1 kg szárazelem a talajban 8000 liter vizet szennyez

Mi történik azzal a sok elemmel, amit naponta kidobunk?A szeméttelepre kerül.Mi pedig nyugodt lélekkel azt hisszük, hogy jól végeztük a dolgunkat.Azonban abba nem gondoltunk bele, hogy milyen folyamatok játszódnak le bennük, miután bomlásnak indulnak, és az hogyan hat a környezetünkre!

Az akkumulátorok és az elemek általában valamilyen nehézfémet tartalmaznak, mint pl.az ólom, higany, nikkel,kádmium, réz, cink,ezüst stb., amelyek mérgezően hatnak a környezetünkre és ránk is.

Nikkel-kádmium – régi, de viszonylag rossz hatásfokú technológia.Ott használják, ahol hosszú életű, sokszor újratölthető és a hőmérsékletre nem túl érzékeny áramforrásra van szükség, PMR rádiókban, orvosi berendezésekben találkozunk leggyakrabban velük.Hátrányuk hogy mérgező fémeket tartalmaznak!

Nikkel-metál-hidrid – az előzőnél jobb hatásfokú de rövidebb életű is.Szintén tartalmaz mérgező fémeket.Mobiltelefonokban és Laptopokban leginkább velük találkozunk.

Ólom-kénsavas – vagy savas akkumulátorok – azoknál a berendezéseknél gazdaságosak, ahol a méret nem nagyon számít.Leginkább kórházi berendezésekben fordulnak elő: kerekesszékek, vészvilágítások és egyéb szünetmentes berendezések áramforrásai.Erősek, olcsók és szinte helyettesíthetetlenek.

Lítium-Ion –a legyorsabban fejlődő fajta, számuk rohamosan nő.Jó hatásfokot és kis tömeget jelentenek egyszerre, de biztonsági okokból különböző védelmi rendszereket kell kiépiteni üzemeltetésüknél(túltöltés, hőmérsékletnövekedés).NoteBook-oknál és mobiloknál egyre gyakrabban alkalmazott akku-tipus, de megjelentek az orvosi készülékekben is.

A nehézfémek a szeméttelepekről esővel belemosódnak a földbe, a növények gyökereikkel felszívják őket, és már meg is mérgeződött a tápláléklánc első tagja.A növényt megeszik az állatok és az ember.Ha a növényeket ki is vizsgálnánk, még nem biztos hogy meg tudnánk óvni magunkat a mérgezéstől, ugyanis a magasabb rendű élőlények szervezetében – mint amilyenek az állatok és az ember – már olyan koncentrációban is kedvezőtlen hatásúak, ami a növények fejlődését kimutathatóan még nem befolyásolja.Erről tanúskodnak azok az adatok, miszerint Japánban mérgezések történtek a bányavizekből eredő növényi táplálékkal felvett kádmiumtól(ITAI-ITAI – kór) az ipari műveletek kapcsán feldúsúló metil-higany vegyületektől (MINAMATA – kór).Mindez arra utal, hogy a természetes vizek toxikus fémekkel történő ellenőrizhetetlen szennyezése komoly következményekkel jár.E fémek mérgező hatását növeli az a tény is, hogy nehezen távolíthatók el a szervezetből, mert lerakódnak a zsírszövetben és más szövetekben, szervekben.A higany és a kádmium főleg a vesében, májban raktározódik, az ólom pedig az agysejtekben és a csontokban.

Normál esetben a talajvíz kis mennyiségben tartalmaz nehézfém – ionokat, ólmot, inkább a kevésbé káros sók formájában tartalmazza.

Ezek nehezen oldódó szervetlen vegyületek, ezért nem tudnak nagyobb kárt okozni a szervezetben (PbS-galenit,PbCO₃ – ceruzit,PbSO₄ –anglezit, Pb(OH)₂).

