Ťažké kovy vo vode – olovo, ortuť, arzén, kadmium, nikel, chróm – a ich toxicita

Pojem "ťažké kovy" sa zvyčajne spája s chemickými prvkami vyššieho atómového čísla​ (zväčša kovy)​​​, ktoré spôsobujú neželané toxické účinky. V určitých regiónoch Slovenska, v dôsledku jeho banskej a priemyselnej histórie, je znečistenie pôd pomerne vysoké. V najvyšších koncentráciách sa v životnom prostredí nachádzajú predovšetkým tieto ťažké kovy: ortuť (Hg), olovo (Pb), kadmium (Cd), arzén (As), nikel (Ni), chróm (Cr)​ a hliník (Al). Ide o prvky, ktoré sa využívaním v rôznych priemyselných odvetviach dostali vo zvýšenej miere do životného prostredia - do vody, pôdy a atmosféry.

Stopové množstvá kovových prvkov sú za normálnych okolností v životnom prostredí prirodzené a pre správny vývin organizmov aj žiaduce. Z tohto pohľadu sú dôležité napr. železo (Fe), kobalt (Co), meď (Cu), mangán (Mn), selén (Se), molybdén (Mo), zinok (Zn) a iné. Tieto prvky sú súčasťou enzýmov, vitamínov, červených krviniek, bunkových membrán a esenciálne pre správne fungovanie metabolizmu tukov, cukrov a bielkovín. V prípade týchto prvkov je pravdepodobnejší skôr ich nedostatok ako prebytok v organizme. Avšak aj tieto kovy sa môžu stať toxické, ak sú prekročené ich limitné hodnoty.

Ťažké kovy sú pre zdravie človeka esenciálne v stopových množstvách. Hlavným zdrojom potrebných kovových prvkov je potrava, pričom 99% z množstva prijatých kovov je pre telo nepotrebné, ba až toxické a za účasti obličiek je močom vylúčené.

​Za normálnych okolností by mala byť koncentrácia ťažkých kovov vo vode a v ovzduší minimálna. V dôsledku priemyselnej činnosti a spaľovania fosílnych palív sa však do prostredia dostávajú nadbytočné ťažké kovy. To vedie k akumulácii týchto prvkov predovšetkým u rýb a k expozícii ľudí žijúcich v mestách a v priemyselných oblastiach, čo môže viesť k chronickej záťaži.

​V súčasnej dobe je takmer nemožné vyhnúť sa nadbytočnému príjmu ťažkých kovov cez potravu, vodu alebo vzduch. U ​fajčiarov predstavuje nezanedbateľný zdroj ťažkých kovov ​aj inhalácia cigaretového dymu.​ O to viac je potrebné napomôcť telu zbaviť sa týchto látok; hovoríme o chelácii.

Prípady akútnej otravy ťažkými kovmi sú ojedinelé a dochádza k ním zväčša v dôsledku nesprávnej manipulácie v priemyselnej výrobe. Nebezpečná je z tohto hľadiska predovšetkým inhalácia pár kovov, ktorá už aj pri malých dávkach poškodzuje pľúca. Pri akútnej otrave niektorým z ťažkých kovov sa v zdravotníctve používa tzv. chelatačná liečba.

Olovo patrí medzi silne toxické prvky, no napriek tomu je jedným z najdlhšie využívaných kovov. Je to dobre tvárny a stabilný kov, odolný proti korózii. Ešte donedávna sa z olova vyrábalo aj vodovodné potrubie. Expozícia olovu je pravdepodobnejšia pri niektorých profesiách, ako napríklad pri výrobe autobatérií, pri zlievaní v hutách, pri spájkovaní alebo pri výrobe streliva, olovnatého skla a pigmentov. Dlhodobým využívaním olova v rôznych priemyselných odvetviach sa toto dostalo aj do životného prostredia a následne aj do vodných zdrojov.

