Lyijymyrkytys

Lyijymyrkytys on elimistön myrkytystila, joka aiheutuu myrkyllisestä raskasmetallista lyijystä kehossa. Lyijy häiritsee useita kehon prosesseja ja on myrkyllistä monissa elimissä ja kudoksissa, kuten sydämessä, luissa, munuaisissa ja keskushermostossa. Lyijyaltistukselle ei ole tunnettua turvallista alarajaa, vaan lyijy on ihmiselle aina haitaksi. Lyijyn toksisuuden kannalta keskushermosto vaikuttaa olevan vaurioherkin. Aivoihin lyijy pääsee korvaamalla kalsiumioneita ja ylittämällä veri-aivoesteen. Aivoissa lyijy kertyy astrogliaalisoluihin joissa on lyijyä sitovia proteiineja.
Akuutti lyijymyrkytys liittyy altistumiseen työssä ja on suhteellisen harvinainen. Krooninen lyijymyrkytys on yleisempi ja se tapahtuu veren 40-60 μg/dL lyijypitoisuudella. Vielä 1970-luvun alussa asiantuntijat olivat sitä mieltä, että lyijyaltistus on terveydelle haitallista vain kun kyseessä on akuutti lyijymyrkytys, mutta vuosikymmenen puolivälissä alkoi ilmestyä tutkimustuloksia kroonisesta lyijyaltistuksesta ja suhteellisen matalien veren lyijypitoisuuksien vaikutuksista lapsiin. Vaikutus elimiin aletaan havaita veren 6 μg/dL lyijypitoisuudella. Lyijy kerääntyy ihmisellä pääasiassa luihin, joissa se säilyy pitkään ja josta se voi vapautua luun luonnollisessa mineraalimetaboliassa.
Orgaaninen lyijy on epäorgaanista lyijyä vaarallisempaa, koska aikuiset absorboivat epäorgaanisesta lyijystä 20 prosenttia ja lapset 50 prosenttia, kun taas orgaaninen lyijy absorboituu lähes kokonaan.

Historia

Ihmiskunta on kärsinyt lyijymyrkytyksistä todennäköisesti niin kauan kun on kaivettu hopeaa, jota esiintyy yhdessä lyijyn kanssa lyijyhohteena tunnetussa malmissa. Grönlannin jäätiköstä tehdyistä kairauksista on kyetty päättelemään eri aikoina ilmakehään vapautuneet lyijyjäämät. Antiikin kreikkalaiset aloittivat hopean kaivamisen ja heidän tärkein hopeakaivoksensa tunnetaan Lávrionissa, joka sijaitsee Ateenasta etelään. Sitä hyödynnettiin jo mykeneläisten aikana, mutta sen rikkaat esiintymät löydettiin 400-luvulla eaa. Se oli Antiikin Ateenan tärkeä tulonlähde, jonka hopeasta tehtiin hopeakolikoita. Hopean kaivamista jatkettiin Rooman valtakunnan ajan, mikä on myös nähtävissä Grönlannin jäätikön lyijyjäämistä. Lyijyä syntyy luontaisesti tällaisten hopeakaivosten sivutuotteena kun puhdas hopea pyritään irrottamaan lyijystä. 
Historiallisesti lyijyn aiheuttama myrkytys on mielletty kihdin lajiksi.

Lyijymaali

Lyijymyrkytyksen tärkein syy on lyijyä sisältävä maali, lyijymaali. Yhdysvalloissa lyijymaalilla on maalattu erityisesti ikkunoita ja ovia, mutta myös kokonaisia asuntoja. 1920-luvulla lyijymaali on ollut kallein ja kestävin maali. Yhdysvalloissa lyijymaalin käyttö kiellettiin vasta vuonna 1978. Lyijymyrkytyksen aiheuttaa irtoavien maalilastujen syöminen. Maalilastujen syömisen lisäksi lapset imevät sormiaan ja hengittävät pölyä.

