Un metal pesado tóxico es un término común pero engañoso para un metal conocido por su toxicidad potencial. [4] No todos los metales pesados son tóxicos y algunos metales tóxicos no son pesados. [5] Los elementos que a menudo se discuten como tóxicos incluyen cadmio , mercurio y plomo , [6] todos los cuales aparecen en la lista de la Organización Mundial de la Salud de 10 sustancias químicas de mayor preocupación pública. [7] Otros ejemplos incluyen cromo y níquel , [8] talio, bismuto, arsénico, antimonio y estaño. [4]
Estos elementos tóxicos se encuentran de forma natural en la tierra. Se concentran como resultado de las actividades humanas y pueden entrar en los tejidos de plantas y animales (incluidos los humanos) a través de la inhalación, la dieta y la manipulación manual. Luego, pueden unirse a los componentes celulares vitales e interferir con el funcionamiento de ellos. Los efectos tóxicos del arsénico, el mercurio y el plomo eran conocidos por los antiguos, pero los estudios metódicos de la toxicidad de algunos metales pesados parecen datar de sólo 1868. En los seres humanos, el envenenamiento por metales pesados se trata generalmente mediante la administración de agentes quelantes . Algunos elementos que de otro modo se considerarían metales pesados tóxicos son esenciales, en pequeñas cantidades, para la salud humana.
La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), que estandariza la nomenclatura, dice que "el término metales pesados no tiene sentido y es engañoso". [9] El informe de la IUPAC se centra en las implicaciones legales y toxicológicas de describir los "metales pesados" como toxinas cuando no hay evidencia científica que respalde una conexión. La densidad implícita en el adjetivo "pesado" casi no tiene consecuencias biológicas y los metales puros rara vez son la sustancia biológicamente activa. [10] Esta caracterización ha sido repetida por numerosas revisiones. [11] [12] [4] El libro de texto de toxicología más utilizado, la toxicología de Casarett y Doull [13] utiliza "metal tóxico" y no "metales pesados". [10] Sin embargo, muchos artículos científicos y relacionados con la ciencia continúan utilizando "metal pesado" como término para sustancias tóxicas. [5]
Los metales con múltiples efectos tóxicos incluyen arsénico (As), berilio (Be), cadmio (Cd), cromo (Cr), plomo (Pb), mercurio (Hg) y níquel (Ni). [14]
Los elementos que son nutricionalmente esenciales para la vida animal o vegetal pero que se consideran metales tóxicos en dosis altas u otras formas incluyen cobalto (Co), cobre (Cu), hierro (Fe), magnesio (Mg), manganeso (Mn), molibdeno (Mo), selenio (Se) y zinc (Zn). [13]
Los metales tóxicos se encuentran de forma natural en la tierra y se concentran como resultado de las actividades humanas o, en algunos casos, de procesos geoquímicos, como la acumulación en suelos de turba que luego se liberan cuando se drenan para la agricultura. [16] Las fuentes comunes son los desechos mineros e industriales ; las emisiones de los vehículos ; el aceite de motor ; los combustibles utilizados por los barcos y la maquinaria pesada ; las obras de construcción ; los fertilizantes ; [17] los pesticidas ; las pinturas ; los tintes y pigmentos ; la renovación ; el depósito ilegal de residuos de construcción y demolición; los contenedores de basura abiertos ; la soldadura , la soldadura fuerte y la soldadura blanda; el trabajo del vidrio ; las obras de hormigón; las obras viales ; el uso de materiales reciclados ; los proyectos de bricolaje con metal; la quema de papel de incienso ; la quema a cielo abierto de residuos en zonas rurales; el sistema de ventilación contaminado; los alimentos contaminados por el medio ambiente o por el embalaje; los armamentos; las baterías de plomo-ácido ; el patio de reciclaje de residuos electrónicos ; las maderas tratadas; el envejecimiento de la infraestructura de suministro de agua; [18] y los microplásticos que flotan en los océanos del mundo. [19] [20] El arsénico, el cadmio y el plomo pueden estar presentes en los juguetes de los niños en niveles que exceden los estándares reglamentarios. El plomo se puede utilizar en los juguetes como estabilizador , potenciador del color o agente anticorrosivo. El cadmio se emplea a veces como estabilizador o para aumentar la masa y el brillo de las joyas de los juguetes. Se cree que el arsénico se utiliza en relación con los tintes colorantes. [21] Los bebedores habituales de alcohol destilado ilegalmente pueden estar expuestos a envenenamiento por arsénico o plomo, cuya fuente es el plomo contaminado con arsénico utilizado para soldar el aparato de destilación. El veneno para ratas utilizado en los almacenes de cereales y puré puede ser otra fuente de arsénico. [22]
