Jak metale ciężkie i obciążenie nimi wpływa na płodność 

Współczesne środowisko, w którym żyjemy, jest coraz bardziej narażone na działanie substancji chemicznych, w tym metali ciężkich. Substancje te, takie jak ołów, rtęć czy kadm, są szeroko rozpowszechnione w przemyśle, rolnictwie oraz w codziennym życiu. Ich obecność w glebie, wodzie i powietrzu budzi rosnące obawy dotyczące zdrowia publicznego. Jednym z obszarów, który budzi szczególne zainteresowanie naukowców, jest wpływ metali ciężkich na płodność. W niniejszym artykule postaram się pokazać, w jaki sposób narażenie na te toksyczne substancje może wpływać na funkcjonowanie układu rozrodczego. Pokarzę również jakie mechanizmy leżą u podstaw potencjalnych zaburzeń płodności. Analizując dostępne badania, postaramy się zrozumieć, w jaki sposób zanieczyszczenia metalami mogą zagrażać zdolności reprodukcyjnej populacji. 

Czym są metale ciężkie? 

Metale ciężkie według naukowej definicji są to pierwiastki chemiczne o charakterze metalicznym, których liczba atomowa jest wyższa niż 20. Według zwyczajowej, przyjętej definicji są to wysoce toksyczne dla organizmu ludzkiego cząsteczki, które znajdziemy w otaczającym nas świecie. Najczęściej spotykanymi metalami ciężkimi są: kadm, ołów, rtęć, arsen. 

Skąd metale ciężkie biorą się w środowisku? 

• Źródła naturalne: emisje wulkaniczne, erozje skał 

• Źródła antropogeniczne: motoryzacja, odpady przemysłowe i elektroniczne, rolnictwo – pestycydy, nawozy, hutnictwo, górnictwo, paliwa kopalne, papierosy 
   

W jaki sposób metale ciężkie wchłaniane są do organizmu ludzkiego ze środowiska? 

• Droga oddechowa 

• Poprzez wdychanie dymu i pyłów z powietrza, np. w przypadku palaczy tytoniu stężenie kadmu w surowicy krwi może być aż 45-krotnie wyższe niż u osób niepalących. Kadm unosi się w dymie papierosowym i wdychany jest bezpośrednio do płuc skąd jego droga do krwiobiegu jest bardzo prosta. Ponadto, metale ciężkie mogą być wdychane z zanieczyszczonego emisjami przemysłowymi, spalinami pojazdów czy dymem z pożaru powietrza. Do atmosfery dochodzą także metale ciężkie w postaci dymu czy pyłu, uwolnione pod wpływem wydobywania różnych minerałów oraz ich przetwarzania. 

• Droga skórna 

• Poprzez ekspozycję skóry na np. zanieczyszczoną glebę. Niektóre metale ciężkie mają zdolność przenikania przez skórę szczególnie, gdy ekspozycja jest długotrwała, a skóra uległa uszkodzeniu. 

• Droga pokarmowa 

• Poprzez spożycie skażonej żywności lub wody. Metale ciężkie są czasem obecne w żywności (dobrym przykładem takiego zjawiska będą ryby zawierające rtęć) oraz w wodzie pitnej (zdarza się, że ołów z rur przechodzi do wody). Po takim spożyciu metale ciężkie zostaną wchłonięte w jelitach i z krwią przeniesione do tkanek i narządów. 

Raz wchłonięte, te metale mogą być magazynowane w tkankach, między innymi wątrobie, nerkach, kościach i tkance tłuszczowej, gdzie mogą kumulować się przez długi czas, prowadząc do chronicznych efektów toksycznych. 

Metabolizm i bioakumulacja 

Bioakumulacja odnosi się do stopniowego gromadzenia się metali ciężkich w organizmach, często na wyższych poziomach w łańcuchu pokarmowym. Proces ten jest szczególnie niebezpieczny w ekosystemach wodnych, gdzie metale ciężkie mogą być wchłaniane przez organizmy wodne, takie jak ryby, a następnie przekazywane na wyższe poziomy troficzne, w tym na ludzi. Metale te mogą zakłócać funkcjonowanie enzymów, prowadząc do stresu oksydacyjnego, uszkodzeń DNA i innych poważnych zaburzeń zdrowotnych. 

