تصفیه آب و رایج ترین فلزات سنگین و منشأ و عوارض آن ها بخش اول
در اینجا، خلاصه ای از رایج ترین فلزات سنگین، منابع آن ها و باری که به بدن انسان می افزایند را مشاهده می نمایید که توسط آزمایشگاه Doctor’s Data Inc (جایگاه اطلاعات دکتر) ارائه شده اند. آزمایشگاه Doctor’s Data Inc (DDI) یک آزمایشگاه بالینی برتر با بیش از 30 سال تجربه و مختص آزمایشات عنصری سمی و ضروری است. تست های این آزمایشگاه برای تشخیص، سنجش، پیشگیری و درمان بار فلزات سنگین در انسان ها و همچنین کمبودهای تغذیه ای، عملکرد دستگاه گوارش، سم زدایی کبد، اختلالات متابولیک و بیماری هایی با منشا زیست محیطی مورد استفاده قرار می گیرند. فلزات سنگین رایج: »آلومینیوم »آنتیموان »آرسنیک »باریم »بیسموت »کادمیوم »سرب »جیوه »نیکل »قلع »اورانیوم آلومینیوم منابع رایج آلومینیوم زیست-دستیاب عبارتند از: ظروف آلومینیومی، ظروف تخت و به خصوص قهوه جوش ها؛ فرمولاسیون هیدروکسید آلومینیوم ضد اسید؛ برخی از انواع لوازم آرایشی و بهداشتی، به ویژه اسپری ها، و برخی از گیاهان یا محصولات گیاهی. ظروف آلومینیومی، به ویژه اگر غذاهای اسیدی مانند رب گوجه فرنگی (که حاوی سالیسیلات ها هستند) در آن ها طبخ شود، نگران کننده هستند. در لوازم آرایشی و اسپری ها، کلرید آلومینیوم ممکن است به عنوان قابض استفاده شود. در تصفیه آب، آلوم (سولفات سدیم آلومینیوم) ممکن است برای انعقاد مواد جامد پراکنده و بهبود شفافیت آب به کار رود. آلومینا و یا Al203 یک ماده ی شیمیایی بسیار پایدار است و زیست-دستیاب نمی باشد. سیلیس حلالیت آلومینیوم را کاهش می دهد و سیلیکات آلومینیوم چندان زیست-دستیاب نیست. خاک های رس، مانند بنتونیت، حاوی آلومینیومی هستند که از نظر زیست-دستیابی فقیر است. ظروف غذایی آلومینیومی با پوششی از جنس پلیمر یا پلاستیک تولید می شوند که از تماس مستقیم مواد غذایی و آلومینیوم جلوگیری می کند، با ارائه ی چنین پوششی آسیبی به بار نمی آید. در مسیر گوارشی، فسفات ها با یون های آلومینیوم واکنش داده و فسفات آلومینیوم نامحلول را تشکیل می دهند. اگر این مسدود کننده های فسفات 100٪ کارآمد بودند، عملا هیچ آلومینیومی جذب نمی شد. بدیهی است که این فرایند تشکیل فسفات ناقص است زیرا سطوح بافت بدن (مانند مو) معمولا حاوی مقادیر قابل اندازه گیری از آلومینیوم هستند. در بدن، آلومینیوم در مسیر افزایش غلظت فسفات پیش می رود: پلاسما، سیتوزول، هسته ی سلول. مادامی که در هسته ی سلول موجود باشد، اثرات نامطلوبی بر تشکیل پروتئین می گذارد. سلول هایی با طول عمر زیاد مانند نورون مستعد تجمع طولانی مدت هستند. آلومینیوم مخدر اعصاب در نظر گرفته شده و به عنوان یک عامل ثبات دهنده (از طریق ترکیبات فسفات آلومینیوم) در گرفتاری های نوروفیبریلاتوری در بیماری آلزایمر نقش دارد (علوم، 267، صص 793-4، 1995). در سلول ها، آلومینیوم چرخه ی اسید سیتریک آنزیم دهیدروژناز ایزوسیترات که مسئول تسریع تشکیل آلفا-کتوگلوتاریک اسید است را متوقف می کند. هیپرآمونمی می تواند یکی از اثرات این توقف باشد. آلومینیوم همچنین هگزوکیناز را که یک آنزیم مرتبط با فسفر وابسته به منیزیم است را مهار می کند. بدون مداخله ی این آنزیم، آلومینیوم به طور مستمر در بدن تجمع یافته و در پیری یا به هنگام مرگ به بالاترین غلظت خود می رسد. خستگی، هیپوفسفاتمی، افزایش زمان پروترومبین و پورفیری با ازدیاد غلظت آلومینیوم مرتبط می باشد. برای اثبات افزایش بار آلومینیوم