Puede sonar poco intuitivo hablar de metales dentro del ámbito de los alimentos o como parte de la composición tejidos biológicos. A veces se habla de ellos en calidad de nutrientes como el zinc o el hierro; en otras ocasiones su presencia en el medio ambiente se considera como contaminante y representan un riesgo serio para la salud de la población. Lo que es un hecho, es que los metales forman parte importante de la actividad humana.

Metales vs No Metales

Por experiencia se asocia que los metales son grises, brillantes y duros, que se les puede torcer o moldear al aplicar bastante fuerza y calor; aún así, algunos de ellos no siempre van bien con esta definición habitual. El cesio, por ejemplo, es un líquido que al menor contacto con el aire o el agua se incendia y llega a ocasionar una explosión o una deflagración, por lo que nunca se le encuentra puro de forma natural.

En sentido químico, un elemento tiene un carácter metálico en la medida que tiende a donar o regalar electrones de su capa atómica externa a otros átomos para alcanzar el equilibrio electrónico, mientras que un carácter no metálico consiste en acaparar o quitar electrones para lograr dicho cometido.

Los metales son elementos químicos pasivos o carentes de iniciativa en el sentido en que no suelen promover la formación de compuestos entre ellos mismos. Por el contrario, los no metales son más activos y tienden a formar compuestos tanto con los metales como entre sí, por lo que no es de extrañar que sean los no metales como el carbono, nitrógeno y oxígeno los que conformen en gran mayoría las moléculas de las que se componen a los seres vivos.

Los metales en los organismos vivos

Los papeles que llevan a cabo los metales en los organismos son principalmente dos: en el primero, sodio, calcio y potasio se encuentran disueltos en el agua que conforma el fluido celular e intracelular; por el fenómeno de ósmosis, sus concentraciones regulan con precisión el flujo de líquido hacia dentro y fuera de la membrana, lo que hace posible transmitir señales celulares. En el segundo rol, los átomos de algunos metales como el hierro o el cobalto se encuentran asociados a ciertas moléculas biológicas para ejercer un papel catalizador que favorece la ocurrencia de las reacciones químicas vitales. El transporte del oxígeno en la sangre, por ejemplo, está mediado por la molécula de hemoglobina en la cual, a uno de sus átomos de hierro se le “adhiere” una molécula de oxígeno, para su transporte; en la fijación de nitrógeno, un átomo de molibdeno se presta como el sitio activo para romper una molécula de nitrógeno gaseoso e incorporar los átomos a moléculas biológicas. Estas y otras reacciones, aunque vitales, requieren un número muy reducido de átomos, por lo que unos cuantos miligramos o microgramos del metal en un organismo suele ser más que suficiente. Más allá de este umbral pueden hacerse perniciosos.

Con todo, muchos metales son literalmente inútiles para los seres vivos, sin una sola reacción bioquímica documentada, siendo en el mejor de los casos poco tóxicos y, en el peor, tóxicos al grado de causar daño crónico o incluso la muerte con unos cuantos microgramos.

Metales pesados

El término metal pesado suele designar algunos elementos situados en el “vientre” de la tabla periódica (véase la figura 1) y que tienen una densidad elevada: osmio, mercurio, plomo, oro, cadmio, etc. Si bien es cierto que muchos de estos metales son sumamente tóxicos, el mecanismo bioquímico por el que lo hacen es independiente a su densidad y existen algunos otros elementos fuera de esta ubicación como el arsénico y el uranio cuya toxicidad ameritan también constantes monitoreos en agua destinada para el consumo, así como en alimentos vegetales y de origen animal.

En general, los metales pesados actúan reaccionando con las enzimas del organismo, alterando su forma de manera que ya no puedan ejecutar sus funciones vitales para las células. Los aminoácidos cisteína y metionina son un objetivo común, ya que los metales suelen tener alta afinidad con el átomo de azufre de éstos. También existen otros mecanismos de toxicidad, como la generación aumentada de radicales libres que ocasionan daño celular.

La acumulación en determinados organismos es variable, por ejemplo el Cr y Pb son bloqueados a nivel radicular, otros como Cadmio y Mercurio son más zootóxicos que fitotóxicos, es decir pueden acumularse en tejido vegetal hasta concentraciones que serían nocivas para animales, sin efecto adverso para la planta, por lo contrario la elevada fitotoxicidad del Cu, Ni y Zn hacen que el vegetal haga una barrera de protección frente a la cadena trófica. También la tasa a la que se acumulan los metales en el organismo varía; el cadmio, por ejemplo, se desecha una vez ingerido a una tasa muy lenta, por lo que los niveles permitidos por la normatividad ambiental son mucho más bajos en comparación con otros.

Actividad antropogénica y metales pesados

A pesar de su toxicidad, los metales pesados tienen propiedades que han sido útiles en la industria: el plomo es químicamente resistente y fácil de trabajar como para usarlo en soldaduras; el arsénico es útil en la industria de semiconductores. En muchos casos, como el plomo y el mercurio, se han encontrado sustitutos con los cuales el uso de estos metales tiende a desaparecer debido a su alto grado de toxicidad y a que en los procesos químicos en los que se emplean estos elementos se pueden generar residuos que terminan por descargarse al medio ambiente.

Debido a su condición de elementos químicos, los metales pesados son imposibles de degradar por lo que es necesario separarlos del material que los contiene, concentrarlos en la medida de lo posible y confinarlos. Una vez vertidos al ambiente su separación es costosa y en la práctica difícilmente se realiza.

