Metal pesado tóxico

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Una pared de 25 pies (7,6 m) de ceniza de mosca de carbón contaminada con metales pesados tóxicos, resultante de la liberación de 5,4 millones de metros cúbicos de ceniza de carbón en el río Emory, Tennessee, y cerca tierra y agua características, en diciembre de 2008. Los exámenes mostraron niveles significativamente elevados de arsénico, cobre, bario, cadmio, cromo, plomo, mercurio, níquel y talio en muestras de azufre y agua de río. Los costos de limpieza pueden superar los 1.200 millones de dólares.

Un metal pesado tóxico es cualquier metal o metaloide relativamente denso que se destaca por su toxicidad potencial, especialmente en contextos ambientales. El término tiene una aplicación particular para el cadmio, el mercurio y el plomo, todos los cuales aparecen en la lista de la Organización Mundial de la Salud de las 10 sustancias químicas de mayor preocupación pública. Otros ejemplos incluyen manganeso, cromo, cobalto, níquel, cobre, zinc, plata, antimonio y talio.

Los metales pesados se encuentran naturalmente en la tierra. Se concentran como resultado de las actividades humanas y pueden ingresar a los tejidos de plantas y animales (incluidos los humanos) a través de la inhalación, la dieta y la manipulación manual. Luego, pueden unirse e interferir con el funcionamiento de componentes celulares vitales. 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 solo 1868. En los seres humanos, el envenenamiento por metales pesados generalmente se trata mediante la administración de agentes quelantes. Algunos elementos considerados como metales pesados tóxicos son esenciales, en pequeñas cantidades, para la salud humana.

Fuentes de contaminación

El plomo de tetraetil es uno de los contaminantes de metal pesado más importantes en uso reciente.

Los metales pesados se encuentran naturalmente 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. Las fuentes comunes son los desechos mineros e industriales; emisiones de vehiculos; aceite de motor; combustibles utilizados por barcos y maquinaria pesada; trabajos de construcción; fertilizantes; pesticidas; pinturas; tintes y pigmentos; renovación; depósito ilegal de residuos de construcción y demolición; contenedor de basura con tapa abierta; soldadura, soldadura fuerte y blanda; trabajo del vidrio; trabajos concretos; obras de carretera; uso de materiales reciclados; Proyectos de metal de bricolaje; quema de papel joss; quema a cielo abierto de desechos en áreas rurales; sistema de ventilación contaminado; alimentos contaminados por el ambiente o por el empaque; armamento; baterías de plomo ácido; patio de reciclaje de desechos electrónicos; maderas tratadas; infraestructura de abastecimiento de agua envejecida; y microplásticos flotando en los océanos del mundo. El arsénico, el cadmio y el plomo pueden estar presentes en los juguetes de los niños en niveles que exceden los estándares regulatorios. El plomo se puede utilizar en los juguetes como estabilizador, potenciador del color o agente anticorrosivo. El cadmio a veces se emplea como estabilizador o para aumentar la masa y el brillo de las joyas de juguete. Se cree que el arsénico se usa en relación con los tintes colorantes. Los bebedores regulares de alcohol destilado ilegalmente pueden estar expuestos al envenenamiento por arsénico o plomo, cuya fuente es el plomo contaminado con arsénico que se usa para soldar el aparato de destilación. El veneno para ratas que se usa en los almacenes de granos y puré puede ser otra fuente de arsénico.

El plomo es el contaminante de metal pesado más frecuente. Como componente del tetraetilo de plomo, (CH
3CH
₂)
₄Pb, se usó mucho en gasolina durante las décadas de 1930 y 1970. Se ha estimado que los niveles de plomo en los ambientes acuáticos de las sociedades industrializadas son dos o tres veces mayores que los niveles preindustriales. Aunque el uso de gasolina con plomo se eliminó en gran medida en América del Norte en 1996, los suelos próximos a las carreteras construidas antes de esa fecha retienen altas concentraciones de plomo. El plomo (de la azida de plomo (II) o el estifnato de plomo que se usa 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 al riesgo de envenenamiento por plomo.

Rutas de entrada

Los metales pesados ingresan a los tejidos de plantas, animales y humanos a través de la inhalación de aire, la dieta y la manipulación manual. 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. Las fuentes de agua (aguas subterráneas, lagos, arroyos y ríos) pueden estar contaminadas 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. El transporte a través del suelo puede verse facilitado por la presencia de vías de flujo preferenciales (macroporos) y compuestos orgánicos disueltos. 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 es la mayor fuente de metales pesados en los seres humanos. La absorción a través del contacto con la piel, por ejemplo, del contacto con la tierra o con juguetes y joyas que contienen metal, es otra fuente potencial de contaminación por metales pesados. Los metales pesados tóxicos pueden bioacumularse en los organismos ya que son difíciles de metabolizar.

