Beryllium
Henryk Sikora, student KS, KRT1
Beryllium se v organizmu vyskytuje ve stopách a jeho biologický význam nebyl prokázán. Až do nedávné doby nemělo technickou důležitost a nebylo ani toxikologicky pokládáno za zajímavé. Teprve v souvislosti s významným a mnohostranným použitím v moderní technice, a tím s rozsáhlou výrobou, se objevilo i berylliem zaviněné onemocnění. První případy otravy byly popsány v roce 1933 a od té doby bylo toxicitě berylia věnováno mnoho usilovných výzkumných prací.
Současný rozvoj některých oborů jako je výroba počítačů, beryliová keramika, atomová energetika, raketová technika, představuje růst možnosti expozice beryliem. Ke zvlášť velkým ohrožením obyvatelstva patří okolí průmyslových podniků zabývajících se produkcí a zpracováním beryllia.
Obr. 1 Kovové beryllium
Výskyt
Berylium se ve volné přírodě vyskytuje nejčastěji jako součást asi 50 známých minerálu nejčastěji ve formě oxidu berylnatého a to v množství převážně do 1% čistého berylia. Známou rudou obsahující asi 5% berylia je beryl a jeho největší výskyt je na území Brazílie, Indie, Jižní Africe a Zimbabwe. V České republice se beryl vyskytuje v malém množství v okolí Poběžovic. Berylium se rovněž nachází v některých druzích uhlí v množství 0,1-1% a dále jako vedlejší produkt při výrobě hliníku z bauxitu.
Obr. 2 Beryl
Výroba
Kovové berylium se průmyslově vyrábí obvykle elektrolýzou směsi roztaveného chloridu berylnatého a sodného na rtuťové katodě v ochranné atmosféře plynného argonu. Berylium lze připravit také reakcí fluoridu berylnatého s kovovým hořčíkem.
Použití
Berylium se využívá jako příměs některých slitin s mědí, hořčíkem, kobaltem a niklem. Vyznačuje se vysokou tvrdosti, tepelnou a elektrickou vodivosti a odolnosti proti korozi.
Úprava povrchu oceli tzv. berylizace se provádí pro zvýšení tvrdosti, žáruvzdornosti, odolnosti proti korozi v mořské vodě a vůči nitrózním plynům.
Má uplatnění rovněž v raketové technice pro poměrně vysokou tepelnou stálost, nízkou hustotu a vysokou pevnost.
Berylium má rovněž schopnost propouštět rentgenové paprsky, proto se používá při výrobě oken rentgenových lamp, vodičů v neonových trubicích a rentgenových detektorů kovů. V jaderné energetice je využíván pro konstrukce neutronových zrcadel a je součástí moderátorových tyčí.
Berylium se používá jako zdroj neutronů ke spuštění řetězové reakce uranu. Tato skutečnost je využívána v jaderné energetice a výrobě jaderných zbraní.
Fluorescence oxidu berylnatého je využitá při výrobě luminiscenčních lamp a televizních obrazovek.
Významné využití je při výrobě berylliové keramiky ve výpočetní technice a při výrobě navigačních inerciálních soustav.
Metabolismus a experimentální patologie
Akutní toxicita solí berylia závisí od jejich rozpustností. Špatně rozpustné jsou uhličitan, oxid a karbid berylia. Fluorid a chlorid má toxické vlastnosti podobné solím těžkých kovů a způsobují denaturaci bílkovin. Síran, chlorid a dusičnan způsobují okyselení organismu, které může způsobit smrt následkem vyčerpání pufračního systému organismu. Důležitým faktorem je způsob aplikace, který vyvolává odlišné efekty intoxikace. Při podkožní aplikaci se berylium váže na proteiny, proto okamžitá smrt nastává až při vyšších dávkách. Při intravenózní aplikaci rozpustných soli berylia se převážná část zachytí v játrech, kde způsobuje rozsáhlou nekrózu. Berylium je toxické pro většinu tkání a orgánu. Poškozuje tak rovněž slezinu, lymfatické žlázy, kostní dřeň, plíce, slinivku břišní a ledviny. V krvetvorné systému dochází k poškození, jež vede k anémii a později k leukocytóze.