Olovo, podobne ako iné kovy, je kumulatívny jed. Zo začiatku sa v organizme ukladá do mäkkých tkanivách (obličky, pečeň) a neskôr sa prerozdelí aj do kostí, zubov a vlasov. Počiatočné príznaky chronickej otravy sú nenápadné a málo špecifické. Nadbytočné olovo v organizme prispieva ku nepokojnosti alebo otupenosti, bolestiam hlavy, poruchám pamäte a schopnosti koncentrácie. Celkovo dochádza k zhoršeniu psychického zdravia. Deti sú na prítomnosť olova obzvlášť citlivé; spôsobuje u nich kognitívne dysfunkcie, zhoršenie koordinácie, poruchy pozornosti a hyperaktivitu.

S ortuťou má človek skúsenosti už minimálne niekoľko tisícročí. Zaujímavé je, že čistá kovová ortuť sa v tráviacom trakte človeka absorbuje pomerne zle. Jej prítomnosť vo vode preto nie je kritická. Nebezpečnejšie sú špecifické zlúčeniny ortuti, ktoré sa zachytávajú v tele človeka a sú neurotoxické (napr. metylortuť). Pokiaľ ide o samotnú ortuť, tak toxická je inhalácia jej pár. Keď sa ortuť zachytí v organizme, tak pôsobí pomaly a nebadane. Najskôr je postihnutá mozgová kôra, zhoršuje sa schopnosť sústredenia, rastie zábudlivosť, dostavuje sa celková slabosť. Chronickú otravu ortuťou možno rozpoznať typickou trojkombináciou – tras končatín, zápal ďasien a psychické prejavy (nervozita, nespavosť).

Akútna otrava ortuťou je zriedkavá. Treba si skôr dávať pozor na dlhodobé vdychovanie malých koncentrácií ortuti (napr. v okolí uholných elektrární) alebo pravidelný príjem ortutnatých zlúčenín z potravy. Najväčšie riziko predstavuje konzumácia rýb. V dôsledku znečistenia vodných zdrojov sa zlúčeniny ortuti ukladajú v orgánoch malých rýb (tzv. bioakumulácia). A tie sa ďalej koncentrujú ešte väčšmi u rybích predátorov, ako sú tuniak, mečúň či žralok (tzv. biomagnifikácia). Tieto typy rýb sa preto odporúča konzumovať iba príležitostne.

Toxické vplyvy arzénu, ortuti a olova boli známe už v staroveku. Akútna otrava arzénom spôsobuje narušenie bunkového metabolizmu a poškodenie základných životných orgánov. Z tohto hľadiska sú nebezpečné predovšetkým anorganické zlúčeniny arzénu. Organické zlúčeniny sú veľmi málo toxické. Čistý arzén sa v ľudskom organizme metabolizuje na jedovatý oxid arzenitý (As₂O₃). Jedovaté sú aj výpary arzénu. Chronický účinok nadmerného príjmu arzénu sa prejavuje predovšetkým kožnými poruchami, ako je napr. hrubnutie alebo šupinatenie kože (hyperkeratóza) a tvorba pigmentových škvŕn (hyperpigmentácia). Arzén sa ukladá vo vlasoch a nechtoch a naopak jeho deficit môže viesť k ich spomalenému rastu.

V súčasnosti sa využitie arzénu sústreďuje v metalurgii a elektronike na výrobu polovodičových súčiastok. Do životného prostredia sa rozšíril napríklad nedokonalým spaľovaním fosílnych palív v okolí tepelných elektrární. Do vôd vypúšťaním priemyselného odpadu. Primárne sa arzén do ľudského organizmu dostáva buď prostredníctvom potravy (napr. konzumácia rýb, tzv. biomagnifikácia) alebo pitím neošetrenej vody v oblastiach zvýšeného výskytu arzénu. Ten nastáva v dôsledku vyplavovania arzénu z geologického podložia alebo zvetrávaním banskej hlušiny, čo sa týka  aj viacerých lokalít na Slovensku. Sú známe prípady, keď sa arzén vyplavil do podzemných vôd kvôli intenzívnemu zavlažovaniu poľnohospodárskych pôd.