Metabolizm metali ciężkich polega na ich biotransformacji, czyli przemianach chemicznych, jakie zachodzą w organizmie, by zneutralizować lub usunąć te toksyczne substancje. Jednak zdolność organizmu do detoksykacji jest ograniczona, a w przypadku niektórych metali procesy te mogą prowadzić do powstawania jeszcze bardziej toksycznych metabolitów. 

,,Niekontrolowane użycie i gromadzenie się tych metali stało się poważnym problemem zdrowotnym, ponieważ większość nie ma zdolności rozkładu do stanów nietoksycznych, a zatem ma destrukcyjny wpływ na zdrowie ludzi i organizmy wodne” – Jamil Emon, F., Rohani, M. F., Sumaiya, N., Tuj Jannat, M. F., Akter, Y., Shahjahan, M., Abdul Kari, Z., Tahiluddin, A. B., & Goh, K. W. (2023). Bioaccumulation and Bioremediation of Heavy Metals in Fishes—A Review. Toxics, 11(6), 510. 

Toksyczność 

Toksyczność metali ciężkich u ludzi wynika głównie z ich interakcji z grupami sulfhydrylowymi (SH) enzymów w systemach antyoksydacyjnych. To prowadzi do zahamowania działania enzymów niezbędnych do wytwarzania energii i prawidłowego przebiegu wielu procesów metabolicznych. Metale ciężkie zastępują atom wodoru w grupach sulfhydrylowych zredukowanego glutationu, tworząc kompleksy organiczno-metaliczne, które mogą blokować dalsze reakcje biochemiczne.¹ 

Toksyczność owych metali w organizmie ludzkim wywodzi się z ich zdolności do tworzenia reaktywnych form tlenu, co prowadzi do stresu oksydacyjnego, uszkodzenia komórek i dysfunkcji narządów. Metale takie jak ołów, rtęć, kadm i arsen mogą wpływać na różne układy w organizmie, w tym układ nerwowy, nerkowy, oddechowy i sercowo-naczyniowy. Działają one poprzez inaktywację enzymów, zakłócając kluczowe procesy metaboliczne, takie jak wytwarzanie energii i detoksykacja. 

Przykładowo, rtęć i kadm mają zdolność do akumulacji w tkankach, co zwiększa ich toksyczność na przestrzeni czasu. Natomiast ołów jest szczególnie niebezpieczny dla dzieci, ze względu na to, że może prowadzić do poważnych problemów neurologicznych. Metale ciężkie mogą również przyczyniać się do rozwoju nowotworów poprzez interakcje z DNA, powodując mutacje genetyczne.² 

,,Rozpuszczone formy tych metali, obecne w zanieczyszczeniach gleby, wody i powietrza, dostają się do łańcucha pokarmowego, a ostatecznie do ludzi, co prowadzi do poważnych uszkodzeń komórkowych i zwiększa ryzyko zachorowania na raka. Zgodnie z raportami Międzynarodowej Agencji Badań nad Rakiem, metale ciężkie, które nie są niezbędne dla organizmu (As, Cd, Cr), są głównymi czynnikami powodującymi raka.”  – Jyothi, N. R. (2020, 30 grudnia). Heavy Metal Sources and Their Effects on Human Health. IntechOpen – Open Science Open Minds | IntechOpen 

W jaki sposób metale ciężkie wpływają na płodność mężczyzn? 

Wpływ metali ciężkich na płodność mężczyzn jest znaczący, a ich toksyczność może prowadzić do poważnych zaburzeń reprodukcyjnych. Artykuł naukowy pt. „Impact of Heavy Metals on Human Male Fertility—An Overview” opublikowany w czasopiśmie Antioxidants opisuje, jak ekspozycja na metale ciężkie, takie jak ołów, kadm, rtęć, i arsen, wpływa na zdrowie reprodukcyjne mężczyzn. 

Badania³ pokazują, że metale ciężkie mogą zakłócać funkcjonowanie męskiego układu rozrodczego na kilka sposobów: 

• Wpływ na jakość nasienia: Metale ciężkie mogą wpływać na jakość nasienia. Wpływają na obniżenie liczby plemników, ich ruchliwości oraz zdolności do zapłodnienia. Dobrym przykładem będą kadm i ołów. Metale te mogą uszkadzać DNA plemników, co może prowadzić do niepłodności czy też problemów z rozwojem zarodka. 