Kompetice s hořčíkem
Beryllium vytěsňuje některé biogenní prvky, především hořčík, které mají velmi podobné vlastnosti a dochází tak k inhibici některých enzymů, které jsou aktivovány těmito prvky. Ovlivňuje tak řadu významných reakcí jako je např. fosfatáza.
Vazba beryllia na nukloproteiny
Vlivem zvýšené afinity se beryllium váže na některé proteiny. Vlivem beryllia dochází ke změnám nebo poškození RNA a DNA. Specifické působení berylia na metabolismus DNA má vliv na vznik karcinogenních účinku. Beryllium a jeho sloučeniny jsou u nás klasifikovány jako karcinogeny kategorie 2. Tato problematika je nadále zkoumána, ale již řada studií přinesla pozitivní výsledky. Bylo prokázáno, že sloučeniny beryllia způsobují kostní nádory a nádory plic.
Toxicita pro člověka
Zdravotní nebezpečí beryllia a jeho sloučenin lze rozdělit do čtyř skupin:
- poškození při poranění
- dráždivé účinky
- těžká onemocnění převážně plícní (beryllióza)
- karcinogenita
- Při poranění kovovým berylliem nebo při vniknutí jeho sloučenin do rány dochází, někdy po počátečním zdánlivém zhojení, k tvorbě bolestivých uzlů, které se mohou rozpadnout a otevřít, nebo se změnit v bolestivé a nehojící se vředy. K vytvoření uzlů (granulomů) může dojít až za několik let po poranění. K vyhojení je třeba provést operativní odstranění postižené tkáně.
Dráždivé účinky na kůži, na oči a na dýchací cesty má prach některých sloučenin beryllia a mlha nebo roztoky jeho solí, hlavně fluoridů a síranů. Na kůži se mohou po styku s nimi vytvořit vyrážky, puchýře až vředy. Při účinku na oči vzniká nejen zánět spojivek, ale uvádí se i poškození rohovky. Po inhalační expozici se vyskytují příznaky dráždění dýchacích cest, záněty nosní sliznice, hltanu a průdušek. Dráždění je různě silné podle sloučenin a ovšem i podle velikosti zátěže a při zasažení dýchacích orgánů existuje pravděpodobně plynulý přechod k vlastní beryllióze.
Mezi nejčastější otravy beryliem patří postižení dýchacích cest a kůže. Převážným kontaktům s touto sloučeninou patří krátkodobé vdechování vysokých koncentrací ve formě prachu či par. Tyto případy byly zaznamenány především u pracovníků v průmyslových oblastech při zpracování berylia a jeho sloučenin. Akutní otrava může postihnout všechny části dýchacího ústrojí, vyvolávajíc zánět nosohltanu, tracheobromchitidy nebo zánět plícní tkáně. Na kůži vyvolává na exponovaných místech kontaktní dermatitidu. Hlavním mechanisme při těchto otravách je chemické dráždění a leptavost některých solí berylia.
Chronické onemocnění
Chronická beryllióza byla zaznamenána poprve v r. 1940 při výrobě fluorescenčních lamp a později taky u žen zaměstnaných při preparaci katodových, zářivkových a neonových trubic a katodových vláken. Jiná onemocnění vznikla po expozici kovovým beryliem při výrobě slitin tohoto kovu a keramickém průmyslu.Otravy beryliem se projevily rovněž u lidí žijících poblíž závodu zpracovávajících berylium.
