metaller Ketil Hylland

metaller Ketil Hylland k.d.e.hylland@bio.uio.no ketil.hylland@niva.no

stoffgrupper metaller Cd, Pb, Hg, Zn, Cu,.. halogenerte dioksiner/dibensofuraner, PCB, andre klorerte bromorganiske (PBB, PBDE,..) fluorerte... polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) VOC (volatile organic compounds) metall-organiske organofosfater ftalater, alkylfenoler farmaka

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-essensielle uorganiske og organiske former (Hg, Se, As, Sn, Pb) ikke-essensielle: Cd, Hg, Pb, As (?), Ni essensielle: 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 proteiner metallotionein Cu, Zn (Cd, Hg,..) regulerer tilgjengelighet, avgiftning ferritin lagringsprotein for Fe transferrin transportprotein for Fe (plasma) caeruloplasmin binder Cu, enzymatisk rolle (Fe) akutt-fase reaktant? (albumin)

metaller - generelt tilstandsform og mulige tilstandsformer avgjørende for (øko)toksikologisk betydning viktig å skille essensielle og ikke-essensielle metaller ofte interaksjon mellom ulike metaller, viktig for opptak, akkumulering, toksisitet ikke alltid lik prioritering av betydningen av ulike metaller mhp human helse og økotoksikologi

arsen (As) - generelt flere tilstandsformer, både uorganisk og organisk eksponering via mat og drikkevann 80-90% av uorganisk As tas opp fra mage-tarm også opptak via hud organisk As lite tilgjengelig utskilles hovedsakelig via urin, men også via hud og svette halveringstid hos m avhengig av tilstandsform, men 10-30 d høye nivåer av organisk As i enkelte marine organismer

As - giftighet akutt dødelig kronisk eksponering anemia nevrotoksisitet leverskade/gulsott oksidativ stress (?) reprotoks hos forsøksdyr, men ikke kjent hos m kreftfremkallende hud (blære) vanskelig å framkalle i dyremodeller

kadmium (Cd) - generelt to oksidasjonstrinn (0, ++) eksponering via mat (og sigarett-røyk) 5-8% opptak i mage-tarm opptil 50% av Cd i røyk kan tas opp (lunger) transporteres bundet til albumin og rbc utskillelse hovedsakelig via urin interaksjoner med Ca-metabolisme

Cd - giftighet lungeskade bronkitt, fibrose nyreskade skade på beinvev itai-itai interaksjon med andre faktorer (vit D mangel) vaskulære effekter høyt blodtrykk kreftfremkallende lunge, prostata(?)

Cd - nyreskade

Cd - miljø punkt-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 gjenvinning i hovedsak som klorid-komplekser i sjøvann (1-2% ionisk form), fritt ion i ferskvann

kadmium og metallotionein i rype naturlig høye nivåer (berggrunn-jord-vier-rype) ikke åpenbare skadelige effekter 10 Kongsvoll 0993 Kongsvoll 0294 Kongsvoll 0594 Essand 0294 i nyre MT (µg/mg protein) 1 0,1 100 1000 Cd (µg/g dw)

kvikksølv (Hg) - generelt organisk og uorganiske former, tre oksidasjonstrinn (0, +, ++) eksponering via mat (mest organisk) og via damp opptak i mage-tarm avhengig av tilstandsform metylhg - 90-95% ionisk Hg - 15% metallisk Hg - nærmest 0 akkumulering avhengig av tilstandsform metylhg - hjerne uorganisk Hg - nyre utskillelse via urin og avføring

Hg - giftighet utgangspunkt hovedsakelig i data fra ulykker i Japan og Irak uorganisk akutt effekt - skade på mage-tarm, deretter skade på nyrer kronisk - skade på nyrer metyl-kvikksølv akutt effekt - nevrotoksisitet kronisk effekt - nevrotoksisitet, redusert læring hos avkom av mødre som er eksponert

Hg - miljø punkt-kilder: Borregaard, Norzink, avfallsforbrenning, krematorier, tannleger (avløp) produkter: Batterier, amalgam, elektrisk utstyr, pigment lavt nivå i jordskorpa omtrent 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 rbc to hovedlagre: beinvev og mykvev halveringstid (beinvev) opptil 20 år

Pb - giftighet nevrotoksisk mental utvikling hos barn (interaksjoner med Ca?) redusert hørsel adferd, gjenkjennelse (voksne) forhøyd blodtrykk hematologiske effekter forstyrrelse av hem-syntese og -nedbrytning anemia nyreskader dannelse av granuler, fibrose skader på proksimale tubuli (redusert reabsorpsjon) kreftfremkallende lungekreft, hjernesvulst

Pb - påvirkning av hemmetabolisme

Pb - miljø punkt-kilder: Norzink, Odda smelteverk, Borregaard, glassverk, fossilt brensel, avfallsforbrenning produkter: batterier, (bensin), pigment, plast, blyhagl bindes til partikler ALA-D som biomarkør hos fisk

