Toksykologia-nauka o truciznach i zatruciach, dyscyplina naukowa zajmująca się badaniem:
§aktualnych lub potencjalnych niebezpieczeństw związanych z działaniem na org. żywe sub. chem.(trucizn)
§mechanizmem ich działania
§opracowaniem sposobów zapobiegania, rozpoznawania i leczenia zatruć
Wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną, tylko dawka decyduje, że jakaś sub. nie jest trucizną – Paracelus 1525
Prawo Bertranda- zależność między stęż. w organiźmie lub spożyciem danego zw. i jego wpływem na funkcje fizjologiczne- 1912 .
Trucizna- sub., która wprowadzona w małych dawkach do org. wskutek swoich właściwości toksykodynamicznych może wywołać zaburzenia w czynności ustroju i śmierć.
Toksyczność czyli właściwości toksykodynamiczne- jest to działanie niepożądane wynikające z reakcji chem. lub fizykochemicznych pomiędzy zw., który wniknął do ustroju, a układem biologicznym np. DNA, enzymy.
Zatrucie-proces chorobowy, który jest związany z objawami klinicznymi podmiotowymi(może je stwierdzić sam podmiot) lub przedmiotowymi(można je stwierdzić obiektywnie) wywołanymi przez sub.chem. pochodzenia endo- lub egzogennego
Ksenobiotyk- sub.chem. nie będąca naturalnym skł. organizmu lub żywności np. leki w organiźmie człowieka to ksenobiotyki, w żywności takimi sub. są barwniki.
Ksenos=obcy (Grec.)
Okoliczności powstania zatruć:
§Przypadkowe np. zawodowe, pokarmowe
§Rozmyślne np. samobójcze, mordercze
Przebieg i nasilenie zatruć:
§ostre- po jednorazowej dawce, objawy szybko występują, ostry przebieg
§podostre- kilka dawek lub jedna mniejsza niż w przypadku zatruć ostrych
§przewlekłe- czas działania trucizny jest dłuższy, skutki tego występują później.
Działy toksykologii:
§przemysłowa
§leków
§żywności
§pestycydów
§artykułów gospodarstwa domowego
§kosmetyków
§tworzyw sztucznych
§środowiska itp.
Toksykologia żywności- zajmuje się sub. dostającymi się do organizmu człowieka z żywnością, które:
-Występują naturalnie: antyodżywcze, szkodliwe pochodzenia roślinnego(alkaloidy, glikozydy, pochodne aminokwasów, w grzybach) i zwierzęcego.
-Celowo dodawane do żywności
-Zanieczyszczenia biologiczne i chemiczne
-Wytwarzające się w procesie technologicznym lub w czasie przechowywania
§sposób i droga dostawania się sub. do organizmu
§transport i wiązanie ustrojowe (bariery biologiczne)
§rozmieszczenie i kumulowanie
§przemiany w organiźmie
§wydalanie
KREW I LIMFA
Miejsca wchłaniania:
-Jama ustna: nikotyna, cyjanki, nitrogliceryna, fenole, strychnina, kokaina, alkohol, piramidon
-Żołądek: alkohol, nikotyna, kwas salicylowy, aspiryna, kofeina, teofilina
-Jelito cienkie: większość trucizn
-Jelito grube: zw. wytworzone przy udziale mikroflory
Wchłanianie zależy od pH np. anilina wchłania się w środowisku zasadowym, a kwas salicylowy w środowisku kwaśnym
Im sub wchłonie się szybciej tym jest groźniejsza dla organizmu.
Najbardziej wszechstronny jest węgiel aktywny(drzewny), stosowany gdy sub. szkodliwa jeszcze się nie wchłonie, węgiel ma dużą powierzchnię adbsorbcyjną
tzn. absorbuje sub., działa bardzo dobrze na: atropinę, ergotaminę, fenol i jod.