• Stres oksydacyjny: Metale ciężkie, takie jak rtęć, są silnymi induktorami stresu oksydacyjnego, który powoduje uszkodzenie komórek i tkanek, a zatem również komórek rozrodczych. Stres oksydacyjny jest jednym z głównych mechanizmów, przez które metale ciężkie wpływają na płodność mężczyzn, prowadząc do uszkodzeń błon komórkowych i materiału genetycznego plemników. 

• Zaburzenia hormonalne: Metale ciężkie mogą wpływać na gospodarkę hormonalną, zakłócając produkcję testosteronu oraz innych hormonów kluczowych dla zdrowia reprodukcyjnego mężczyzn. Przykładowo, arsen może zakłócać funkcjonowanie przysadki mózgowej, co prowadzi do zmniejszonej produkcji testosteronu i wystąpienia zaburzeń w procesie spermatogenezy. 

Chroniczna ekspozycja na metale ciężkie, nawet w niskich dawkach, może mieć długotrwałe negatywne skutki na płodność mężczyzn. Podkreśla to tylko konieczność monitorowania i ograniczenia narażenia na te toksyczne substancje, aby zapobiec ich negatywnym skutkom na zdrowie reprodukcyjne. 

Jak ekspozycja na metale ciężkie wpływa na płodność kobiet? 

Metale ciężkie, takie jak ołów, kadm, rtęć i arsen, mają istotny wpływ na płodność kobiet. Wpływając na funkcjonowanie układu rozrodczego na kilka kluczowych sposobów. 

• Zakłócenia hormonalne: Metale ciężkie mogą zaburzać funkcjonowanie układu hormonalnego. Dzieje się tak w wyniku oddziaływania na syntezę i działanie hormonów płciowych, takich jak estrogen i progesteron. Ołów na przykład może prowadzić do obniżenia poziomu estrogenu, co w konsekwencji negatywnie wpływa na rozwój pęcherzyków jajnikowych oraz owulację. 

• Uszkodzenie komórek jajowych i tkanek rozrodczych: W tym wypadku warto wspomnieć o kadmie i rtęci, które mają zdolność do bezpośredniego uszkadzania komórek jajowych, co zmniejsza ich jakość i liczbę. To może prowadzić do trudności z zajściem w ciążę oraz zwiększonego ryzyka poronień. Rtęć, w szczególności, jest znana ze swojej zdolności do przechodzenia przez barierę krew-mózg oraz przez łożysko, co może prowadzić do wystąpienia uszkodzeń zarówno u matki, jak i u płodu. 

***

• Wpływ na cykl menstruacyjny: Ekspozycja na metale ciężkie może powodować zaburzenia cyklu menstruacyjnego, takie jak nieregularne miesiączki czy brak owulacji. Kadm jest szczególnie związany z zaburzeniami cyklu, co może prowadzić do trudności w monitorowaniu płodności oraz planowaniu ciąży. 

• Stres oksydacyjny: Metale ciężkie mogą wywoływać również stres oksydacyjny. W jego wyniku powstają uszkodzenia DNA i białka w komórkach jajowych oraz innych tkankach rozrodczych. Natomiast konsekwencją tych uszkodzeń mogą być zaburzenia funkcji rozrodczych i obniżona płodność. Przykładowo, arsen jest znany z wywoływania stresu oksydacyjnego, co może powodować zmniejszenie liczby zdrowych komórek jajowych. 

• Wpływ na zdrowie potomstwa: Narażenie na metale ciężkie nie tylko wpływa na zdolność do zajścia w ciążę. Taka ekspozycja będzie mieć wpływ na zdrowie przyszłego potomstwa. Toksyczne metale mogą przenikać przez łożysko, co następnie wpływa na wystąpienie wad wrodzonych, zaburzeń rozwojowych, a nawet poronień. 