La extensión geográfica de las fuentes puede ser muy grande. Por ejemplo, hasta una sexta parte de las tierras cultivables de China podrían verse afectadas por la contaminación por metales pesados. [23]
El plomo es el contaminante de metal pesado más frecuente. [24] Como componente del tetraetilo de plomo , (CH
3es
2)
4Pb , se utilizó ampliamente en la gasolina durante los años 1930-1970. [25] Se ha estimado que los niveles de plomo en los entornos acuáticos de las sociedades industrializadas son dos a tres veces mayores que los niveles preindustriales. [26] Aunque el uso de gasolina con plomo se eliminó en gran medida en América del Norte en 1996, los suelos junto a las carreteras construidas antes de esta época retienen altas concentraciones de plomo. El plomo (de la azida de plomo (II) o el estifnato de plomo utilizados en las armas de fuego) se acumula gradualmente en los campos de entrenamiento de armas de fuego, contaminando el medio ambiente local y exponiendo a los empleados del campo de tiro a un riesgo de envenenamiento por plomo . [27]
Los metales pesados entran en los tejidos de plantas, animales y humanos a través de la inhalación de aire, la dieta y la manipulación manual. La soldadura, galvanización, soldadura fuerte y soldadura blanda exponen a los trabajadores a humos que pueden ser inhalados y provocar fiebre por humos metálicos . [28] Las emisiones de los vehículos de motor son una fuente importante de contaminantes transportados por el aire, incluidos arsénico, cadmio, cobalto, níquel, plomo, antimonio, vanadio, zinc, platino, paladio y rodio. [29] Las fuentes de agua (aguas subterráneas, lagos, arroyos y ríos) pueden contaminarse por la lixiviación de metales pesados de los desechos industriales y de consumo; la lluvia ácida puede exacerbar este proceso al liberar metales pesados atrapados en los suelos. [30] El transporte a través del suelo puede verse facilitado por la presencia de vías de flujo preferenciales (macroporos) y compuestos orgánicos disueltos. [31] Las plantas están expuestas a metales pesados a través de la absorción de agua; los animales comen estas plantas; la ingestión de alimentos de origen vegetal y animal son las mayores fuentes de metales pesados en los seres humanos. [32] La absorción a través del contacto con la piel, por ejemplo, por contacto con tierra o con juguetes y joyas que contienen metales, [33] es otra fuente potencial de contaminación por metales pesados. [34] Los metales pesados tóxicos pueden bioacumularse en los organismos, ya que son difíciles de metabolizar . [35]
Los metales pesados "pueden unirse a componentes celulares vitales, como proteínas estructurales , enzimas y ácidos nucleicos , e interferir con su funcionamiento". [36] Los síntomas y efectos pueden variar según el metal o compuesto metálico y la dosis utilizada. En términos generales, la exposición prolongada a metales pesados tóxicos puede tener efectos cancerígenos, sobre el sistema nervioso central y periférico y sobre el sistema circulatorio. En el caso de los seres humanos, las manifestaciones típicas asociadas con la exposición a cualquiera de los metales pesados tóxicos "clásicos" [37] , o al cromo (otro metal pesado tóxico) o al arsénico (un metaloide), se muestran en la tabla. [38]
Los efectos tóxicos del arsénico, el mercurio y el plomo eran conocidos por los antiguos, pero los estudios metódicos de la toxicidad general de los metales pesados parecen datar de sólo 1868. En ese año, Wanklyn y Chapman especularon sobre los efectos adversos de los metales pesados "arsénico, plomo, cobre, zinc, hierro y manganeso " en el agua potable . Observaron una "ausencia de investigación" y se redujeron a "la necesidad de abogar por la recopilación de datos". [39] [40] En 1884, Blake describió una aparente conexión entre la toxicidad y el peso atómico de un elemento. [41] Las siguientes secciones proporcionan miniaturas históricas de los metales pesados tóxicos "clásicos" (arsénico, mercurio y plomo) y algunos ejemplos más recientes (cromo y cadmio).