A talajvíz ólomtartalma (Pb²⁺): <10µg/l

A tengervízé: <0,03µg/l

Az ivóvízé pedig: <100µg/l

A nehézfémekkel való mérgezés molekuláris mechanizmusai:

A fémek mérgező hatása a kémiai minőségükön kívül a koncentrációtól függ, és attól, hogy milyen kémiai formában vannak jelen, s milyen mértékű és sebességű az abszorpció (elnyelés), és a kiürülés.A fém toxicitás mechanizmusa igen összetett és sok szempontból ma még részleteiben fel nem tárt folyamatok sorozata.

1) A fémionok kapcsolatba léphetnek a fehérje, ill. az enzimmolekulák olyan funkciós csoportjaival, amelyek bizonyos biokémiai folyamatokban fontos szerepet játszanak.

A fehérjék és a szulfhidril csoportjai nélkülözhetetlenek, egyes bioredoxi folyamatokban.Ennek következtében diszulfid hidak alakulnak ki.

2-SH = = = -S-S- + 2 H⁺ + 2e^-

Ezek igen számottevőek a fehérjék harmadlagos szerkezetének kialakításában és befolyásolhatják bizonyos enzimek aktivitását.A szulfhidril csoportokat némely nehézfémion (higany, ólom, kádmium blokkolja).

Az ólommérgezés egyik tünete a vérszegénység, amely a porfirinanyagcserében bekövetkező rendellenesség következménye.Az ólomionok ugyanis a hemoglobin bioszintézisében több enzim működését gátolják az emlitett kölcsönhatás következtében.Az ólom egyéb enzimek aktivitását is gátolja, ezért zavarok keletkezhetnek az ingervezetésben, ill. a foszfát és a cukoranyagcserében.

2) Az enzimaktivitás szempontjából fontos fémiont egy másik fémion kiszorithatja az enzim aktiv helyéről(kiszoritásos reakció).Erre a mechanizmusra is számos példa hozható fel.Súlyos következményekkel jár az a kiszoritásos reakció, amelynek során az aluminiumionok a magnézium aktiválta enzimekben a magnéziumionok helyébe lépnek.

E reakció következtében az enzimaktivitás nagymértékben csökken, és az egyebek között a foszfátanyagcsere zavarával jár együtt.Az aluminiummérgezés egyik tünete az oszteomaláció(csontlágyulás).

3) Az enzim aktiv helyét kompeticiós (versengési) reakcióban valamilyen mérgező fém foglalja el. Az enzim aktiv helyéért egy létfontosságú fémion, (pl. Zn²⁺) és egy mérgező fémion ( pl. Cd²⁺) verseng.A gyorsabban beépülő erősebb kötést létesitő - de az enzimaktivitást csökkentő – fémion válik az enzim integráns részévé.

A kádmium toxicitás egyebek között a redkivüli csonttörékenységben (ITAI-ITAI – kór) nyilvánul meg, a kádmiumionok ugyanis zavarokat idéznek elő a foszfátanyagcserében.

4) A mérgező fémek némelyike a sejthártya ioncsatornáin át bejuthat a sejt belsejébe.

5) Bizonyos fémek hatására megváltozhat a biomolekulák aktív (a biológiai funkció szempontjából legelőnyösebb) komformációja (térbeli szerkezete).

Ez igen súlyos következményekkel járhat, ugyanis ahhoz, hogy a biomolekulák és a membránok biológiai funkciójukat el tudják látni, meghatározott térbeli szerkezettel kell rendelkeznie.Egyes fémionok ezt a kívánatos szerkezetet stabilizálják, míg mások gyengitik vagy teljesen megváltoztatják.A DNS tárolja a genetikai információt.Nemkívánatos konformáció változásának nagyon súlyos következményei lehetnek (pl. rák kifejlődése, torz fejlődés, stb.).Néhány fémion (kádmium, berillium, higany) esetében kimutattak ilyen hatást.

6) Bizonyos körülmények között a hidrofil fémionból lipofil tulajdonságú molekula képződhet. Erre az átalakulásra a higany példája a legszemléletesebb.A környezetbe jutó higanyion baktériumok hatására metilálódhat és metil-higany vegyületek keletkezhetnek.