Ekspozycja poprzez produkty higieniczne:. Badania⁴ wykazały, że tampony i inne produkty higieniczne mogą być źródłem ekspozycji na metale ciężkie, takie jak ołów i arsen. Długotrwałe używanie takich produktów może zwiększać ryzyko problemów zdrowotnych, w tym zaburzeń płodności. Przez stałe narażenie na toksyny wchłaniane przez delikatne błony śluzowe pochwy. Taki rodzaj ekspozycji może także zwiększać szanse na wystąpienie chorób takich jak:

• nowotwory układu rozrodczego np. rak jajnika czy rak szyjki macicy, poprzez uszkodzenia DNA,
• PCOS (zespół policystycznych jajników – zaburzenie hormonalne charakteryzujące się między innymi torbielami na jajnikach czy problemami z zajściem w ciążę). Wynika to z zakłócania funkcji hormonalnych i podnoszenie poziomu androgenów;
• endometrioza poprzez zaburzanie hormonalnej równowagi, co sprzyjać będzie nadmiernemu rozrostowi endometrium poza macicą. 

Wnioski z tych badań wskazują na konieczność dalszych analiz oraz regulacji, które mogłyby zmniejszyć narażenie na metale ciężkie, szczególnie w kontekście zdrowia reprodukcyjnego kobiet. 

Profilaktyka 

Profilaktyka przeciwko ekspozycji na metale ciężkie obejmuje kilka kluczowych aspektów, które pomagają zminimalizować ryzyko ich szkodliwego wpływu na zdrowie. Poniżej przedstawiam zalecenia dotyczące wody i żywności, ostrożności i higieny pracy, przepisy regulujące dozwolone poziomy metali ciężkich w żywności oraz elementy zdrowego stylu życia. 

Zalecenia dotyczące wody i żywności 

Woda pitna: Woda pitna może być jednym z mniej oczywistych źródeł metali ciężkich, takich jak np. ołów czy arsen. Zaleca się regularne badanie wody, zwłaszcza w domach z instalacjami wodociągowymi starszego typu, które mogą zawierać ołowiane rury. W razie potrzeby warto zainwestować w filtry wodne, które skutecznie usuwają metale ciężkie z wody. 

Żywność: Metale ciężkie mogą być obecne w żywności, szczególnie w rybach, owocach morza, warzywach liściastych i ziarnach. Zaleca się wybieranie produktów z kontrolowanych, ekologicznych źródeł oraz unikanie spożywania ryb z obszarów o wysokim zanieczyszczeniu rtęcią, takich jak duże drapieżniki (np. tuńczyk, rekin). Dodatkowo, warto myć i obierać warzywa, aby zredukować poziom metali ciężkich zgromadzonych na powierzchni. Dużo też mówi się o hodowli własnych warzyw i owoców, jednak trzeba pamiętać o motoryzacji, jako źródle toksycznych związków. Jeśli nasz ogródek znajdował się będzie przy ruchu ulicznym, warzywa i owoce w nim rosnące będą bardziej narażone na skażenie metalami ciężkimi. 

 Ostrożność i higiena pracy 

Praca w środowiskach narażonych na metale ciężkie:. Osoby pracujące w przemyśle chemicznym, akumulatorowym, metalurgicznym oraz budowlanym powinny stosować środki ochrony osobistej. Można stosować np. maski, rękawice, odzież ochronną i okulary. Ważne jest także regularne mycie rąk oraz unikanie spożywania posiłków w miejscach narażonych na pyły metaliczne. 

Edukacja i szkolenia: Pracodawcy powinni zapewniać szkolenia na temat ryzyka związanego z metalami ciężkimi. Dodatkowo szkolenia powinny obejmować edukację w celu uświadomienia właściwego postępowania w celu minimalizacji ekspozycji. Regularne badania zdrowotne pracowników mogą pomóc w wykrywaniu wczesnych oznak zatrucia metalami ciężkimi. 

Przepisy regulujące dozwolone poziomy metali ciężkich w żywności 

Normy i regulacje: W wielu krajach istnieją przepisy określające maksymalne dopuszczalne poziomy metali ciężkich w żywności, wodzie i powietrzu. Przykładem mogą być regulacje Unii Europejskiej czy normy ustanowione przez Światową Organizację Zdrowia (WHO). Przestrzeganie tych norm przez producentów żywności jest kluczowe dla ochrony konsumentów przed nadmiernym narażeniem na metale ciężkie. 

Monitorowanie i kontrole: Regularne kontrole jakości żywności oraz wody pitnej przez odpowiednie organy państwowe są kluczowe dla zapewnienia przestrzegania obowiązujących norm i zidentyfikowania potencjalnego zagrożenia. 

