Metales y seres vivos, una relación complicada

2007/06/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Biokimika
• Biologia
• Anatomia/Fisiologia
• Osasuna
• Kimika
• Ekologia
• Ingurumena

Los metales forman parte de los seres vivos, una parte pequeña en comparación con otros componentes, pero importante, ya que cumplen diversas funciones. En el cuerpo humano, el calcio es el metal más abundante (el 0,23% de todos los átomos que lo componen son átomos de calcio); es uno de los componentes de los huesos, tejido conjuntivo y músculos, y tiene otras funciones.

Otros metales, en una proporción mucho menor en el organismo, son tan imprescindibles como el calcio. El cobalto, el cobre, el hierro, el manganeso y el zinc son microelementos, es decir, la cantidad que el cuerpo humano necesita de estos minerales se mide en miligramos, y si el organismo no alcanza la cantidad mínima, aparecen problemas de salud.

El hierro, por ejemplo, es conocido porque se produce anemia si no se toma suficiente. Forma parte de la hemoglobina y de las enzimas que intervienen en el metabolismo energético. No es, sin embargo, el único metal relacionado con la hemoglobina o los glóbulos rojos. Cobalto

Es el componente de la vitamina B 12, asociada a la formación de glóbulos rojos. El cobre es necesario para transformar el hierro de la hemoglobina y asimilar el hierro de los alimentos. También participa en la absorción de la vitamina C.

Por otra parte, el manganeso activa las enzimas que intervienen en la síntesis de grasas y está relacionado con la asimilación de las vitaminas C y B 1. El zinc es un componente de las enzimas digestivas que participa en el metabolismo.

Además de estos metales microelementos, existen otros que se clasifican en oligoelementos. Son níquel, cromo y molibdeno y se necesitan en cantidades aún menores a las anteriores (microgramos). Intervienen en el funcionamiento del área, en el transporte de proteínas y en el metabolismo de la glucosa, y en la formación de enzimas, respectivamente.

Todos los micro y oligoelementos mencionados son metales pesados. Sin embargo, los metales pesados son de mala reputación por su agresión al medio ambiente y a los seres vivos. Por supuesto, como ocurre con muchos otros elementos o compuestos, la clave está en gran medida en dosis. Sin embargo, otros metales pesados no tienen ninguna función en el organismo y son tóxicos en la dosis más baja. Son mercurio, plomo y cadmio.

Sin embargo, el mercurio, el plomo y el cadmio se encuentran en la vida cotidiana de las personas, al igual que otros metales pesados. Las baterías y pilas contienen plomo, mercurio, cadmio y níquel; el acero está hecho de hierro, y gracias a ello se levantan los edificios; el cobre se utiliza para conducir la fuerza de luz; los coches se fabrican en acero, aluminio y cobre; los electrodomésticos y muchos de los aparatos que se utilizan en los laboratorios como la medicina son metálicos... Está claro que los metales pesados son casi imprescindibles.

Debido a su uso, no es de extrañar que el medio ambiente llegue a pesar de que existen tecnologías y métodos para evitar o reducir los daños que producen. Muchos son acumulativos, ya que el cuerpo no los expulsa y, además, a medida que asciende en la cadena trófica, la concentración aumenta. Es decir, los seres vivos que están en la base de la cadena trófica acumulan metal, incluso los que los comen, aumentando la concentración… hasta llegar al nivel superior de la cadena trófica. Y ahí está el hombre.

Más que cuenta de dosis

Sin embargo, no todo es cuestión de dosis, sino también de la forma química en la que los metales tienen toxicidad. Por ejemplo, el elemento de mercurio es poco tóxico por boca ya que se absorbe poco y se elimina rápidamente. Por el contrario, el vapor de mercurio se absorbe en los pulmones y se producen intoxicaciones crónicas y agudas.

En general, los compuestos orgánicos de metales son más nocivos que los inorgánicos, como los compuestos orgánicos que contienen mercurio y cadmio son 10-100 veces más tóxicos que los inorgánicos. Pero siempre hay excepciones, y en el caso del arsénico, los compuestos inorgánicos son los más tóxicos.

Además, el estado de oxidación también influye en la toxicidad y el cromo es un ejemplo claro: Cr 3+ es un elemento esencial, pero Cr 6+ es muy carcinogénico. Además, pueden existir interacciones entre compuestos, por lo que su efecto sobre el cuerpo puede ser mayor o menor que individualmente.

Por otra parte, algunas formas de los metales son más útiles que otras, es decir, son más fácilmente solubles en el entorno y llegan a los seres vivos, por lo que tienen más posibilidades de dañarlos. Factores como la hidrofobicidad, la temperatura, el pH, las interacciones iónicas, etc. influyen en la disponibilidad de los metales y en la mayor o menor penetración en los cuerpos de los seres vivos (biodisponibilidad). Por ejemplo, al aumentar la temperatura aumenta la biodisponibilidad de los metales, el cloruro de cobalto y el cloruro de cobre se disuelven mucho más fácilmente al bajar el pH del suelo de 8 a 7 y el cloruro de cadmio es muy tóxico en agua salada.

