Pre Loader

Demir

Toksisitesi yüksek ağır metaller

Demir

Demir, yerkabuğunda en bol bulunan ikinci metaldir. Demir, periyodik cetvelde 26. element konumundadır. Demir, neredeyse tüm canlı organizmaların büyümesi ve hayatta kalması için çok önemli bir elementtir.

Algler gibi organizmaların, sitokromlar ve katalaz gibi enzimlerin yanı sıra hemoglobin ve miyoglobin gibi oksijen taşıyan proteinlerin hayati bileşenlerinden biridir. Demir, ferröz (Fe2+) ve ferrik (Fe3+) iyonları arasındaki karşılıklı dönüşüm nedeniyle, çeşitli biyolojik redoks işlemleri için çekici bir geçiş metalidir. Yüzey sularındaki demirin kaynağı antropojeniktir ve madencilik faaliyetleri ile ilgilidir. Sülfürik asit üretimi ve ferröz (Fe 2+) deşarjı, kömür damarlarında yaygın olan demir piritlerin (FeS2) oksidasyonu nedeniyle gerçekleşir. Aşağıdaki denklemler, ferröz (Fe2+) ve ferrik (Fe3+) demir için basitleştirilmiş oksidasyon reaksiyonunu temsil eder:

2FeS 2 + 7O 2 → 2FeSO 4 + H 2 SO 4 (ferröz)

4FeSO 4 + O 2 + 10H 2 O → 4Fe(OH) 3 + 4H 2 SO 4 (ferrik)

Derin okyanustaki çözünmüş demir konsantrasyonu normalde 0,6 nM veya 33,5 × 10-9 mg/L'dir. Tatlı suda konsantrasyon 5 μg/L – ICP algılama seviyesi ile çok düşüktür, oysa yeraltı suyunda çözünmüş demir konsantrasyonu 20 mg/L ile çok yüksektir. Litvanya gibi ülkelerde, toplanan yeraltı suyu, içme suyu kalitesine ilişkin 98/83/EC sayılı Avrupa Birliği Direktifi tarafından belirlenen izin verilen sınırı aştığı için, birçok insan içme suyu yoluyla yüksek seviyelerde demire maruz kalmıştır. Perifiton, bentik gibi omurgasız ve balık türlerin bolluğu, demir kontaminasyonunun doğrudan ve dolaylı etkilerinden büyük ölçüde etkilenir. Demir çökeltisi, tıkanma etkisi ile balıkların solunumunu engelleyerek, önemli ölçüde hasara neden olacaktır.

Su bitkileri, özellikle pirinç, üzerinde demir toksisitesi üzerine yapılan bir araştırmada, sucul kamış türlerinin büyümesinin, 1 mg/L toplam demir konsantrasyonu ile inhibe edildiği bildirmiştir. Asitli topraklar pirinç üretimini kısıtlar ve Zn eksikliği ile birlikte sulak alan pirincinde makrobesin bozukluğuna neden olur. Ova pirinci üretimi, su basmış topraklarda yüksek konsantrasyonlarda indirgenmiş demirden (Fe2+ ) büyük ölçüde etkilenmiştir. Pirinçte demir toksisitesinin sebebi, köklerden yüksek Fe2+ alımı, yapraklara akropetal translokasyon, pirinç yapraklarının bronzlaşması ve verim kaybıdır.

Demir toksisitesinin mekanizmaları

Emilen demir proteine bağlanamadığında, memeli hücreleri ve biyolojik sıvılardaki demir konsantrasyonunu ciddi şekilde etkiler ve çok çeşitli zararlı serbest radikaller oluşur. Dolaşımdaki bu bağlanmamış demir, gastrointestinal sistemin ve biyolojik sıvıların aşındırıcı etkisine neden olur. Son derece yüksek bir demir seviyesi, hız sınırlayıcı emilim adımını geçerek vücuda girer ve doymuş hale gelir. Bu serbest demirler kalp, karaciğer ve beyin hücrelerine nüfuz eder. Serbest demir tarafından oksidatif fosforilasyonun bozulması nedeniyle, ferröz demir, hidrojen iyonlarını serbest bırakan ferrik demire dönüştürülür ve böylece metabolik asitliği arttırır. Serbest demir aynı zamanda mitokondri, mikrozomlar ve diğer hücresel organellerde ciddi hasara neden olan lipid peroksidasyonuna da yol açabilir.

