Egy újabb fémkor hajnalán

Átírás

1 Egy újabb fémkor hajnalán Miczán Vivien TDK dolgozat Témavezetők: Dr. Bondár Elek, Görgei-Sirilo Lívia Váci Mihály Gimnázium, Szakközépiskola és Kollégium, Encs Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar Budapest, 2010.

2 Rövid összefoglaló Környezetünkben egyre inkább növekszik a fémtárgyak száma, ezzel párhuzamosan az antropogén hatásoknak köszönhetően növekszik a vizek, a levegő, sőt a bioakkumuláció révén az élőlények fémtartalma is. A biogén elemek szükségesek a szervezet működéséhez (pl. Na +, K +, Ca 2+, nyomelemek, stb.), ám például a nehézfémek (Pb, Hg, Ni) kifejezetten károsak lehetnek, enyhébb esetben allergiás reakciókat, súlyosabb esetben mérgezést indukálhatnak. Ezen allergiás és toxikus reakciók mechanizmusa és okai még nem teljesen tisztázottak. Dolgozatomban megkísérlem körüljárni a fémallergia kialakulásának lehetséges okait, ehhez a hazai és nemzetközi szakirodalmat valamint egy saját felmérést hívok segítségül. Ezen kívül modellezni kívánom az embereket érő környezeti fémterhelést is, tehát a tápcsatornán, a légzőszervrendszeren illetve a bőrön keresztül való szervezetbe jutást. Korábban egyes biogén fémek koncentrációváltozásait vizsgáltam a levegőben harmatvizsgálatok segítségével. Most ezen vizsgálódást terjesztettem ki néhány allergén nehézfémre is (pl. katalizátorfémekre, mint a nikkel, platina, ólom stb.), ennek keretén belül csapadék- és ülepedő pormintákat véve a Miskolci Egyetemen HPLC módszerrel, illetve atomabszorpciós spektrofotométerrel mértük az adott minták fémtartalmát. A környezeti terhelést szerettem volna tanulmányozni, ezért egymástól eltérő jellegzetességet pl. különböző közúti terhelést, eltérő domborzatot, esetlegesen eltérő agrokultúrát mutató mintavételi helyeken gyűjtöttem vizsgálati adataimat. Állati szövetekkel végzett inkubációs kísérletekben megfigyeltem az adszorpciós és diffúziós folyamatokat, amelynek eredményeiből próbáltam következtetni ezzel analóg emberi allergiás, vagy mérgezési esetekre. Vizsgálataim célja, hogy felhívjam környezetem figyelmét a növekvő, egyre több különleges helyzetet eredményező fémterhelésre, az esetlegesen ebből eredő allergiás, vagy toxikus hatásokra. 2

3 Tartalomjegyzék 1. Bevezetés 4 2. A fémallergia lehetséges okainak elméleti áttekintése A fémek bioakkumulációja A fémallergia biokémiai háttere Tesztelési lehetőségek a fémallergia 9 és a szervezet nehézfémtartalmának kimutatására 3. Fémek testbe jutása A tápcsatornán keresztül A légzőszervrendszeren keresztül Pormintavétel Harmatvizsgálatok Hóléminták elemzése A bőrön keresztül Kérdőív fémallergia témakörben Összegzés és következtetések 34 Köszönetnyilvánítás 35 Mellékletek 36 Felhasznált irodalom 38 3

4 1.Bevezetés Az emberiség történetében hatalmas áttörést jelentett, mikor a kőeszközöket a bronz- majd később vaseszközökkel váltották fel. Azóta évezredek teltek el, és nem csak a népesség és a technikai színvonal, hanem ezekkel együtt a fémek jelentősége is növekedett. Gondoljunk csak bele, hány képviselőjükkel találkozunk nap, mint nap: edények, szerszámok, ékszerek, gépek, aprópénzek, festékek, kerámiák, fogpótlások, protézisek, kilincsek, vízvezetékek, gyógyszerek, kozmetikumok, zipzárak, fémgombok, csatok, szemüvegkeretek, méhen belüli fogamzásgátló eszközök, katalizátorok alkotórészei. Egyszóval mindenütt ott vannak, és nem lehet letagadni, hogy a belőlük készült tárgyak száma és mennyisége növekedett az évszázadok során. Hasznosságuk nem vitatható, sok esetben használatuk az egyetlen ésszerű vagy gazdaságos megoldás. Megkönnyítik az emberek életét, de mostanában egyre több esetben meg is nehezítik egyesekét.[1][2] Egyes adatok szerint az európai lakosság 10%-a allergiás egyes fémekre. [3][4] Minek a következménye ez a viszonylag magas szám? Vajon milyen arányban voltak 10, 100 vagy 1000 évvel ezelőtt? Ezen izgalmas kérdéseket tettem fel magamnak, amikor kiderült, hogy én is a fémallergiások közé tartozom. Munkámat az ehhez a témához kapcsolódó szakirodalom áttekintésével kezdtem, és meglepő módon azt tapasztaltam, hogy máig nem tisztázottak teljes mértékben a fémekhez kötődő túlérzékenységi reakciók illetve súlyosabb esetben mérgezési esetek pontos mechanizmusai és okai. A lehetséges elméleteket a 2. fejezetben taglalom, különös tekintettel az allergiás reakciók mechanizmusára illetve a fémek bioakkumulációjának negatív következményeire. Dolgozatomban arra vállalkozom, hogy áttekintem a fémek emberi szervezetbe való bekerülésének okait hazai és külföldi kutatások eredményeit felhasználva, illetve saját kísérletekkel, modellekkel támasztom alá azokat. 4

