BİYOLOJİK MATERYALDE AĞIR METAL ve ESER ELEMENT ANALİZİ

1. BİYOLOJİK MATERYALDE AĞIR METAL ve ESER ELEMENT ANALİZİ Dr. İnanç KARAKOYUN

3. EKLEMEK İSTEDİĞİMİZ PARAMETRELER • Kanda krom ve çinko düzey tayini, • Kanda bakılan tüm parametrelerin idrar numunelerinde de bakılabilmesi (referans madde!).

4. TietzLaboratuvar Testleri Klinik Kılavuzu Alan H.B. Wu Çeviri Editörü: Prof. Dr. Kaya Emerk

5. www.aruplab.com

6. Metalleri diğer toksik maddelerden ayıran en önemli özellikleri, insanlar tarafından ne oluşturulabilir ne de yok edilebilir olmalarıdır. Periyodik tablodaki 105 elementin yaklaşık 80’ini metaller oluşturur. Birçok metal, insan ve hayvanlar için esansiyeldir. Esansiyel olanlar, eksikliklerinde olduğu gibi fazla miktarlarda alındıklarında da vücut homeostazını bozarak toksik etki oluşturabilirler.

7. Bugün “endüstriyel metaller” olarak nitelendirilen yaklaşık 50 metal ve alaşımı çeşitli amaçlarla kullanılmaktadır. Ayrıca metaller ve tuzları tıpta ve veteriner hekimlikte ilaç, pestisit (fungusit, insektisit, herbisit, rodendisit gibi) olarak da kullanılmaktadır. 30 civarında metalin insanlarda toksisite oluşturduğu bilinmektedir.

8. İnsan vücudu için esansiyel olan ve olmayan metaller başta besinler olmak üzere diğer bazı yollarla (su, hava gibi) alınmaktadır. Böylece “vücut metal yükü “ oluşmakta; bazıları ise (alüminyum, kurşun ve kadmiyum gibi) yaş ile birikerek vücuttaki konsantrasyonları artmaktadır.

9. METALLERE NASIL MARUZ KALIYORUZ ?

10. Metaller, solunum yolu, besinler ve içme suları ile organizmaya girebilirler. Besinlerin normal bileşeni olabildikleri gibi kirlilik olarak da bulunabilirler.

11. Hava, su ve toprak teknolojik nedenlerle metallerle kirlenebilir. Metaller çevrede jeolojik ve biyolojik devirlerle dağılıma uğrarlar. Dağılım ve taşınma sonucu metaller emisyona uğradıkları yerlerden çok uzaklarda da birikerek çevredeki konsantrasyonları artar (Grönland buzullarında kurşun konsantrasyonunun daha önceki yıllara göre 200 defa artması bu yeniden dağılım ve taşınmayı gösterir).

12. Mineral yataklarından geçen sular buradaki metalleri çözerek zararlı hale getirmektedir.

13. Çevre kirlenmesi sonucu metaller biyoakkümülasyonla besin zincirine geçebilir. Denizler, göller, akarsular insan aktiviteleri (endüstri atıkları gibi) sonucu metallerle kirlenir. Metaller biyolojik parçalanmaya dayanıklıdır. Ayrıca bazıları çevrede lipofil özellik kazanarak su bitki ve hayvanlarda birikirler. Böylece besin zinciri ile insanlara ulaşırlar (Japonya’da Minamata bölgesinde civa ile kontamine olmuş balıkların yenmesi ile görülen zehirlenme olayı).

14. Doğal kaynaklar veya teknoloji nedeniyle metaller ile kirlenen toprakta yetişen bitkilerde metal birikimi olabilir. Örneğin selenyumca zengin topraklarda yetişen bitkilerde selenyum akkümüle olur. Hayvan ve insanlara geçerek keratindeki kükürdün yerini alarak birikir.

15. Fosil kaynaklı katı ve sıvı yakıtların içerdiği pekçok metal (arsenik, kurşun, kadmiyum, selenyum, vanadyum gibi) yakın çevremizdeki havayı kirletir. Ayrıca egsoz gazlarından çıkan kurşun bileşikleri trafiğin yoğun olduğu şehirlerin havasını kirletir.

16. Metalden yapılmış veya metal bileşikleri içeren besin kaplarından metaller besinlere geçebilir.

17. Hücresel HedeflerProteinler ve EnzimlerNükleik asitlerHücre MembranlarıOrganellerKarsinojenite

18. Metallerin toksik etkileri her metalin özelliğine göre değişmektedir. Ancak genel olarak metallerin hepsi birden fazla organ ve sistemi etkilemektedir. Bu nedenle metal zehirlenmelerinde “hedef veya kritik organ”, o metale en duyarlı olan etki yeri için kullanılmaktadır. Örneğin kadmiyuma en duyarlı organ böbrekler olmakla beraber karaciğer ve akciğerlerde de toksik etki görülür.

