Chemische en fysische eigenschappen

Transcriptie

1 045 1 Seleen Inleiding Seleen werd door Berzelius in 1817 als element ontdekt. De naam is afgeleid van de Griekse godin van de maan (Seléne). De belangstelling voor seleen als spoorelement is de laatste tien à twintig jaar sterk toegenomen. Seleen vervult bij mens en dier de rol van essentieel spoorelement. De belangstelling spitst zich thans vooral toe op de mogelijke preventieve werking van seleen bij kanker, hart- en vaatziekten. Naast de zorg voor een optimale seleenvoorziening van mens en dier is van seleen bekend dat een te hoge inneming aanleiding kan geven tot vergiftigingsverschijnselen. De marge tussen een te lage en te hoge inneming van seleen is vrij klein. Chemische en fysische eigenschappen Seleen (symbool: Se) behoort tot groep Vlb van het periodiek systeem. Tot deze groep behoren, met toenemende atoommassa: zuurstof, zwavel, seleen, telluur en polonium. Seleen heeft zowel metaalals metalloïde-eigenschappen en vormt voornamelijk covalente bindingen. Het atoomnummer is 34 en het atoomgewicht bedraagt 78,96. Elementair seleen is onoplosbaar in water en komt in verschillende vormen voor (grijs metallisch, rode amorfe poeder en glasachtig). Het kookpunt is 685 C, het smeltpunt ligt bij 217 C. Zeswaardig positief seleen komt voor in seleenhexafluoride (SeF 6 ), seleenzuur (H 2 SeO 4 ) en daarvan afgeleide zouten: de selenaten. Seleen is vierwaardig positief in seleendioxide (SeO 2 ). selenigzuur (H 2 SeO 3 ) en selenieten. In de gereduceerde vorm (o.a. seleenwater-

2 045 2 Seleen stof H 2 Se en dimethylselenide (CH 3 ) 2 Se) is het seleen aanwezig in de tweewaardig negatieve valentie. Voorkomen, produktie en toepassing In de aardkorst varieert het gehalte aan seleen van 0,05-0,09 mg/kg. In de volgorde van voorkomen van elementen in de aardkorst staat seleen op de 60e plaats. In de bodem komt seleen vooral voor als selenide in sulfide-ertsen van zware metalen en verder in enkele zeldzame mineralen (berzelianiet (Cu 2 Se), tiemanniet (HgSe), naumanniet (Ag 2 Se), clausthaliet (PbSe). In de natuur komen de seleen-analogen voor van zwavelbevattende aminozuren en peptiden (eiwitten) en hun stofwisselingsprodukten. Hierbij is het zwavelatoom vervangen door seleen. Selenomethionine en selenocysteïne, die ook in eiwitten worden teruggevonden, zijn daarbij belangrijk. Dimethylselenide is een seleenverbinding die voorkomt in planten, maar ook bij de mens en dier in o.a. de uitademingslucht. Seleen wordt vooral gewonnen als bijprodukt bij de raffinage van sulfide-ertsen van koper. De geschatte wereldproduktie in 1982 was ruim ton. Seleen wordt toegepast in verschillende industriële processen. De grootste hoeveelheid wordt gebruikt bij de produktie van gelijkrichters. Grijs metallisch seleen wordt eveneens gebruikt in fotocellen en in sommige kopieertechnieken. Seleen wordt verder toegepast in de glasindustrie als rode kleurstof (cadmiumselenide) en ontkleuringsmiddel van groen glas. Een andere toepassing van seleen is die van bestrijdingsmiddel tegen diverse insekten. Hierbij gebruikt men kaliumammoniumselenosulfide (selocide) of selenaten. In de rubberindustrie worden seleenverbindingen gebruikt als vulcanisator. Seleenoxychloride (SeOCl 2 ) vindt zijn toepassing als oplosmiddel en seleenhexafluoride wordt gebruikt bij de produktie van isolatiemateriaal van elektrische apparatuur. In shampoos en crèmes tegen roos worden seleenpolysulfiden toegepast. In sommige landen wordt aan veevoer natriumseleniet toegevoegd

