Gepubliceerd op 01-12-2020

metalen

betekenis & definitie

groep van ca. 80 elementen uit het periodiek systeem. Metalen worden in de regel van niet-metalen onderscheiden op grond van fysische en chemische eigenschappen van de vaste stof, zoals metaalglans, grote elektrische geleidbaarheid, goede warmtegeleiding en kristalstructuur.

De grens tussen metaal en niet-metaal is niet scherp te trekken, doordat er geleidelijke overgangen in de eigenschappen bestaan. Onder ‘zware metalen’ verstaat men in de regel metalen met een relatieve dichtheid groter dan vijf.Metalen maken deel uit van zeer vele en verschillende verbindingen. Van relatief eenvoudige anorganische zouten (keukenzout, gips, kalk) tot gecompliceerde biologische moleculen, zoals metalloporfyrines (o.a. chlorofyl, d.i. het bladgroen, en heem, d.i. de rode bloedkleurstof), het kobalt bevattende vitamine BI2, talrijke metallo-enzymen, met in het bijzonder zink, koper, ijzer, molybdeen, alsmede organometalen. Naast natrium, kalium, calcium en magnesium hebben sommige andere metalen een functionele betekenis in levende organismen. Dit zijn de essentiële spoorelementen. Voor zoogdieren zijn essentieel: chroom, kobalt, koper, mangaan, molybdeen, seleen, strontium, vanadium, ijzer en zink. Van strontium en vanadium is dat voor de mens niet zeker.

Omdat vele van de essentiële spoorelementen als integraal onderdeel van een enzym een katalyserende functie hebben, zijn slechts geringe hoeveelheden (sporen) ervan nodig. Uit hun functionele betekenis volgt dat een tekort in de regel leidt tot karakteristieke ziekteverschijnselen in combinatie met een achterblijvende groei.

De vrije zouten van vooral de zware metalen, inclusief de essentiële metalen als ijzer en koper, zijn toxisch voor onbeschermde cellen. Er is een regelmechanisme voor de opname van ijzer en koper door de darmwand, waardoor er niet meer opgenomen wordt dan er plaats voor is op bepaalde eiwitten die bij het transport en de voorraadvorming betrokken zijn. Zo is de opname van ijzer en koper uit een ijzer- of koperrijk dieet dan ook relatief gering. Wanneer echter grote hoeveelheden metaaldampen (lood-, kwik-, zinkoxide) worden ingeademd, kunnen acute vergiftigingsverschijnselen optreden. Vergiftigingen, acute en chronische, kunnen te wijten zijn aan zeer hoge metaalgehaltes in de voeding, dan wel aan een geleidelijke accumulatie van metalen met een lange halfwaardetijd (b.v. cadmium, lood, methylkwik).

Metalen zijn niet uitsluitend essentieel of giftig voor afzonderlijke organismen. De mate waarin zij in het milieu voorkomen, kan medebepalend zijn voor de samenstelling van levensgemeenschappen van planten en dieren (b.v. de zinkflora in ZuidLimburg). De verontreiniging van bodem en water met metalen of metaalverbindingen kan nadelige ecologische gevolgen hebben, met economische consequenties voor de mens. Sommige nuttige soorten kunnen verdwijnen en de gewasopbrengst kan verminderen. Bovendien kunnen sommige gewassen zeer goed metalen accumuleren, waardoor het risico bestaat dat de aanvaardbare dagelijkse opname wordt overschreden; via cadmiumhoudend rioolen havenslib vindt b.v. accumulatie plaats van cadmium in m.n. rijst en diverse graansoorten, met als mogelijk gevolg de itai-itai-ziekte.

