zn, Fe)
por mecanismos de transporte en las branquias y el
intestino
Eliminación es
principalmente por
heces y orina,
además a través de
branquias
y
excreciones como
la leche materna.
Regulación
 Se acumulan en pelo, hueso y órganos destino
 La bioacumulación depende de las tasas
acumulación/excreción
La biomagnificación no es
importante excepto en las
formas orgánicas (metil-Pb,etc)
Tomada de: http://nutricionyalimentos.com/mercurio-en-pescado-y-marisco/
de
Organismos Tolerantes
Generalmente aquellos que están altamente
esclerotizados, tienen superficies respiratorias
internas y son buenos osmorreguladores
(estuarinos).
TOXICIDAD
Mecanismos
Bloquean grupos esenciales funcionales en
enzimas
Tomada de: http://es.wikipedia.org/wiki/Enzima
Desplazan metales esenciales en enzimas
Tomada de: http://blog.alkalinecare.com/15-buenas-razones-para-tomar-clorofila/
Modifican la conformación de
biomoléculas
Tomada de: http://quimica-biologia-12-13.wikispaces.com/Biocatalizadores.+Enzimas,+vitaminas+y+hormonas
Toxicidad aguda:
Interviene con los procesos respiratorios o con el
funcionamiento de las membranas.
Tomada de: http://www.endondecorrer.com/articulos/elejercicioalairelibreylacontaminaciondelaire-guiaparaprotegertusalud
Toxicidad crónica:
Interviene en rutas y procesos metabólicos, lo cual se manifiesta en:
 Morfología (necrosis hígado, riñón)
 Alteración de la función fisiológica
 Alteración del comportamiento, neurofisiología
 Alteración de rutas anabólicas/catabólicas (inhiben enzimas)
 Alteración de los procesos reproductivos
Tomada de: http://www.endondecorrer.com/articulos/elejercicioalairelibreylacontaminaciondelaire-guiaparaprotegertusalud
Tolerancia adquirida
Se puede presentar en algunos organismos expuestos a largo
plazo a niveles bajos de metales.
Esto se debe a la inducción de proteínas acarreadoras de
metales.
La toxicidad depende de:
 El nivel biológico (subcelular,
celular, etc.) en que se mida.
 En general los iones libres y las
formas organometálicas son las
más tóxicas
 Excepto en el caso del mercurio:
Hgo (liquido) = no es tóxico,
usado como laxativo
Hgo (vapor) = muy tóxico
(SNC)
Hg1+ o Hg2+ = tóxico a altas
concentraciones
alquil-Hg
= muy tóxico,
soluble en lípidos (SNC)
Plomo (Pb)
Presencia: la concentración de Pb en aguas no
contaminadas varía de 0.001 a 0.01 µg/L.
La OMS establece como límite máximo 0.1 µg/L.
Las aguas con un pH ligeramente ácido pueden llegar a
disolver el Pb de las tuberías y con ello se pueden
alcanzar concentraciones de hasta 3,000 µg/L.
La concentración de Pb en suelo
varían de 2 a 200 mg/g. En las
ciudades esta concentración se
puede incrementar hasta 1,600 o
2,400 mg/g.
Rutas de exposición:
gastrointestinal, respiratoria,
cutánea
Distribución:
se
acumula
rápidamente y se transfiere a tejido
óseo. La acumulación es afectada
por la presencia de Ca (↑Ca
↓acumulación Pb).Poca excreción y
esta se lleva a cabo a través de
excreciones biliares, orina y la
exfoliación de tejidos epiteliales
(pelo, uñas).
EFECTOS
 Concentraciones de 0.1 a 0.5 mg/ml retardan la ruptura
heterolítica de la materia orgánica.
 Las plantas tienden a acumularlo
 En EUA se calcula que alrededor de 2 millones de patos mueren
al año por ingestión accidental de perdigones de Pb
Toxicidad aguda
 Sistema Nervioso: inhibidor de ATPasas Na-K y Ca-Mg
(interfiere con la transmisión de impulsos nerviosos)
 Bloquea la liberación de la acetil-colinesterasa en las
terminales nerviosas (afecta la función del Ca)
Toxicidad crónica
 SNC: causa cambios de
comportamiento y retardo
metal. Esto se debe a que
reemplaza al Zn en las fibras
que conectan internamente
al hipocampo, el cual es un
centro de integración de
información.
