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PIOMBO E MERCURIO

Sembeni Benedetta, Moretti Marzia, Bottin Serena

INTRODUZIONE

I metalli sono sostanze a struttura policristallina con peculiari caratteristiche chimiche e fisiche e vengono distinti in base alle caratteristiche tossicologiche in:

- metalli essenziali e non essenziali

-metalli pesanti e non pesanti

Pb e Hg sono considerati metalli non essenziali e appartenenti alla categoria dei metalli pesanti.

METALLI PESANTI densità superiore a 5g/cm3,

Estremamente tossici perché, sotto forma di ioni o di composti, sono solubili in acqua e possono essere rapidamente assorbiti nelle piante e nei tessuti degli animali.

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PIOMBO

GENERALITÀ

Non essenziale

Ubiquitario

Duttile, soffice e malleabile

• Forma ionica Pb2+SO42–

• Forma di composti covalenti Pb(C2H5)4

• Sali basici Pb(OH)2·2PbCO3

• Composti organici

In natura lo troviamo:

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UTILIZZI NELLA STORIA

6500 a.C

1550 a.C Antichi egizi

Impero Romano

Medioevo come tinta per capelli

XVI secolo come cosmetici

UTILIZZI ODIERNI

Antidetonante nella benzina

Tubature

Vernici

Materiale da costruzione

Armi e munizioni

Batterie al piombo

Oli esausti

Insetticida e erbidida

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FONTI

PB PRESENTE NELL’ATMOSFERA

(VOLATILE)

PB TRASPORTATO DALL’ACQUA

PB NEL CIBO PB NEL SUOLO

VIE

ESPOSIZIONE

INALAZIONE INGESTIONE CONTATTO

ESPOSIZIONE

Esposizione professionale: polveri e fumi (addetti all’estrazione o alla fusione del Pb, addetti alla saldatura, addetti alla produzione o all’uso delle vernici, addetti alla produzione di pallini da caccia, restauratori);

Modesto (ES: contatto con benzine contenenti piombo).

Extra-professionale: alimenti e bevande, assunzione di piombo nell’età infantile tramite ingestione di frammenti di vernici provenienti da giocattoli;

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INDICATORI BIOLOGICI DI ESPOSIZIONE

• PIOMBEMIA (Pb-B): concentrazione di piombo nelsangue

• PIOMBURIA (Pb-U): concentrazione di piombonell'urina.

• PbB-EDTA: concentrazione di piombo nell'urina dopo la somministrazione di farmacichelanti.

• VALORE LIMITE BIOLOGICO: 60 µg/100 ml di sangue

TOSSICOCINETICA E TOSSICITÀ

Assorbimento:

tratto digestivo, polmone, minimamente cute.

Distribuzione:

vari tessuti (molli e mineralizzati) attraverso il circolo ematico, presente sia nella membrana che nell’emoglobina degli

eritrociti.

Accumulo:

>95% nei tessuti mineralizzati (ossa e

denti).

Escrezione:

con la bile (feci) e urine.

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INTOSSICAZIONE CRONICA - SATURNISMO

ANEMIA COLICA INTESTINALE

IPERTENSIONE ARTERIOSA

ALTERAZIONE DELL'ABILITA' MANUALE E

AUMENTO DEI TEMPI DI

REAZIONE

NEFROPATIA NEUROPATIA

MECCANISMO D’AZIONE

Elevata affinità per il gruppo

sulfidrilico (SH)

Elevata affinità per il gruppo

sulfidrilico (SH)

"Mima" il calcio e si sostituisce ad

esso

"Mima" il calcio e si sostituisce ad

esso

Causa effetti avversi sugli acidi

nucleici

Causa effetti avversi sugli acidi

nucleici

Inibizione dell’acido δ-

aminolevulinico deidratasi (ALA-D)

Inibizione dell’acido δ-

aminolevulinico deidratasi (ALA-D)

Interferisce con la sintesi del gruppo

EME

Interferisce con la sintesi del gruppo

EME

Inibizione della ferrochelatasiInibizione della ferrochelatasi

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FOCUS INTERFERENZA CON CALCIO

Molte proteine di segnalazione usano livelli variabili di calcio per regolare le attività cellulari. Il piombo avvelena queste proteine legandosi nel sito di legame del calcio riducendo così la loro sensibilità ai livelli di calcio.