Arsénico , como rejalgar ( como
4S
4) y oropimente ( Como
2S
3), era conocida en la antigüedad. Estrabón (64-50 a. C. - c. 24 d. C.), un geógrafo e historiador griego, [42] escribió que solo se empleaban esclavos en las minas de rejalgar y oropimente, ya que inevitablemente morirían por los efectos tóxicos de los humos emitidos por los minerales. La cerveza contaminada con arsénico envenenó a más de 6000 personas en el área de Manchester en Inglaterra en 1900, y se cree que mató al menos a 70 víctimas. [43] Clare Luce , embajadora estadounidense en Italia de 1953 a 1956, sufrió envenenamiento por arsénico . Su origen se rastreó hasta la pintura descascarada cargada de arsénico en el techo de su dormitorio. También pudo haber comido alimentos contaminados con arsénico en la pintura descascarada del techo en el comedor de la embajada. [44] El agua subterránea contaminada con arsénico , a partir de 2014, "sigue envenenando a millones de personas en Asia". [45]
Se dice que el primer emperador de la China unificada, Qin Shi Huang , murió por ingerir pastillas de mercurio que pretendían darle vida eterna. [46] La frase "loco como un sombrerero" es probablemente una referencia al envenenamiento por mercurio entre los sombrereros (la llamada " enfermedad del sombrerero loco "), ya que los compuestos a base de mercurio se usaban en la fabricación de sombreros de fieltro en los siglos XVIII y XIX. [47] Históricamente, la amalgama de oro (una aleación con mercurio) se usaba ampliamente en el dorado , lo que provocó numerosas bajas entre los trabajadores. Se estima que solo durante la construcción de la Catedral de San Isaac , 60 trabajadores murieron por el dorado de la cúpula principal. [48] Se produjeron brotes de envenenamiento por metilmercurio en varios lugares de Japón durante la década de 1950 debido a vertidos industriales de mercurio en ríos y aguas costeras. Los casos más conocidos fueron en Minamata y Niigata . Sólo en Minamata, más de 600 personas murieron debido a lo que se conoció como la enfermedad de Minamata . Más de 21.000 personas presentaron reclamaciones ante el gobierno japonés, de las cuales casi 3000 fueron certificadas como portadoras de la enfermedad. En 22 casos documentados, las mujeres embarazadas que consumieron pescado contaminado mostraron síntomas leves o nulos, pero dieron a luz a bebés con graves discapacidades del desarrollo. [49] Desde la Revolución Industrial , los niveles de mercurio se han triplicado en muchas aguas marinas cercanas a la superficie , especialmente alrededor de Islandia y la Antártida . [50]
Los efectos adversos del plomo eran conocidos por los antiguos. En el siglo II a. C., el botánico griego Nicandro describió los cólicos y parálisis que se observaban en las personas envenenadas con plomo. [51] [52] Dioscórides , un médico griego que se cree que vivió en el siglo I d. C., [53] escribió que el plomo "hace que la mente ceda". El plomo se utilizó ampliamente en los acueductos romanos desde aproximadamente el 500 a. C. hasta el 300 d. C. [54] El ingeniero de Julio César , Vitruvio , informó que "el agua es mucho más saludable cuando se trata de tuberías de barro que cuando se trata de tuberías de plomo. Porque parece que el plomo la vuelve perjudicial, porque produce plomo blanco , y se dice que es perjudicial para el cuerpo humano". [55] Durante el período mongol en China (1271-1368 d. C.), la contaminación por plomo debido a la fundición de plata en la región de Yunnan superó los niveles de contaminación de las actividades mineras modernas en casi cuatro veces. [56] En los siglos XVII y XVIII, la gente de Devon sufría una enfermedad conocida como cólico de Devon ; se descubrió que se debía a la ingestión de sidra contaminada con plomo . En 2013, la Organización Mundial de la Salud estimó que el envenenamiento por plomo causaba 143 000 muertes y "contribuía a 600 000 nuevos casos de niños con discapacidades intelectuales" cada año. [57] En la ciudad estadounidense de Flint, Michigan , la contaminación por plomo en el agua potable ha sido un problema desde 2014. La fuente de la contaminación se ha atribuido a la "corrosión en las tuberías de plomo y hierro que distribuyen agua a los residentes de la ciudad". [58] En 2015, la concentración de plomo en el agua potable en el noreste de Tasmania , Australia, alcanzó un nivel más de 50 veces superior a las directrices nacionales prescritas para el agua potable. La fuente de la contaminación se atribuyó a "una combinación de infraestructura de agua potable en mal estado, incluidas tuberías con uniones de plomo, tuberías de cloruro de polivinilo al final de su vida útil y plomería doméstica". [18]