Demirin hücreler üzerindeki toksisitesi, hücresel oksitleme ve indirgeme mekanizmalarını içeren demir aracılı doku hasarına ve bunların mitokondri ve lizozomlar gibi hücre içi organellere karşı toksisitesine yol açmıştır. Potansiyel hücresel hasara neden olduğuna inanılan çok çeşitli serbest radikaller, aşırı demir alımıyla üretilir. Demir tarafından üretilen hidrojen serbest radikalleri DNA'ya saldırır, bu da hücresel hasar, mutasyon ve habis dönüşümlerle sonuçlanır ve bir dizi hastalığa neden olur.

Demirin insanlar üzerindeki etkileri

Demir, yerkabuğunda en bol bulunan geçiş metalidir. Biyolojik olarak birçok hayati protein ve enzimin kofaktörü olduğu için çoğu canlı için en önemli besindir. Aerobik organizmaların solunum süreçlerine demir aracılı reaksiyonlar destek olur. Uygun şekilde korunmadığı takdirde, biyomoleküllere, hücrelere, dokulara ve tüm organizmaya zarar verebilecek radikallerin oluşumunu içeren reaksiyonları katalize edebilir.

Demir zehirlenmesi her zaman özellikle çocuk doktorlarının ilgilendiği bir konu olmuştur. Çocuklar, maksimum demir içeren ürünlere maruz kaldıkları için demir toksisitesine oldukça duyarlıdır. Demir toksikozu dört aşamada ortaya çıkar. Aşırı demir dozundan 6 saat sonra ortaya çıkan ilk aşama, gastrointestinal kanama, kusma ve ishal gibi gastrointestinal etkilerle kendini gösterir. İkinci aşama, doz aşımından 6 ila 24 saat sonra gelişir, belirgin bir tıbbi iyileşme dönemi ve latent dönem olarak kabul edilir. Üçüncü aşama, belirli klinik semptomların başlamasından 12 ila 96 saat sonra ortaya çıkar. Bu aşama şoklar, hipotansiyon, uyuşukluk, taşikardi, hepatik nekroz, metabolik asidoz ve bazen ölümle karakterizedir. Dördüncü aşama, aşırı dozda demir alımından 2-6 hafta sonra ortaya çıkar. Bu aşama, gastrointestinal ülserasyonların oluşumu ve darlıkların gelişimi ile kendini gösterir.

Fazla demir alımı, gelişmiş ve et tüketen ülkelerde ciddi bir sorundur ve kanser riskini artırmaktadır. Neredeyse %30 demir içeren asbeste yüksek oranda maruz kalan işçiler, akciğer kanserinin ikinci en önemli nedeni olan yüksek asbestoz riski altındadır. Asbestle ilişkili kanserin serbest radikallerle bağlantılı olduğu söylenir. Serbest hücre içi demir de DNA hasarını teşvik edebilir.

Demir, esas olarak DNA moleküllerinin oksidasyonu süreciyle kanseri başlatabilir. Demir sülfat, demir sülfat monohidrat ve demir sülfat heptahidrat gibi demir tuzları, oral, dermal ve inhalasyon yollarıyla maruz kalındığında düşük akut toksisiteye sahiptir ve bu nedenle toksisite kategorisi 3'e yerleştirilirler. Ayrıca FDA’ya göre, demir tuzlarının toksik etkileri ihmal edilebilir düzeydedir ve güvenli olarak değerlendirilmektedir. Serbest radikallerin oluşumu, demir toksisitesinin sonucudur. Normal ve patolojik hücre işleyişi sırasında serbest radikal olarak kabul edilen süperoksit ve hidrojen peroksit gibi yan ürünler oluşur. Bu serbest radikaller aslında süperoksit dismutaz, katalaz ve glutatyon peroksidaz gibi enzimler tarafından nötralize edilir, ancak süperoksit molekülü, ferritinden demir salma kabiliyetine sahiptir ve serbest demir, giderek daha fazla süperoksit ve hidrojen peroksit ile reaksiyona girerek, hidroksil radikali gibi oldukça toksik serbest radikaller oluşturur. Hidroksil radikalleri, belirli enzimleri inaktive edebildikleri, lipid peroksidasyonunu başlatabildikleri, polisakkaritleri depolimerize edebildikleri ve DNA zincir kırılmalarına neden olabildikleri için tehlikelidir. Bu bazen hücre ölümüyle sonuçlanabilir.

Toksikoloji
Üst