موجود در بدن می توان از تست عنصر مو کمک گرفت. برای تایید ازدیاد آلومینیوم، می توان از یک تحریک دهانی با آمینو اسید گلیسین، به مقدار 80 میلی گرم بر کیلوگرم وزن بدن (در دوزهای منقسم) ، 24 ساعت قبل از کی لیت تشخیصی EDTA و جمع آوری ادرار پس از آن استفاده نمود (منابع غذایی / نوشیدنی آلومینیوم را در طول این روش حذف کنید). آنتیموان در موارد خاص که سطوح آنتیموان بالاتر از حد انتظار است، ممکن است علائم مرتبط و اثرات سمی موجود نباشد. علت این امر این است که آنتیموان (با نماد شیمیایی Sb) دو ظرفیتی است: SB + 3 و Sb+5 . SB + 3 سمی تر است، اما اغلب از طریق مدفوع دفع می شود. سمیت SB + 5 کمتر است، کمتر به بافت های بدن متصل می شود و اغلب از طریق ادرار دفع می شود. آنتیموان ممکن است از طریق استنشاق گرد و غبار نمک یا اکسید جذب شود، همراه با مواد غذایی یا مایعات (آلوده) بلعیده شود، یا جذب پوستی گردد. استنشاق ممکن است در مناطق صنعتی رخ دهد که در آنجا ذوب و یا تهیه ی آلیاژی صورت می گیرد (معمولا با مس، نقره، سرب و قلع). Sb حدود 0.01 درصد وزن تنباکو را تشکیل می دهد. حدود 20٪ از این مقدار معمولا از طریق مصرف سیگار استنشاق می شود (کارسون و همکاران، سم شناسی و نظارت بیولوژیکی بر فلزات در بدن انسان، لوئیس پاب. ص 21، 1987). ترکیبات آنتیموان برای منسوجات و پلاستیک های ضد حریق استفاده می شود، و این عنصر ممکن است در الکترودهای باتری، سرامیک ها و رنگدانه ها یافت شود. آنتیموان می تواند از طریق تهیه ی باروت یا استفاده ی مکرر از سلاح گرم جذب شود. مطالعات اخیر، سطوح بالایی از آنتیموان را در ملافه های تهیه شده از پوست گوسفند نشان می دهد که در نیوزیلند تولید شده اند. علائم آلودگی خفیف آنتیموان ممکن است موذیانه و مختلف باشد، از جمله: خستگی، ضعف عضلانی، میوپاتی، و حس کردن طعم فلز در دهان. کلریدها و اکسیدهای هر دو ظرفیت آنتیموان می تواند جهش زا باشد و ممکن است عملکرد گلبول سفید را تحت تاثیر قرار دهد. آنتیموان می تواند به سایت های سولفیدریل (-SH) در آنزیم ها بپیوندد و با متابولیسم سلولی تداخل پیدا کند. علائم حاد آلودگی آنتیموان عبارتند از: التهاب بافت های تنفسی و پنوموکونیوز با استنشاق (مزمن) گرد و غبار آنتیموان، همولیز RBC با استنشاق بخار استیبین (SbH3) و درد معده در صورت مصرف خوراکی. تماس پوستی می تواند "لکه های آنتیموان" یا بثوراتی شبیه به آبله مرغان را ایجاد کند. کپک ها می توانند گازی به شدت مخدر عصبی به نام استیبین را از آنتیموان تولید کنند؛ استیبین فعالیت استیل کلینستلاس را متوقف می کند. تجزیه و تحلیل یک عنصر مو را می توان به عنوان تستی برای تایید افزایش بار آنتیموان در بدن استفاده نمود. تجزیه و تحلیل فلزات مدفوع را می توان برای تایید تماس/ابقاء SB + 3 سمی به کار برد. آنتیموان ممکن است در توزیع DMPS یا DMSA پس از ادرار افزایش یابد. آرسنیک آرسنیک یک فلز پیچیده است، که انواع ترکیبات، اعم از آلی و غیر آلی را تشکیل می دهد. ترکیبات آلی آرسنیک مانند نمک های آرسنوبتین، آرسنوکولین، آرسنوسوگار و تترامتیل آرسنیوم حاوی کربن بوده و به طور عمده در موجوداتی که در دریا می زیند یافت می شوند، با این حال گاهی اوقات نیز می توان آنها را در گونه های زنده ی روی زمین یافت. شکل های غیر آلی آرسنیک، مانند آرسنیت و آرسنات به طور کلی سمی تر هستند و عمدتا منشاء زمین شناسی دارند. این ها را می توان در خاک کشاورزی و آب های زیرزمینی مورد