5 Ha mérgezésre gondolunk, óhatatlanul is az ötlik az eszünkbe, hogy ez szájon át történik. Tehát fontos megvizsgálni, hogy milyen lehetőségük van a fémeknek a tápcsatornán keresztül történő szervezetbe jutásra. Itt főként a táplálék közvetítésére illetve a szájüregben elhelyezett fogászati eszköztárra gondolok. Egy másik ajtó a toxikus anyagok testbe jutására a légzőszervrendszer. Ennek kapcsán a levegőben található fémtartalmú szennyező anyagok mennyiségét szerettem volna feltérképezni, ehhez a csapadékok elemzését hívtam segítségül, azt feltételezve, hogy a csapadékok jó indikátorai a levegőben megtalálható szennyezőanyagoknak. Vizsgálataim elsősorban harmat-, hólé- és esőmintákra terjedtek ki. A fémekkel való érintkezés harmadik lehetősége a bőrrel való közvetlen kontaktus. Napjainkban is nagyon népszerű az ékszerek, testékszerek, tetoválások viselése, ezek hatásait modelleztem egy csirkeaortával elvégzett kísérlettel. Ezen kívül összeállítottam egy 20 pontból álló felmérést a fémallergiáról és a feltételezetten azt okozó tényezőkről. A válaszok kiértékeléséből igyekeztem következtetéseket levonni a témával kapcsolatban, illetve összehasonlítani a rendelkezésemre álló szakirodalmi adatokkal. Ezen adatok és kísérletek alapján igyekszem átfogó képet adni dolgozatomban a fémallergia kialakulásának környezeti fémterheléssel kapcsolatos okairól és azok következményeiről. 5

6 2. A fémallergia, lehetséges okainak elméleti áttekintése Vannak fémek, amelyek ionjai elengedhetetlenek a szervezet helyes működéséhez, és viszonylag nagy mennyiségben kell őket felvenni, ilyenek például a nátrium, a kálium, a kalcium, a magnézium. Vannak köztük nyomelemek, amelyek bevitele szintén nagyon fontos, de csak nagyon kis mennyiségben, ilyenek a cink, réz, kobalt és társaik. Ám vannak, amelyek szervezetben való jelenléte kifejezetten káros, ilyen a legtöbb nehézfém, például az ólom, higany, kadmium és a nikkel. Súlyosabb esetben mérgezési tüneteket, enyhébb esetben túlérzékenységi reakciókat válthatnak ki a szervezetből, és közrejátszanak számos kórkép kialakulásában. 2.1 A fémek bioakkumulációja Az ásványi anyagokat a szervezet különböző szövetekben tárolja (pl. vese, csontszövet, idegszövet), ahol azok károsodást vagy anyagcserezavart okozhatnak anélkül, hogy szintjük tartósan megemelkedne a vérben, mivel gyorsan elhagyják az ereket, és lerakódnak. Ezután egyáltalán nem vagy csak nagyon nehezen távoznak el a szervezetből, a tárolás mértéke az anyag oldhatóságától és mennyiségétől függ. [5][6] Ennek következtében a táplálékpiramisban feljebb és feljebb haladva több és több nehézfémmel találkozunk. Például, ha egy növényevő állat olyan zöldségeket, gyümölcsöket vesz magához, amelyek nehézfémekkel szennyezettek, a testéből csak kis mennyiség tud kiürülni, a többi lerakódik a szervezetében. Az őt elfogyasztó ragadozó állatot (beleértve az embert is) még intenzívebb szennyezés éri. A jelenséget jól példázza olyan halak fogyasztása, amelyek szöveteiben megnövekedett nehézfémszintet lehet mérni. [5] 6

7 Egyes nehézfémek illetve az alumínium lehetséges forrásait és a szervezetbe jutásuk lehetséges negatív egészségügyi következményeit a 2.1. táblázatban foglaltam össze [5][6]: Alumínium Források Egészségügyi kockázatok: savlekötők, aszpirin, autó kipufogó gázok, konzervdobozok, kerámiák, építőanyagok, edények, kozmetikumok, fogászati amalgám, dezodorok, gyógyszerek, orrspray, növényvédő szerek, környezetszennyezés, cigaretta, fogkrém Alzheimer-kór, izomfájdalom, gyengeség, csontfájdalom, beszédproblémák, vérszegénység, csontritkulás, károsodott immunrendszer, csökkent veseműködés, csökkent vas felszívódás, emésztési problémák, migrén, fibromyalgia Ólom Források hamu, kipufogó gázok, akkumulátorok, cigaretta, erőművek, festékek, kozmetikumok, por, üveggyártás, hajszínezők, légszennyezés, ólomcsövek, szempillaspirál, metálfény, újság, ceruza, peszticidek, gitt, esővíz, PVC, finomítók, kohók, konzervdobozok, fogkrém, játékok Egészségügyi kockázatok: Higany Források Egészségügyi kockázatok: Kadmium Források Egészségügyi kockázatok: Arzén Források depresszió, étvágytalanság, hasi fájdalom, hányinger, hasmenés, székrekedés, izomfájdalom, rossz közérzet, fáradtság, a nemi vágy hiánya, álmatlanság, fémes íz, hangulatingadozások, migrén, fibromyalgia ragasztók, antiszeptikumok, hőmérők, akkumulátorok, hintőpor, kozmetikumok, fogászati amalgám, diuretikumok, textilöblítő, padlóviaszok, gombaölők, ipari hulladék, rovarirtó szerek, hashajtók, fa-, papír-és klór gyártása, gyógyszerek, vakcinák, festékek, papíripari termékek, növényvédő szerek, szennyezett víz, kontaktlencse oldat, kúpok, tetoválás, faanyagvédő szerek Alzheimer-kór, autizmus, rák, migrén, remegés, pszichés változások, álmatlanság, étvágytalanság, ingerlékenység, fejfájás és a rövid távú memória elvesztése, fibromyalgia cigaretta, gyümölcsök és zöldségek, kagylók, orgona, hús, ivóvíz, levegő, jégkockatálcák, konzervdobozok, tálak, ékszerek, festett üveg, festék, akkumulátorok, műtrágyák rák, migrén, remegés, pszichés változások, álmatlanság, étvágytalanság, ingerlékenység, fibromyalgia, vese-és májbetegségek, hányás, hasmenés, hasi fájdalom, fulladásérzés, tüdőgyulladás, tüdőödéma, légszomj, köhögés, vérszegénység, hajhullás, ízületi gyulladás, tanulási zavarok, migrén, növekedési zavar, tüdőtágulás, a csontritkulás, szaglás és ízérzékelés elvesztése, rossz étvágy, a szív-és érrendszeri betegségei réz-, cink-, ólom-, vegyianyag-, peszticid- valamint üveggyártás, ivóvíz, festékek, patkánymérgek, gombaölő és faanyagvédő szerek. akut arzénmérgezés: torokfájás, bőrpír, súlyos hasi fájdalom, hányás és hasmenés, étvágytalanság, láz, nyálkahártya irritáció, szívritmuszavar, a szív-és érrendszer összeomlása. Krónikus vagy alacsonyabb expozíció vezethet fokozatos perifériás és központi idegrendszeri változásokhoz, mint zsibbadás és bizsergés, az izmok érzékenysége, égő érzés a kezeken és lábakon, neuropátia, fehér sávok a körömágyon, születési rendellenességek, májkárosodás, rosszindulatú daganat 2.1.táblázat: Egyes nehézfémek és az alumínium lehetséges forrásai és egészségügyi kockázatai Egészségügyi kockázatok: Több nehézfémről, például az arzénról, a kadmiumról, a krómról és a nikkelről dokumentálták, hogy karcinogén karakterű anyagok. [7] Ezek alapján milyen foglalkozást űzők vannak a legjobban kitéve a fémszennyezésnek? [5] 7

