Genellikle zararlı olduğunu bildiğimiz metallerin ve metal bazlı bileşiklerin insan organizması ile etkileşimleri son derece karmaşıktır. Dünya çapında insan ve doğa için, zehirli etkilerinden korunulması çeşitli düzenleyici kuruluşların temel hedefidir.

İnsan ve doğa için metallerin risk değerlendirme araştırmalar çalışmaların önemli bir bölümünü oluşturmaktadır. Bunun için birçok güvenilir yöntemler kullanılmakla birlikte ana sorular halen aydınlanmamıştır. Kimsal maddenin vücuda alınma yöntemi, ne kadarının toksik olduğu, alınma süresi, alınma hızı gibi ....

Yeni bulunanlar ile birlikte sayıları hızla artan elementler metaller, metaloidler(yarı metaller) ve ametaler (metal olmayanlar) olarak basitçe sınıflandırılır ve periyodik tabloda gösterilir.

Metallerin basit özellikleri;

1. Oda sıcaklığında cıva dışında katı haldedirler.
2. Tel ve levha hâline getirilebilirler.
3. Görünümleri parlaktır.
4. Elektriği ve ısıyı iyi iletirler.
5. Sıcaklık yükseldikçe  elektrik iletkenlikleri azalma gösterir.
6. Sadece ametallerle bileşik oluşturabilirler vb.

Metaloidlerin özellikleri ise ;

1. Doğada katı halde bulunurlar. 
2. Tel ve levha haline getirilemezler.
3. Görünümleri parlak yada mattır.
4. Elektrik ve ısıyı zayıf iletirler 
5. Sıcaklık yükseldikçe elektrik iletkenlileri artar.
6. Hem kendileri, hem metaller ve hemde ametalleri ile birleşik oluşturabilirler.

“Ağır metal” terimi son yıllarda yaygın bir şekilde kullanılan bir terimdir. Genellikle kontaminasyon ve potansiyel toksisite ya da eko-toksisite ile ilişkilendirilen metaller ya da yarı-metaller (metalloidler) olarak tanımlanır. Gerçekte ağır metal tanımı yoğunluğu 5 g/cm3’den daha büyük olan metaller olarak ifade edilir. Tıpta ise ağır metal tanımı, elementlerin atomik ağırlıklarına bakılmaksızın tüm toksik özelliği taşıyan metaller olarak tanımlanır.

Altmıştan fazla element ağır metallere örnek olarak verilebilse de en sık rastlanan ve en çok tanınan Civa (Hg), Mangan (Mn), Demir (Fe), Kobalt (Co), Nikel (Ni), Bakır (Cu), Çinko (Zn), Kadmiyum (Cd), Arsenik (As), Krom (Sn), Kurşun (Pb), Gümüş (Ag) ve Selenyum (Se)’u ağır metal olarak söyleyebiliriz. 

Ağır metallerin zazılarının biyokimyasal süreçlere katıldıklarını görmekteyiz. Bu özellilerine göre ağır metaller yaşamsal (esansiyel) ve yaşamsal olmayan (non-esansiyel) olarak sınıflandırılırlar. Esnasiyel olanlar canlı formlarında enzimatik bir tepkimede kofaktör olarak rol oynarlar. Ancak belirli bir konsantrasyondan (1-10 ppm: part per million/ milyonda bir) sonra toksik olarak etki gösterirler ( Fe, Cu, Zn, Ni ve Se). Buna karşın esansiyel olmayan ağır metaller (Hg, Cd ve Pb), düşük konsantrasyonlarda bile toksiktirler. Örneğin civa ve kadminyum 0,001-0,1 ppm gibi çok düşük konsantrasyonlarda bile toksik olabilmektedirler. 

Ağır metaller insan vücuduna ağız, solunum ve deri yolu ile alınabilmektedir. Alındıkları yol, birikim yaptıkları dokunun türünü etkilemekle beraber toksik etkilerinin yarattığı etkileri de yönlendirmektedir.

Ağır metaller için problem bu noktada başlamakta. Bunlar vücudumuzda metabolize olmamaları yada az metabolize olarak yavaş atılmaları nedeni ile zamanla organizmada birikmekte ve toksik dozlara ulaşmaktadır.  Ağır metallerin vücutta oluşturacağı etkiler, ağır metalin derişimine bağlı olmanın yanısıra metal iyonunun yapısına, çözünürlük değerine, kimyasal yapısına, redoks ve kompleks oluşturma yeteneğine, vücuda alınış şekline ve çevrede bulunma sıklığına bağlıdır.

Vücutta oluşturdukları toksik etkinin temel nedeni, hücre içi metabolik süreçlerde oluşturdukları bozukluklardır. Söz konusu bu bozukluklar; DNA hasarı, oksidatif stresin artışına bağlı olarak oksidatif protein yıkımı, mitokondri hasarı ve apoptozisin indüklenmesi vb. Ağır metallerin yaptığı sağlık problemlerini otoimmün hastalıklar (ülseratif kolit, crohn hastalığı, romatizma vb.) organik hastalıklar (böbrek hastalığı, alerji, egzama, astım, vb), nörolojik bozukluklar (depresyon, migren, Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı) vb.