La proteina chinasi C che ha un piccolo dominio che usa due ioni calcio per ancorarsi alla membrana cellulare ed attivare un sistema di segnalazione.

La calmodulina cattura quattro ioni calcio per trasformarsi nella forma attiva. Nella struttura avvelenata sulla destra, il piombo occupa non solo i siti di legame del calcio, ma si lega anche in altri siti della proteina.

FOCUS SINTESI EME

La proteina ALAD (acido 5-amminolevulinico deidrogenasi) realizza il primo passaggio nella sintesi dell’anello dell’eme e per catalizzare questa reazione ha bisogno di uno ione zinco. L’enzima avvelenato è completamente inattivo e quindi si blocca la sintesi di nuovi gruppi eme e di conseguenza si manifesta l’anemia che è uno dei sintomi più comuni nell’avvelenamento da piombo.

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FOCUS SINTESI EME

L'enzima ALAD che lega lo zinco (verde)

usando gli atomi di zolfo (gialli) di tre

cisteine. Sotto lo zinco, è presente una lisina

(amminoacido basico) che termina con un

azoto (blu) che sta legando una molecola

precursore della sintesi dell'eme (rosa).

Le dimensioni dell'atomo di piombo (grigio) sono maggiori di quelle dello zinco per questo sporge sotto le tre cisteine spingendo in basso la catena sottostante che quindi impedisce alla lisina di legare i precursori dell'eme. L'enzima avvelenato con piombo, quindi, è inattivo.

MERCURIO

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GENERALITÀ

Colore grigio, liquido a T ambiente

Metallo di transizione

Facilmente vaporizzabile

Forma facilmente leghe con altri metalli

Elevata conducibilità elettrica

UTILIZZI NELLA STORIA

Antico Egitto 1500 a.C.

Antichi greci e romani

Cina, India e Tibet

Manifatturadei cappelli

Odontoiatriae medicina

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UTILIZZIODIERNI

Componenti di attrezzature, come

interruttori, misuratori, termometri, barometri,

batterie, colori e vernici

Ingrediente in composti chimici e in laboratori

chimici (ES. fenilmercurioacetato)

OdontoiatriaEsposivi o innescanti

Industria elettro-chimica nella produzione di

soda caustica

Lampade a vapori di Hg

RILASCIO DI MERCURIO

NATURALEattività vulcanica, erosione delle rocce,

movimenti delle acque, processi biologici

ANTROPICAcombustione dei carburanti fossili

(carbone), centrali elettriche, estrazione di Hg e Au, produzione del cemento,

pesticidi, soda caustica, produzione di clorine, equipaggiamento medico e

odontoiatrico, sversamenti industriali, incenerimento di spazzatura e cadaveri

RIMOBILIZZAZIONEdi fonti passate

mercurio nel terreno, nei sedimenti, nell’acqua, nei rifiuti, nelle discariche.

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CICLO BIOGEOCHIMICODEL MERCURIO

Attraverso le emissioni, la forma di mercurio elementare Hg (0) vieneossidata nell'atmosfera nella forma Hg (II), che successivamente sidepositerà sul suolo e nei bacinimediante le piogge.

I batteri anaerobi effettueranno una metilazione (MeHg) di una piccolaquantità di Hg(II) che sibioaccumulerà nella catena troficamarina.

La restante parte subiràvarie reazioni biotiche e abioticheche permetteranno l'intercorversionedelle diverse forme di Hg per ricominciare il ciclo.

Mercurio

Composti inorganici

Composti mercurosi(+ 1) --> Hg (I)

Composti mercurici(+2) --> Hg(II)

Composti organici

Compostialchilmercuriali

Compostiarilmercuriali

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MERCURIO ELEMENTARE

Volatilizza a T

ambiente

Inalazione dei vapori

Diffonde nella

membrana alveolo-capillare

Passa nei globuli

rossi e nel cervello

Intossizione acuta:bronchite o polmonite interstiziale, associate a manifestazioni neurologiche

Intossizione cronica: alterazioni neurologiche a carico del SNC accompagnati da stomatite e gengivite

MERCURIO INORGANICO

Intossicazione acuta

• Ulcerazioni, emorragie e necrosi del GIT

• Successivi danni renali con necrosi dell'epitelio tubulare prossimale

Assorbimento GITLegame con I gruppi tiolici

delle proteine

Denaturazione proteine

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INDICATORI BIOLOGICI DI ESPOSIZIONE

•Hg-B: concentrazione di mercurio nel sangue.

