metaller og organiske miljøgifter - uio.no · zforstyrrelse av hem-syntese og -nedbrytning zanemia znyreskader zdannelse av granuler, fibrose zskader på proksimale tubuli (redusert

metaller

Ketil Hylland

[email protected]@niva.no

stoffgruppermetaller

Cd, Pb, Hg, Zn, Cu, ..

halogenertedioksiner/dibensofuraner, PCB, andre klorertebromorganiske (PBB, PBDE, ..)fluorerte...

polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH)VOC (volatile organic compounds)metall-organiskeorganofosfaterftalater, alkylfenolerfarmaka

stoffgruppermetaller

Cd, Pb, Hg, Zn, Cu, ..

halogenertedioksiner/dibensofuraner, PCB, andre klorertebromorganiske (PBB, PBDE, ..)fluorerte...

polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH)VOC (volatile organic compounds)metall-organiskeorganofosfaterftalater, alkylfenolerfarmaka

heavy metal?det periodiske system- (18 ikke-metaller, metalloider, alkalimetaller, lanthanider, actinider)- edle metaller (Pt, Au, Ag, Os, Ir, ..)

= overgangsmetaller (Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Fe, Mn, ..) + ”tungmetaller” (Hg, Pb, Tl, Bi) + spesielle metaller (Al, Ga, In, Sn)

essensielle og ikke-essensielleuorganiske og organiske former (Hg, Se, As, Sn, Pb)

ikke-essensielle: Cd, Hg, Pb, As (?), Niessensielle: Cu, Zn, Se, Cr ++brukt i terapi: Al, Bi, Ga, Au, Pt, +

naturlig forekomst og giftighet

Lithner (1989), Sci. total Environ. 87/88: 365

akkumulering og fordeling

metall-bindende proteinermetallotionein

Cu, Zn (Cd, Hg, ..)regulerer tilgjengelighet, ”avgiftning”

ferritinlagringsprotein for Fe

transferrintransportprotein for Fe (plasma)

caeruloplasminbinder Cu, enzymatisk rolle (Fe)akutt-fase reaktant?

(albumin)

metaller - generelttilstandsform og mulige tilstandsformeravgjørende for (øko)toksikologisk betydningviktig å skille essensielle og ikke-essensielle metallerofte interaksjon mellom ulike metaller, viktig for opptak, akkumulering, toksisitetikke alltid lik prioritering av betydningen av ulike metaller mhp human helse og økotoksikologi

arsen (As) - genereltflere tilstandsformer, både uorganisk og organiskeksponering via mat og drikkevann80-90% av uorganisk As tas opp fra mage-tarmogså opptak via hudorganisk As lite tilgjengeligutskilles hovedsakelig via urin, men også via hud og svettehalveringstid hos m avhengig av tilstandsform, men 10-30 dhøye nivåer av organisk As i enkelte marine organismer

As - giftighetakutt dødeligkronisk eksponering

anemianevrotoksisitetleverskade/gulsottoksidativ stress (?)

reprotoks hos forsøksdyr, men ikke kjent hos mkreftfremkallende

hud (blære)vanskelig å framkalle i dyremodeller

kadmium (Cd) - genereltto oksidasjonstrinn (0, ++)eksponering via mat (og sigarett-røyk)5-8% opptak i mage-tarmopptil 50% av Cd i røyk kan tas opp (lunger)transporteres bundet til albumin og rbcutskillelse hovedsakelig via urin

interaksjoner med Ca-metabolisme

Cd - giftighetlungeskade

bronkitt, fibrose

nyreskadeskade på beinvev

itai-itaiinteraksjon med andre faktorer (vit D mangel)

vaskulære effekterhøyt blodtrykk

kreftfremkallendelunge, prostata(?)