 Anemia: reduce la longevidad
de los eritrocitos e interfiere
con la síntesis del grupo
hemo
Tomada de: http://www.fotosimagenes.org/anemia-falciforme
CADMIO (Cd)
Fuentes: principalmente por su uso en pigmentos y
pinturas, baterías, como estabilizador de cloruro de
polivinilo (PVC), como recubrimiento de otros metales,
en procesos de galvanoplastia, electroplateado, en
aleaciones, en acumuladores, en soldaduras, en
reactores nucleares, en joyería, etc.
Rutas de exposición primarias:
respiratoria y gastrointestinal
Distribución (se acumula en tejidos biológicamente
activos):
∗Rápida entrada y acumulación inicial en el hígado
∗Se transfiere y hay un acumulación a largo plazo en el
riñón la entrada/toxicidad es afectada por el Zn/Cu en la
dieta
∗ Vida media muy larga (20-30 años en humanos)
Toxicidad aguda
Daño pulmonar (por inhalación), edema, fibrosis
Induce fallas de hígado y riñones
Daña las membranas branquiales
Desplaza al Zn y al Cu, inhibe algunas de las enzimas plasmáticas (v.g.
anhidrasa carbónica –desplaza Zn)
 A pH altos, Cd(OH)2 ppt es irritante (branquias, daña piel; promueve
cáncer)
↑ perdida de Ca de los huesos (especialmente en mujeres postmenopausia)




Toxicidad crónica:
 Existe un umbral de toxicidad: el Cd puede ser manejo
por el organismo hasta que la se alcanza una
concentración crítica en el órgano destino. Para
humanos en el riñón el umbral se encuentra entre los
100-400 µg/g.
Tomada de: http://equip06.blogspot.mx/2011/02/toxicidad.html
La toxicidad crónica depende la distribución del Cd en el
cuerpo:
 En 20 minutos de exposición > 99% del Cd se une a la
albumina de la sangre previniendo la filtración
glomerular
 La circulación lo lleva al hígado (principal órgano
destino), ahí el Cd pasa de la albumina a otras
macromoléculas de mayor P.M. con alto contenido de SH
con el tiempo (horas a días) el
Cd es atrapado por proteínas
de bajo P.M. las
metaloteoneínas (MT):
Tomada de: http://www.saludnaturalnoticias.com/medicardium-espanol.html
Las Metaloteoneínas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Bajo P.M. (6,600 daltons)
No contienen a.a. aromáticos
Filogeneticamente bien conservadas
Capturan de 6 a 7 iones metálicos por molécula
Afinidad: Ag>>Hg,Cu>>Cd>Zn
Proteínas inducibles
Con el tiempo el Cd es transportado al riñón.
Este movimiento depende de la tasa de renovación de las
células del hígado.
Cuando el Cd excede la capacidad de las MT y alcanza la
concentración crítica del órgano se observan fallas
hepáticas/renales. (Cd2+ libre es el agente tóxico)
Tomada de: http://www.empowher.com/media/reference/granulomatosis-de-wegener
Las MT protegen a los organismos a corto
plazo, pero debido a que previenen la
excreción del Cd permiten que se acumule
y que cause sus efectos tóxicos.
Enfermedad Itai-Itai (ay!, ay!) (síntomas se
presentan entre 5 y 10 años de exposición.
Primero se decoloran los dientes
formándose anillos, se pierde el sentido
del gusto y la boca se reseca. Después el
número de eritrocitos disminuye y se
presentan dolores lumbares y de piernas.
El riñón se daña y por ello muchos
nutrientres como el Ca se pierden y hay
proteinuria, anemia, glucosuria, etc.
MERCURIO
Rutas de exposición primaria: respiratoria y gastrointestinal
Tomada de: http://www.publico.es/358724/mas-de-la-mitad-de-los-espanoles-nace-con-demasiado-mercurio
Distribución: Hígado y riñón, similar al Cd. Su
acumulación en los tejidos del sistema nervioso es muy
importante.
