พิษของโลหะหนัก (ปรอท,ตะกั่ว,แคดเมียม,สารหนู,พลวง,แมงกานิส,นิเกิล,เซเลเนียม) วัตถุประสงค์การเรียน 1. คุณสมบัติและกลไกการเกิดพิษต่อร่างกายของโลหะหนัก 2. หลักการและวัตถุประสงค์ของการตรวจวัดโลหะหนัก 3. บอกชนิดและวิธีการเก็บสิ่งส่งตรวจสำหรับตรวจทางห้องปฏิบัติการ

Gastrointestinal Tract Ingestion Inhalation Intravenous Intraperitoneal Subcutaneous Intramuscular Gastrointestinal Tract Lung Dermal Liver Blood and Lymph Extracelluar fluid Fat Bile Kidney Lung Secretory structures Organs Bladder Alveoli Soft tissue Bone Feces Urine Expired Air Secretions ผังแสดงวีถีทาง การดูดซึม,การกระจาย และการขับสารพิษในร่างกาย

ผังแสดงผลของพิษจากสารเคมี Chemical absorption Pharmacologic Effect Blood Pathologic Effect repair Biotransformation repair DNA Injury Excretion Activation Detoxification Replication Activation Detoxication Nontoxic metabolite Toxic metabolite altered DNA ผังแสดงผลของพิษจากสารเคมี

กลุ่มสารโลหะที่เป็นพิษ (ตามความเป็นพิษ) 1. เกิดโรคเกี่ยวข้องกับระบบการหายใจ เช่น เหล็ก ทังสเตน ไนโอเบียม 2. เกิดโรคเกี่ยวกับอวัยวะภายใน เช่น โครเมียม โมลิบดินัม วานทเดียม นิเกิล โคบอลต์ ทองแดง เงิน แคดเมียม 3. มีพิษร้ายแรงจนรักษาให้หายได้ยาก รวมตัวกับ -SH เช่น ปรอท ตะกั่ว แมงกานิส สารหนู พลวง

ปรอท ( Mercury, Hg ) Hg+ (เมอร์คิวรัส) และ Hg++ (เมอร์คิวริก) สารอนินทรีย์ สารอินทรีย์ ไดเฟนนิลเมอร์คิวรี ไดเมทธิลเมอร์คิวรี -Hg homocysteine (CH3)2-Hg B12 , low pH Hg++ -Hg+ (Bacteria) homocysteine O2 H2O CH3-Hg+ โลหะปรอท Hgo B12 , low pH anion, X - CH3-O-(CH2)2-Hg+ CH3-HgX เมทอกซีเอทธิลเมอร์คิวรัสอิออน เมทธิลเมอร์คิวรีเฮไลด์

-SH : โปรตีน, เอนไซม์ ซิสเตอีน โคเอ็นไซม์และในกลูตาไธโอน Hg++ + 2 RSH R-S-Hg-S-R irreversible reaction R-S-Hg-CH3 + Hg CH3HgCl + RSH Non-specific enzyme inhibition Cell membrane Liver, Kidney, Intestine, Muscle, Cardiac muscle, Brain สะสมมากที่ Kidney โรคสั่นกระตุกของคนทำหมวก หรือ Hatter's shakes โรคมินามาต้า

Chelation 2,3 Dithiopropanol Dimercaprol D-Penicilamine Cuprimine CH2-SH CH-SH CH2-OH | CH-NH2 COOH C - SH CH3 | 2,3 Dithiopropanol Dimercaprol D-Penicilamine Cuprimine BAL(British Anti-Lewisite)

ตะกั่ว ( Lead, Pb ) จับกับ -SH ผลต่อเยื่อหุ้มเซลล์ รวมกับฟอสโฟลิปิคชนิด phosphatidyl choline รวมกับเอนไซม์ชนิด Na+/K+ ATPase ผลต่อการทำงานของไต เกิดการทำลายเซลล์ของท่อเล็กๆ ของไต (renal tubule) ผลต่อสมองและระบบประสาท ผลต่อสารพันธุกรรม ผลร้ายต่อการสร้างฮีมและฮีโมโกลบิน