19. Metal toksisitesini etkileyen faktörler birkaç grupta incelenebilir: Esansiyel elementlerle etkileşim: Bazı metaller metabolik olarak benzedikleri elementlerin yerine geçerek toksik etki gösterirler. Örneğin kurşun kalsiyuma benzer metabolizması ile kemik mineralizasyonunu, demir ve çinkonun yerini alarak da hem metabolizmasını etkiler.

20. Metal-protein komplekslerinin oluşumu: Bazı metallerin proteinlerle kompleks oluşturması detoksikasyon veya koruyucu mekanizma olarak tanımlanır. Örneğin metallotioneinler (sülfidril grubu içeren proteinler) kadmiyum, çinko, bakır ve diğer metallerle kompleks oluştururken, ferritin ve hemosiderinintasellüler demir-protein kompleksleridir.

21. Yaş ve gelişim durumu: Çocuklar ve yaşlılar metal toksisitesine yetişkinlerden daha duyarlıdırlar. Yaşam tarzı ile ilgili faktörler: Sigara içimi veya alkol toksisiteyiindirekt etkileyebilir.

22. Metallerin kimyasal formu: Toksisiteyi önemli derecede etkiler. Cr+6 bileşiklerinin Cr+3 bileşiklerinden, alkil kurşun ve alkil civa bileşikleri anorganik formlarından çok daha toksiktir.

24. ARSENİK • Arseniğin sağlığa olumsuz etkileri 200 yıldır biliniyor. Tarih boyunca birisini zehirlemek isteyenler için en uygun kimyasal; çünkü zehirlenen kişide bir iz bırakmıyor. • Ortaçağ ve Rönesans’ta Avrupa’da zehirlerin kralı. • 2400 yıl önce Roma ve Yunanistan’da tedavi edici ajan olarak kullanılmış. • Napolyon’un ölümünden sorumlu.

25. Arseniğin kronik hastalıklara neden olduğu daha 1940'ların başında İngiltere'de bir sodyum arsenit fabrikası çalışanlarında artan kanser olaylarından sonra anlaşılmıştır. Arseniğin toz olarak solunması bu durumda maruz kalma yolu olarak belirlenmiş, cilt hastalıklarına neden olduğu da 19.Yüzyılda anlaşılmıştır. 1900'lerin başlarında Meksika, Şili ve Arjantin'de çok sayıda cilt kanseri görülüşü arseniğe bağlanmıştır. 1920'lerden beri Tayvan'daki kara ayak hastalığı ve gangrenin arsenikli sularla ilişkisi anlaşılmış ve 1950'den sonra bu ilişki iyice kesinleşmiştir.

26. Çoğu zehirli iz metaller pH değeri arttığında çözeltiden ayrılmaya, suların nötr pH değerlerinde de oksit, hidroksit, karbonat ve fosfat mineralleri oluşturarak birlikte çökelmeye ya da kil mineralleri-sulu metal oksitlerin-organik maddelerin üzerinde soğurulmaya eğilimlidir. • Bunun tersine arsenik gibi oksianyonların çoğu pH artarken tutulmaya daha az yatkın ve bazı özel koşullarda da nötre yakın pH'lı sularda bile çok yüksek derişimlerle suda kalabilir.

27. Bu yüzden krom, arsenik, uranyum ve selenyum gibi (hepsi de kanser yapıcı olan) oksianyon yapıcı elementler sularda en çok karşılaşılan iz kirleticilerdir. Arsenik bunların en değişik koşullarda suya geçebilip, suda kalabileni olduğu için de en tehlikelisidir. Ötekilerin tersine indirgeyici koşullarda bile hareketli olabiliyor. • Arsenik yer kabuğunda yaygın olarak bulunuyor.

28. Epidemiyolojik çalışmalar arseniğin insanlarda karsinojenik olduğunu bildirir. Hayvanlarda deneysel doğrulama çalışmaları yoktur. • As ev ve bahçe pestisitlerinde bulunur. As veterinerlikte antiparazitik ajan olarak ve bazı ülkelerde tripanozomiazis ve amibiazis tedavisinde kullanılır. Gıdalarda ve çevrede doğal olarak bulunur. Pirinç, bronz, seramik, boya, ahşap ürünleri ve makyaj malzeme üretimi sırasında endüstriyel maruz kalma ile As intoksikasyonu oluşabilir. • Olguların çoğu, arsenikli bir bilesik olan arsin(AsH3, arsenik hidrit) gazının solunması ya da ağız yoluyla arsenik trioksit alınması sonucu oluşur.