Tomada de: http://www.momscleanairforce.org/como-envenena-el-mercurio/
Toxicidad (depende de la forma elemental):
 Hgo - vapor es neurotóxico
 Hg1+ o Hg2+ = tóxico a altas concentraciones, daños al
hígado similares al Cd
 Daños al SNC cuando se reduce a Hgo
 Formado por bacterias anaerobicas
 Se acumula en los tejidos del SNC
 Soluble en lípidos
alquil-Hg (metil.Hg) Biomagnificación .
http://www.uclm.es/users/higueras/MGA/Tema08/Minerales_salud_4_3.htm
 Toxicidad en células gliales, esp.
Schwann producción de melanina
 Temblores,
neuropsicosis
(enfermedad del sombrerero loco)
Tomada de: http://www.infodoctor.org/rss/rss/?cat=7407
Potenciales
prolongados
de
 Descargas eléctricas repetitivas
acción
Anormalidad severas en el
desarrollo de los fetos
(enfermedad de Minamata)
Tomada de: http://blogdeambienteyderecho.blogspot.mx/2010/10/mercurio-en-el-nordeste-y-bajo-cauca.html
Cromatos de México
Para eliminar sus desechos de cromo, en 1976 la industria los
regalo para tapar los baches de la población de Lechería de
Tultitlán, Edo. De Méx.
Además, infiltro sus afluentes líquidos a través de un pozo en los
terrenos de su propia industria.
Esto, sumado a los humos de las chimeneas, hizo de este pueblo un
lugar donde el cromo hexavalente (Cr6+) se adhería a la piel, se
ingería con el agua potable y se respiraba a cada momento.
Como resultado, murieron varias personas con llagas, perforación
del tabique nasal y cáncer de pulmón.
Cromatos de México
Las personas afectadas en Lechería forzaron a las autoridades a
que obligaran a la industria a remediar la situación y evitar
daños futuros.
Se hizo lo siguiente: se quitó la capa superficial del suelo que
contenía cromo, se edificó la escuela lejos de la industria y esta
se traslado a otro estado.
Concentraciones de algunos metales
Metal
Agua marina
Sedimentos Marinos
Agua Dulce
(µg /L)
Sedimentos de
(µg/L)
(mg/Kg)
Cobre
0.2 - 500
2 - 700
0.3 - 9000
Mercurio
0.001 - 0.7
0.01 - 800
0.01 - 30
0.02 - 10
Plomo
0.005 - 0.4
10 - 200
0.2 - 900
3 - 20,000
Zinc
0.01 - 20
5 - 100,000
0.1 - 50,000
Agua dulce (mg/kg)
<5 - 200
<10 - 10,000
Toxicidad Aguda en µgL(CL50 48-96h)
de Organismos de Agua Dulce
Organismo
Cobre
Mercurio
Plomo
Artropoda (Crustáceos)
50 - 100,000
4 - 40
700 - 3000
Anelida
100 - 500
10 - 90
-
Moluscos
200 - 8000
Vertebrados
30 - 500
4 - 30,000
Zinc
200 - 5000
800 - 50,000
800 - 30,000
100 - 40,000
-
-
20,00 -70,000
<5 - 400
-
50 - 7000
0.1 - 10
-
200 - 500
Algas
Clorofitas
Diatomeas
5 - 50
Toxicidad Aguda en µgL(CL50 48-96h)
de Organismos de Agua Marina
Organismo
Cobre
Mercurio
Plomo
Arthropoda (crustaceans)
5 - 3000
0.02 - 40
Annelida
6 - 900
Mollusca
40 - 9000
90 - 2000
10 - 900
3 - 20,000
1000-500,000
50 - 7000
3000 - 10,000
20,000-400,000
1000 - 20,000
2000-500,000
400 - 50,000
500 - 1000
300 - 800
-
-
-
Zinc
30 - 9000
500 - 20,000
Vertebrata
Salmononidae
Centrachidae
Cyprinidae
700 - 10,000
20 - 2000
-
Chlorophyta
1 - 8000
<0.8 - 2000
Chrysophyta (diatoms)
5 - 800
-
Algae
-
 Moluscos y peces son más resistentes
-
Efectos en Peces
• Etapa embrionaria
• Eclosión
• Menor crecimiento
• Menor reproducción
Cu 5-40 µgL
Efectos en Moluscos y Crustáceos
•Retardo en etapas larvarias,
fijación y metamorfosis
• Crecimiento retardado
•Menor
reproducción y
sobrevivencia
•Consecuencias en cadena trófica
• Menor valor comercial
•Mayor
dispersión y
depredación