Działa dobrze na chininę, średnio na: alkohol etylowy i metylowy, cyjanki, DDT, kwas borowy, insektycydy, zw. fosforoorganiczne. Węgiel nie absorbuje: kwasów mineralnych, zasad, sub. nierozpuszczalnych w wodzie
§naskórek, nabłonek jelitowy i pęcherzyków płucnych
§błony naczyń włosowatych
§błony komórkowe narządów
§błony struktur wewnątrzkomórkowych
§krew-mózg, krew-płyn mózgowo rdzeniowy(strefy zamykające, tkanka glejowa) sub. lipofilne przenikają łatwiej, nadtlenki kw. tłuszczowych powodują nieodwracalne zmiany w błonach, hałas zwiększa ich przepuszczalność
§krew- łożysko, bariera dla zw. silnie zjonizowanych i nierozpuszczalnych w tłuszczach, łatwo przenikają antybiotyki, narkotyki, alkohol etylowy, kofeina, nikotyna, zmiany morfologiczne u palących(bariera ta przy niedotlenieniu jest słabsza)
§krew-jądro: śródbłonek naczyń włosowatych bez porów i przestrzeni międzykomórkowych, komórki nabłonkowo-mięśniowe ze strefami zamykającymi, połączenia kompleksowe pomiędzy komórkami podporowymi
Bariery niebłonowe:
To łączenie z białkami krwi lub z białkami cytoplazmy(wątroba, nerki)
Ukrwienie ma wpływ na szybkość wchłaniania sub. im lepiej narządy są ukrwione tym szybciej następuje w nich wchłanianie sub. szkodliwych
Narządy najlepiej ukrwione to: płuca, nadnercza, nerki, tarczyca, wątroba, serce, jelita, mózg. Narządy słabiej ukrwione to: skóra, mięśnie, tkanka łączna i tłuszczowa
Przemiany zw. obcych
§Sub. obce- działanie toksyczne- bez zmian- wydalenie
§Sub. obce- działanie toksyczne- detoksykacja- wydalenie
§Sub. obce- brak działania toksycznego- aktywacja metaboliczna- działanie toksyczne- detoksykacja- wydalenie lub –działanie toksyczne(bez etapu detoksykacji) – wydalenie.
Substancje nie ulegające przemianom:
§silnie polarne, wydalane przez nerki np. kwas ftalowy, kwasy sulfonowe
§zw. bardzo lotne, wydalane przez płuca np. cyklopropan, eter etylowy
§silnie lipofilne nie zmienione kumulują się w tkance tłuszczowej np. bifenyle
Detoksykacji podlegają: SO do siarczanów pod wpływem enzymów, fenol. Aktywacji metabolicznej podlegają np. chloroform do fosgenu, barwnik Red 2G do aniliny. Są też zw. mogące podlegać tym reakcjom jednocześnie tzn. zarówno detoksykacji jak i aktywacji metabolicznej np.benzopiryn będący składnikiem dymów
Podział zw. w zależności od typu reakcji:
§reakcje 1 fazy= transformacji zw. obcego w inny czyli wprowadzenie grupy funkcyjnej(głównie), dzięki tym reakcjom powstają zw. mogące brać udział w 2 typie reakcji lub mogą być łatwiej wydalane, np. benzen do fenolu
§reakcje 2 fazy= sprzęganie= biosynteza= koniugacja, polegają na łączeniu zw. obcego ze zw. endogennym np. kwasem siarkowym, glukuronowym, dzięki czemu powstają zw. łatwiej wydalane, np. fenol do kwasu fenyloglukuronowego, fenylosiarkowego
§zw. mogą brać udział tylko w reakcjach 2 fazy jeśli mają już jakąś gr. funkcyjną np. kwas benzoesowy, który podlega reakcji sprzęgania do kwasu hipurowego.
