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METALES: OLIGOLELEMENTOS
GENERALIDADES:
Se llama metales a los elementos químicos situados a la izquierda y centro de la tabla del sistema periódico. Se clasifican en metales alcalinos y alcalinotérreos de los grupos I y II A, los metales de transición y los grupos III y IV A. Algunos elementos intermedios como el As del grupo VA se estudian habitualmente junto a los metales. En todos estos grupos se encuentran metales muy relevantes desde el punto de vista toxicológico. Sus características químicas se basan en su estructura electrónica que condiciona las preferencias de enlace en que predominan el enlace metálico, que se establece entre átomos del mismo elemento, caracterizado por la formación de estructuras cristalinas en que cada átomo comparte los electrones de muchos de sus vecinos, y el enlace iónico, sobre todo entre los metales alcalinos y alcalinotérreos y los no metales. Así, los elementos metálicos dan lugar a diferentes tipos de compuestos:
- Metales en estado elemental.
- Compuestos inorgánicos: halogenuros, hidroxilos, oxoácidos.
- Compuestos orgánicos: alquilos, acetatos, fenilos. Los metales en forma inorgánica son los componentes fundamentales de los minerales de la corteza terrestre por lo que se cuentan entre los agentes químicos tóxicos de origen natural más antiguamente conocidos por el hombre. El contacto humano con compuestos metálicos se produce a través del agua y los alimentos, normalmente a dosis bajas, pero su toxicidad a lo largo de la historia se ha expresado sobre todo por una exposición profesional en las actividades mineras y, más anecdóticamente, al emplearse con fines homicidas. En la actualidad las fuentes de exposición a estas substancias se han ampliado mucho en relación con la actividad agrícola e industrial. Un ejemplo de ello es el aumento de plomo en la atmósfera que ha llevado a la contaminación del hielo de las zonas polares, relacionado con su empleo como antidetonante en las gasolinas. Por otra parte, hay que recordar que la mayoría de los oligoelementos considerados imprescindibles para el correcto funcionamiento del organismo en concentraciones traza son metálicos: Fe, Cu, Mn, Zn, Co, Mb, Se, Cr, Sn, Va, Si y Ni. Algunos de los alcalinos (Na, K) y alcalinotérreos (Ca) y el Mg son cationes de extraordinaria importancia para el correcto funcionamiento celular y se encuentran en alta concentración. Una de las principales funciones de los oligoelementos metálicos es formar parte de las denominadas metaloenzimas en las que intervienen como coenzimas. En algunos casos, como el Zn, estabilizan estados intermedios. En otros como el Fe o el Cu en la citocromooxidasa actúan en reacciones redox como intercambiadores de electrones. DEFICIENCIAS DE METALES Y SU IMPORTANCIA EN LAS ENFERMEDADES: SODIO: El sodio es un elemento químico de símbolo Na con número atómico 11. Es un metal alcalino blando, untuoso, de color plateado, muy abundante en la naturaleza, encontrándose en la sal marina. Es muy reactivo, arde con llama amarilla, se oxida en presencia de oxígeno y reacciona violentamente con el agua. El sodio está presente en grandes cantidades en el océano en forma iónica. También es un componente de muchos minerales y un elemento esencial para la vida. El catión sodio (Na+) tiene un papel fundamental en el metabolismo celular, por ejemplo, en la transmisión de impulso nervioso (mediante el mecanismo de bomba de sodio-potasio). Mantiene el volumen y la osmolaridad. Participa, además del impulso nervioso, en la contracción muscular, el equilibrio ácido-base y la absorción de nutrientes por las membranas. La concentración plasmática de sodio es, en condiciones normales, de 135-145 mmol/L. El aumento de sodio en la sangre se conoce como hipernatremia y su disminución como hiponatremia. Como el catión (ion positivo)