3 045 3 om een optimale seleenvoorziening te waarborgen voor koeien, varkens, schapen, kippen en kalkoenen. Biochemie van seleen Seleen kan zwavel vervangen in zwavelhoudende aminozuren. De biochemische betekenis van seleen werd pas duidelijk toen bleek dat glutathionperoxidase een seleenhoudend enzym was. Glutathionperoxidase heeft een functie bij oxidatie-reductiereacties in de cel. Het katalyseert de reductie van peroxiden zodat beschadiging van de celmembranen door oxidatie voorkomen kan worden. Ieder molecuul glutathionperoxidase (molecuulmassa = ongeveer ) bevat vier atomen seleen. Gebleken is dat vitamine E (antioxidant) en seleen elkaars functie gedeeltelijk kunnen overnemen. Seleen heeft net als zwavel affiniteit voor zware metalen. Het kan er een binding mee aangaan waardoor de toxiciteit van onder andere cadmium en kwik verminderd wordt. Toxiciteit van seleen Al heel lang zijn de toxische eigenschappen van seleen bekend. In de jaren na 1930 werd vastgesteld dat in bepaalde gebieden van de Verenigde Staten de bodem aanmerkelijk hogere gehalten aan seleen bevatte dan elders. Enkele plantensoorten daar bevatten extreem hoge gehalten aan seleen. Het nuttigen van deze planten door dieren leidde tot acute seleenvergiftigingen die vaak dodelijk waren onder het beeld van bloedingen en necrosen (afsterving van weefsels) in diverse organen. Verschijnselen die gepaard gaan met chronische toxiciteit van seleen bij dieren variëren van leveraandoeningen en hartspierbeschadigingen tot haarverlies. Bij hoefdieren treedt hoefbrokkeligheid op. Voor seleniet, selenaat, selenocysteïne en selenomethionine ligt de

4 045 4 Seleen LD 50 1 ) voor dieren bij enkele milligrammen per kilogram lichaamsgewicht. Voor andere organische seleenverbindingen ligt de LD 50 een factor hoger. Gevolgen van een langdurige hoge seleenopname uit de voeding afkomstig van seleenrijke bodem in gebieden van de Verenigde Staten zijn bij mensen niet altijd even duidelijk aangetoond. In een bepaald seleenrijk gebied van China werd in de jaren zestig door de consumptie van seleenrijke maïs en groenten een sterfte van 49% onder bijna 250 inwoners van vijf dorpen vastgesteld. Verlies van haren en nagels, tanduitval en aandoeningen van het zenuwstelsel (gevoelloosheid en pijn in de ledematen) en de huid waren de belangrijkste symptomen van deze seleenvergiftiging. De dagelijkse inneming aan seleen gedurende een aantal jaren werd geschat op gemiddeld 5 mg per dag. Acute seleenvergiftiging bij de mens als gevolg van een te hoge orale dosis is voor een paar gevallen beschreven. Overheersende symptomen zijn braken en diarree met heftige buikkrampen. Acute vergiftigingsverschijnselen die zich voordoen bij inademing of lokaal contact van seleenverbindingen zoals seleenwaterstof, seleendioxide, seleenhexafluoride, seleenoxychloride zijn irritatie van ogen, neus en keel. De huidige veiligheidsmaatregelen voor het werken met dergelijke seleenverbindingen in de industrie hebben ervoor gezorgd dat deze vergiftigingen vrijwel tot het verleden behoren. Seleen als essentieel spoorelement voor mens en dier Vanaf eind jaren vijftig werd aangetoond dat seleen een essentieel spoorelement is voor dieren. Afwijkingen die optreden bij een tekort aan seleen bij dieren zijn, afhankelijk van het ontwikkelingsstadium van de dieren, degeneratieve veranderingen van skelet- en hartspieren, aantasting van het vaatwandsysteem en zenuwstelsel, vruchtbaarheids- en groeistoornissen. Eveneens is gebleken dat seleen es- 1 De LD 50 (letale dosis 50) is de hoeveelheid stof, die na éénmalige orale of dermale toediening binnen korte tijd (circa 14 dagen) sterfte van 50% van de proefdieren verooorzaakt. Zie Chemische Feitelijkheden

5 045 5 sentieel is voor de mens. In seleen-arme gebieden van China komen sedert 1935 bij kinderen hartspieraandoeningen voor. Deze ziekte staat bekend als de Keshan disease. Eind jaren zeventig werd aangetoond dat door het toedienen van natriumseleniet het voorkomen van deze ziekte aanzienlijk verminderd kan worden. Bij patiënten die langdurig via de aderen voeding (zonder seleen) toegediend krijgen, werd spierpijn in de ledematen, spierzwakte en witte nagelbedden geconstateerd. Na suppletie van de voeding met seleen verdwenen de waargenomen verschijnselen. Seleen en preventie van kanker, hart- en vaatziekten Jarenlang werd verondersteld dat seleen kankerverwekkend was. Zowel bij dierexperimenteel onderzoek als bij onderzoek bij de mens is daar tot nu toe niets van gebleken. In de jaren zeventig is echter het inzicht ontstaan dat seleen een mogelijk preventieve werking heeft op het kankerproces. De resultaten van epidemiologisch onderzoek wijzen op een preventieve werking, maar ze zijn nog niet overtuigend. Remmende werking van seleen op het kankerproces werd waargenomen bij experimenten met dieren. Omtrent het werkingsmechanisme bestaan diverse hypothesen, de anti-oxidatieve werking van het enzym glutathionperoxidase is er één van. Een tekort aan seleen wordt eveneens in verband gebracht met een verhoging van het risico op hart- en vaatziekten. De verminderde activiteit van het enzym glutathionperoxidase door een niet optimale seleenvoorziening zou leiden tot een toename van vetzuurperoxiden die aantasting van het weefsel veroorzaken, waardoor het atherosclerose(verdikking vaatwand)-proces bevorderd wordt. De verminderde glutathionperoxidase-activiteit en de verhoogde hoeveelheid vetzuurperoxiden leiden eveneens tot een groter kans op bloedplaatjesaggregatie (trombose). Over de interpretatie van de resultaten van diverse onderzoeken bestaat nog veel onzekerheid en verschil van mening.