Takie przemiany zachodzą w śluzówce jelita w hepatocytach i kom. nerek. Najwięcej przemian zachodzi w kom. w we frakcji mikrosomalnej złożonej z rybosomów i ER. Frakcję tą izoluje się przez wirowanie przy zastosowaniu roztworów o różnym stężeniu
Utlenianie mikrosomalne:
substrat+ O2 +H = produkt +H2O
produkt- R-OH
substrat- RH
Monooksygenazy(enzymy katalizujące tą reakcję) :cytochrom P450, reduktaza NADPH i cytochromu, czynnik lipidowy
Donor wodoru: NADPH, NADH
Cytochrom P450- enzym zawierający hem, substrat się utlenia, cytochrom się redukuje
Przykłady reakcji utleniania mikrosomalnego:
-aromatyczna hydroksylacja
-alifatyczna hydroksylacja
-N, O, S-dealkilacja
-epoksydacja
-desulfonacja
-sulfoksydacja
-N hydroksylacja
Reakcja biotransformacji(1 fazy)
1. Utlenianie
-mikrosomalne(benzen-fenol, toluen- kwas benzoesowy)
*WWA, chlorek winylu, morfina, DDT, nitrozoaminy, paration
-niemikrosomalne(etanol-aldehyd octowy, ald. octowy-kwas octowy, aminy-aldehydy)
2. Redukcja
-frakcja mikrosomalna(nitrobenzen-anilina)
*żółcień masłowa, nikotyna
-niemikrosomalne(As – As , aldehyd- alkohol)
3. hydroliza
-frakcja mikrosomalna(epoksyd-diol)
*WWA
-frakcja niemikrosomalna(ester+ woda= kwas+ alkohol, ......)
*m......,kwas acetylosalicylowy, amygdalina, tioglikozydy
1. tworzenie glukuronoidów
-aktywny kwas glukuronowy powstaje w cytoplaźmie: glukoza- UDPGA(kwas urydynodifosfoglukuronowy)
-frakcja mikrosomalna
R-OH+ UDPGA= R-O-glukuronoid+ UDP, reakcja zachodzi przy udziale enzymu= UDP- gkukoronozylotransferaza, glukoronoidy wydalane są z żółcią, w reakcji tej mogą brać udział zw. zawierające grupy: hydroksylowe, karboksylowe, aminową, sulfhydroksylową, azot w zw. heterocyklicznym, karbonylową, .... Enzym biorący udział w tej reakcji nie ma specyficzności substratowej, stąd może on brać udział w przemianie różnych substratów.
2. sprzęganie z aminokwasami(glicyną)
-reakcji tej podlegają zw. zawierające grupy hydroksylowe, najpierw następuje aktywacja ksenobiotyku przez koenzym A w mitochondriach, a następnie następuje sprzęganie w cytoplaźmie lub we frakcji mikrosomalnej, np. kwas benzoesowy- kwas hipurowy
3. Sprzęganie z glutationem(cysteiną)
-reakcja ta zachodzi w cytoplaźmie, etapy
*ksenobiotyk+ glutation z udziałem enzymu- transferazy glutationowej
*odłączenie kwasu glutaminowego i glicyny
*acetylowanie przez acetylo-CoA, powstaje merkapturowy
-transferaza glutationowa, obejmuje działanie:
Działanie dodatnie to detoksykacja(benzen, WWA, chlorowcopochodne nitrobenzenu), obejmuje ono: działanie katalityczne, wiązanie ksenobiotyku na powierzchni, wiązanie kowalencyjne między ksenobiotykiem, a centrum aktywnym. Działanie ujemne to aktywacja metaboliczna(dichloroetylen, tetrafluoroetylen, dichloroetan)
4. Sprzęganie z siarczanami
fenol kwas fenylosiarkowy
aktywny siarczan
H2SO4+ ATP
5. Łączenie z siarką(tiosiarczanem)
CN + tiosiarczan siarkocyjanek(ok. 200 razy mniej szkodliwy od cyjanku)+ SO
siarkotransferaza
tiosiarczanowa
6. Metylowanie
C2H5SH(merkaptan etylowy) C2H5SCH3
CH3 z metioniny
S- metylotransferaza
7. Acetylowanie
Anilina Acetoanilid
acetylotransferaza
Losy trucizn w organiźmie:
·odkładanie:
-tkanka tłuszczowa, w niej odkładają się sub. rozpuszczalne w tłuszczach np. DDT, węglowodory polichlorowe: dieldryna, metoksycholr, WWA, polichlorowane bifenyle(zanieczyszczenia środowiska, media transformatorów). Substancje te zmagazynowane w tkance tłuszczowej mogą się uwalniać z niej np. w czasie odchudzania.