predominante del líquido extracelular de los fluidos animales y en humanos, la célula utiliza al sodio como una herramienta para la regulación del tamaño de dicho compartimiento, así como del volumen del plasma. Estos fluidos, como el plasma sanguíneo y fluidos extracelulares en otros tejidos bañan las células y realizan funciones de transporte de nutrientes y sustancias de desecho en el organismo. Cuando los niveles de sodio en la sangre aumentan, los receptores de la sed (osmorreceptores) estimulan la sensación de sed. Cuando los niveles de sodio en la sangre son bajos, la excreción de sodio a través de la orina disminuye. La pérdida relativa de agua podría causar que las concentraciones de sodio lleguen a ser más altas de lo normal, un trastorno llamado hipernatremia, que resulta en una sed extraordinaria. Contrariamente, un exceso de agua corporal por mayor ingesta resultará en menor concentración de sodio en el plasma, conocido como hiponatremia, un trastorno captado por el hipotálamo a través de sus osmorreceptores, causando una disminución de la secreción de la hormona vasopresina de la glándula pituitaria posterior o hipófisis; esto conduce a una pérdida de agua a través de la orina, lo cual actúa para restaurar las concentraciones de sodio en el plasma hasta niveles normales. Además de esta función importante, el sodio juega un importante papel en diversos procesos fisiológicos del organismo humano. Las células animales excitables, por ejemplo, permiten la entrada de sodio a su interior para causar la despolarización de la membrana celular. Un ejemplo de esto es la señal de transducción en el sistema nervioso central del humano, el cual depende del movimiento del sodio a través de la membrana celular en todos los nervios. Algunas neurotoxinas potentes, como las batraciotoxinas, incrementan la permeabilidad del sodio en la membrana celular de células nerviosas y musculares, causando una masiva e irreversible despolarización de las membranas, lo cual trae consecuencias potencialmente fatales al organismo. Sin embargo, las drogas con efectos más pequeños sobre el movimiento de sodio en los nervios pueden tener diversos efectos farmacológicos como efectos antidepresivos, entre otros. HIPONATREMIA: La hiponatremia es la disminución de la concentración sérica de sodio < 136 mEq/L (< 136 mmol/L) causada por un exceso de agua en relación con los solutos. Las causas más frecuentes son el consumo de diuréticos, la diarrea, la insuficiencia cardíaca, la insuficiencia hepática, la nefropatía y el síndrome de secreción inadecuada de hormona antidiurética (SIADH). Las manifestaciones clínicas son sobre todo neurológicas (como consecuencia de una desviación osmótica del agua hacia las células encefálicas, que causa edema), especialmente en la hiponatremia aguda, que se manifiesta con cefalea, confusión y estupor; el paciente también puede presentar convulsiones y coma. El diagnóstico se confirma midiendo la natremia. Las concentraciones séricas y urinarias de electrolitos, la osmolalidad sérica y urinaria y la evaluación de la volemia contribuyen a determinar la causa. El tratamiento consiste en restringir la ingesta de agua y estimular la pérdida de agua, reponer cualquier deficiencia de sodio y corregir el trastorno subyacente. HIPERNATREMIA: La hipernatremia es una concentración sérica de sodio > 145 mEq/L (> 145 mmol/L). Este cuadro refleja una deficiencia de agua corporal total en relación con el contenido corporal total de sodio causada por una ingesta de agua menor que las pérdidas. Un síntoma importante es la sed; otras manifestaciones clínicas son sobre todo neurológicas (debido a un desplazamiento osmótico del agua fuera de las células encefálicas), con confusión, excitabilidad neuromuscular, convulsiones y coma. El diagnóstico requiere la medición de la natremia y a veces de otras pruebas de laboratorio. El tratamiento suele ser la reposición controlada de agua. Cuando la respuesta al tratamiento es inadecuada, la evaluación (p. ej., privación de agua controlada o administración de vasopresina) está destinada a la detección de otras causas diferentes de la ingesta insuficiente de agua. POTASIO: El potasio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo químico es K, cuyo número atómico es 19. Es un metal alcalino de color blanco-plateado, que abunda en la naturaleza en los elementos relacionados con el agua salada y otros minerales. Se oxida rápidamente en el aire, es muy reactivo, especialmente en agua, y se parece químicamente al sodio. El potasio es el catión mayor del líquido intracelular del organismo humano. Está involucrado en el mantenimiento del equilibrio normal del agua, el equilibrio osmótico entre las células y el fluido intersticial y el equilibrio ácido-base,