Tetraetyylilyijy

Tunnetuin ja eniten tuotettu organolyijy-yhdiste on tetraetyylilyijy. Lyijyttömään bensiiniin siirtyminen (tetraetyylilyijyn käyttö moottorin nakutuksen estoaineena lopetettu) on merkittävästi pienentänyt sekä ympäristön että ihmisten veren lyijypitoisuutta. Osa ilmakehän tetraetyylilyijystä laskeutui vihannesten lehdille ja hedelmien ja marjojen pintaan.

Lyijyasetaatti

Historiassa lyijyasetaattia on käytetty makeutusaineena, sillä se on maultaan makeaa. Rooman valtakunnassa lyijyasetaattia kutsuttiin sanalla sapa ja sitä lisättiin viiniin sen makeuttamiseksi.

Lyijyvetyarsenaatti

Etenkin Yhdysvalloissa on käytetty lyijyvetyarsenaattia hyönteismyrkkynä. Sen käyttö aloitettin torjumalla metsätaloudelle haittaa aiheuttavaa lehtinunnaa Massachusettsin osavaltiossa vuonna 1892. Sitä on käytetty myös omenapuille haittaa aiheuttavaa omenakääriäistä vastaan ja perunalle haitallista koloradokuoriasta vastaan.

Hiilivoimaloiden päästöt

Nykyään lyijyaltistuksen suurin lähde on hiilivoimaloiden päästämät ilmakehän hiukkaset.

Vesijohtovesi

Lyijyä on myös vesijohtovedessä. Yhdysvalloissa vesijohtoveden lyijypitoisuuden sallittu raja on 15 ppb, mutta 18 miljoonaa yhdysvaltalaista juo vesijohtovettä jonka lyijypitoisuus on tätä korkeampi. Joissain maissa on käytetty lyijyputkea vesijohtona. Vesijohdon uusiminen vapauttaa lyijyä vesijohtoveteen välittömästi uusimisen jälkeen ja juomaveden lyijypitoisuus voi pysyä kohonneella tasolla kuukausia. Vuonna 2015 on huomattu että vesijohdoissa käytetyn galvanoidun teräksen sinkkipinnoitteessa voi olla lyijyä ja sen sisältämä lyijy liukenee herkemmin mikäli vesijohdon alkupää on kuparia. Suomalaisissa kodeissa kuumasinkittyjä teräsputkia on käytetty sodanjälkeisinä vuosina ja niitä asennettiin jossain määrin taloihin vielä 1970-luvulla. Myös messinkiset vesijohtojen osat nostavat veden lyijypitoisuutta. Vuonna 2010 Yhdysvalloissa on yritetty säätää määräystä, joka kiristäisi messinkiosien lyijypitoisuuden 8 prosentista 0,25 prosenttiin. Joissain tapauksissa vesijohdon palloventtiiliosien sisällä on ollut lyijykuula, joka on muodostanut alle 8 prosenttia koko osasta ja siten ollut sallittu.

Tupakointi

Tupakointi nostaa veren lyijypitoisuutta.

Keraamiset astiat

Joistain erityisesti vanhemmista keraamisista astioista irtoaa lyijyä, jota on käytetty lasituksessa ja väreissä.

Maan joutuminen suuhun

Pienet lapset voivat lisäksi panna suuhunsa maata jossa on lyijyä.

Tyreotoksikoosi

Joissain harvinaisissa tapauksissa lyijymyrkytys on aiheutunut sairaudesta joka kiihdyttää luun uusiutumista. Lyijy keräytyy luihin, ja kilpirauhaseen liittyvät Gravesin tauti ja toksinen kilpirauhasen laajentuma, voivat vapauttaa lyijyä luukudoksesta. Tällöin on kyse tyreotoksikoosista, jossa luun uusiutumisen kiihtyminen vapauttaa luukudokseen kertynyttä lyijyä.