De mens heeft al van oudsher te maken gehad met vergiftigingen ten gevolge van de winning en verwerking van metalen, zoals de hoge loodgehaltes in botten van de prehistorische mens doen vermoeden. Hoewel sinds de oudheid de mijntechniek en metallurgie - en daarmee de frequentie van metaalvergiftigingen — toenamen, duurde het tot de 15e eeuw voordat er aandacht werd besteed aan ziekten die veroorzaakt werden door het contact met metalen. Vanaf de 19e eeuw namen de industriële toepassing en maatschappelijk gebruik van metalen sterk toe. Dit geldt vooral voor de tweede helft van de 20e eeuw. Voor m.n. de overgangsmetalen (in het bijzonder molybdeen, tantaal en titaan) en organometaalverbindingen worden vele nieuwe toepassingsgebieden ontwikkeld: b.v. katalysatoren (chemische industrie), stabilisatoren (plastics), pigmenten, legeringen, smeermiddelen. Hierdoor en door de ontwikkeling van de toxicologie als zelfstandige wetenschap in de 19e en 20e eeuw is dan ook de aandacht voor metaalvergiftigingen sterk toegenomen. Daarbij bestudeert men werkingsmechanismen en poogt men op basis van dosiseffectrelaties de potentieel schadelijke invloeden van metalen en metaalverbindingen op de mens in een zo vroeg mogelijk stadium vast te stellen.

Vanuit de arbeidssituatie (waar zich de meeste vergiftigingen hebben voorgedaan) zijn ca. twintig metalen en metalloïden bekend die bij de mens min of meer duidelijk omschreven vergiftigingsverschijnselen hebben veroorzaakt. De bekendste zijn arseen, cadmium, kwik, lood en mangaan. Voorts bestaat er aandacht voor de mogelijke effecten van antimoon en kobalt op het hart- en bloedvatenstelsel, gewrichtsaandoeningen door molybdeen, longaandoeningen door inademing van aanzienlijke hoeveelheden aluminium-, antimoon-, barium-, beryllium-, kobalt-, tin-, wolfraam- of ijzerverbindingen, effecten op het immuunsysteem en centraal zenuwstelsel door organotinverbindingen enz.

De winning, verwerking en het gebruik van metalen veroorzaken een verontreiniging van het milieu en kunnen zo langs omwegen leiden tot blootstelling van mens, plant en dier. Ook andere menselijke activiteiten en natuurlijke processen kunnen bijdragen aan de milieuverontreiniging door metalen, b.v. verbranding van fossiele brandstoffen, bodemerosie, vulkanische activiteit. Op wereldschaal bezien leveren de natuurlijke processen in de regel de grootste bijdrage aan de introductie van metalen in het milieu. Op lokale schaal bezien hebben juist menselijke activiteiten geleid tot soms aanzienlijke vergiftigingen van mens en dier.

Hoewel vergiftigingen bij de mens altijd nog een lokaal karakter hebben gedragen, groeit de aandacht voor de gevolgen op lange termijn bij een langzaam voortschrijdende introductie van metalen in geïndustrialiseerde gebieden in het algemeen, fn dat opzicht is men beducht voor metalen met een lange halfwaardetijd, waarvoor de veiligheidsmarge gering is tussen het natuurlijke belastingniveau en een belastingniveau waar schadelijke effecten optreden. Tot dergelijke metalen behoren cadmium en kwik.

Ook bij lood (bij kinderen uit Amerikaanse sloppenwijken door het eten van loodhoudende verfresten) en bij arseen hebben zich vergiftigingen vanuit het milieu voorgedaan. Zo werd een toename van kanker van de ademhalingswegen vastgesteld na langdurig inademen van arseenhoudende deeltjes ten gevolge van de verbranding van arseenhoudende kolen in een energiecentrale. Ook werd een toename van huidkanker geconstateerd als gevolg van het drinken van natuurlijk arseenhoudend bronwater over een lange periode.

Behalve van arseen is ook van enkele chroom- en nikkelverbindingen aangetoond dat ze carcinogeen zijn voor de mens; er zijn aanwijzingen dat cadmium prostaatkanker veroorzaakt. Hoewel b.v. lood en beryllium bij proefdieren carcinogeen bleken, zijn hiervoor bij de mens nooit aanwijzingen gevonden.

Ook vruchtbeschadigende (teratogene) effecten van metaalverbindingen zijn bekend: bij de mens van methylkwik en bij proefdieren van hoge doseringen arseen-, cadmium-, indium-, lithium-, lood-, nikkel-, seleen- en telluurverbindingen.