implicado en la regulación de algunas enzimas quinasas que realizan funciones de fosforilación, por ejemplo la proteína quinasa C (PKC), y realiza unas funciones como cofactor enzimático similares a las del magnesio en procesos de transferencia de fosfato (por ejemplo, la enzima fosfolipasa A2). Algunas de sus sales son bastante insolubles, por ejemplo, el sulfato (CaSO4), carbonato (CaCO3), oxalato, etc. y forma parte de distintos biominerales. Así, en el ser humano, está presente en los huesos como hidroxiapatito cálcico (Ca10(OH)2(PO4)6). El calcio interviene en la formación de las placas de algunas arteriosclerosis. Calcio esquelético El calcio esquelético, es decir, el almacenado en los huesos, tiene un componente relativamente no intercambiable, que es estable, y un componente rápidamente intercambiable, el cual participa en las actividades metabólicas. El componente intercambiable puede considerarse una reserva que se acumula cuando la dieta proporciona una ingesta adecuada de calcio. Se almacena principalmente en los extremos de los huesos largos y se moviliza para satisfacer el aumento de las necesidades de crecimiento, del embarazo y de la lactancia. En ausencia de dicha reserva, el calcio debe sustraerse de la misma reserva ósea; si la ingesta inadecuada de calcio se prolonga resulta en una estructura ósea deficiente. En el proceso de formación y remodelación ósea participan las células osteclásticas (células de resorción ósea) y los osteoblastos (células formadoras), controladas a su vez, por diversas hormonas sistémicas (parathormona y calcitonina), el estado nutricional de vitamina D y factores reguladores de crecimiento. (El calcio también ayuda a fortalecer los huesos con micro-fracturas) Calcio sérico Este calcio consta de tres fracciones distintas: calcio libre o ionizado, calcio aniónico que se une a fosfatos y calcio unido a proteínas, principalmente albúmina o globulina. El calcio ionizado es el que realiza la mayoría de funciones metabólicas. Su concentración está controlada principalmente por la parathormona, la calcitonina y la vitamina D. El calcio sérico se mantiene en niveles muy estrechos de 8,8 a 10,8 mg/dL. HIPOCALCEMIA: La hipocalcemia es la concentración sérica total de calcio < 8,8 mg/dL (< 2,20 mmol/L) en presencia de concentraciones plasmáticas normales de proteínas o de una concentración sérica de calcio ionizado < 4,7 mg/dL (< 1,17 mmol/L). Las causas abarcan hipoparatiroidismo, deficiencia de vitamina D y nefropatía. Las manifestaciones incluyen parestesias, tetania y, cuando son graves, provocan convulsiones, encefalopatía e insuficiencia cardíaca. El diagnóstico requiere la medición de la calcemia, con ajustes en función de la concentración sérica de albúmina. El tratamiento consiste en la administración de calcio, a veces con vitamina D. HIPERCALCEMIA: La hipercalcemia es la concentración sérica de calcio total > 10,4 mg/dL (> 2,60 mmol/L) o de calcio ionizado > 5, mg/dL (> 1,30 mmol/L). Las principales causas son hipoparatiroidismo, toxicidad por vitamina D y cáncer. Las características clínicas incluyen poliuria, estreñimiento, debilidad muscular, confusión y coma. El diagnóstico se basa en la medición de la concentración sérica de calcio ionizado y en las concentraciones de hormona paratiroidea. El tratamiento para aumentar la excreción de calcio y reducir la resorción ósea de calcio consiste en solución salina, diuresis de sodio y medicamentos como los utilizados para el tratamiento de los trastornos convulsivos. MAGNESIO: El magnesio es el elemento químico de símbolo Mg y número atómico 12. Es el octavo elemento en abundancia en el orden del % de la corteza terrestre y el tercero más abundante disuelto en el agua de mar. El ion de magnesio es esencial para todas las células vivas. El metal puro no se encuentra en la naturaleza. Una vez producido a partir de las sales de magnesio, este metal alcalino-térreo es utilizado como un elemento de aleación. El magnesio es importante para la vida, tanto animal como vegetal. La clorofila, que interviene en la fotosíntesis, es una sustancia compleja de porfirina-magnesio.