Los compuestos de cromo (III) y el metal de cromo no se consideran un peligro para la salud, mientras que la toxicidad y las propiedades cancerígenas del cromo (VI) se conocen desde al menos finales del siglo XIX. [59] En 1890, Newman describió el elevado riesgo de cáncer de los trabajadores de una empresa de tintes de cromato . [60] Se informó de dermatitis inducida por cromato en trabajadores de aviones durante la Segunda Guerra Mundial . [61] En 1963, se produjo un brote de dermatitis, que iba desde eritema hasta eczema exudativo , entre 60 trabajadores de una fábrica de automóviles en Inglaterra. Los trabajadores habían estado lijando en húmedo pintura de imprimación a base de cromato que se había aplicado a las carrocerías de los automóviles. [62] En Australia, el 8 de agosto de 2011, se liberó cromo de la planta de explosivos Orica de Newcastle. Hasta 20 trabajadores de la planta estuvieron expuestos, al igual que 70 casas cercanas en Stockton . La ciudad fue notificada sólo tres días después de la fuga y el accidente desató una gran controversia pública, con Orica criticada por restar importancia al alcance y los posibles riesgos de la fuga, y el gobierno estatal atacado por su lenta respuesta al incidente. [63] [64] [65]
La exposición al cadmio es un fenómeno que se produjo a principios del siglo XX y en adelante. En Japón, en 1910, la Mitsui Mining & Smelting Company comenzó a verter cadmio en el río Jinzū como subproducto de las operaciones mineras. Los residentes de la zona circundante consumieron posteriormente arroz cultivado en agua de riego contaminada con cadmio. Experimentaron ablandamiento de los huesos e insuficiencia renal . El origen de estos síntomas no estaba claro; las posibilidades planteadas en ese momento incluían "una enfermedad regional o bacteriana o envenenamiento por plomo". [66] En 1955, se identificó al cadmio como la causa probable y en 1961 la fuente se relacionó directamente con las operaciones mineras en el área. [67] En febrero de 2010, se encontró cadmio en joyas exclusivas de Miley Cyrus de Walmart . Wal-Mart continuó vendiendo las joyas hasta mayo, cuando las pruebas encubiertas organizadas por Associated Press confirmaron los resultados originales. [68] En junio de 2010, se detectó cadmio en la pintura utilizada en los vasos promocionales de la película Shrek Forever After , vendidos por McDonald's Restaurants , lo que provocó el retiro de 12 millones de vasos. [69]
En los seres humanos, la intoxicación por metales pesados se trata generalmente mediante la administración de agentes quelantes . [71] Estos son compuestos químicos, como CaNa
2EDTA (etilendiaminotetraacetato de calcio y disodio) que convierte los metales pesados en formas químicamente inertes que pueden excretarse sin mayor interacción con el cuerpo. Los quelatos no están exentos de efectos secundarios y también pueden eliminar metales beneficiosos del cuerpo. A veces se administran suplementos de vitaminas y minerales por este motivo [72] [73]
Los suelos contaminados con metales pesados pueden remediarse mediante una o más de las siguientes tecnologías: aislamiento; inmovilización; reducción de la toxicidad; separación física; o extracción. El aislamiento implica el uso de capas, membranas o barreras subterráneas en un intento de poner en cuarentena el suelo contaminado. La inmovilización tiene como objetivo alterar las propiedades del suelo para impedir la movilidad de los contaminantes pesados. La reducción de la toxicidad intenta oxidar o reducir los iones de metales pesados tóxicos, por medios químicos o biológicos , en formas menos tóxicas o móviles. La separación física implica la eliminación del suelo contaminado y la separación de los contaminantes metálicos por medios mecánicos. La extracción es un proceso en el sitio o fuera del sitio que utiliza productos químicos, volatilización a alta temperatura o electrólisis para extraer contaminantes de los suelos. El proceso o los procesos utilizados variarán según el contaminante y las características del sitio. [74]
Algunos elementos que de otro modo se considerarían metales pesados tóxicos son esenciales , en pequeñas cantidades, para la salud humana. Entre estos elementos se encuentran el vanadio, el manganeso, el hierro, el cobalto, el cobre, el cinc, el selenio, el estroncio y el molibdeno. [75] Una deficiencia de estos metales esenciales puede aumentar la susceptibilidad a la intoxicación por metales pesados. [76]
El selenio es el más tóxico de los metales pesados esenciales para los mamíferos. [77] El selenio se excreta normalmente y solo se vuelve tóxico cuando la ingesta excede la capacidad excretora. [78]