Vücudun hemostazı için kusursuz tasarlanımış, interaktif, yarı geçirgen bir membran olan derinin metaller ve metaloidler ile endojen ve eksojenik etkileşimlerini anlatmaya çalışacağız. 

Metaller ile deri arasındaki ilişki başlangıçta bunların deri tarafından emilimi ve toksiteleri üzerine odaklanmıştır. Ancak son yıllarda metallerin immünoloji ve immünotoksisiteleri üzerine araştırmalar artmakta. Bu çalışmalar metallerin deriden emili ile birlikte savunma sistemi üzerine etkilerinin de son derece önemli olduğunu göstermekte. Günümüzde metaller deri ve vücutta duyarlılık artışında, kontakt dermatit(temas egzaması) ve sistemik alerjide nedensel ajanlar olarak gösterilmekte.

Antik çağdan beri, az sayıda metal bileşiğinin tedavi amaçlı kullanıldığını görmekteyiz. Romatizmada altın, frengide kurşun ve civa kullanımı gibi. Toksikoloji biliminin gelişimi ile birlikte bu toksik metaller günümüzde artık kullanılmıyor.

Toksikolojik çalışmalar başlangıçta mesleki nedenlerle temas edilen , berilyum, cıva, kurşun, kadmiyum, krom ve nikel üzerine odaklanmıştır. Henüz, bugüne kadar, deri için toksik olup olmadıkları bilinmeyen metaller nispeten küçük bir sayı teşkil etmekte.

Uluslar arası iş güvenliği ve sağlığı enstitüsü tarafından karsijen olduğu tespit edilen yedi metal bildirlmiştir. Arsenik, berilyum, kadmiyum, krom, paladyum, nikel, ve thorium gibi.

Eski Doğu Bloğunda yer alan Sovyetler Birliği, Polonya ve Çekoslovakya gibi ülkelerde metallerle ilgili önemli bir toksikolojik, farmakodinamik ve immünolojik araştırmalar yapıldığını görmekteyiz. Ancak bu çalışmalar, dil engelleri ya da bilginin güvenlik sınıflandırması nedeniyle erişilemezdi.Bu ülkelerde metallerin araştırılmaları berilyum, sezium, manganez, molibden, rubidium, vanadyum, tungsten, platin ve platin grup metaller olan ruthenium, rhodium, paladyum, iridyum ve osmiyum üzerine odaklanmıştı.

Deriden elektroilit olmayan elementlerin pasif diffüzyon ile geçişleri sistematik olarak incelenmiş ve matematiksel tanımlar ve diffüzyonun Fick Yasaları ile açıklanmaya çalışılmıştır.

Özellikle son yıllarda deri yolu ile (transdermal) ilaçların kullanımındaki gelişmeler molekül ve elementlerin deriden geçişleri üzerine bilgilerimizi daha da arttırdı. Metallerin kovelent bağlar ile organik bileşiklere bağlı formlarının deri geçişi diğer organik bileşiklerin deri geçişine benzer. Ancak metallerin tuzları yani metallerin iyonik formları yada suda eriyebilir tuz formlarının deri penetrasyonları tartışmalıdır.

Metal tuzlarının deriden geçişleri ile ile bilgili bir matematiksel model olmamakla birlikte, deriden st corneumdan geçişleri incelenmiş bu son çalışmalarda deriden geçiş katsayıları(Kp) 10^-4 ile 10^-5  cm/saat olarak bulunmuştur(suyun st. Corneumdan geçiş katsıyısı 10^-3 cm/saat dir. )

Elektrolit olmayan metallerin deri hücre duvarındaki yağ içeriğinden hücre içerisine geçişinde metallerin boyutu, polaritesi, hidrojene bağlanma yetenekleri rol oynamakta.

Metal iyonları epidermisi geçişinde hücre içini kullanmadan hücreler arası yada deri ekleri olan ter ve yağ bezlerini kullanabilmektedir.

Epidermiste hücrelerde elektro pozitif metaller ile ilişkiye giren ve bu metallerin hücre içerisinde depolanmasına neden olabilen bazı proteinlerin olabileceği düşünülmekte. Nikel ve kromda bu gösterilmiştir. Kadmiyum, çinko ve bakır ile kompleksler oluşturan ve onları immobilize eden, metallothioneinler gösterilmiştir. 

Metal içerikli yapıların deriden geçilerinde ve deri atrafından emiliminde bunların oksidasyon durumu, iyonik özellikleri, yarıçapları, elektropozitifliği, redoks potansiyelleri, hidrasyon durumu, polariteleri ve pH rol oynamakta.

Deri tarafından absorbe edilen yada deriden geçen bu metaller derinin kan ve lenf dolaşımı ile vücuda geçmekte.