29. Akut As zehirlenmesi semptomları şiddetli mide ağrısı, kusma ve diare yanı sıra konvülziyon, kardiyovaskülerkollaps, koma ve ölümdür. • Kr. As zehirlenmesi semptomları ise diare, ciltte pigmentasyon ve pullanma, el ayası ve ayak tabanlarında hiperkeratoz (deri kalınlaşması), hepatosplenomegali, saç dökülmesi, periferalnöropatidir. Kr. As zehirlenmesinde hematolojik değişiklikler anemi, lökopeni, trombositopeni, bazofilik noktalanma, bozulmuş eritropoez ve miyelopoezdir.

31. Semptomlar varsa veya akut maruz kalmada idrar tercih edilen örnektir. Kronik vakalarda ise saç ve tırnak kazıntısı da incelenebilir. Akut maruz kalmada idrar ve saçtaki konsantrasyonlar zamana bağlı değişebilir.

33. BAKIR • Bakır doğada yaygın bir maddedir. Bakır birçok çeşit gıdada, içme suyunda ve havada bulunabilir. Bundan dolayı her gün yiyerek ve içerek önemli miktarda bakırı vücudumuza alırız. • Üstün fiziksel  ve  kimyasal özelliklerinden  dolayı endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.

34. Sektörlere  göre  bakır tüketiminin dağılımı  aşağıda  verilmiştir: • .Elektrik ve elektronik sanayi.İnşaat sanayi.Ulaşım sanayi.Endüstriyel ekipman.Kimya.Kuyumculuk.Boya sanayi.Turistik eşya

35. Çoğu bakır bileşiği ya su tortusuna ya da toprak parçacıklarına yerleşip bağlanır. Çözünür bakır bileşikleri insan sağlığı için en büyük tehdidi oluşturmaktadır. Genellikle doğada suda çözünür bakır bileşiklerinin tarım uygulamalarında kullanımı sonucu ortaya çıkmaktadır. • Havadaki bakır konsantrasyonu genellikle oldukça düşüktür bundan dolayı soluma ile bakıra maruz kalma ihmal edilebilir. Fakat bakır cevherini metale işleyen dökümcülerin yakınlarında yaşayan kişiler bu tür bir maruz kalmayı yaşamaktadırlar. Bakırdan tesisata sahip evlerde yaşayan kişiler çoğu kişiye oranla daha fazla bakır miktarına maruz kalmaktadırlar, çünkü bakır korozyona uğramış borulardan içme suyuna geçmektedir.

36. Serum düzeyinin yükseldiği durumlar;Yaş, infeksiyonlar ve inflamasyon, gebelik, lösemi, biliyer siroz, karahumma, Hodgkinhast., pellegra, pulmonertbc., anemilerin çoğu, talasemimajor-minör, romatik ateş, AMI, beyin infarktüsü, ankilozanspondilit, romatoitartrit, hipo ve hipertiroidizm, kollajen hastalıkları, SLE, renal diyaliz ve neonatal transfüzyon komplikasyonları, GI-akciğer-kemik-meme-serviks ve hematopoetik sistemde travma ve malign neoplazmalar.

37. Serum düzeyinin azaldığı durumlar; Wilson hast., GIS hast. (spru, çölyak), kistikfibroz, nefrotik sendrom, Menkessend., bazı demir eksikliği anemileri, yanmalar, dengesiz protein beslenmesi, kr. iskemik kalp hastalığı. • Östrojen terapisi (ve gebelik) sırasında karaciğerde seruloplazmin sentezi büyük oranda aratar. Sonuç olarak plazma Cu’ı normal seviyesinin yaklaşık iki katına yükselir. Plazma seruloplazmin düzeyleri ayrıca oral kontraseptif ya da antiepileptik kullanımı sırasında da artar.

38. Plazma bakırının çoğunluğu seruloplazmindedir. Bakır emilimi yaygın ince bağırsak hastalığı olanlarda ve rekabet eden çinko ve kadmiyum iyonları alımı yüksek olanlarda zarar görmüş olabilir. Bakır eksikliği bakırdan yoksun süt diyeti alan bebeklerde (özellikle prematüre), eser metal içermeyen çözeltili uzun süre TPN alan hastalarda ve çinko tedavisi ya da penisilamin gibi bakır çelatları alan hastalarda gözlemlenmiştir.

39. Bakır eksikliği semptomları arasında nötropeni, anemi (demire yanıt vermeyen), osteoporoz, çeşitli kemik/eklem anormallikleri, cilt pigmentasyonunda azalma ve olasılıkla nörolojik ve kardiyak anormallikler bulunmaktadır.