8 A magas kockázatú munkaköröket a következőkben foglaltam össze: Réz: vízvezeték-szerelők, villanyszerelők, olajipari munkavállalók, műtrágya- vagy növényvédőszer expozíciónak kitett mezőgazdasági munkások Kadmium: gumiabroncs-szerelők, hegesztők, vízvezeték-szerelők, ékszerészek, játékipari, műanyagipari dolgozók Higany: fogászati technikusok, fogorvosok, kőolajipari munkások, aranybányászok, orvosi szakemberek, Arzén: aranybányászok, kohászok, ácsok, építőmunkások, Ólom: vízvezeték-szerelők, hegesztők, kőolajipari dolgozók, festők, felújítók, világítástechnikában dolgozók, halászok Alumínium: Vízvezeték- szerelők, repülőgépekkel dolgozók, hegesztők, bányászok és olajfinomítói munkavállalók 2.2. A fémallergia biokémiai háttere A szervezetbe jutó nehézfémek többféleképpen befolyásolhatják annak működését. Az érintkezési határfelületen általában immunszupresszánsként viselkednek, azaz utat engednek a megjelenő mikroorganizmusoknak. A teljes szervezetre gyakorolt hatásuk többek között abban rejlik, hogy serkentik a szabad gyökök képződését, így roncsolva a sejteket; valamint nehezen széteső fémkomplexeket képeznek különböző szerves és szervetlen anyagokkal. Például kötődhetnek fehérjék SH-csoportjaihoz, így megváltoztatva azok szerkezetét, amelyet az immunrendszer ezentúl idegennek érzékel, és támadást indít ellene. Ebben T-limfociták, B- sejtek és makrofágok működnek közre, miközben memóriasejtek tárolják, hogy milyen anyagra lettünk érzékenyek, hogy egy későbbi találkozáskor gyorsabb, erősebb támadást indíthasson ellene a szervezet.[8] 8

9 2.3. Tesztelési lehetőségek a fémallergia és a szervezet nehézfémtartalmának kimutatására. Vérteszt Mivel a nehézfémek nem maradnak sokáig a vérben, hanem lerakódnak a lágy szövetekbe vagy az érrendszer falaiba, ezért a vér fémtartalmának tesztelése csak friss, akut mérgezésnél célravezető.[5] Kelátképzés A szervezet nehézfémtartalmának tesztelésére az egyik bevett módszer, hogy olyan anyagokat juttatnak a vérbe, amelyek kelátokat képeznek a fémekkel (pl. EDTA), amelyek így már gond nélkül kiürülnek a kiválasztó szervrendszeren keresztül, koncentrációjuk pedig már mérhető a vizeletből. A beadott kelátképző mennyisége és a vizelet nehézfémtartalma alapján következtethetünk a szervezet fémterhelésére. A nehézfémmérgezés kezelése, a kelátterápia is ezen a jelenségen alapul.[5] Hajminták elemzése Egy másik technika a haj analízisén alapszik, tehát az egyénből vett hajminták nehézfémkoncentrációja alapján számítják ki a szervezet nehézfémtartalmát. Kutatások bizonyították, hogy a szennyezett levegőnek, víznek való kitettség illetve a toxikus fémek szervezetben tetten érhető koncentrációjának emelkedése kapcsolatban van egyes betegségek kialakulásával. [6] Tapaszos allergiateszt Ez egy in vivo módszer, azon alapul, hogy a vizsgált anyag oldatát egy tapasz segítségével felviszik a bőrre, és többnyire 48 óráig rajta is hagyják. Ha bőrpír, égő, viszkető érzés, 9

10 bőrkeményedés jelentkezik, akkor az illető arra az anyagra érzékenynek bizonyult. Sokszor a tünetek csak 72 óra után jelentkeznek, ezért fontos a folyamatos megfigyelés.[8] MELISA A betűszó a Memory Lymphocite Immuno Stimulation Assay rövidítése. Ez egy in vitro limfocita transzformációs teszt, ami azon alapul, hogy a személy vérét egy kémcsőben kapcsolatba hozzák a lehetséges allergénekkel, és ha érzékenység áll fenn, a megfelelő memóriasejtek aktiválódnak, és válaszreakciót indítanak el, ami kimutatható radioaktívan jelölt timidin segítségével a sejtosztódás indikálásával.[8] 10

11 3.Fémek testbe jutása Ahhoz, hogy megértsük a kapcsolatot az egészség és a környezet között, egy sor eseményt kell tanulmányozni, amelyek a szennyezőanyag környezetbe jutásával kezdődnek, és az egyénben egy betegség kialakulásával végződnek. Sok tanulmány bizonyított kapcsolatot a környezeti terhelés és bizonyos egészségügyi problémák között. [6] Nézzük meg, hogy milyen úton juthatnak szervezetünkbe környezetünkből allergén vagy toxikus anyagok, pl. az általunk célba vett fémek! A közvetítők lehetnek szennyezett ivóvíz, táplálék, levegő, illetve a bőrön keresztül is a testbe juthatnak. [6] A szennyezések hátterében általában emberi tevékenység áll, azaz egyes ipari és mezőgazdasági üzemek, a közlekedés, a hulladékok nem megfelelő kezelése, a környezetszennyezés. [5] 3.1. Fémek emberi szervezetbe jutása a tápcsatornán keresztül Az egyik lehetséges támadási felület a tápcsatorna, ahol táplálkozásunk részeként, többnyire vegyületekbe épülve, de néha kolloidként, vagy elemi állapotban szívódhatnak fel, vagy kötődnek a szöveteinkhez a fémek. Milyen forrásokból érkeznek ezek? Kutatólaborok igazolták, hogy a fogászati amalgám a legnagyobb higanyforrás azon emberek szervezetében, akik több amalgámos fogtöméssel is rendelkeznek. [9] A fogászati gyakorlatban emellett több gyakori allergén anyagot is használnak, mint például a palládium, a nikkel, az arany, a króm vagy a kobalt, és az elmúlt évtizedekben a fogpótlási technikák fejlődése miatt csők nőtt a számuk, így a paciensek egészségére gyakorolt hatásuk is. A teljes szervezetbe gyakorolt hatásukat viszonylag kevés tanulmány vizsgálja, de az általuk kiváltott allergia helyi következményeiről többen szólnak, például a nikkel és a palládium ekcémát alakíthat ki a bőrön. Még a legkörültekintőbben kialakított eszközökből is oldódhatnak ki 11