Cd - nyreskade

Cd - miljøpunkt-kilder: Norzink, Odda smelteverk, vulkaner, metall-industri, gruvedrift, fra fossilt brensel, elektrolytisk overflatebehandling (30% av bruk)produkter: gjødsel, bildekk, avfallsforbrenning, stabilisator i plast, pigment, loddetinn, keramikk, offeranoder

svært lite gjenvinningi hovedsak som klorid-komplekser i sjøvann (1-2% ionisk form), fritt ion i ferskvann

kadmium og metallotionein i rypenaturlig høye nivåer (berggrunn-jord-vier-rype)ikke åpenbare skadelige effekter

Cd (µg/g dw)

100 1000

MT

(µg/

mg

prot

ein)

0,1

1

10

Kongsvoll 0993 Kongsvoll 0294 Kongsvoll 0594 Essand 0294

i nyre

kvikksølv (Hg) - genereltorganisk og uorganiske former, tre oksidasjonstrinn (0, +, ++)eksponering via mat (mest organisk) og via dampopptak i mage-tarm avhengig av tilstandsform

metylHg - 90-95%ionisk Hg - 15%metallisk Hg - nærmest 0

akkumulering avhengig av tilstandsformmetylHg - hjerneuorganisk Hg - nyre

utskillelse via urin og avføring

Hg - giftighetutgangspunkt hovedsakelig i data fra ulykker i Japan og Irakuorganisk

akutt effekt - skade på mage-tarm, deretter skade på nyrerkronisk - skade på nyrer

metyl-kvikksølvakutt effekt - nevrotoksisitetkronisk effekt - nevrotoksisitet, redusert læring hos avkom av mødre som er eksponert

Hg - miljøpunkt-kilder: Borregaard, Norzink, avfallsforbrenning, krematorier, tannleger (avløp)produkter: Batterier, amalgam, elektrisk utstyr, pigment

lavt nivå i jordskorpaomtrent like mye tilført fra m aktivitet som naturlig

mest organisk Hg i organismer (>90% i fisk)interaksjoner med selen (Se)

bly (Pb) - generelt(organisk og) uorganisk; to oksidasjonstrinn (0, ++)eksponering via mat (og drikkevann)opptak i mage-tarm 5-15%omkring 90% av bly i blod er bundet i rbcto hovedlagre: beinvev og mykvevhalveringstid (beinvev) opptil 20 år

Pb - giftighetnevrotoksisk

mental utvikling hos barn (interaksjoner med Ca?)redusert hørseladferd, gjenkjennelse (voksne)

forhøyd blodtrykkhematologiske effekter

forstyrrelse av hem-syntese og -nedbrytninganemia

nyreskaderdannelse av granuler, fibroseskader på proksimale tubuli (redusert reabsorpsjon)

kreftfremkallendelungekreft, hjernesvulst

Pb - påvirkning av hem-metabolisme

Pb - miljøpunkt-kilder: Norzink, Odda smelteverk, Borregaard, glassverk, fossilt brensel, avfallsforbrenning produkter: batterier, (bensin), pigment, plast, blyhagl

bindes til partiklerALA-D som biomarkør hos fisk

ALA-D i blod fra torskA

LA-D

(µg

pbg/

min

/mg

prot

ein)

0

1

2

3

4

5

6

7

Færder Lista Bømlo

indre Oslofjord

Hardangerfjordenindre Sørfjord

19971998

kobber (Cu) - generelttre oksidasjonstrinn (0, +, ++)opptak regulerttransport i plasma bundet til albumin, deretter transcuprein og caeruloplasminlagres hovedsakelig i beinmarg og lever, bundet til metallotioneinkobber-mangel sjelden hos mmange enzymer knyttet til anabolismehovedsakelig utskilt via galle (og avføring)