40. Genetik olarak saptanan bakır metabolizma hastalıkları Wilson hastalığı, bakır birikim hastalığı ve bebeklerde görülen bir bakır eksikliği olan ve nadir görülen Menkes hastalığından oluşmaktadır. • Bakır beyin infarktüsü geçiren insanların serebrospinal sıvısında artar. • Bakır tuzu zehirlenme semptomları arasında mide bulantısı, kusma, başağrısı, diyare ve abdominal ağrı yer alır. Bunları karaciğer yaralanması, sarılık ve hemolitik şok takip edebilir.

41. Saçtaki bakır konsantrasyonları kıl gövdesini proksimalinden (kafa derisi) distal uca doğru artar. Kadınlarda yüksek seviyede bildirilmesi daha çok distalsegmentlerin analiz edilmesinden kaynaklanabilir. Eksojenkontaminasyon ve diğer faktörler nedeniyle saçtaki bakır güvenilir bir Cu durumu ölçütü değildir.

43. CİVA • Hg bileşikleri bazı ilaçlarda, fungusitlerde, dental amalgamlarda ve sanayide (kağıt, deri, boya end. ve elektrikli aygıtlar, pil, termometregibi ölçüm gereçlerinde) kullanılır. Diş tedavisi çalışanlarında yüksek Hg düzeyleri ve semptomatikHg zehirlenmesi rapor edilmiştir. Deniz canlılarıda biyolojik olarak metil civa biriktirebilir ve bunların tüketilmesi yoluyla zehirlenme belirtileri görülebilir • Kanda Hg’nın büyük kısmı eritrositlerde bulunur. Ayak tırnağında Hg düzeyi yüksek miyokardinfarktüsü riski ile ilişkili olabilir.

46. Aşırı maruziyet veya aşırı kullanımda serum düzeyleri artar. Akut zehirlenme genellikle oral yoldan, GI yolakta korozif etkili ve renaltubüler hasara yol açan inorganik Hg almakla olur. • Kr. Zehirlenme inhalasyonla (civa oda ısısında buharlaşır) veya küçük miktarlarda ağız yoluyla alınarak olur; jinjivitis, stomatitis, eretizm (herhangi bir uyarana karşı aşırı tepki), tremor, nefrotik sendrom, kolitis, anemi ve akrodini’ye (çocuklarda-uç ağrısı) yol açar. • Organik Hgintoksikasyonu yorgunluk, başağrısı, hafıza kaybı, apati, emosyonel kararsızlık, parestezi, ataksi, işitme kaybı, dizartiri, ilerleyen görsel fonksiyon kaybı, disfaji nedenidir; koma ve ölüme yol açabilir.

47. Bazı aşıların içinde bulunan civanın (timerosal) otizme neden olup olmadığı tıp dünyasında önemli bir tartışma konusu. Genel kanı bunun bir dedikodu olduğu!7 Temmuz 1999’da Amerika Pediatri Kurumu (AAP) ve Amerika Birleşik Devletleri Halk Sağlığı Servisi (PHS) bileşik bir toplantı yaparak kesin bir kanıt olmamasına rağmen bir önlem olarak (çok fazla gönüllü olmasalar da) tiomerosalin (civa) aşılardan çıkartılmasına karar verdiler. O tarihten itibaren ABD’de civa kademeli olarak aşılardan çıkartıldı. Otizm bulguları aşıları yapıldıktan birkaç yıl sonra (genellikle 3-5 yaşlarında) ortaya çıktığı için sonuçlar 2003’ten sonra alınabilirdi. Nitekim Journal of AmericanPhysiciansandSurgeons’ın 2006 Mart sayısında yayınlanan araştırmaya göre ABD tarihinde ilk defa otizm azaldı.

49. KADMİYUM

50. KADMİYUM • İnhalasyon yoluyla akut olarak maruz kalındığında (endüstriyel koşullar) pulmoner ödem, proliferatifintersitisyelpnömoni ve kardiyovaskülerkollaps içeren akut solunum semptomları gelişir, kalıcı karaciğer hasarı oluşabilir. • Kadmiyum özellikle deniz ve alkali ortam korozyonuna  karşı mukavemeti  nedeniyle demir, çelik, pirinç ve alüminyum kaplamasında kullanılmaktadır. Kadmiyum kaplamaları elektrik, elektronik, otomotiv ve Uzay sanayisinde çok yaygındır. Kadmiyumun en önemli kullanım alanı  Ni - Cd, Ag - Cd ve Hg - Cd pilleridir. Normal Ni - Cd pilleri günlük hayatta kullanılan elektronik cihazlarda, büyük kapasiteli olanları ise uçak ve gemilerde geniş bir tüketim alanı bulmuştur.