6 045 6 Seleen Inneming en uitscheiding van seleen Het seleengehalte in plantaardige voedingsmiddelen is afhankelijk van het seleengehalte van de bodem. Granen bevatten in het algemeen meer seleen dan groenten. Volkorenprodukten zijn de belangrijkste plantaardige bronnen van seleen voor de mens. Aan de gemiddelde inneming van 78 µg Se/dag door jarigen in Nederland wordt voor 44% bijgedragen door graanprodukten, 27% door vlees, vis en eieren, 14% door melk(produkten), 8% door aardappelen en groente en 7% door overige produkten. In de Verenigde Staten wordt een seleenhoeveelheid van µg per dag aanbevolen. In Nederland is nog geen aanbevolen hoeveelheid voor seleen vastgesteld. Om enig toxicologisch risico te vermijden zou de voeding bij voorkeur niet meer moeten bevatten dan 200 µg seleen per dag. De marge tussen een te lage en te hoge inneming aan seleen is dus vrij klein. De absorptie van seleen uit de voeding door de mens hangt onder andere af van de bindingsvorm. Organisch gebonden seleen (selenomethionine, biologisch gebonden seleen) wordt beter geabsorbeerd dan anorganisch seleen (seleniet, selenaat). Seleen wordt via het bloed getransporteerd naar de weefsels. Lever, nieren en rode bloedcellen bevatten het hoogste gehalte aan seleen. Uitscheiding van seleen vindt voornamelijk plaats via de nieren. In urine komt seleen voor als trimethylselenonium-ion ((CH 3 ) 3 Se+). Bij een zeer hoge seleenbelasting wordt in de lever dimethylselenide gevormd dat als een vluchtige verbinding met een knoflookgeur via de uitademingslucht het lichaam verlaat. Haren en nagels bevatten ook een hoog gehalte aan seleen. Analyse van seleen Fluorimetrie is een veel toegepaste gevoelige en betrouwbare analysemethode voor seleen. Na een destructie van het monster wordt het aanwezige Se(VI) gereduceerd tot Se(IV). Na een reactie met 2,3-diaminonaftaleen wordt het gevormde 4,5-benzopiazselenol geëxtraheerd met cyclohexaan en fluorimetrisch bepaald. Hydride atomaire absorptiespectrometrie is een bruikbaar alternatief voor de fluorimetrische bepaling van seleen. Hierbij wordt het

7 045 7 verkregen Se(IV) na destructie en reductie verder gereduceerd met natriumboorhydride tot H 2 Se dat in een verhitte kwartsbuis wordt geleid die zich in de lichtweg van een atomaire absorptiespectrometer bevindt. Naast fluorimetrie en hydride atomaire absorptiespectrometrie biedt neutronenactiveringsanalyse eveneens mogelijkheden voor de bepaling van seleen via de kortlevende isotoop 77m Se (halfwaardetijd 17,5 sec.) of de langlevende isotoop 75 Se (halfwaardetijd 120,4 dagen). Literatuur L. M. Dalderup en H. J. Klein Obbink, Selenium en seleniumverbindingen. Voeding 40 (1979) 260 H. F. F. Albers, Selenium. Vlees, voeding en gezondheid 2 (1985) 1 H. J. Robberecht en H. A. Deelstra, Selenium in de voeding. Voeding 46 (1985) 262 F. J. Kok, De invloed van seleen op de sterfte aan hart- en vaatziekten in relatie tot de consumptie van vis. Voeding 46 (1985) 397 Th. Ockhuizen, Seleen en de preventie van kanker. Voeding 46 (1985) 416 J. Högberg en J. Alexander, Selenium. In: Handbook on the toxicology of metals, volume II, Elsevier (1986), ISBN M. J. Maas en A. Bart, Selenium van essentieel spoorelement tot geneesmiddel. Pharmac. Weekblad 121 (1986) februari 1987 J. B. Luten Instituut CIVO-Technologie TNO Afd. IVP (Instituut voor Visserijprodukten)