ผลร้ายต่อการสร้างฮีมและฮีโมโกลบิน

แคดเมียม ( Cadmium, Cd ) เข้าทางปอดในลักษณะของฝุ่นละอองหรือไอโลหะ ดูดซึมเข้าได้ประมาณ 8% ไปที่ ไต ตับ กระดูก เนื้อเยื่อต่างๆ กลไกความเป็นพิษของแคดเมียมที่แท้จริงยังไม่ทราบแน่นอน เชื่อว่ารวมตัวกับ -SH ได้ ทำให้กระดูกและไตพิการ ทำให้ความดันโลหิตสูง โรคอิไต-อิไต (Itai-itai disease) วงแหวนแคดเมียม รอยวงสีเหลืองบริเวณฟันที่ติดกับเหงือก Cd-BAL complex สลายตัวแยกออกจากกันได้ที่ไต

สารหนูหรืออาร์เซนิค ( Arsenic, As ) : As3+ , As5+ อาร์ซีน(arsine); AsH3 ดูดซึมเข้าร่างกายทาง ทางเดินอาหาร ปอด ผิวหนัง สะสมที่ ตับ ไต ผนังทางเดินอาหาร เส้นผม ขน เล็บ และสมอง มีรอยพาดสีขาวบนเล็บมือและเล็บเท้า As3+ สามารถจับกับ -SH AsO43- จะเข้าไปแย่งหมู่ PO43- ในการทำปฏิกิริยา ทำให้เกิด Hemolysis เป็นสารยับยั้งขบวนการ (oxidative) phosphorylation AsH3 รวมตัวกับเฮโมโกลบินแล้วถูกออกซิไดซ์ กลายเป็นสารพิษต่อเม็ดเลือดแดง

เบอริลเลี่ยม ( Beryllium, Be ) ใช้ Be ผสมในสารเรืองแสง(phosphor) ภายในหลอดไฟนีออน ฝุ่นละออง BeO เข้าทางปอดโดยตรง มีไข้ หนาวสั่น เหงื่อออกมาก หายใจไม่สะดวกเต็มที่ ไอเจ็บ หน้าอก มีจุดในปอดทึบต่อรังสีเอ็กซ์ => เบอริลลิโอซิส (Berylliosis) มีรายงานว่า Be++ ชอบทำปฏิกิริยากับสารจำพวก phenolic tyrosine และ catecholamines ไม่มียาใดๆ ที่จะขจัดพิษของเบอริลเลียมออกจากร่างกายได้ ปัจจุบัน ได้พยายามใช้ auritricarboxylaic หรือ ATA (Aluminon) แก้พิษ Be เป็นสารก่อการกลายพันธ์และสารก่อมะเร็ง

Barium, Ba เกลือ Barium ทุกชนิดยกเว้น BaSO4 ละลายน้ำแตกตัวเป็นอิออนได้ ในการตรวจทางเดินอาหารด้วยการฉายรังสี เอ็กซ์ เพราะมันไม่มีพิษต่อร่างกายและไม่ยอมให้รังสีเอ็กซ์ผ่าน แบเรียมอิออนที่ซึมกระจายเข้าไปในกระแสเลือดจะรวมตัวกับโปรทีนและ เอ็นไซม์ได้ดี ทำให้ มีการเกร็งตัวของกล้ามเนื้อทั่วร่างกาย ทั้งกล้ามเนื้อลายและกล้ามเนื้อเรียบ บีบกล้ามเนื้อหัวใจทำให้หัวใจทำงานผิดปกติ หายใจไม่ออก ความดันโลหิตสูง อาจมีอาการคลื่นไส้ ปวดท้องรุนแรง อาเจียน ท้องร่วง หนาวสั่น เป็นตะคริว ซัก อัมพาต และถึงชีวิตในเวลาอันรวดเร็ว อิออนของ Ba ทำให้กล้ามเนื้อทั่วร่างกายเกร็ง => ทำให้เสียชีวิตได้