Zdrowy styl życia 

Dieta bogata w antyoksydanty:. Spożywanie żywności bogatej w antyoksydanty, takie jak witamina C, E oraz flawonoidy, może pomóc w neutralizacji wolnych rodników i redukcji stresu oksydacyjnego wywołanego przez metale ciężkie. Antyoksydanty wspierają również naturalne mechanizmy detoksykacyjne organizmu. 

Regularna aktywność fizyczna: Aktywność fizyczna wspiera zdrowie układu krążenia i limfatycznego, co może być pomocne w eliminacji toksyn z organizmu. Regularne ćwiczenia wspierają również ogólną odporność organizmu, co jest ważne w walce z toksycznymi wpływami środowiska. 

Unikanie palenia tytoniu i ograniczenie spożycia alkoholu: Tytoń i alkohol mogą zwiększać podatność organizmu na toksyczne działanie metali ciężkich. Dodatkowo, w składzie dymu tytoniowego znajdziemy między innymi kadm, niekorzystnie wpływający na układ oddechowy i sercowo-naczyniowy. Unikanie tych używek może więc znacząco zmniejszyć ryzyko zdrowotne związane z ekspozycją na metale ciężkie. 

Zastosowanie tych środków profilaktycznych może znacząco zredukować ryzyko negatywnego wpływu metali ciężkich na zdrowie, w tym na płodność. 

Słowem podsumowania, metale ciężkie są niestety nieuniknioną częścią świata, w którym żyjemy. Mają one negatywny wpływ na organizm ludzki, w tym na jego zdolność do prokreacji i układ rozrodczy czy równowagę hormonalną. Jednak, gdy znajdziemy w swoim życiu czas na wprowadzenie działań o charakterze profilaktycznym możemy uniknąć opłakanych skutków, jakie przynosi ze sobą ekspozycja na owe cząsteczki. 

Literatura: 

• Jamil Emon, F., Rohani, M. F., Sumaiya, N., Tuj Jannat, M. F., Akter, Y., Shahjahan, M., Abdul Kari, Z., Tahiluddin, A. B., & Goh, K. W. (2023). Bioaccumulation and Bioremediation of Heavy Metals in Fishes—A Review. Toxics, 11(6), 510. https://doi.org/10.3390/toxics11060510 

• Obasi, C. N., Frazzoli, C., & Orisakwe, O. E. (2022). Heavy metals and metalloids exposure and in vitro fertilization: Critical concerns in human reproductive medicine. Frontiers in Reproductive Health, 4. https://doi.org/10.3389/frph.2022.1037379 

• López-Botella, A., Velasco, I., Acién, M., Sáez-Espinosa, P., Todolí-Torró, J.-L., Sánchez-Romero, R., & Gómez-Torres, M. J. (2021). Impact of Heavy Metals on Human Male Fertility—An Overview. Antioxidants, 10(9), 1473. https://doi.org/10.3390/antiox10091473 

• Shearston, J. A., Upson, K., Gordon, M., Do, V., Balac, O., Nguyen, K., Yan, B., Kioumourtzoglou, M.-A., & Schilling, K. (2024). Tampons as a source of exposure to metal(loid)s. Environment International, 108849. https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.108849 

• Shin, J.-H., Lee, K.-K., & Chung, M.-H. (2009). Determination of Heavy Metals in Sanitary Products of Women. Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles, 33(6), 853–859. https://doi.org/10.5850/jksct.2009.33.6.853 

• Abd Elnabi, M. K., Elkaliny, N. E., Elyazied, M. M., Azab, S. H., Elkhalifa, S. A., Elmasry, S., Mouhamed, M. S., Shalamesh, E. M., Alhorieny, N. A., Abd Elaty, A. E., Elgendy, I. M., Etman, A. E., Saad, K. E., Tsigkou, K., Ali, S. S., Kornaros, M., & Mahmoud, Y. A. G. (2023). Toxicity of Heavy Metals and Recent Advances in Their Removal: A Review. Toxics, 11(7), 580. https://doi.org/10.3390/toxics11070580 

• Jyothi, N. R. (2020, 30 grudnia). Heavy Metal Sources and Their Effects on Human Health. IntechOpen – Open Science Open Minds | IntechOpen. https://www.intechopen.com/chapters/74650 

• Kim, M.-G., Min, Y.-S., & Ahn, Y.-S. (2021). Does Exposure of Lead and Cadmium Affect the Endometriosis? International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(17), 9077. https://doi.org/10.3390/ijerph18179077