استفاده برای آشامیدن یا آبیاری یافت. هنگامی که آب با مواد معدنی یا رسوبات حاوی آرسنیک تماس پیدا می کند، باعث می شود انسان و سایر موجودات زنده عمدتا از طریق مصرف روزانه غذا یا آب آلوده در معرض آن قرار بگیرند. راه های دیگر جذب آرسنیک از طریق ریه ها و پوست است. از نظر صنعتی، آرسنیک و ترکیبات آن به طور عمده در تولید آفت کش ها، علف کش ها و حشره کش و همچنین در تولید نیمه رسانا به منظور تقویت آلیاژهای مس و سرب در طول فرآیند تولید باتری استفاده می شود. با توجه به سمیت آن برای حشرات، باکتری ها و قارچ ها، آرسنیک هنوز به عنوان یک روش تحریک رشد و پیشگیری از بیماری ها به غذای حیوانات افزوده می گردد (عمدتا در پرورش صنعتی خوک و مرغ ایالات متحده آمریکا ). علاوه بر این، حدود 70 درصد از آرسنیک تولیدی جهان هر ساله برای حفظ چوب مورد استفاده در محصولات فضای باز مانند تزئینات مسکونی، مکان های بازی، نرده ها و میزهای پیک نیک به کار می رود. اگر این محصولات قبل از سال 2004 ساخته شده و یک رنگ مایل به سبز داشته باشند، به احتمال بسیار قوی برای جلوگیری از پوسیدگی یا آسیب حشرات، به آن ها آرسنیک مالیده اند. تحقیقات نشان داده است که وقتی باران می بارد، این ماده نگهدارنده چوب متشکل از آرسنیک از چوب شسته شده و به هنگام تماس با پوست می تواند از این سطوح جدا شود. کودکانی که در ساختمان ها یا سایر سطوحی که به آن ها آرسنیک زده اند، بازی می کنند، آرسنیک به دستشان می چسبد و سپس به هنگام فرو بردن دستشان در دهان و مالش چشم شان و یا خوردن غذا، آن را جذب می کنند. با توجه به گروه کاری محیط زیست (EWG) مقدار آرسنیک در چوب هایی که به آن آرسنیک زده اند، می تواند بسیار زیاد باشد. برای مثال، یک چوب استاندارد با مساحت 12 فوت (2 × 6) شامل 1 اونس آرسنیک خالص است که می تواند 250 بزرگسال را بکشد. برآورد شده است که کودکان در هر بازدید از زمین بازی 630 میکروگرم از آرسنیک را مصرف می کنند و تنها 5 دقیقه تماس دست با چوبی که به آن آرسنیک زده اند، می تواند تا 1260 میکروگرم به میزان فعلی آرسنیک بیفزاید. با اینکه سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده (EPA) به تازگی استاندارد آرسنیک موجود در آب آشامیدنی را از 50 ppm (50 میکروگرم بر لیتر) به 10 ppm (10 میکروگرم بر لیتر) کاهش داده است، هنوز هم خطر ابتلا به سرطان و یا بیماری های دیگر وجود دارد زیرا تمام سطوح قبلی، فعلی و بعدی به هنگام تماس با بدن، با هم ترکیب می شوند. هنگامی که غلظت آرسنیک غیرآلی در ادرار اندازه گیری می شود، مقدار جذب آرسنیک در یک فرد را نشان می دهد که معمولا از 5 تا 20 میکروگرم آرسنیک بر لیتر است، اما در بسیاری از موارد حتی ممکن است از 1000 میکروگرم بر لیتر تجاوز کند. اغلب سموم، پس از ورود به بدن، تمام اندام ها را به یک شیوه تحت تاثیر قرار نمی دهند. معمولا، یک هدف مولکولی یا اندام خاص اثر سمی اولیه را دریافت می کند و در ارتباط با آرسنیک، سیستم عصبی محیطی هدف اصلی است. نشانه های اولیه ی قرار گرفتن در معرض آرسنیک عبارتند از: تعریق بیش از حد، درد یا ضعف عضلات و تغییر رنگ پوست. به نقل از ویلیام آ. کرافت، آسیب شناس پزشکی و استاد سابق دانشکده پزشکی دانشگاه ویسکانسین، تماس حاد افراد با آرسنیک می تواند موجب ایجاد علائم مرتبط و عوارض جانبی سمیت، مانند درد روده، سوزش چشم و گلو، اسهال، سرگیجه یا تهوع، بی حسی، ناتوانی قلبی و عروقی و حتی مرگ شود. تماس مزمن