Chromium, Cr กรดโครมิคหรือสารโครเมต ทำลายเนื้อเยื่อเฉพาะแห่ง โดยการทำลายสภาพธรรมชาติของโปรทีน ทำให้กลายเป็นแผลพุพองตามผิวหนัง ซึ่งเรียกว่า "Chromic holes” ทำให้โพรงจมูก(nasal septum)เบ่งบวม ทำให้มีการระคายเคืองของตาและทางเดินลมหายใจ ถ้าได้รับสารโครเมตเข้าไปตลอดเวลาทางปาก จะทำให้ปวดท้อง กระเพาะลำไส้เป็นแผลอักเสบ มีการอ่อนเพลียและปวดตามข้อ มีตับอักเสบซึ่งอาจร่วมกับดีซานได้ ถือว่าสารโครเมตเป็นทั้งสารก่อการกลายพันธ์และสารก่อมะเร็ง เพราะมันรบกวนการสังเคราะห์ ดีเอ็นเอ ในเซลล์

Manganese, Mn เชื่อว่าแมงกานีสอิออนที่เข้าไปในร่างกายจะถูกพาสะสมอยู่กับ -SH ของ โปรทีนในเซลล์ของระบบประสาทและสมอง เพราะแมงกานีสทำให้มี การฝ่อของสมอง (brain atrophy) เกิดเป็นโรคสมองและประสาทพิการ คล้ายๆ โรคมินามาต้า ชาวบ้าน เรียกกันว่า โรค เอ๋อ ( เอ๋อ = บ้าใบ้) เพราะผู้ป่วยไม่สามารถพูดชัดเจนได้อย่างปกติ มีอาการคล้ายคนบ้า มีการชักกระตุกและอัมพาต ไม่รู้สึกตัวเป็นบางโอกาส จากการตรวจทางโลหิตวิทยาของผู้ป่วยที่ได้รับพิษแมงกานีส จะมี จำนวนเม็ดเลือดแดงมากกว่าปกติ (polycythemia) เล็กน้อย จำนวนเม็ดเลือดขาวชนิด neutrophil ลดลง ในด้านภูมิคุ้มกันวิทยา ฝุ่นแมงกานีสที่เข้าไปอยู่ในเนื้อเยื่อปอดจะทำให้ มีความต้านทานต่อโรคลดลง ทำให้ผู้ป่วยเป็นโรคนิวโมเนียและ ภาวะการอักเสบแทรกซ้อนบ่อยๆ เนื่องจากมีรายงานว่าแมงกานีสรบกวนการสังเคราะห์ดีเอ็นเอในเซลล์ จึงถือว่ามันเป็นทั้ง mutagen และ carcinogen ในการรักษาพิษของแมงกานีสนั้นเราจำเป็นต้องรักษาตามอาการที่มีอยู่ และใช้ BAL เพื่อขับเอาแมงกานีสออกจากเซลล์

สารนิเกิลคาร์บอนิล ( Ni(CO)4 ) เป็นของเหลวไม่มีสี เกิดขึ้นในขบวนการ Nikel, Ni สารนิเกิลคาร์บอนิล ( Ni(CO)4 ) เป็นของเหลวไม่มีสี เกิดขึ้นในขบวนการ ทำโลหะนิเกิลให้บริสุทธิ์ สารนี้ระเหยได้ง่าย เป็นพิษมากเท่ากับพิษของไซยาไนด์ มีพิษร้ายแรงกว่า CO 5-10 เท่า มีรายงานว่าอาจพบมันในควันบุหรี่ได้ Ni(CO)4 ที่หายใจเข้าไปในปอด จะแตกตัวให้ก๊าซ CO โลหะนิเกิลอาจทำให้เกิดมะเร็งของทางเดินหายใจทั้งในคนและสัตว์ เพราะมันไปทำลายการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ ทำให้เซลล์ตายและ มีแผลอักเสบ นิเกิลเข้าไปรวมกับหมู่ -SH ของโปรตีนในเซลล์ การให้ BALแก่ผู้ป่วยจึงช่วยลดระดับ Ni++ ในเลือดและเนื้อเยื่อได้ และพา Ni++ ออกทางปัสสาวะ