12 ionok, elsősorban a korrózió következtében, sőt a többfajta fém között fellépő galvanizációs reakciók még jobban gyorsíthatják az oldódást.[10] Ezen kívül a táplálékban, elsősorban tengeri halakban, kagylókban feldúsult nehézfémtartalom (higany, kadmium, arzén) játszik közre a szervezet higanyszintjének emelkedésében. [8] [11]. A táplálékkal bevitt anyagok erősíthetik egymás hatását, illetve keresztallergiák alakulhatnak ki a hasonló karakterű elemek és vegyületek között. Az is megfigyelhető egyes esetekben, hogy például bizonyos ételek fogyasztása (kakaó, csokoládé) felerősítik a nikkelallergia tüneteit, ezeket érdemes elkerülni az ebben szenvedőknek. [12] Az emésztőszervrendszer útján szennyezett ivóvíz közvetítésével is juthatnak fémek a szervezetbe. Ezek elsősorban emberi tevékenység, környezetszennyezés folytán kerülhetnek oda, illetve réz és ólom magából a vízvezetékekből is be.[13] 3.2. Fémek emberi szervezetbe jutása a légzőszervrendszeren keresztül A második lehetőség a légzőszervrendszer útján való szervezetbe jutás. Fémporokkal, oldatokkal szennyezett levegő belélegzése után egyeseknél a légutak gyulladása, asztma, nehézlégzés, köhögés alakulhat ki. [6] Ezt a szennyezést főleg ipari tevékenység, tarló- és avarégetés és a közúti közlekedés okozhatja. Vizsgálataim egyik eleme a levegőben, elsősorban az ülepedő és szálló porban valamint a csapadékban található fémkomponensek kimutatása volt. A mérések elméleti alapja az volt, hogy a levegőben található szennyező anyagok egyrészt beoldódhatnak a csapadékokba, másrészt a por alkotórészeként kiülepedhetnek a tereptárgyakra. [6] Az utóbbi 20 év egyre növekvő ütemben folyó, a légköri szennyezésekkel foglalkozó kutatásai megmutatták, hogy az ülepedő és a csapadékokba beoldódó szennyező anyagok vizsgálatai kiváló indikátorai lehetnek az adott régió levegőminőségének. [8] [14] [15] 12

13 Környezeti fémterhelés mérése: Pormintavétellel 2008.ősz, 2009.tavasz Harmatmintákban 2008.tavasz Hólémintákban 2008.tél Pormintavétel A őszi mérési időszakban három mintavételi helyet állítottam fel. A környezeti terhelést szerettem volna tanulmányozni, ezért egymástól eltérő jellegzetességet pl. különböző közúti terhelést, eltérő domborzatot, esetlegesen eltérő agrokultúrát mutató mintavételi helyeken gyűjtöttem vizsgálati adataimat. 1. mintavételi hely: Sima 48 17'É; 21 18'K, tengerszint feletti magasság: 300m Kisközség az Abaúj-hegyközi kistérségben. A Zempléni-hegység lábánál, érintetlen erdők közt fekvő terület, itt számítottam a legkisebb szennyezésre a mintákban. 2. mintavételi hely: Gibárt: 48 18'É; 21 9'K; tengerszint feletti magasság:130 m A Hernád folyó mellett található, így intenzív harmatlecsapódással kellett számolni. A környéken mezőgazdasági művelés folyik, ez is megjelenhetett az eredményekben. 3. mintavételi hely: Forró,: 48 19'É; 21 5'K; tengerszint feletti magasság: 135 m A 3-as főút mentén elhelyezkedő település, a várható legnagyobb szennyezés helye. A tavaszi mintavételi időszakban ez kiegészült még egy kisközséggel, Inánccsal. 4. mintavételi hely: Ináncs, 48 17'É; 21 4'K, tengerszint feletti magasság:125 m Tipikus átmeneti terület, távolabb a főúttól és a Hernád folyótól is. A környéken szintén erőteljes mezőgazdasági művelés jellemző. 13

14 3.1. ábra: A mintavételi helyek földrajzi elhelyezkedése Méréseim célkeresztjében néhány allergén nehézfém és katalizátorfémek találhatóak. Ezeket elsősorban pormintavétellel lehet tetten érni. Ezeket meg is tettem, több módszert is alkalmazva, ezek közül a legoptimálisabbat keresve: a) Megtisztított üveglapokra paraffinolajat vittem fel egyenletesen, majd vízszintesen kihelyeztem őket egy hétvégére a mintavételi helyeken. Azt vártam, hogy a paraffinolaj megköti a por elsősorban apoláris komponenseit. Sajnos a mérést zavarta a jelentős mennyiségű talajmenti csapadékképződés. b) Ez a másik mérésnél is megfigyelhető volt, amelynek keretén belül glicerinnel vontam be az üveglapokat a poláris komponensek megkötésére, ám ez nem bizonyult hatékonynak, mivel az túl sok vizet abszorbeált. c) Végül a hagyományos befőttesüvegek bizonyultak a leghasznosabbnak, megtisztított állapotban egy hétre helyeztem ki őket. A minták csekély mennyisége miatt 14