Efectos perjudiciales

Los metales pesados "pueden unirse a componentes celulares vitales, como proteínas estructurales, enzimas y ácidos nucleicos, e interferir con su funcionamiento". Los síntomas y efectos pueden variar según el metal o el compuesto metálico y la dosis involucrada. En términos generales, la exposición prolongada a metales pesados tóxicos puede tener efectos cancerígenos en el sistema nervioso central y periférico y en la circulación. Para los humanos, las presentaciones típicas asociadas con la exposición a cualquiera de los "clásicos" los metales pesados tóxicos, o el cromo (otro metal pesado tóxico) o el arsénico (un metaloide), se muestran en la tabla.

Element	Acute exposure usually a day or less	Chronic exposure often months or years
Cadmium	Pneumonitis (lung inflammation)	Lung cancer Osteomalacia (softening of bones) Proteinuria (excess protein in urine; possible kidney damage)
Mercury	Diarrhea Fever Vomiting	Stomatitis (inflammation of gums and mouth) Nausea Nephrotic syndrome (nonspecific kidney disorder) Neurasthenia (neurotic disorder) Parageusia (metallic taste) Pink Disease (pain and pink discoloration of hands and feet) Tremor
Lead	Encephalopathy (brain dysfunction) Nausea Vomiting	Anemia Encephalopathy Foot drop/wrist drop (palsy) Nephropathy (kidney disease)
Chromium	Gastrointestinal hemorrhage (bleeding) Hemolysis (red blood cell destruction) Acute renal failure	Pulmonary fibrosis (lung scarring) Lung cancer
Arsenic	Nausea Vomiting Diarrhea Encephalopathy Multi-organ effects Arrhythmia Painful neuropathy	Diabetes Hypopigmentation/Hyperkeratosis Cancer

Historia

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 solo 1868. En ese año, Wanklyn y Chapman especularon sobre los efectos adversos de los metales pesados. "arsénico, plomo, cobre, zinc, hierro y manganeso" en agua potable. Señalaron una "ausencia de investigación" y se reducían a "la necesidad de abogar por la recolección de datos". En 1884, Blake describió una aparente conexión entre la toxicidad y el peso atómico de un elemento. Las siguientes secciones proporcionan miniaturas históricas de la "clásica" metales pesados tóxicos (arsénico, mercurio y plomo) y algunos ejemplos más recientes (cromo y cadmio).

Orpiment, un mineral arsénico tóxico utilizado en la industria del bronceado para eliminar el cabello de las pieles.

Arsénico

Arsénico, como rejalgar (Como
4S
₄) y oropimente (Como
₂S
₃), era conocido en la antigüedad. Estrabón (64–50 a. C. – ¿c. 24 d. C.?), un geógrafo e historiador griego, escribió que solo se empleaban esclavos en las minas de rejalgar y oropimente, ya que inevitablemente morirían a causa de los efectos tóxicos de los vapores emitidos por los minerales. La cerveza contaminada con arsénico envenenó a más de 6.000 personas en el área de Manchester de Inglaterra en 1900 y se cree que mató al menos a 70 víctimas. Clare Luce, embajadora estadounidense en Italia de 1953 a 1956, sufrió una intoxicación por arsénico. Su fuente fue rastreada hasta la pintura descascarada cargada de arsénico en el techo de su dormitorio. También pudo haber comido alimentos contaminados con arsénico en la pintura del techo que se estaba descascarando en el comedor de la embajada. El agua subterránea contaminada con arsénico, a partir de 2014, "sigue envenenando a millones de personas en Asia".

Mercurio

Catedral de San Isaac, en San Petersburgo, Rusia. El amalgama oro-mercurio utilizado para ceñir su cúpula causó numerosas bajas entre los trabajadores involucrados.

Se informa que el primer emperador de la China unificada, Qin Shi Huang, murió por ingerir píldoras de mercurio que estaban destinadas a darle la vida eterna. 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 alguna vez se usaron en la fabricación de sombreros de fieltro en los siglos XVIII y XIX. Históricamente, la amalgama de oro (una aleación con mercurio) se usaba mucho en el dorado, lo que provocaba numerosas bajas entre los trabajadores. Se estima que solo durante la construcción de la Catedral de San Isaac, 60 trabajadores murieron a causa del dorado de la cúpula principal. Brotes de envenenamiento por metilmercurio ocurrieron en varios lugares de Japón durante la década de 1950 debido a descargas industriales de mercurio en ríos y aguas costeras. Los casos más conocidos fueron en Minamata y Niigata. Solo en Minamata, más de 600 personas murieron debido a lo que se conoció como la enfermedad de Minamata. Más de 21 000 personas presentaron reclamos ante el gobierno japonés, de los cuales casi 3000 obtuvieron la certificación de tener 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 discapacidades graves del desarrollo. 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.

Holandés Boy blanco plomo pintura anuncio, 1912.