Obr.3 Stávka
Beryllióza
Beryllióza je charakteristická pozdní latenci až po několika letech. Onemocnění postupuje i po přerušení expozice (na rozdíl od silikózy). Chronické onemocnění navazuje na akutní nebo nejčastěji po dlouhodobé expozici v délce několik měsíců až let. Je zde obrácená závislost mezi délkou latence a vážnosti onemocnění. U nemocných s latencí kratší než rok dosahuje úmrtnost 37%, zatímco u nemocných s latencí 5-10 let klesá na 18%. Nebyla taky zaznamenána závislost mezi expozici a závažnosti onemocnění.
Začátek onemocnění je nenápadný, často bez varovných symptomů. Mezi první příznaky patří katary horních cest dýchacích, rychlá ztráta hmotnosti a někdy tyreotoxikóza. Často vyprovokuje onemocnění chirurgický zákrok nebo gravidita. S postupujícím onemocněním dochází ke ztrátě hmotnosti, pocitu celkové slabosti, únavy, nechutenství, dýchavičnosti, suchému kašli a bolestem na hrudi. Později se objevuje cyanóza, nedostatečnost oběhová a u déle přežívajících pacientů paličkovité prsty. Onemocnění především postihuje plíce.
Obr. 4 RTG obraz berylliózy
Plíce získávají tuhou konzistenci a probíhá v nich ložisková granulomatóza. Vzniklé uzly se skládají z velkých jednojaderných buněk a nalezneme v nich obvykle nahromaděný oxid berylia. Analogické změny můžeme najít v játrech, ledvinách, slezině, kůži a lymfatických uzlinách.
Obr. 5 a 6 Vznik granulomu a uzlu
Diferenciální diagnostika
Diferenciálně diagnosticky přicházejí v úvahu silikóza, tuberkulóza a sarkoidóza. Nejčastěji je uplatňována kožní reakce. K tomuto testu se používá kapka rozpustné berylnaté soli aplikované na kůži ke zjištění pozdní přecitlivělosti buněčného typu.
Léčba
Akutní onemocnění je možno úspěšně léčit přerušením expozice, symptomatickou léčbou a v případě superinfekce antibiotiky.
Léčba chronického onemocnění je obtížná. Klinické symptomy včetně plícních funkcí se mohou zlepšit po léčbě steroidy. Používají se také desenzibilující látky, KCl, efedrin, preparáty protizánětlivé a roborancia.
Ochrana a prevence
Nejčastější kontakt s berylliem je ve formě prachu a par. Zdá se, že není určen těsný vztah mezi množstvím a beryllia v tkáni a závažností onemocnění. Spolehlivý celoživotní odhad dávky beryllia je velmi obtížný. Nejvyšší přípustná koncentrace beryllia v ovzduší byla stanovena takto:
- při osmihodinové expozici denně nesmí průměrná koncentrace přesáhnout 2 μg/m3
- nárazové koncentrace nesmějí přesáhnout 25 μg/m3
- obyvatelstvo v okolí závodu nesmí být exponováno průměrnou koncentraci na měsíc vyšší než 0,01 μg/m3
- Výše uvedené koncentrace je možné dodržet dostupnými technickými prostředky, převážné „mokrých procesů“. Pro ochranu ovzduší je potřeba zabezpečit větrání a všechny páry a prachy musí být před vypuštěním do ovzduší čištěny. Pracovní oděvy jsou čištěny v závodě. Je nutno zabezpečit osprchování pracovníku během směny. Koncentrace beryllia musí být monitorovány a v případě kdy koncentrace v ovzduší není možno snížit pod 25 μg/m3 je třeba použit respirátory, ochranné masky.
Literatura:
Vladimír BENCO, Miroslav CIKRT, Jaroslav LENER: Toxické kovy v pracovní a životním prostředí
Julian ALEXANDROWICZ, Irena GUMOWSKA: Kuchnia i medycyna
Josef MARHOLD: Přehled průmyslové toxikologie
Ing. Vlastimil RUSEK: Základy toxikologie
