Los metales pesados como polucionantes tóxicos
Juan Carlos Codina Escobar y Alejandro Pérez García
Los metales pesados son un grupo de elementos caracterizados
por poseer propiedades metálicas y una densidad superior a 5. Aunque
en este grupo se incluyen varios elementos esenciales para el crecimiento,
reproducción y/o supervivencia de los organismos vivos, otros muchos
con gran importancia económica e industrial pueden ocasionar efectos
perjudiciales. Definir los principales metales tóxicos no es fácil.
La Agencia para la Protección Ambiental de los Estados Unidos (E.P.A.)
ha definido al berilio (un metal traza ligero) y al mercurio (un metal
traza pesado) como peligrosos, lo cual significa que una ligera exposición
a los mismos puede causar daños a la salud humana. Otros nueve metales
han sido definidos como posibles elementos peligrosos, lo cual significa
que su peligrosidad es potencial y que deben mantenerse bajo control. Son
el bario, el cadmio, el cobre, el plomo, el manganeso, el níquel,
el cinc, el vanadio y el estaño. Todos éstos, excepto el
manganeso son metales traza, y todos, excepto el bario, son metales pesados.
[Duffus, Toxicología Ambiental. Ed. Omega (1983)]
El medio ambiente recibe aportes de metales de origen tanto natural
como artificial. Son procesos naturales que aportan metales al ambiente,
fenómenos geológicos normales como la formación de
menas, la meteorización y erosión de las rocas, la lixiviación
y los fenómenos volcánicos en el fondo marino. Los aportes
de origen artificial son consecuencia de la actividad humana, la mayoría
procedentes de procesos desarrollados en la minería y en la industria.
Los metales pesados poseen una gran capacidad para unirse con muy diversos
tipos de moléculas orgánicas. Los procesos de bioacumulación
son debidos básicamente a la imposibilidad, por parte del organismo
afectado, de mantener los niveles necesarios de excreción del contaminante,
por lo que sufre una retención en el interior del mismo. El proceso
se agrava a lo largo de las cadenas tróficas, debido a que los niveles
de incorporación sufren un fuerte incremento a lo largo de sus sucesivos
eslabones, siendo en los superiores donde se hallan los mayores niveles
de contaminantes. Una vez incorporados a los tejidos, los metales son capaces
de reaccionar con una gran variedad de sustancias. Sus efectos tóxicos
específicos sobre un sistema biológico, sin embargo, dependen
de reacciones con ligandos que son esenciales para la función normal
de ese sistema. Así, los metales muestran gran afinidad por grupos
sulfhidrilo y, en menor medida, por radicales amino, fosfato, carboxilo,
imidazol e hidroxilo, pertenecientes a enzimas y otras proteínas
esenciales. Los ácidos nucleicos también resultan afectados
por los metales pesados. Éstos ocasionan un efecto genotóxico
que puede ser catalogado en las siguientes categorías: (a) mutaciones
genéticas; (b) aberraciones cromosómicas; (c) alteraciones
en la síntesis y reparación de ácidos nucleicos; y
(d) transformaciones celulares.
Hay similitudes concretas en la toxicidad de ciertos metales. Así,
aunque las proteínas particulares que son principalmente afectadas
por mercurio, plomo, cadmio y arsénico pueden diferir de un metal
a otro, una interacción bioquímica similar es la responsable
de la toxicidad de estos cuatro metales [Laws, Aquatic pollution.
Ed. John Wiley & Sons (1981].
Mercurio, plomo y cadmio se encuentran entre los metales más
prevalentes en el medio ambiente. Todas las formas de mercurio son potencialmente
tóxicas, pero el rango de toxicidad varía considerablemente,
siendo el vapor de mercurio la forma más peligrosa, dado que puede
difundir a través de los pulmones hasta la sangre y luego hasta
el cerebro, donde puede causar daños importantes. Además,
al evaluar el riesgo debido al mercurio en un ambiente determinado, hay
que tener en cuenta las transformaciones que puede sufrir. Probablemente
la más grave de éstas sea la transformación del mercurio
metálico en metil- y dimetil-derivados por la acción de microorganismos
anaeróbicos, especialmente, Clostridium cochlearum, en los
sedimentos acuáticos. Sus efectos más graves se produjeron
en la ciudad de Minamata, ubicada en la bahía del mismo nombre.
En el año 1956 se detectó una enfermedad cuya causa no pudo
ser demostrada hasta 1959, achacándose a la ingestión de
peces contaminados por mercurio procedente de una planta de tratamiento
químico. Este mercurio resultó metilado en los sedimentos
por acción bacteriana, siendo el metil-mercurio el que finalmente
originó el síndrome tóxico conocido como enfermedad
de Minamata.
El cadmio se emplea industrialmente como agente antifricción,
antioxidante, en aleaciones, en los semiconductores, baterías y
en la manufactura de PVC. En el ambiente, el cadmio es peligroso porque
muchas plantas y algunos animales lo absorben eficazmente y lo concentran
dentro de sus tejidos. Una vez absorbido, se combina con la proteína
metalotioneína y se acumula en los riñones, el hígado
y los órganos reproductores. Entre los casos de envenenamiento por
cadmio mejor conocidos y documentados se encuentra el producido en Japón
y denominado como enfermedad de Itai-Itai.
El plomo está ampliamente distribuido en la naturaleza, pero
normalmente el riesgo máximo surge de las emisiones asociadas al
uso humano del metal y de sus derivados. Los humos y el polvo proceden
de la fundición de plomo, de la fabricación de insecticidas,
pinturas, vidrios, y de las gasolinas que contienen aditivos de plomo.
Los animales pueden absorber plomo por inhalación o ingestión.
Si la absorción es lenta, la excreción lo es más aún,
de manera que el plomo tiende a acumularse. La anemia es el primer síntoma
de envenenamiento crónico producido por el plomo en los animales,
dado que interfiere en la síntesis del grupo hemo, reflejándose
en síntomas tales como naúseas, vómitos y dolores
abdominales. Más grave es la degeneración del tejido en el
sistema nervioso central.
El resto de metales pesados producen efectos de gravedad similar. No
es de extrañar, pues, que la detección de metales pesados
se haya convertido en un parámetro clave de los análisis
medioambientales. Su ubicua presencia en el ambiente, especialmente en
los medios acuáticos, les convierte en sustancias frente a las que
nos encontramos expuestos de forma continuada. Se hace pues necesaria una
rápida detección de su presencia en las muestras ambientales.
Hasta hace relativamente poco tiempo, los ensayos de toxicidad que se utilizaban
tenían el inconveniente de la dificultad de obtener resultados en
tiempos relativamente cortos. Una detección rápida puede
ser vital, y en esto, los ensayos microbianos juegan un papel fundamental.
Los microorganismos, y especialmente las bacterias, presentan ciertas características
que les convierten en elementos útiles en los análisis de
toxicidad y genotoxicidad general, cuya sensibilidad incluye a la mayoría
de los metales tóxicos. Los ensayos microbianos son simples, rápidos,
sensibles y baratos, siendo su principal ventaja la comprobación
directa del potencial impacto sobre la biota, sin extrapolación
a partir de análisis químicos [Codina y cols. Arch. Environ.
Contam. Toxicol. 25: 250-254 (1993)].
Juan Carlos Codina Escobar es Profesor de EnseñanzaSecundaria
en el I.E.S. Sierra Bermeja (Málaga)
Alejandro Pérez García es Ayudante de Universidad
en el Departamento de Microbiología de la Universidad de Málaga