Plomo

Los antiguos conocían los efectos adversos del plomo. En el siglo II a. C., el botánico griego Nicander describió los cólicos y la parálisis que se observan en las personas envenenadas por plomo. Dioscórides, un médico griego que se cree que vivió en el siglo I d.C., escribió que el plomo "hace que la mente ceda". El plomo se usó ampliamente en los acueductos romanos desde aproximadamente el 500 a. C. hasta el 300 d. C. El ingeniero de Julio César, Vitruvio, informó: "El agua es mucho más saludable en las tuberías de barro que en las tuberías de plomo". Porque parece que el plomo lo hace nocivo, porque de él se produce plomo blanco, y se dice que es nocivo para el cuerpo humano." 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. En los siglos XVII y XVIII, la gente de Devon padecía una afección conocida como cólico de Devon; se descubrió que esto se debía a la ingestión de sidra contaminada con plomo. En 2013, la Organización Mundial de la Salud estimó que el envenenamiento por plomo resultó en 143.000 muertes y "contribuyó[d] a 600.000 nuevos casos de niños con discapacidad intelectual", cada año. En la ciudad estadounidense de Flint, Michigan, la contaminación por plomo en el agua potable ha sido un problema desde 2014. El origen 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". En 2015, la concentración de plomo en el agua potable en el noreste de Tasmania, Australia, alcanzó un nivel de más de 50 veces las pautas nacionales prescritas para el agua potable. La fuente de la contaminación se atribuyó a "una combinación de infraestructura de agua potable en ruinas, incluidas tuberías con juntas de plomo, tuberías de cloruro de polivinilo al final de su vida útil y plomería doméstica".

Cromo

El cromato de potasio, un carcinógeno, se utiliza en el teñido de telas, y como agente bronceador para producir cuero.

Los compuestos de cromo (III) y el cromo metálico 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. En 1890, Newman describió el elevado riesgo de cáncer de los trabajadores de una empresa de tintes de cromato. Se informó dermatitis inducida por cromato en trabajadores aeronáuticos durante la Segunda Guerra Mundial. En 1963, se produjo un brote de dermatitis, que va desde el eritema hasta el eccema exudativo, entre 60 trabajadores de una fábrica de automóviles en Inglaterra. Los trabajadores habían estado lijando en húmedo la pintura de imprimación a base de cromato que se había aplicado a las carrocerías de los automóviles. En Australia, se liberó cromo de la planta de explosivos de Newcastle Orica el 8 de agosto de 2011. Hasta 20 trabajadores de la planta estuvieron expuestos, al igual que 70 casas cercanas en Stockton. El pueblo solo fue notificado tres días después del lanzamiento y el accidente provocó una gran controversia pública, con Orica criticada por minimizar el alcance y los posibles riesgos de la fuga, y el gobierno estatal atacado por su lenta respuesta al incidente.

99.999% bar de cadmio de pureza y 1 cm³ Cubo.

Cadmio

La exposición al cadmio es un fenómeno de principios del siglo XX y en adelante. En Japón en 1910, Mitsui Mining & Smelting Company comenzó a descargar cadmio en el río Jinzū, como subproducto de las operaciones mineras. Los residentes de los alrededores 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". En 1955, se identificó al cadmio como la causa probable y en 1961 se vinculó directamente la fuente a las operaciones mineras en el área. En febrero de 2010, se encontró cadmio en joyas de Miley Cyrus exclusivas de Walmart. Wal-Mart continuó vendiendo joyas hasta mayo, cuando las pruebas encubiertas organizadas por Associated Press confirmaron los resultados originales. En junio de 2010, se detectó cadmio en la pintura utilizada en los vasos promocionales de la película Shrek Forever After, vendidos por los restaurantes McDonald's, lo que provocó la retirada de 12 millones de vasos.

Remediación

Un anión EDTA metálico. Pb desplaza Ca dentro Na
₂[CaEDTA] para dar Na
₂[PbEDTA], que se desmaya del cuerpo en la orina.

En los seres humanos, la intoxicación por metales pesados generalmente se trata mediante la administración de agentes quelantes. Estos son compuestos químicos, como CaNa2EDTA (etilendiaminotetraacetato de calcio disódico) que convierten los metales pesados en formas químicamente inertes que se pueden excretar sin interacción adicional con el cuerpo. Los quelatos no están exentos de efectos secundarios y también pueden eliminar los metales beneficiosos del cuerpo. Los suplementos de vitaminas y minerales a veces se administran conjuntamente por este motivo.

Los suelos contaminados por metales pesados pueden remediarse mediante una o más de las siguientes tecnologías: aislamiento; inmovilización; reducción de toxicidad; separación física; o extracción. Aislamiento implica el uso de tapas, 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 dificultar 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. Extracción es un proceso dentro o fuera del sitio que utiliza productos químicos, volatilización a alta temperatura o electrólisis para extraer contaminantes de los suelos. El proceso o procesos utilizados variarán según el contaminante y las características del sitio.

Beneficios

Algunos elementos considerados como metales pesados tóxicos son esenciales, en pequeñas cantidades, para la salud humana. Estos elementos incluyen vanadio, manganeso, hierro, cobalto, cobre, zinc, selenio, estroncio y molibdeno. Una deficiencia de estos metales esenciales puede aumentar la susceptibilidad al envenenamiento por metales pesados.

Notas explicativas

^ Hasta una sexta parte de la tierra cultivable de China podría verse afectada por la contaminación de metales pesados.

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