15 kvantitatív analízisre nem került sor, de található volt bennük nátrium, kálium, kalcium és több nehézfém, például ólom és vas is ábra: a) és b) típusú pormintavétel preparált üveglapokkal Harmatvizsgálatok Vizsgáltam egyes biogén fémek koncentrációváltozásait a levegőben harmatvizsgálatok segítségével. A harmatot a talajmenti, nem hulló csapadékok közé sorolják. A vízcseppecskék különböző halmazállapotú kondenzációs magokra csapódhatnak ki, legyen az pl. por, korom, lebegő gáz- vagy savrészecske. Így tehát különböző káros anyagokat ránthatnak magukkal, amikor kiülepednek a tereptárgyakra, növényekre, ezzel segítik azok nyomon követését. Az eső a levegőréteg magasabb régióiban képződik, így elsősorban azon környezet tulajdonságairól nyújt tájékoztatást. Ezzel szemben a harmat a felszín közelében keletkezik, így egy kisebb, konkrétabb régió légszennyezettségi viszonyairól kaphatunk képet a segítségével. [16] [17] Többek között ezért is választottam vizsgálódásaim egyik tárgyának a harmatot. Viszonylag kevés szakirodalom említi, ám azok meggyőzőek abból a szempontból, hogy a harmat összetétele nagy változatosságot mutat az egyes területeken. (Például Chilében nagy ionkoncentrációjú, korrozív, Japánban nagyon alacsony ph-jú, sok nitrát- és szulfátiont 15

16 tartalmazó, Jordániában és Franciaországban pedig kissé lúgos kémhatású, kis ionkoncentrációjú harmatról győződtek meg a kutatók. [18][19][20][21]) Ahhoz, hogy kutatni tudjuk a harmattal érkező szennyeződéseket, meg kell találnunk a harmatgyűjtés egyszerű és kényelmes módszerét. A műanyagok vízzel nem nedvesítőek, de fennáll a beoldódás veszélye, üveglapok is megfelelnek, ha természetes harmat szakaszos begyűjtéséről van szó. [14] A 2006/2007-es tanév folyamán az encsi Váci Mihály Gimnázium, Szakközépiskola és Kollégium néhány diákja részt vett az Ifjúsági Innovációs és Tehetségkutató Versenyen, amelynek keretén belül sikerült kifejleszteni egy ügyes kis harmatgyűjtő eszközt, amit "Harmatcsapdának" neveztünk el. A készülék 38x46 cm hasznos felületű 5 mm vastagságú közönséges dupla nátronüveg, amelynek alsó felületéhez üvegtartályt ragasztottunk ( az üvegből beoldódó ionokat a rövid expozíciós idő miatt elhanyagoltuk [20]). Az üveglapok közötti zárt térben hűtőközeget áramoltathatunk kondenzátum gyűjtéséhez, kézi adagolással. Gyűjtő éle alá üveglapból készült mintagyűjtő kád helyezhető, amelybe kb cm 3 harmatminta gyűjthető. Az üveglap 30 o -os szögben van megdöntve, ez optimális abból a szempontból, hogy hatékonyan elősegíti, hogy a folyadék a nehézségi erő hatására a gyűjtő kádba csorogjon, ennél nagyobb dőlésszög viszont már akadályozná a harmatképződést. [15] A harmatcsapdával való mintavétel módja a következő: a kijelölt estéken az eszköz felszínét először mosószeres vízzel alaposan megtisztítottuk majd a csapvizes lemosás után desztillált vízzel való többszöri lemosást alkalmaztunk, és megvártuk, míg megszárad. A mintavételi eszközt sötétedéskor helyeztük ki, hiszen a harmat képződése már éjjel megkezdődhet. Ügyeltünk arra, hogy legalább 1 méter magasságban legyen a talajfelszíntől, hogy az esetleges ilyen módon érkező szennyeződéseket valamint az állatok zavaró hatását kiküszöböljük. A minta begyűjtését hajnalban végeztük, amikor a nap még nem sütött 16

17 közvetlenül a mintavételi felszínre, ezáltal még nem indult meg a bepárlás. A minta nagy része a gravitáció hatására belecsöpögött a mintavételi edénybe, a maradékot pedig alaposan megtisztított, desztillált vízzel öblített majd megszárított ablaktisztító kaparófejjel húztuk le az üvegfelszínről. A 2008.tavaszi mintavételi időszakban 12 alkalommal vettünk mintát, kizárólag esőmentes éjjeleken. 3.3.ábra: Harmatcsapda elnevezésű középiskolai fejlesztésű harmatgyűjtő készülék. Az így gyűjtött mintákat különböző általunk is elérhető eszközökkel vizsgáltuk, a helyszínen: - A mintavételezés megkezdésekor komplex barométerről leolvastuk a légnyomás, légnedvesség és a hőmérséklet adatokat. - konduktométerrel mértük az elektromos vezetőképességet - finomskálás univerzál indikátorpapírral a ph-értéket. - radiométerrel a sugárzását. Ezután tartósítás nélkül hűtőszekrényben, 2 C on tároltuk. 17

18 A 3.1. táblázatban láthatóak a tavaszi mintavételi időszak időjárási körülményei. Adat Hőmér- Viszonyított Szélirány Légnyomás séklet páratartalom (%) (hpa) Dátum ( o C) Délkeleti Délnyugati Északnyugati Északnyugati Délnyugati Délkeleti Déli Délkelet Nyugati Nyugati Nyugati Északnyugati táblázat: Időjárási körülmények a tavaszi harmatmintavételi időszakban 18

19 Ezután beszállítottuk a mintákat a Miskolci Egyetem Kémia Tanszékére, ahol folyadékkromatográfiás módszerrel vizsgáltuk azok iontartalmát. A méréshez HP 1050 folyadékkromatográfiás készüléket használtunk automata mintaadagolóval és UV-detektorral, az alábbi technikai adatokkal: Oszlop: Mozgó fázis: Áramlási sebesség: HP Asahipak ODP-50, 5 m, mm Víz-acetonitril (86:14), ph 8,6 karbonátmentes NaOH oldattal 1,5 ml/min. Oszlop hőmérséklete: 40 C Adagolt térfogat: Detektor: 100 l UV-VWD, 266 nm 12 m g / d m Forró Ináncs Gibárt Ca2+ Mg2+ Na+ K+ minták 3.4. ábra: A biogén fémek tömegkoncentrációjának átlaga az egyes mintavételi helyeken a tavaszi mintavételi időszakban. A Ca 2+ és a Mg 2+ valamint a Na + és a K + arányából a szennyezés szerves ill. szervetlen eredetére tudnánk következtetni, ha rendelkezésünkre állnának bizonyos átlagos előfordulási adatok,ugyanis mind a műtrágyákban, mind az élő szervezetekben meghatározott mennyiségben találhatók meg ezek egymáshoz képest. A kálium leginkább műtrágyákból 19