•Limite superiore di riferimento: 1µg/100 ml

•Hg-U: concentrazione di mercurio nelle urine.

•Limite superiore di riferimento: 10µg/L

•Hg-H: concentrazione di mercurio nei capelli

•Limite superiore di riferimento: 5µg/g di tessuto

METILMERCURIO

I pesci,i crostacei e i mammiferi marinirappresentano la

principale risorsa di esposizione umana al

metilmercurio

Nella catena troficaacquatica è

bioaccumulato e biomagnificato con ilivelli più alti nei pesci

predatori, specialmente nel

fegato, nel cervello, nei reni e nel muscolo.

Il mercurio organico è originato dal mercurioinorganico presente neifiumi, nei laghi enegli

oceani e deriva dall'attività di

metilazione dei batteriche riducono il

solfato.

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1865 due chimici morirono e un altro rimase avvelenato dopo aver versato il dimetilmercurio sul pavimento del laboratorio

XX secolo utilizzo in agricoltura come funghicidaCONTADINI manifestarono sintomi neurologici

50'-60'disastri in Giappone (Minamata e Niigata)PESCATORI manifestarono sintomi nervosi

70' Iraq utilizzo di semi avvelenati per produrrepane

2010 Brasile Amazonico villaggio di pescatori vicinole miniere d'oro

EFFETTI

Disseminata perdita di cellule del cervelletto

Parestesia dei piedi e delle mani

Atassia

Costrizione concentrica bilaterale del campo visivo

Sordità e compromissione della parola

Tremori

Anormale movimento degli occhi

Occasionalmente disturbi mentali e alterazione del gusto e dell'olfatto

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MINAMATA DISEASE

ASSORBIMENTO DISTRIBUZIONE METABOLISMOESCREZIONE

Assorbimentonel GIT

Distribuzione tramite glieritrociti

Demetilazione a livello di fegatoIntervento delle

MT

Escrezione bile ma RICIRCOLO

ENTEROEPATICO

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MECCANISMO D'AZIONE Perturbazione deilivelli di calcio intracellulari

Induzione dello stress ossidativo dovuto a: sovrapproduzione di

ROS e/o dalla riduzionedella capacità di difesa

ossidativa

Interazione con ilgruppi -SH e

quindi possibilealterazione di proteine

e enzimi

La citotossicità del

MeHg si può attribuire

a tre meccanismi

principali

TRATTAMENTO CONTROL'AVVELENAMENTO DA METALLI PESANTI -ESSERE UMANO

Inattivare i metalli

biodisponibili con

CHELANTI

Inattivare i metalli

biodisponibili con

CHELANTI

Eliminare i metalli in

circolo

Eliminare i metalli in

circolo

Prevenire ulteriore

assorbimentodei metalli

Prevenire ulteriore

assorbimentodei metalli

Trattameto medico

d'elezione

Trattameto medico

d'elezioneComposti organici e inorganici

Composti organici e inorganici

Complesso ad anello

-CHELATO

Complesso ad anello

-CHELATO

Escrezioneattraverso

la via urinaria

Escrezioneattraverso

la via urinaria

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CHELANTI

EDTA: Chela grande varietàdi ioni metallici

• Aumenta neurotossicità del Hg• CaNa2EDTA: utilizzo extracellulare;

ridistribuzione del Pb e del Hg a livello cerebrale

• Na2EDTA: altera il bilancioelettrolitico e più tossicodi CaNa2EDTA

BAL: chela Hg in forma inorganica ed elementare e Pb

• Con Hg organico forma complessoliposolubile che si ridistribuisce a livello di tutti I tessiti (anchecervello)