Daños profundos

De este modo, los metales pueden adoptar una u otra forma en función de las condiciones, y así penetran en el organismo, por ejemplo inhalados, aspirados (plantas) o ingeridos (animales). Luego llegan al interior de las células por diferentes vías. Allí es posible que se elimine, se forme un compuesto y se convierta en inerte o que se acumule en algún compartimento dentro de la célula. En estos casos no produce daños.

Pero es posible que la célula no sea capaz de hacerlo y entonces puede ser peligrosa. De hecho, al llegar a las células, el hierro y otros metales pueden interactuar con el óxido peróxido (H 2 O 2 ), dando lugar a la oxhidrilo radical (OH). Este radical, extremadamente oxidante, causa daños en los lípidos de la membrana celular, proteínas, ácidos nucleicos y, en general, produce daños metabólicos que pueden llevar a la persona a la muerte.

Por otro lado, algunos metales compiten con metales esenciales. Sustituidos por reacciones en cadena que impiden o modifican las funciones de las biomoléculas.

Influyen no sólo en el metabolismo, sino también en el ADN. Si llegan al núcleo celular se unen a las proteínas del ADN. Los metales también interactúan con el óxido peróxido en el interior del núcleo y los oxhidrilo radicales que se forman oxidan bases o desoxirribosa. Además, la pérdida de bases puede tener otras consecuencias, como la rotura de dobles hélices y formación de simples, puentes de proteína de ADN o puentes entre dos moléculas de ADN.

En la replicación del ADN, los metales pesados inhiben las enzimas que intervienen en el proceso, dando lugar a errores. También producen cambios en la síntesis de nucleótidos y en los procesos de metilación del ADN. Todos estos cambios afectan a la estructura del ADN y pueden ser causa de cáncer. Es más, aunque no se produzca ningún cambio en la secuencia del ADN, los metales pesados son capaces de dificultar la expresión de los genes debido a los cambios que se producen en las proteínas que intervienen en el proceso de transcripción.

Biorremediación

Los metales pesados, por tanto, provocan graves efectos sobre los seres vivos. Pero no es lo mismo: algunos organismos tienen una gran tolerancia a los metales pesados. La biorremediación se basa en el uso de seres vivos (microorganismos, hongos y plantas) o sus enzimas, que tienen la capacidad de absorber metales, acumularlos, transformarlos o eliminarlos, para eliminarlos o neutralizarlos.

Así, en muchos lugares se utilizan determinadas plantas para limpiar suelos contaminados con metales pesados. En el País Vasco, NEIKER, Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Agrario y el equipo de Biología Vegetal y Ecología de la UPV/EHU Jose Maria Becerrilak, por ejemplo, están investigando el uso de la planta denominada Thlaspi caerulescens para restaurar la salud de los suelos de Karrantza y de algunas zonas de la margen izquierda de Bilbao. De hecho, en estas zonas hubo minas, por lo que sus tierras están contaminadas con metales pesados (hierro, zinc, cadmio, plomo).

Según Lur Epelde, que trabaja en NEIKER, la salud del suelo se mide por los microorganismos que allí habitan. Son ellos los bioindicadores, que estudian la actividad de los microorganismos, la biomasa, la biodiversidad, etc. y saben cuál es el estado de salud de la tierra. Si los indicadores indican que la tierra está enferma, ponen en marcha una técnica de fitoextracción para regenerar el suelo, como la plantación de Thlaspi caerulescens.

Esta planta se encuentra espontáneamente en terrenos próximos a las minas y sólo crece en zonas con una alta concentración de metales pesados. Su principal característica es que absorbe zinc, cadmio y otros metales pesados, almacenándolos en hojas sin sufrir daños. Concretamente los guarda en vacuolas de hojas. Así, en las hojas puede llegar a acumular 10.000 ppm de cadmio y 30.000 ppm de zinc, es decir, es un hiperacumulador.

A pesar de su reducido tamaño, es una planta que extrae gran cantidad de metales del suelo, por lo que es ideal para restaurar las zonas contaminadas. Plantan, dejan crecer y reciben la cosecha y la replantan. Con el tiempo, la salud del suelo mejora considerablemente, lo que se percibe en los microorganismos del suelo. Los bioindicadores demuestran que la planta favorece el suelo y no sólo porque lo limpia con metales. Además, las raíces de las plantas son una fuente de compuestos orgánicos que mejoran la estructura física de los suelos.

En NEIKER también se están trabajando otras líneas. Además de los hiperacumuladores, se pueden utilizar plantas del suelo que no acumulan tantos metales pero que crecen mucho, como el vino y el sorgo. Con este tipo de plantas añaden quelantes (EDTA, EDDS...) al suelo para aumentar la disponibilidad de metales y facilitar la absorción de metales.

También se puede aprovechar la capacidad de absorción de metales por las plantas a través de las raíces. Lur Epeld reconoce que aún no han probado este sistema en NEIKER, pero que es adecuado para la limpieza de metales pesados en humedales y aguas subterráneas.

La interacción entre metales y seres vivos es, sin duda, compleja y peligrosa. Pero no hay que olvidar que sin metales no habría vida, al menos igual que la que hay en la actualidad.