ALA-D i blod fra torsk 7 6 5 4 3 2 1 0 1997 1998 indre Oslofjord Hardangerfjorden indre Sørfjord Færder Lista Bømlo ALA-D (µg pbg/min/mg protein)

kobber (Cu) - generelt tre oksidasjonstrinn (0, +, ++) opptak regulert transport i plasma bundet til albumin, deretter transcuprein og caeruloplasmin lagres hovedsakelig i beinmarg og lever, bundet til metallotionein kobber-mangel sjelden hos m mange enzymer knyttet til anabolisme hovedsakelig utskilt via galle (og avføring)

Cu - miljø punkt-kilder: avrenning gruvedrift, Borregaard, Falconbridge, not-impregnering, bunnstoff, metall-industri (overflatebehandling), avfallsforbrenning produkter: elektrisk utstyr (omkring 50% av bruk), legeringer, rør (VVS), kunstgjødsel svært giftig for noen marine organismer høye nivåer i enkelte marine organismer inngår i respirasjonspigment (hemocyanin)

gruveavrenning og fisk Cu-gruver, avrenning til vann og elver (Cu, Zn, Cd) fiskepopulasjoner i vann med høye metall-nivåer 2 justert R 2 : 0.86, n = 59. parameter DF F-ratio sannsynlighet (p) lengde 1 0.147 0.70 kjønn 2 11.0 0.0001 log metall 1 29.8 < 0.0001 kjønn x log metall 2 4.87 0.012 sjø 1 25.0 < 0.0001 log metallotionein 1 0-1 -2-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 log metall (Cd + Cu + Zn) Djupsjøen Store Hittervann

sink (Zn) to oksidasjonstrinn (0, ++) opptak regulert, 20-50% tas opp i mage-tarm inngår i over 200 enzymer og proteiner, mange involvert i katabolisme, men også knyttet til gen-regulering bindes til metallotionein interaksjoner med kobber og kalsium utskilles hovedsakelig via galle (og avføring)

gruveavrenning og elvesamfunn Grua gruvefelt (Zn, Cd) alger, bunnfauna, MT i muslinger Cd Cu Zn stasjon 1 0.02-0.04 0.4-1.6 0.5-4.8 stasjon 2 0.05-0.11 0.5-0.7 9.4-23 stasjon 3 0.52-1.30 0.8-1.5 300-670 stasjon 4 0.43-0.72 0.8-1.2 250-390 Antall taxa pr. 100 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Kiselalge Zn (µg/g tørt vev) 10 St. 1 St. 2 St. 3 St. 4 1 1 2 3 4 referanse

11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 10 100 log Zn i gjelle respirasjon 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 referanse metallotionein (relative enheter)

Zn humane effekter mangel vanligere enn toksisitet toksisitet hos m svært uvanlig og bare tilstede ved høye nivåer eksempler fra arbeidsmiljøeksponering ( fume fever ) støv/damp fra metall-bearbeiding, sveising

selen (Se) essensielt opptak synes ikke å være regulert, kan være over 50% fler-faset utskillelse (via urin); halveringstider fra et par uker til over 100 dager to hovedformer i celler: selenometionin, selenocystein anti-karsinogen

Se - effekter mangel vanligere enn toksisitet noen eksempler fra USA (naturlig eksponering) skader på hud, bindevev misfarging av tenner, hud nevrologiske symptomer antatt embryotoksisk og teratogent på grunnlag av studier enn andre arter enn m

tinnorganiske forbindelser (TBT+) punkt-kilder: skipsverft,havner, småbåthavner produkter: bunnstoff, treimpregnering, notimpregnering (forbudt siden 1990), i PVC (TPT) effekter ved svært lave konsentrasjoner (bløtdyr) - 1 ng/l persistent i sediment oppkonsentreres i begrenset grad i næringskjeden (metaboliseres)

biotilgjengelighet av metaller terrestrisk og akvatisk lunger - gjeller/overflate føde ferskvann og marint ioner organisk materiale sedimenter sulfid - oksygen organisk materiale overflate-interaksjoner biologisk aktivitet

hvilke effekter? metallotionein - Cd, Cu, Zn (Hg) δ-aminolevulinsyre dehydratase (ALA-D) - Pb hem oksygenase - As, Cd,.. responser til frie radikaler - Cu, Fe vekstpotensiale (scope for growth) membranstabilitet histopatologiske lesjoner

oppsummering hva er metaller? betydningen av essensielt og ikke-essensielt opptak og utskillelse de viktigste ikke-essensielle metallene de viktigste essensielle metallene toksikologi - Cd, Hg og Pb økotoksikologi - Cd, Hg, Pb, Cu, Zn, OSn