20 vagy a vegetációból, a Ca 2+ és K + valószínűleg a szél által felkavart porból származhat.[15][22] A ph 5,7 és 6,3 között, viszonylag szűk tartományban változott. Az enyhén savas ph valószínűleg a levegőből beoldódó CO 2 miatt figyelhető meg. [17] Az adatok a mintavételi helyek tekintetében az átlagokat véve szignifikánsan eltérnek egymástól, ez arra utalhat, hogy a harmat valóban jól jellemzi egy adott terület környezeti állapotát. Egyes kutatások azt is igazolták, hogy a harmatban is megfigyelhető nehézfémtartalom, különösen a téli, fűtési szezonban, így érdemes lenni a vizsgálatot kiterjeszteni a harmat nehézfém-tartalmára is. [20] Hóléminták elemzése Télen friss hómintákat gyűjtöttünk a mintavételi pontokon. Ez azért alkalmas a fémek levegőben való jelenlétének meghatározására, mivel a hópelyhek könnyebben kristályosodnak ki kondenzációs magokra, például porrészekcsékre, így magukkal ránthatják azokat. A friss hómintának megvan az az előnye, hogy el tudjuk különíteni a benne lévő anyagtartalmat az ülepedő szennyeződésektől, és mivel közismerten ez az egyik legtisztább csapadékfajta, a minimumkoncentrációkat tudjuk megmérni. 3 2,5 Sima Gibárt Forró m g / l 2 1,5 1 0,5 0 nátrium kálium magnézium kalcium mért ionok 3.5. ábra: Könnyűfémion-tartalom téli hómintákban a különböző mintavételi helyeken. 20

21 Atomabszorpciós spektrofotometriát használtunk(3.3 fejezetben leírtak szerint), a készülék méréshatárát az olvadék hússzorosára való bepárlásával tudtuk kiszélesíteni. m g / l 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 Sima Gibárt Forró a mért nehézfémionok 3.6.ábra: Nehézfémion-tartalom 2008.téli hómintákban a különböző mintavételi helyeken Itt is megfigyelhetőek voltak alkáli-és alkáliföldfém-ionok, bár kisebb koncentrációban, mint a harmatban, valamint nehézfématomok is csekély, ám műszerrel mérhető mennyiségben. A legnagyobb koncentrációk furcsa módon a természetvédelmi területen vett mintákban jelentek meg, ami akkor lehet tanulságos, ha tudjuk, hogy friss hóról volt szó, valamint hogy a csapadékfelhő az északra fekvő ipari körzet felől érkezhetett Fémek emberi szervezetbe jutása a bőrön keresztül A fém és a test találkozása leglátványosabban bőrünkön keresztül valósulhat meg. Az ilyen találkozások hatására kialakuló túlérzékenységi reakció tűnik a fémallergia legelterjedtebb formájának, és tekintve, hogy ebben főleg a nők érintettek, mint ahogy ez a felmérésünkből is kiderült (ld. 4.fejezet), praktikusnak tűnik az ékszereket, bizsukat vagy munkahelyi ártalmakat okolni az ilyenkor fellépő bőrpírért, viszketésért, duzzanatért. Ezt támasztják alá azok a skandináviai és Amerikai Egyesült Államokbeli felmérések, melynek eredményeként kiderült, hogy összefüggés fedezhető fel a fülbevalók, fülpiercingek viselése és a fémallergia kialakulása között. [23][24][25] 21

22 Ennek egyik elemeként próbáltam modellezni a fémek szempontjából az élőlények szervezetében végbemenő adszorpciós és diffúziós folyamatokat. Négy különböző Petri csészébe 4-4 közel egyforma, 2 cm hosszú, fél cm átmérőjű csirkeaorta darabot helyeztem, majd ezekkel közvetlen érintkezésbe hoztam az első esetben egy ezüstgyűrűt, a másodikban egy pár bizsu fülbevalót, a harmadikban egy 0,6 g os rézdrót darabkát, míg a negyedikbe az összehasonlíthatóság céljából nem helyeztem fémet. Ezen kívül az első három edénybe egy-egy kisebb, kb. 0,5 cm hosszú csirkeaorta darabot is tettem, ám ez nem volt közvetlen érintkezésben a fémekkel ábra: A kísérlethez preparált csirkeaorta darabok és a velük érintkezésbe hozott fémek 1.:ezüst gyűrű; 2.:bizsu jellegű fülbevaló(ni tartalmú); 3.:Rézdrót darab; 4.:referencia 22

23 A megfelelő környezet modellezéséhez mesterséges verejtéket állítottam elő 200 cm 3 fiziológiás sóoldatból, 0,25g kálium-kloridból, 0,25g karbamidból és 0,5 cm 3 tejsavból, majd mindegyik Petri csészébe cm 3 -t öntöttem belőle. Az oldat ph-ja 6-os volt. Ezután a csészéket az egyhetes inkubációs időszakra hűtőszekrénybe helyeztem. Várakozásaim ellenére egyedül a rézdrótot tartalmazó oldatban nem indultak meg a bomlási folyamatok, pedig az ezüst fertőtlenítő hatása lényegesen hatékonyabbnak ismert. Gondoljunk csak a középkori királyok ezüstkupáira és étkészleteire. A minták feldolgozása során a csirkeaortákra 2,5 cm 3 30m/m%-os salétromsav-oldatot öntöttem, hogy biztosan oldatba menjenek a kísérlet során esetlegesen lerakódott fémek. Várakozásaimnak megfelelően hosszabb idő elteltével az aortadarabok nagyobb részének szöveti állománya elroncsolódott. A Petri csészében keletkezett oldatrészletekhez is hozzáadtam 1-1 cm 3 salétromsavat, ezúttal tartósítás céljából, majd beszállítottam őket a Miskolci Egyetemre, ahol a minták szűrése után Pye Unicam 9100-as atomabszorpciós spektrofotometriás készülékkel, PU Cr-Ni-Cu-Mn négyelemes lámpával vizsgáltuk meg őket. A mérés körülményei a 3.2. táblázatban olvashatóak. 23