Oireet

Myrkytystilan oireisiin kuuluu muun muassa pahoinvointia, kipua ja anemiaa. Lyijymyrkytys saattaa johtaa kuolemaan. Akuutit lyijymyrkytykset ovat paljon harvinaisempia kuin myrkytykseen johtava krooninen altistuminen lyijylle. 
Akuutti lyijymyrkytys johtuu lähes aina (elimistöön huonoliukoisten) lyijysuolojen nauttimisesta. Oireet ovat paikallisia ruoansulatuskanavan oireita (jano, metallinmaku suussa, vatsakipu, oksentelu, ripuli tai ummetus, lyijysulfidi voi värjätä ulosteen mustaksi), sokki ja munuaisten vaurioitumisen oireita kuten oliguria ja virtsan koostumuksen muutokset, keskushermoston oireet sekä hemolyysi. Mikäli potilas paranee, jatkossa seuraavat usein kroonisen lyijymyrkytyksen oireet.
Orgaanisilla lyijy-yhdisteillä, jotka rasvaliukoisina ovat todennäköisesti myrkyllisempiä kuin epäorgaaniset, oireet tulevat nopeasti ja keskushermostollisina. Oireita ovat unettomuus, houretila (delirium), puutteet älyllisissä toiminnoissa, vapina, hallusinaatiot ja kouristukset.
Lyijyn puoliintumisaika veressä on 30–40 päivää. Altistuminen aiheuttaa verenmuodostuksen häiriön. Luustoon siirryttyään lyijyn puoliintumisaika on 20 vuotta.

Hoito

Lyijymyrkytystä voidaan hoitaa kelatoivilla aineilla, kuten EDTA:lla, jotka sitovat metallia itseensä ja sitten poistuvat elimistöstä virtsan mukana. EDTA:n lisäksi eritoten lapsilla käytetään dimerkaprolia. Myös suun kautta annettu penisillamiini ja DMSA (meso-2,3-dimerkaptomeripihkahappo) toimivat vasta-aineina. Kelatoivalla aineella tapahtuva hoito on aiheellinen, kun veren lyijypitoisuus ylittää 2,5 μmol/l (50 μg/100 ml)

Aivojen toiminta

Lyijyllä on vaikutus oppimisvaikeuksiin.
Lyijy laskee älykkyysosamäärää 6,9 pisteellä 30 μg/dL veren pitoisuudella, ja suurin osa siitä, 3,9 pisteen lasku, aiheutuu alle 10 μg/dL veren pitoisuudella.
Vuonna 1996 Herbert Needleman julkaisi tutkimuksen, jossa todettiin lyijyn heikentävän sille altistuneen ihmisen kykyä hillitä impulsseja, ja lyijyn olevan yhteydessä antisosiaaliseen ja aggressiiviseen käyttäytymiseen sekä rikollisuuteen. Vuonna 2000 Rick Nevin julkaisi tutkimuksen, jossa todettiin lyijyn alentavan älykkyysosamäärää ja vaikuttavan väkivaltaiseen rikollisuuteen ja avioliiton ulkopuolisiin raskauksiin.

Skitsofrenia

Vuonna 2004 on löydetty että sikiöaikainen lyijyaltistus ja skitsofrenia myöhemmin elämässä saattavat liittyä toisiinsa. Vuonna 2009 teoriaa on kehitetty pidemmälle. Vuonna 2013 on julkaistu tutkimus jonka mukaan sikiöaikainen lyijyaltistus altistaa skitsofrenialle myöhemmin elämässä. Lyijyaltistus ei ole itsessään riittävä, vaan lyijyn on estettävä N-metyyli-D-aspartaattireseptori (NMDAR), joka vaikuttaa aivojen kehitykseen, oppimiseen ja muistiin.