El magnesio es un elemento químico esencial para el ser humano; la mayor parte del magnesio se encuentra en los huesos y sus iones desempeñan papeles de importancia en la actividad de muchas coenzimas y en reacciones que dependen del ATP. También ejerce un papel estructural, ya que el ion de Mg2+ tiene una función estabilizadora de la estructura de cadenas de ADN y ARN. Interviene en la formación de neurotransmisores y neuromoduladores, repolarización de las neuronas, relajación muscular (siendo muy importante su acción en el músculo cardíaco). La pérdida de magnesio se debe a diversas causas. El magnesio que se encuentra en la célula es liberado al torrente sanguíneo, en donde posteriormente es eliminado por la orina y/o las heces fecales. A mayor estrés, mayor es la pérdida de magnesio en el organismo. En función del peso y la altura, la cantidad diaria recomendada es de 300- mg, cantidad que puede obtenerse fácilmente ya que se encuentra en la mayoría de los alimentos, siendo las semillas las más ricas en magnesio como el cacao, las almendras, harina de soja, cacahuetes, judías blancas, legumbres, avellanas, nueces y las hojas verdes de las hortalizas. HIPOMAGNESEMIA: La hipomagnesemia es la concentración sérica de magnesio < 1,8 mg/dL (< 0,70 mmol/L). Sus causas incluyen la ingesta y la absorción inadecuada de magnesio o el aumento de la excreción secundario a hipercalcemia o al consumo de fármacos como furosemida. Las características clínicas suelen deberse a la hipopotasemia y la hipocalcemia asociadas y abarcan letargo, temblores, tetania, convulsiones y arritmias. El tratamiento consiste en la reposición de magnesio. HIPERMAGNESEMIA: La hipermagnesemia es la concentración sérica de magnesio > 2,6 mg/dL (> 1,05 mmol/L). Su causa principal es la insuficiencia renal. Los síntomas abarcan hipotensión arterial, depresión respiratoria y paro cardíaco. El diagnóstico se basa en la concentración sérica de magnesio. El tratamiento incluye la administración IV de gluconato de calcio y posiblemente furosemida; la hemodiálisis puede ser útil en los casos graves. CROMO: El cromo es un elemento químico de número atómico 24 que se encuentra en el grupo 6 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cr. Es un metal que se emplea especialmente en metalurgia. Su nombre cromo (derivado del griego chroma, ‘color’) se debe a los distintos colores que presentan sus compuestos. En principio se considera al cromo (en su estado de oxidación +3) un elemento esencial, aunque no se conocen con exactitud sus funciones. Parece participar en el metabolismo de los lípidos, en el de los hidratos de carbono, así como otras funciones. Se ha observado que algunos de sus complejos parecen potenciar la acción de la insulina, por lo que se les ha denominado «factor de tolerancia a la glucosa»; debido a esta relación con la acción de la insulina, la ausencia de cromo provoca una intolerancia a la glucosa, y esta ausencia, la aparición de diversos problemas. No se ha encontrado ninguna metaloproteínas con actividad biológica que contenga cromo y por lo tanto no se ha podido explicar cómo actúa. Por otra parte, los compuestos de cromo en el estado de oxidación +6 son muy oxidantes y carcinógenos. La cantidad diaria recomendada de cromo es de 50-200 μg/día. Se dice que el picolinato de cromo favorece la pérdida de peso, la formación de músculo, la reducción de grasa corporal, colesterol y triglicéridos y que mejora la función de la insulina. Aunque la deficiencia de cromo deteriora la función de la insulina, existe escasa evidencia de que los suplementos sean de ayuda para los pacientes con diabetes, ni hay prueba de que beneficie la composición corporal o las concentraciones de lípidos. DEFICIENCIA DE CROMO:
Estas son enzimas esenciales para la función de las mitocondrias y que controlan la oxidación intracelular (citocromos, oxidasas del citocromo, catalasas, peroxidasas). Transferrina (0,1%), la cual se encuentra normalmente saturada en 1/3 con hierro. La mayor atención con relación a este tipo de hierro se ha enfocado hacia el eritrón, ya que su estatus de hierro puede ser fácilmente medible y constituye la principal fracción del hierro corporal. 30% como hierro de depósito (1 g): Ferritina (2/3): Principal forma de depósito del hierro en los tejidos. Hemosiderina (1/3). Hemoglobina: Transporta el oxígeno a las células. Transferrina: Transporta el hierro a través del plasma. Estudios recientes de disponibilidad del hierro de los alimentos han demostrado que el hierro del hem es bien absorbido, pero el hierro no hem se absorbe en general muy pobremente y este último, es el hierro que predomina en la dieta de gran cantidad de gente en el mundo. Hem: Como hemoglobina y mioglobina, presente principalmente en la carne y derivados. El hierro hemo se encuentra principalmente en productos de origen animal. Se absorbe mucho mejor que el hierro no hemo (p. ej., en plantas y granos). El hierro no hemo representa > 85% del hierro en la dieta