Selenium, Se Se ส่วนมากจะไปเกาะกับหมู่ -SH ของโปรทีนในเนื้อเยื่อของตับ ตับอ่อน ไต ม้าม กีบเท้าสัตว์ ทางเดินอาหาร กล้ามเนื้อและเซลล์เม็ดเลือด ตัวโลหะ Se ไม่มีพิษแต่อย่างใด เพราะมันไม่ละลายน้ำ Se อาจเข้าแทนที่อะตอมกำมะถัน ซึ่งอยู่ในโมเลกุลของ cystine ได้สารใหม่ที่เรียกว่า selenium cystine ซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่ค่อนข้าง เป็นพิษร้ายแรงต่อเซลล์ สูตรโครงสร้างของ selenium cystine เป็นดังนี้ selenium cystine cystine

Antimony, Sb Sb++ นี้สามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีได้เป็นอย่างดีกับหมู่ซัลไฮดริลของ โปรทีน เอ็นไซม์ กลูตาโธโอนและส่วนประกอบภายในเซลล์ ทำให้หมู่ซัลไฮดริลไม่สามารถรีดิวซ์ตามปกติ เอ็นไซม์จึงหมดกัมมันตภาพ วิธีรักษาพิษที่เกิดจากสารพลวง ใช้สารไดเมอร์แคปปรอล(dimercaprol หรือ BAL) โลหะพลวงถูกกับกรดจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีได้สารพิษ สติลบีน (stilbine, SbH3) ซึ่งระเหยได้ง่าย เป็นก๊าซไม่มีสี ทำให้เม็ดเลือดแดงแตกและระบบประสาทส่วนกลางแปรปรวนไปได้

Paraquart (Oxidized form) หลักการตรวจวัด paraquat Sample H2O 3 ml (NH4)2SO4 1.5 g Mixture of CHCl3 (1) Ethanol (4) Macromoleclue Precipitation and Separation Extraction (NH4)2SO4 CHCl3 (1) + Ethanol (4) 3 ml 0.2% in 1N NaOH 2.0 - 2.5 ml (Unstable) Paraquart (Oxidized form) Sodium dithionite 0.5 ml Paraquart Reduced form Measurement reaction OH- 600 nm หรือ 396 nm O2

ตรวจวัด ตัวอย่าง 1 Unknown sample 1 Control sample (9.0-11.0 ppm)

ขั้นตอนกิจกรรมที่ปฏิบัติ ไม่ต้องนำไปปั่น ขั้นตอนกิจกรรมที่ปฏิบัติ Blank * Standards Sample เติมตัวอย่างตรวจวัด (มล.) - 3.0 เติมน้ำกลั่น (มล.) เติม Working standard paraquat solutions (มล.) เติม Precipitating solvent (มล.) เขย่าให้เข้ากันด้วย vortex mixer นานประมาณ 1 นาที เติมผง ammonium sulfate (กรัม) 1.2 เขย่าให้เข้ากันด้วย vortex mixer นานประมาณ 1 นาที และนำไปปั่นแยกที่ 2,500 rpm นาน 1-2 นาที 2.5 ดูดเอา supernatant (ชั้นล่าง) ของแต่ละหลอดใส่ cuvette (มล.) เติม alkaline sodium dithionite solution ! 0.5 ผสมให้เข้ากันโดยการคว่ำหงายหลอด cuvette 2-3 ครั้งเบาๆ แล้วอ่านค่าการดูดกลืนแสงที่ 396 นาโนเมตร หรือ 600 นาโนเมตร ทันที โดยใช้น้ำกลั่นปรับค่า 0 ! ต้องวัดค่า A ทันทีหลังเขย่าผสมกันแล้ว เพราะ reduced form จะถูกออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจนในอากาศ ดังนั้น ให้ใช้น้ำปรับ 0 ก่อน แล้วจึงเติม alkaline sodium dithionite ® เขย่า ® และวัด A ทันที ใช้ Sipper Unit สำหรับเครื่อง Shimadzu spectrophotometer ได้