24 Cr hullámhossz: láng: 357,85 nm N 2 O-acetilén sztöchiometrikus Ni hullámhossz: láng: 232,0 nm N 2 O-acetilén sztöchiometrikus Cu hullámhossz: láng: 324,8 nm levegő-acetilén sztöchiometrikus Ag hullámhossz: láng: 338,3 nm N2O-acetilén sztöchiometrikus 3.2.táblázat: Az atomabszorpciós spektrofotometriás mérés körülményei A kallibrációt monoelemes 1000 mg/l törzsoldatból készített oldatsorozattal végeztük. Az eredményeket a 3.3. táblázatban foglaltam össze. tömegkoncentráció tömegkoncentráció a csirkeaortában a folyadékban Cr (1.sz.petricsésze) 0,05 mg/l 0,07 mg/l Ni (2.sz.petricsésze) 0,4 mg/l 0,45 mg/l Cu (3.sz.petricsésze) 111,5 mg/l 134 mg/l Ag (4.sz.petricsésze) 0,04 mg/l 0,22 mg/l 3.3. táblázat: A csirkeaortákban illetve az azokat körülvevő folyadékban mért tömegkoncentráció értékek az egyes fémekre vonatkozólag. A króm és a nikkel jelenléte viszonylag csekély, ám mégsem elhanyagolható, mindkettő mutatott bizonyos fokú oldódást. Figyelembe kell vennünk, hogy a Ni és a Cr ötvözőanyagként voltak jelen a fémben. A minta állagából levont következtetés helyesnek bizonyult, ugyanis ahol nem szaporodtak el a baktériumok, azaz a rezes mintában, jelentős réztartalom volt kimutatható. A viszonylag kis ezüstkoncentráció is meghaladja a biológiai aktivitás határát, baktericid következményt kellett volna tapasztalnunk. Ezzel szemben leginkább, érzékszerveinkkel is jól azonosítható módon, az ezüstmintában szaporodtak el a 24

25 baktériumok. Tehát a jövőben meg kellene vizsgálni azt is, hogy milyen bakteriológiai folyamatok lehetnek az ékszerviselés következményei. A bőrbe irányuló nehézfém abszorpciónál nagyon sok tényezőt figyelembe kell venni, például az ionok koncentrációját, méretét, polaritását, az oldat ph-ját, a bőr felületének milyenségét és életkorát, a verejték oxidációs és redukciós képességét [4]. Fontos azt is figyelembe venni, hogy ezen kísérlet csupán egy modell, tehát a csirkeaorta abszorpciós képessége nem egyezik meg az emberi bőrével. Viszont a tény, hogy a vizsgált nehézfémek kimutatható mennyiségben jelentek meg az aortadarabokban és az őket körülvevő mesterséges verejték oldatban, azt mutatja, hogy valóban fontos beszélni az ékszerviselés következtében jelentkező allergiás jelenségekről, illetve megfontolandó, hogy milyen összetételű, milyen tulajdonságú ötvözeteket használunk tárgyaink elkészítésénél. 25

26 4. Kérdőív fémallergia témakörben A szakirodalom feldolgozása során sokféle elmélettel találkoztam a fémallergia kialakulásának okaival kapcsolatban. Egy saját felméréssel is szerettem volna megerősíteni vagy megcáfolni ezeket, ezért összeállítottam egy 20 kérdésből álló kérdőívet, amelyben az irodalmakban előforduló lehetséges okokra kérdeztem rá. A dokumentum teljes egészében az 1. mellékletben olvasható. Nem volt célom a reprezentatív mintavétel, de igyekeztem a legkülönbözőbb életkorú, foglalkozású, lakóhelyű embereket megkérdezni, így egy viszonylag széles spektrumát vizsgálni a magyar társadalomnak. A kérdőíveket internetes és nyomtatott formájában terjesztettem, előbbivel inkább a fiatalabb, iskolázottabb, míg az utóbbival az idősebb illetve internet-hozzáféréssel nem rendelkező korosztályt célozva meg. Nevet illetve személyazonosításra alkalmas adatokat nem gyűjtöttem, kizárólag a kutatással, fémallergiával, fémterheléssel összefüggő kérdéseket tettem fel. Mintegy 350 különböző korú és nemű embertől kaptam választ szerte az országból. A kiértékelés során a válaszadókat két csoportra osztottam, azokra, akik még nem tapasztaltak magukon fémallergiás tüneteket (továbbiakban ezen csoport rövidítése: EG), és azokra, akik saját bevallásuk szerint már igen (továbbiakban ezen csoport rövidítése: ALL). Ezeket az 5-8. kérdésekre adott válaszok alapján tettem meg. Az allergiások közül mindössze 17 embernek volt orvosi diagnózissal, allergiavizsgálattal megerősített fémallergiája, ám a többiek is találkoztak már a kérdőívben leírt tünetekkel. Az orvoshoz fordulók kis százaléka mutatja, hogy érdemes lenne a társadalom figyelmét jobban felhívni a fémallergia fontosságára, hiszen az az évek során súlyosbodhat, ha nem szűnik meg az allergén fémnek való folyamatos kitettség. Ha azok, akik már tapasztaltak 26

27 magukon ilyen típusú allergiás tüneteket, végeztetnének magukon allergiatesztet, hatékonyabban tudnák elkerülni a további expozíciót kérdések: a kor, nem megoszlása; lakhely és foglalkozás 350 válaszadó: ALL: nő - 13 férfi EG: nő - 58 férfi A megkérdezettek között sokkal többen voltak a női nem képviselői, így ebből a szempontból nem reprezentatív a mintavétel, a felmérés szempontjából ez előnyösebb, hiszen a nők között magasabb a fémallergiások száma. [4] Ez a kérdőív adataiból is tükröződik, hiszen az is arra mutat, hogy több a fémallergiás nő, mint férfi ALL EG f ő életkor 4.1. ábra: A válaszadók életkor alapján való megoszlása A válaszadók életkorbeli megoszlását a 4.1. ábra mutatja. Ebből a szempontból sem reprezentatív a mintavétel, de szépen látszik, hogy arányaiban nagyjából ugyanannyi a 27