Už niekoľko storočí sa kadmium využíva v umení na výrobu farebných pigmentov. V súčasnosti sa v priemysle používa najmä na výrobu nabíjateľných NiCd batérií alebo napr. ako stabilizátor PVC plastov. Do atmosféry sa podobne ako iné ťažké kovy dostáva spaľovaním nafty a uhlia. Zvýšené množstvo kadmia sa nachádza v cigaretovom dyme. Do vodných zdrojov prenikalo splavovaním poľnohospodárskych pôd (fosfátové hnojivá) alebo v dôsledku banskej činnosti a spracovania zinkových rúd, ktoré obsahujú kadmium. 

​V dôsledku znečistenia vôd majú zvýšený obsah kadmia najmä mäkkýše, kôrovce, kraby a hlavonožce. V dôsledku používania fosfátových hnojív sú to najmä plodiny ako napr. obilniny, zemiaky a koreňová zelenina. Kadmium nie je vo všeobecnosti pre rastliny natoľko škodlivé ako pre vyššie organizmy. V živočíchoch kademnaté soli zasahujú do metabolizmu cukrov. Hromadia sa v pečeni, kostiach a nadobličkách. Chronická expozícia zlúčeninám kadmia spôsobuje mäknutie kostí, môže sa objaviť pigmentácia do zlatista na zubnej sklovine.

Pre živé organizmy je nikel v nízkych koncentráciách esenciálny, no pri prekročení limitu jeho toxicita prudko stúpa. Nedostatok niklu sa prejavuje napr. tým, že sa pri ňom nedostatočne vstrebáva železo. Na druhej strane nikel spolu s ortuťou, olovom, kadmium a chrómom patrí medzi najtoxickejšie ťažké kovy. V prírode sa vyskytuje viazaný, prevažne v sulfidoch a kremičitanoch a z týchto rúd sa získava pomerne ťažko. Do prostredia sa dostáva vo forme prachu a pár pri ťažbe alebo cez odpadové vody z priemyselnej činnosti.

​Použitie niklu je rôznorodé a ide naprieč viacerými odvetviami ľudskej činnosti. Používa sa na výrobu zliatin, povrchovú úpravu iných kovov (napr. kuchynského riadu), pri výrobe akumulátorov (napr. NiCd), na výrobu dentálnych protéz a dokonca v potravinárskom priemysle ako katalyzátor pri stužovaní tukov. Toxicita niklu a jeho zlúčenín je známa iba niekoľko desaťročí a výskum jeho účinkov na živé organizmy je vysoko aktuálny. Nikel je potenciálny karcinogén. Známa je alergia na zlúčeniny niklu pri kontakte s pokožkou, objavuje sa výskyt toxického karbonyl-niklu v cigaretovom dyme a i.

Chróm sa v prírode vyskytuje vo forme minerálov (napr. chromit), ktoré častokrát sprevádzajú rudy iných kovov. Používa sa pri výrobe kovových zliatin, napr. oceli. Ide ​o esenciálny prvok nevyhnutný pre život, no pri prekročení istých limitov sa stáva toxickým. Možnými zdrojmi znečistenia sú odpadové vody z metalurgických závodov a povrchovej úpravy kovov. Odtiaľ do ​vodného prostredia ​preniká viazaný v zlúčeninách​.​

Soli chrómu v koncentráciách, ktoré prenikajú do vôd nie sú zdraviu škodlivé (ak neberieme do úvahy efekt biomagnifikácie - pozri vyššie). Ak však prenikne takáto voda do zdroja pitnej vody, ktorá je dezinfikovaná oxidačne (chlór, peroxid, ozón, a pod.), tak dochádza k ​oxidačnej premene chrómu z Cr^III na Cr^VI, pričom forma Cr^VI má neurotoxické a hepatotoxické účinky a tiež sa intenzívne skúma ​jej karcinogenita.

​Rovnako ako pri ostatných kovoch nebezpečná je inhalácia pár obsahujúcich chróm, napr. pri zváraní ocele alebo u ľudí žijúcich v priemyselných oblastiach. Vyšším koncentráciám chrómu sú vystavení aj fajčiari. Chróm ​spôsobuje alergiu až zápal pri kontakte s pokožkou alebo sliznicou, čo bolo odpozorované z manuálnej výroby kože a u robotníkov pracujúcich pri povrchovej úprave kovov (tzv. chrómovanie). Z potravy sa vstrebáva len malé množstvo, t.j. 1-2 % z prijatého chrómu.

​