promedio. Sin embargo, la absorción del hierro no hemo aumenta cuando se consume con proteínas de origen animal y con vitamina C. DEFICIENCIA: La deficiencia del hierro es una de las deficiencias de minerales más frecuentes en todo el mundo. Las causas pueden ser las siguientes: Ingestión inadecuada de hierro, frecuente en lactantes, niñas adolescentes y mujeres embarazadas Malabsorción (p. ej., enfermedad celíaca) Sangrado crónico, incluyendo menstruaciones abundantes y sangrado de lesiones gastrointestinales (p. ej., tumores) El sangrado crónico por cáncer de colon es una causa grave en personas de mediana edad y en los adultos mayores. La deficiencia de hierro y la anemia por deficiencia de hierro son comunes entre los corredores de élite y los atletas de triatlón. La enfermedad renal crónica y la enfermedad inflamatoria intestinal también se asocian con deficiencia de hierro. En los pacientes con enfermedad renal crónica, incluidos aquellos en hemodiálisis y con enfermedad inflamatoria intestinal u otras enfermedades inflamatorias crónicas, la síntesis hepática de la hormona hepcidina está aumentada, lo que interfiere con la absorción de hierro y conduce a deficiencia de hierro. Sin embargo, la inflamación crónica también aumenta el hierro sérico al disminuir el uso de hierro para la síntesis de glóbulos rojos y, por lo tanto, causa anemia de la enfermedad crónica y complica la evaluación del estado del hierro. Cuando la deficiencia de hierro está avanzada, se desarrolla anemia microcítica. Además de la anemia, la deficiencia de hierro puede causar pica (deseo de comer elementos que no son alimentos) y "uñas en cuchara", y se asocia con el síndrome de las piernas inquietas. La deficiencia de hierro puede exacerbar algunos tipos de insuficiencia cardíaca; en tales casos, los pacientes pueden beneficiarse con la reposición de hierro. Para el diagnóstico de deficiencia de hierro, debe realizarse un hemograma completo, medir los niveles séricos de ferritina y de hierro y, de ser posible, la saturación de la transferrina (capacidad de unión al hierro). En los estados de deficiencia, los niveles de hierro y ferritina tienden a ser bajos, y la capacidad de fijación del hierro tiende a ser alta.
En raras ocasiones, cuando el diagnóstico de deficiencia de hierro sigue siendo incierto, es posible que sea necesario examinar la médula ósea en busca de hierro. El tratamiento de la deficiencia de hierro implica corregir la causa si es posible (p. ej., tratamiento de un tumor intestinal sangrante). Todas las personas con deficiencia de hierro moderada a grave y algunas con deficiencia leve requieren suplemento de hierro. COBRE: El cobre, cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color cobrizo, es decir, rojizo anaranjado, de brillo metálico que, junto con la plata, el oro y el roentgenio, forma parte de la llamada familia del cobre. Es uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, su ductilidad y su maleabilidad, es el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros elementos eléctricos y componentes electrónicos. El cobre posee un importante papel biológico en el proceso de fotosíntesis de las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, los nervios, el sistema inmunitario y los huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para la vida humana. El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable, y, por lo tanto, es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson. El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es esencial para la vida humana.51 El cobre se encuentra en algunas enzimas como la citocromo c oxidasa, la lisil oxidasa y la superóxido dismutasa. A pesar de que el cobre es un oligoelemento necesario para la vida, unos niveles altos de este elemento en el organismo pueden ser dañinos para la salud. La inhalación de niveles altos de cobre puede producir irritación de las vías respiratorias. La ingestión de niveles altos de cobre puede producir náuseas, vómitos y diarrea. Un exceso de cobre en la sangre puede dañar el hígado y los riñones, e incluso causar la muerte. Ingerir por vía oral una cantidad de 30 g de sulfato de cobre es potencialmente letal en los humanos. Para las actividades laborales en las que se elaboran y manipulan productos de cobre, es necesario utilizar medidas de protección colectiva que protejan a los trabajadores. El valor límite tolerado es de 0,2 mg/m³ para el humo y 1 mg/m³ para el polvo y la niebla. El cobre reacciona con oxidantes fuertes tales como cloratos, bromatos y yoduros, originando un peligro de explosión. Además, puede ser necesario el uso de equipos de protección individual como guantes, gafas y mascarillas. Además, puede ser recomendable que los trabajadores se duchen y se cambien de ropa antes de volver a su casa cada día. La Organización Mundial de la Salud (OMS) en su Guía de la calidad del agua potable recomienda un nivel máximo de 2 mg/l. DEFICIENCIA: La deficiencia de cobre puede ser adquirida o hereditaria.