Vaikutukset umpieritysjärjestelmään

Lyijyn vaikutuksia umpieritysjärjestelmään on tutkittu lyijylle altistuneilla työntekijöillä ja kokeellisilla eläinmalleilla. Lyijyn kertyminen kehoon vaikuttaa umpieritysrauhasten enemmistön toimintaan. Erityisesti lyijy vaikuttaa hypotalamus-aivolisäkeakseliin, jonka seurauksena TRH-, GHRH- ja GnRH -stimulaatioihin vasteet TSH-, GH- ja FSH/LH -hormoneilla ovat heikompia.
Lyijy häiritsee sukupuolihormoneja ja lisämunuaisen steroidigeneesiä, joilla on vaikutusta lisääntymiseen ja sukupuoliseen kehittymiseen.
Korkea veren lyijypitoisuus saattaa vaikuttaa kilpirauhasen fysiologiaan. Eräässä lampailla tehdyssä tutkimuksessa lyijyasetaatin annostelu lampaille matalalla annoksella 5 mg/kg/vuorokausi kahdeksan viikon aikana johti kilpirauhasen vajaatoimintaan, huomattavan mataliin tyreotropiinin (TSH) ja mataliin T3- ja T4-pitoisuuksiin. Tyreotropiinin taso putosi noin kuudesosaan ja T3- ja T4-hormonien tasot putosivat noin puoleen. Alustavien tutkimusten mukaan kilpirauhasen toiminta ja kilpirauhashormonit äidin raskausaikana saattavat olla yhteydessä lapsen homoseksuaalisuuteen.

Raskaus ja sikiövauriot

Vuonna 1993 naarasrotilla tehdyssä kokeessa, jossa naarasrotat joivat lyijyasetaattia tai hengittävät lyijyoksidia, havaittiin poikkeavuutta vain lyijyoksidia hengittäneiden urosrottapoikasten pienentyneessä rakkularauhasen tilavuudessa. Tutkijat arvelivat että se saattaa johtua testosteronin erityksen häiriintymisestä. Kaiken kaikkiaan muutokset olivat merkityksettömiä. Vuonna 1994 naarasrotilla tehdyssä toistokokeessa niiden 90 päivän ikäisillä urosrottapoikasilla ei havaittu mitään poikkeavuuksia, rakkularauhasten tilavuudessa ei ollut eroa. Naarasrotat hengittivät lyijyoksidia raskausaikana. Myös kroonista lyijyaltistusta on koetettu rottakokeessa vuonna 1995. Siinä lyijyasetaatille raskauden ensimmäisestä päivästä 60 vuorokautta syntymän jälkeen altistettujen uros- ja naarasrottapoikasten painot laskivat 11 ja 13 prosenttia. Urosrottapoikasten rakkularauhaset pienenivät 29 prosenttia. Lisäksi kivekset ja lisäkivekset pienenivät 13 prosenttia ja ventraalinen eturauhanen 29 prosenttia.

Hedelmällisyys

Lyijy on yhdistetty miesten hedelmättömyyteen vuonna 2003. Löydös tehtiin koeputkihedelmöitykseen (IVF) liittyen.
Vuonna 2011 tehdyssä tutkimuksessa yhtenä miehen tuntemattoman etiologian hedelmättömyyden aiheuttajana pidetään lyijyä. Tutkijoiden mukaan on todennäköisempää että lyijy häiritsee lisääntymiseen liittyvää hormonaalista akselia ja spermatogeneesin hormonaalista kontrollia kuin että vaikutus kiveksiin olisi suora toksinen vaikutus. Tutkijat perustelevat sitä veri-kivesesteellä jonka on todettu suojaavan kiveksiä korkeilta lyijypitoisuuksilta.
Naisilla lyijyä kertyy munasarjojen granulosasoluihin, mikä alentaa hedelmällisyyttä.

Sitoutuminen proteiineihin ja geenien ilmeneminen

Lyijy kykenee korvaamaan biologisesti välttämättömiä metalleja, sinkkiä ja kalsiumia sytoplasmaentsyymeissä, transkriptiotekijöissä ja muissa proteiineissa. Kun lyijy sitoutuu näihin proteiineihin, proteiinien geenien ilmeneminen ja joissain tapauksissa kohdegeenien ilmeneminen häiriintyy. Drosophila-kärpäsillä tehdyssä tutkimuksessa lyijyn on todettu vaikuttavan genomin tietyn osan geenien ilmenemiseen. Lajilla genomin osaan kuuluu 122 geeniä.