Definición y Clasificación de los metales pesados

La definición de Metal pesado es utilizada para aquellos que tienen una densidad mayor o igual a 5g/cm³; también se refiere a elementos que son tóxicos para los humanos y son ampliamente usados en la industria.

La toxicidad de estos elementos depende en gran medida de las cantidades que se ingieren, ya que inclusive los elementos esenciales en grandes dosis resultan tóxicos.

De acuerdo a la figura 3 se tienen tres formas de clasificar a los metales. El Platino (Pt) y el Oro (Au) son los más pesados, no se consideran esenciales y tampoco hay evidencia de que sean contaminantes. Hay algunos otros metales que se encuentran de una forma abundante, por ejemplo Fe, Mn, Zr y V, los cuales son considerados esenciales; y otros que no son esenciales como el Cd, Hg y Pb son consideramos como zootóxicos.

Principales metales pesados

Dentro de esta categoría se puede encontrar el Zinc (Zn), Cobre (Cu), Níquel (Ni), Cadmio (Cd), Plomo (Pb), Mercurio (Hg), Arsénico (As) y Cromo (Cr); debido a su alto potencial de acumulación en los tejidos humanos, es importante el análisis de estos elementos de manera rutinaria para monitorear el agua, alimentos y procesos industriales. En el caso de las aguas residuales domésticas los metales están siempre presentes en concentraciones bajas, pero en aguas residuales industriales se tienen concentraciones más altas.

Efectos de los metales pesados en la salud

• Arsénico

El arsénico inorgánico soluble es extremadamente tóxico. La ingesta de arsénico inorgánico durante un período prolongado puede conducir a una intoxicación crónica (arsenicosis). La intoxicación crónica por arsénico afecta principalmente la piel y las vías respiratorias como perforación del tabique nasal y cáncer de piel y pulmón.

• Cadmio

El cadmio tiene efectos tóxicos en los riñones y en los sistemas óseo y respiratorio; además, está clasificado como carcinógeno para los seres humanos.

• Mercurio

El mercurio es tóxico para la salud humana, y constituye una amenaza especialmente para el desarrollo del bebé en el útero y en los primeros años de vida, la absorción de mercurio en todo el cuerpo afecta el sistema nervioso central y los riñones.

• Plomo

El plomo es un metal tóxico cuyo uso generalizado ha sido la causa de la importante contaminación ambiental y los problemas de salud registrados en muchos lugares del mundo. Se estima que la exposición al plomo provoca 143.000 muertes cada año y es responsable del 0,6% de la carga de morbilidad mundial. El plomo es un material tóxico de efecto acumulativo que afecta a diversos sistemas orgánicos, como los sistemas neurológico, hematológico, gastrointestinal y renal.

• Cromo

Es considerado como un metal pesado tóxico, las aguas que presentan una concentración suficientemente alta para este metal presentan un peligro para la salud ya que es potencialmente carcinogénico, mutagénico y teratogénico. El cromo se puede encontrar en forma de dos especies químicas: el cromo hexavalente es la más tóxica y se trata de un tóxico inhalable. En el agua residual se regula el cromo hexavalente, para agua de consumo se regula el cromo total.

• Cobre

Los vapores de cobre (generados en actividades como la soldadura y la metalurgia) pueden causar una intoxicación aguda con fiebre, es irritante de los ojos, piel y membranas mucosas, una exposición crónica por ingestión puede causar náuseas, vómito, anorexia y decoloración verdosa de la piel y cabello.

• Níquel

La intoxicación por inhalación de compuestos o vapores de níquel presenta síntomas análogos a los de la gripe y puede conducir a largo plazo a casos de edema pulmonar y causar rápidamente la muerte si no se trata.

• Zinc

El zinc como óxido de zinc se absorbe por los pulmones y por el tubo digestivo provocando la fiebre de zinc, sus síntomas son análogos a la gripe y se caracterizan por sudores, temblores, dolores, escalofríos, náuseas, vómito, cansancio, etc.

La toxicidad de un metal depende de la dosis en la que se ingiera, así como de la cantidad excretada.

El plomo y el mercurio se pueden considerar tóxicos sistémicos, al ser ingeridos y distribuidos por la sangre ya que afectan diversos órganos.

Regulaciones de Metales pesados

Es muy importante el análisis de estos metales para su control y disposición al medio ambiente. En Microlab Industrial contamos con los siguientes análisis de los principales metales pesados; esto para muestras de alimentos, hielo, aguas de consumo humano potables y purificadas hasta aguas naturales, residuales, residuales tratadas, lodos y biosólidos.

Dependiendo del tipo de muestra se debe elegir el tipo de normativa que se usará, así como el tipo de técnica por el cual se realizará de acuerdo a la sensibilidad que se requiera alcanzar.

En la siguiente tabla podemos observar el tipo de muestra que se puede tener y la normativa que se podría usar. Para mayor información pregunta por nuestros tipos de análisis, de modo de ofrecerte el mejor servicio que cubra los requerimientos que necesitas así como el tiempo y forma del análisis.

BIBLIOGRAFÍA

1. Bautista Z. Francisco, 1999, Introducción al estudio de la contaminación del suelo por metales pesados, libros tecnológicos, páginas: 33-40.
2. Organización Internacional del Trabajo, 2003, La seguridad y la salud en las industrias de los metales no ferrosos, Oficina Internacional del Trabajo, páginas: 150-160