• Aumenta la distribuzione del Pb al cervello

DPA

• Reazioni anafilattiche nei soggettiallergici alla penicillina

CHELANTI

DMSA: evita redistribuzione a livello di cervello ed organi vitalied ha scarsi effetti collaterali• Non chela Pb a livello di ossa• Agisce a livello extracellulare

DMPS: riduzione di livellidi Hg e Pb sia nel

cervello che in tutto ilcorpo

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TRATTAMENTO CONTRO L'AVVELENAMENTO DA METALLI PESANTI -AMBIENTE

2 gruppi di metodiche per risanare l'ambiente e rimuovere i metalli pesanti:

1. METODICHE DI DECONTAMINAZIONE FISICA E CHIMICA

2. METODICHE DI BIORISANAMENTO

METODICHE DI DECONTAMINAZIONE FISICA E CHIMICA

Metodiche convenzionali, come:• Vitrificazione/solidificazione/stabilizzazio

ne• Incenerimento del suolo• Estrazione del terreno contaminato

attraverso scavo• Soil flushing

Costi elevati - Impraticabile - Non specifiche - Aumento volume di rifiuti

Inefficacia a basse concentrazioni di HM -Alterazione delle proprietà del terreno -

Interferenza con la microflora nativa

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METODICHE DIBIORISANAMENTO

Coinvolgonoorganismi viventi per ridurre e recuperaregli inquinanti presenti

nell'ambiente e convertirli in forme

meno tossichePuò sfruttare anche organismi viventi

naturalmente presenti nell'ecosistema -Sostenibile ed eco-friendly -

Ricostruzione dello stato naturaledell'ambiente - Economici

BIORISANAMENTO - BATTERI

Hanno la capacità di andare a recuperaredall'ambiente i metalli

pesanti e ridurli in composti meno tossici

Hanno la capacità di andare a recuperaredall'ambiente i metalli

pesanti e ridurli in composti meno tossici

Devono mantenerel'omeostasi del

proprio organismoe resistere alla

tossicità dei metallipesanti

Devono mantenerel'omeostasi del

proprio organismoe resistere alla

tossicità dei metallipesanti

GENI DI RESISTENZA clusterizzati in

OPERONI

GENI DI RESISTENZA clusterizzati in

OPERONI

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RESISTENZA BATTERICA AL MERCURIO

OPERONE MER

• MerT e MerP: proteine strutturali coinvolte nel trasporto dello ione Hg2+.

• MerR: regolatore trascrizionale;

• MerD: regolatore secondario della trascrizione;

• MerC e MerF: proteine strutturali di trasporto di Hg2+ alternative;

• MerA: enzima omodimerico reduttasi del mercurio;

• MerB: liasi organomercurica;

• MerE: proteine di membrana addizionali.

AZIONE DELLA REDUTTASI DEL MERCURIO E DELLA LIASI ORGANOMERCURIALE

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RESISTENZA BATTERICA AL PIOMBO

OPERONE PBR

• PbrT: proteina di membrana della famiglia delle permeasi, che media l’uptake di Pb2+;

• PbrD: proteina intracellulare di legame del Pb2+;

• PbrA: ATPasi di tipo P della famiglia delle pompe ad efflusso di metalli;

• PbrB: piccola lipoproteina esterna alla membrana, che promuove la rimozione del Pb2+ pompato da PbrA all’interno del compartimento periplasmatico;

• PbrC: peptidasi di segnale.

CONCLUSIONEAnche se, con il passare degli anni, l'utilizzo di Hg e Pb è stato ridotto, vi sono ancora diverse fonti che possono rappresentare un rischio sia per la salute pubblica, ma anche per il mantenimento del buono stato dell'ecosistema.

Risulta essere necessario, quindi, implementare:

•L'utilizzo di materiali (in tutti i settori) che sostituiscano Hg e Pb con sostanze non nocive o meno tossiche per l'uomo, in modo tale da ridurre il più possibile l'esposizione a questi (ed altri) metalli pesanti;

•Metodiche eco-friendly ed economiche (rispetto al rapporto costi/benefici) che permettano di andare a ripulire l'ambiente dai contaminanti.

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GRAZIE PER L'ATTENZIONE

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