Legfontosabb a metil-higany-klorid.(CH₃HgCl – az ilyen tipusú vegyületeket Grignard – reagensnek nevezzük)A nem ionos metil-higany-klorid lipofil molekula, s így be tud jutni a sejtek belsejébe, az agyi régióba, súlyos károsodást okozva az agysejtekben, és a központi idegrendszerben.

Hasonló toxicitást mutatnak az aluminiumionok is.Ők ionos formában nem tudnak bejutni az agyba, mivel azt egy „szűrőberendezés” (vér – agy gát) megakadályozza.Az aluminiumionok azonban kötődni tudnak ahhoz a fehérjéhez (Traszferrinhez) amely a vasat szállítja az agysejtekbe.Az aluminium így kerülhet az agyba, ahol dialízisdemenciát, bizonyos fajta agykárosodást okozhat.

7) Mérgezést okozhatnak azok az oxidativ tulajdonságú fémet tartalmazó ionok, amelyek

káros hatású gyököket termelnek, pl. kromát ion(CrO₄^2-) amely egyike a potenciális rákkeltő anyagoknak.A kromát ion át tud jutni a sejthártyán, bekerülhet a sejtmagba, és bizonyos szerves molekulákat oxidálva olyan gyökök keletkezhetnek, amelyek reakcióba léphetnek a DNS - molekulával.Ennek következtében kötések szakadhatnak fel és keresztkötések jöhetnek létre.Mindezek hibás génrepresszióhoz vezethetnek.A kromátion redukciója során képződő króm(III) – ionok pedig nagyon erősen kötődnek a DNS – molekula foszfátcsoportjaihoz.

A legtöbb nehézfém(pl. ólom, higany, kádmium, aluminium, réz) más tünetek mellett hajhullást eredményez.Ezek mellett a higany még vese és idegméreg.A kádmium tüdő,vese – és májkárosodást okoz, valamint rákkeltő.

Észrevették, hogy az autista gyerekenél különösen magas a higanyszint.Ez egyrészt azzal magyarázható, hogy ők sok antibiotikumot szednek, ami gátolja a higanyürítést.Az ilyen betegeknél alacsony a glutation és a cisztein koncentrációja, ezek viszont szükségesek lennének a higany és más mérgező fémek eltávolítására.

- A toxikus fémek, de a rádióaktiv izotópok legnagyobb része is részben vagy teljesen eltávolítható a szervezetből komplexképző vegyületekkel.Ezt kelátterápiának nevezzük.

a) a toxikus fémionok a Metallotionein nevű fehérjéhez kötődnek.Ez a fehérje sok, a nehézfémek megkötésére alkalmas szulfhidril – csoportot tartalmaz, elsősorban a vesében, és a májban található.A szervezetbe jutó fémionok (főleg kádmium és higany) indukálják a Metallotionein szintézisét.

b) Egyes toxikus nehézfémek kipárologhatnak a szervezetből.Erre jó példa a higany, ugyanis a rendkívül mérgező metil – higany – klorid további metilációval gáz halmazállapotú dimetil – higannyá alakul.

Hasonló módon távozik a szelén is a szervezetből.E félfémből rendkívül illékony, kellemetlen illatú dimetil – szelén keletkezik, ami légzéssel, ill. verejtékkel távozik

c) Némely mérgező fémion szilárd fázisba épül be.Ilyen példával találkozunk amikor kismennyiségű ólom jut a szervezetünkbe(amennyi még nem okoz vérszegénységet).Ilyenkor a vesetubullusokban apró szemcsék jelennek meg, melyeknek ólomtartalma három – négy nagyságrenddel nagyobb, mint a rendes ólomszint a vesében (0,01ppm helyett 60ppm).Ezek a szemcsék ólmon kivül tartalmaznak még kálciumot, cinket, glikogént és különböző fehérjéket.

Egyes sejttipusok különös stratégiát fejlesztettek ki a kádmium detoxifikálására.A kádmiumionok jelenlétében a sejtekben kb. 200 nm átmérőjű kádmium – szulfid részecskék képződnek, amelyeket fehérjemolekulák vesznek körül.Ennek eredményeképpen a kádmium – ionok toxikus hatása megszűnik.