طولانی مدت و یا تجربه ی تابش حاد می تواند موجب از کار افتادن حس محیطی، از کار افتادن سیستم عصبی مرکزی، تغییرات رنگ پوست (هایپرکراتوزیس)، سرطان پوست و ریه ها یا بیماری بلک فوت (BFD)شود؛ این بیماری شکل شدید بیماری عروق محیطی (PVD) است که منجر به ایجاد قانقاریا (فساد عضو بر اثر نرسیدن خون) می شود. از آنجا که به هنگام قرار گرفتن کودکان در معرض آرسنیک، هیچ سطحی ایمن محسوب نمی شود، علائم مسمومیت آرسنیک برای آنها می تواند حتی شدیدتر باشد، مانند: از دست دادن قوه ی تکلم، تشنج، بثورات، آسیب مغزی و حتی سرطان ریه، پوست یا مثانه. ممکن است از تجزیه و تحلیل خون، مو، ناخن و نشانگر زیستی ادرار برای تست افزایش میزان آرسنیک موجود در بدن استفاده شود. اغلب آرسنیک موجود در خون به سلول های قرمز خون می پیوندد. در هنگام بلع، آرسنیک توسط کبد به شکل متیله ای از آرسنیک تبدیل شده و با نیمه عمر 3 - 5 روز از طریق ادرار دفع می شود. از آنجا که آرسنیک به سرعت از خون پاک می شود، این نشانگر را تنها می توان در موارد مسمومیت حاد با آرسنیک یا قرار گرفتن در معرض سطوح بالای آن استفاده کرد. آرسنیک از طریق لایه ی بیرونی پوست و عرق دفع می شود. آرسنیک به پروتئین های حاوی سولفیدریل متصل شده و در مو و ناخن تجمع می یابد که آن ها را می توان به صورت خط های افقی سفیدی به نام خطوط میس مشاهده نمود. باریوم اغلب پس از قرار گرفتن در معرض باریوم (یک ماده مقابله) در حین انجام تست های تشخیص پزشکی (به عنوان مثال «بلع باریوم»، «مجموعه دستگاه گوارش فوقانی»، «تنقیه باریوم»، و غیره)، افزایش سطوح باریم مشاهده می شود. سطوح بالای باریم ممکن است در متابولیسم کلسیم و ابقاء پتاسیم تداخل ایجاد کند. مصرف حاد محلول های باسالت (نیترات ها، سولفیدها و کلریدها) می تواند سمی باشد. تماس مزمن با باریم ممکن است به تحریک عضلانی و قلبی، سوزن سوزن شدن اندام ها و از دست دادن واکنش های تاندون منجر شود. باریم با توجه به تراکم بالایش، برای جذب اشعه و در سپرهای بتنی اطراف راکتورهای هسته ای و در گچ های مورد استفاده در کابین های اشعه ایکس به کار می رود. کاربرد اصلی باریم در پزشکی به عنوان رسانای متقابل است. ابقاء بلند مدت باریم ممکن است رخ دهد - پس از استفاده تشخیصی از سولفات باریم، گرانولوم روده ی بزرگ گزارش شده است. باریم تیتانات بلورین یک ترکیب سرامیکی است که در خازن ها و مبدل ها به کار می رود. باریم همچنین برای تولید رنگدانه در رنگ و شیشه های تزئینی استفاده می شود. ترکیبات انحلال پذیر باریم به شدت سمی هستند و می توان از آن ها به عنوان حشره کش استفاده کرد. آلومینات های باریم برای تصفیه ی آب، تسریع انجماد بتن، تولید زئولیت های مصنوعی و در صنایع تولید کاغذ و مینای دندان مورد استفاده قرار می گیرد. اگر چه باریم خیلی کم به صورت خوراکی جذب می شود، (کمتر از 5٪) مقدار آن در بادام زمینی و کره ی بادام زمینی (حدود 3000 نانوگرم بر گرم) ممکن است بسیار بیشتر از تخم مرغ و غذاهای آماده و منجمد مانند همبرگر، سیب زمینی سرخ کرده و سوسیس (400 تا 500 نانوگرم بر گرم) باشد. شایان ذکر است که مصرف باریم در کودکان بسیار بیشتر از بزرگسالان است. سطح باریم (و همچنین سطوح عناصر دیگر) موجود در آب را می توان با تست آب ارائه شده توسط DDI سنجید. می توان از اندازه گیری الکترولیت های خون به عنوان تستی برای تایید افزایش سطح باریم استفاده کرد، زیرا احتمالا هیپوکالمی با افزایش باریم مرتبط است.