28 fémallergiások hányada minden életkorban, ebből a szempontból nem láthatóak szignifikáns eltérések, a pontatlanságok a megkérdezettek viszonylag kis számára vezethetők vissza. község 24% a) ALL Főváros 27% község 30% b) EG Főváros 18% Város 50 E lakos alatt 30% Város 50 E lakos felett Város 50 E lakos alatt 32% Város 50 E lakos felett 20% 4.2. ábra: A válaszadók lakhely szerinti megoszlása a) allergiások b) egészségesek A válaszadók lakhely szerinti megoszlása (4.2. ábra) azt mutatja, hogy nagyobb a nagyvárosban lakók (város ötvenezres lélekszám felett illetve Budapest) aránya a fémallergiások körében, mint az egészségesek körében. Ez utalhat az általuk elszenvedett nagyobb arányú környezetszennyezésre, környezeti fémterhelésre is, illetve a városi életmód eltéréseire (pl. gyakoribb ékszerviselés, bizonyos fogyasztási cikkek előtérbe helyezése) is All Eg ábra: Dolgozott-e olyan munkahelyen, ahol veszélyes hatásoknak volt akár részmunkaidőben kitéve? 28

29 Egyes felmérések összefüggést vélnek felfedezni a munkahelyi fémszennyezés és a fémallergia kialakulása közt. Például pénztárosok, fodrászok, takarítók között gyakoribb a nikkelallergia, cementporral gyakran kontaktusba kerülő építőipari munkások között pedig a krómra való túlérzékenységi reakció.[4] A kérdőív feldolgozott adatai azt mutatják, hogy a megadott szakmákban nagyobb az allergiások aránya (ált. 50%), mint az egész társadalomban (kb.10%) kérdések: Fémallergia a családon belül 3% 2% 6% 5% 3% a) ALL 81% 2% 2% b) EG 2% 1% Nem 3% Szülő Testvér Unokatestvér Gyermek Egyéb 90% Nincs szülő testvér unokatestvér gyermek egyéb 4.4. ábra: fémallergiás esetek előfordulása a családon belül a) az allergiások körében b) az egészségesek körében Általában az allergia kialakulásáért az öröklött hajlam és a környezeti hatások együtt felelősek. A felmérésünk szerint is az allergiások között nagyobb arányban van a családban szintén allergiás, mint az egészségesek körében. Ám fontos megjegyezni, hogy a szakirodalomban sok egymással ellentétes kijelentés ismert a témával kapcsolatban. Egyesek szerint nincs az emberben olyan gén vagy génrészlet, amely fémek által indukált túlérzékenységet vagy autoimmun betegséget, esetleg fogékonyságot kódolna. [3] Mások ikerkutatásokra hivatkozva azt mondják, hogy mégis van,[26] ám ugyanilyen módszerrel keletkezett felmérések ezt cáfolják, és az ikrek hasonló környezeti fémterhelését okolják a jelenség miatt. [27] 29

30 11-13, Ékszerek, testékszerek, tetoválások f ő platinát tartalmazót ezüst ékszert arany ékszert bizsut ALL EG 4.5. ábra: Az ékszerviselés gyakorisága a megkérdezettek között A 4.5. ábra tanulsága szerint nagy arányú a megkérdezettek között az ékszerviselés, ami pedig meglepetést okozott, hogy az önmagukat allergiásnak vallók közül is milyen sokan viselnek bizsu, azaz nem csupán nemesfémeket, gyakorta nikkelt is tartalmazó ékszereket. A témával foglalkozó kutatásokban az is megjelenik, hogy a nikkelallergia kiváltó okai először a farmergombok és zipzárak, majd a nikkelt tartalmazó ékszerek voltak.[28][29] A nikkelnek való gyakori kitettség előidézője lehet az allergiának, amit azon felmérések is bizonyítanak, amelyeket Dániában és az Egyesült Államokban végeztek. Ezek arra mutatnak rá, hogy mióta Dániában életbe lépett az ékszerekben található nikkel mennyiségének korlátozására vonatkozó rendelet, csökkenő tendenciát mutat a fémallergiások száma, ezzel szemben az USÁ-val, ahol nincs ilyen rendelet, folyamatosan nő. [4] Napjainkban a mobiltelefonok és testékszerek szerepét emelik ki elsősorban a férfiak nikkelallergiájának kialakulásában. [30][31] 30

31 A válaszadó allergiások közül tüneteik ellenére 11 embernek volt a felmérés idején testékszere, valamint 3-nak a múltban volt ilyen, de kivetette. Az okok, amelyre hivatkoztak, azok voltak, hogy begyulladt, viszketett, fájdalmas volt. Az egészségesek közt 12 embernek volt testékszere, és 6 már eltávolíttatta. A leggyakoribb lyukasztott testfelület az arc volt, a felmérésben szereplő emberek közt a legtöbb egyidejűleg bent lévő piercing 12 volt. Az allergiások közül 12 fő rendelkezett a felmérés idején testen belül elhelyezett fémeszközzel, 6 főnek pedig a múltban volt ilyen típusú beavatkozása. Az egészségesek közt 22 fő adott igen választ, a többiek mindannyian nem -et válaszoltak. A százalékos arányok jó közelítéssel megegyeznek, tehát ezen kérdésből nem vonható le szignifikáns eltérésen alapuló következtetés. 14. kérdés: amalgámos fogtömések Arra a kérdésre, hogy Van-e amalgámos fogtömése? körülbelül ugyanolyan százalékos arányban adtak igen választ az allergiások (61%) és az egészségesek (60%). Az adatok statisztikai kiértékelés után az fedezhető fel, hogy az allergiásoknak átlagosan 9,64 éve van 2,98 db amalgámos fogtömésük, míg az egészségeseknek átlagosan 9,88 éve van 2,74 db amalgámos fogtömésük. Ezek alapján nem mutatható ki szignifikáns különbség. Az újabb keletű kutatások viszont azt mutatják, hogy az amalgám fogtömések jelentősen közrejátszhatnak fémallergia vagy nehézfémmérgezés kialakulásában. [9] 31

32 fő fő 19.kérdés: kozmetikai cikkek használata a) ALL s soha hetente vagy ritkábban naponta naponta többször b) EG soha hetente vagy ritkábban naponta ábra: Kozmetikai cikkek használatának gyakorisága a) allergiások b) egészségesek körében Még vitatott, hogy van-e összefüggés a nikkelallergia és bizonyos típusú szemfestékek és szempillaspirálok viselése között [32], és ez a felmérésemből sem derül ki egyértelműen, 32