Cu - miljøpunkt-kilder: avrenning gruvedrift, Borregaard, Falconbridge, not-impregnering, bunnstoff, metall-industri (overflatebehandling), avfallsforbrenningprodukter: elektrisk utstyr (omkring 50% av bruk), legeringer, rør (VVS), kunstgjødsel

svært giftig for noen marine organismer

høye nivåer i enkelte marine organismerinngår i respirasjonspigment (hemocyanin)

gruveavrenning og fiskCu-gruver, avrenning til vann og elver (Cu, Zn, Cd)fiskepopulasjoner i vann med høye metall-nivåer

log metall (Cd + Cu + Zn)-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6

log

met

allo

tione

in

-2

-1

0

1

2

DjupsjøenStore Hittervann

justert R2 : 0.86, n = 59.

parameter DF F-ratio sannsynlighet (p)lengde 1 0.147 0.70kjønn 2 11.0 0.0001log metall 1 29.8 < 0.0001kjønn x log metall 2 4.87 0.012sjø 1 25.0 < 0.0001

sink (Zn)to oksidasjonstrinn (0, ++)opptak regulert, 20-50% tas opp i mage-tarminngår i over 200 enzymer og proteiner, mange involvert i katabolisme, men også knyttet til gen-reguleringbindes til metallotioneininteraksjoner med kobber og kalsiumutskilles hovedsakelig via galle (og avføring)

gruveavrenning og elvesamfunnGrua gruvefelt (Zn, Cd)alger, bunnfauna, MT i muslinger

Cd Cu Znstasjon 1 0.02 - 0.04 0.4 - 1.6 0.5 - 4.8stasjon 2 0.05 - 0.11 0.5 - 0.7 9.4 - 23stasjon 3 0.52 - 1.30 0.8 - 1.5 300 - 670stasjon 4 0.43 - 0.72 0.8 - 1.2 250 - 390

02468

101214161820

Kiselalge

Antall taxa pr. 100

St. 1St. 2St. 3St. 4 1 2 3 4 referanse

Zn (µ

g/g

tørt

vev)

1

10

log Zn i gjelle1 10 100

resp

irasj

on

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1 2 3 4 referanse

met

allo

tione

in (r

elat

ive

enhe

ter)

0

5

10

15

20

25

30

Zn – humane effektermangel vanligere enn toksisitet – toksisitet hos m svært uvanlig og bare tilstede ved høye nivåereksempler fra arbeidsmiljøeksponering (”fumefever”) – støv/damp fra metall-bearbeiding, sveising

selen (Se)essensieltopptak synes ikke å være regulert, kan være over 50%fler-faset utskillelse (via urin); halveringstiderfra et par uker til over 100 dager

to hovedformer i celler: selenometionin, selenocysteinanti-karsinogen

Se - effektermangel vanligere enn toksisitetnoen eksempler fra USA (naturlig eksponering)

skader på hud, bindevevmisfarging av tenner, hudnevrologiske symptomer

antatt embryotoksisk og teratogent på grunnlag av studier enn andre arter enn m

tinnorganiske forbindelser (TBT+)punkt-kilder: skipsverft,havner, småbåthavnerprodukter: bunnstoff, treimpregnering, not-impregnering (forbudt siden 1990), i PVC (TPT)

effekter ved svært lave konsentrasjoner (bløtdyr) - 1 ng/Lpersistent i sedimentoppkonsentreres i begrenset grad i næringskjeden (metaboliseres)

biotilgjengelighet av metallerterrestrisk og akvatisk

lunger - gjeller/overflateføde

ferskvann og marintionerorganisk materiale

sedimentersulfid - oksygenorganisk materialeoverflate-interaksjonerbiologisk aktivitet

hvilke effekter?metallotionein - Cd, Cu, Zn (Hg)δ-aminolevulinsyre dehydratase (ALA-D) - Pbhem oksygenase - As, Cd, ..

responser til frie radikaler - Cu, Fevekstpotensiale (scope for growth) membranstabilitethistopatologiske lesjoner

oppsummeringhva er metaller?betydningen av essensielt og ikke-essensieltopptak og utskillelsede viktigste ikke-essensielle metallenede viktigste essensielle metallenetoksikologi - Cd, Hg og Pbøkotoksikologi - Cd, Hg, Pb, Cu, Zn, OSn