-w kościach: absorpcja na powierzchni lub trwale wbudowywane np. ołów, fluor, rad, stront, tetracykliny- w okresie tworzenia zębów powodują ciemne plamy. Z kości zw. te mogą się dostawać z powrotem do krwi np. w czasie niedoborów wapnia, w czasie nadczynności przytarczyc.
-narządy miąższowe, w jądrach kom. lub cytoplaźmie np. kadm, ołów, rtęć nieorganiczna. Metale te najczęściej odkładają się w wątrobie, nerkach, śledzionie, płucach, tkance nerwowej.
-włosy, paznokcie- znaczenie diagnostyczne(met. ciężkie), jest to droga „wydalania” gdyż sub już nie mają powrotu do krwi.
·Wydalanie trucizn:
-nerki, sub rozp. w wodzie, o niedużych rozmiarach cząsteczki, nie są to białka chyba że doszło do uszkodzenia kłębuszków.
-przewód pokarmowy: gruczoły ślinowe, żółć, wymioty, biegunka.
-płuca(sub. lotne) drogą dyfuzji biernej.
-skóra, z potem, przez pory, mogą podrażniać
-gruczoły mleczne np. DDT będąca sub. trwałą o długim czasie kumulacji.
Grupy czynników warunkujące powstawanie zatruć:
1 Właściwości sub., jej cechy fizyko-chemiczne.
-skł. chemiczny to rodzaj pierwiastków wchodzących w skład cząsteczki danego związku, a także ich wzajemne połączenie.
-izomeria pozycyjna: para> meta> orto.
-izomeria geometryczna: cis> trans(zw. łańcuchowe) np. anetol w oleju anyżowym, forma cis jest 15 razy b. toksyczna.
-izomeria optyczna: L>D np. nikotyna(forma L jest 40 razy b. toksyczna), karwon(L-mięta kędzierzawa, D-kminek).
-obecność wiązań wielokrotnych, im zw. jest bardziej nienasycony tzn. zawiera więcej wiązań podwójnych tym jest bardziej toksyczny, wynika to z łatwiejszego wchodzenia takiego zw. reakcje, tworzenia b. aktywnych form przejściowych
-obecność grup funkcyjnych: zwiększają toksyczność(nitrowa, nitrozowa, cyjanowa, aminowa i ich chlorowcopochodne) lub zmniejszają(acetylowa, azowa, karboksylowa, sulfonowa, tiolowa, metoksylowa) lub zachowują się różnie w zależności od różnych czyn.(metylowa, wodototlenowa). Sub. zawierające grupy zmniejszające toksyczność mogą być stosowane jako leki. Praktyczne zastosowanie tych grup jest w barwnikach syntetycznych gdzie grupa azowa jest połączona z pierścieniami benzenowymi sulfonowanymi co znacznie obniża ich toksyczność.
-rozpuszczalność w wodzie: np. chlorek baru, węglan baru są b. silnymi truciznami, ponieważ łatwo rozp. się w wodzie, a siarczan baru stosowany w prześwietleniach przewodu pokarmowego jako kontrast jest nieszkodliwy ponieważ nierozpuszcza się w wodzie, a więc nie ulega wchłonięciu. Inny przykład to sublimat i kalomel czyli zw. rtęci, przy czym sublimat jest b. toksyczny(rtęć jest na innym stopniu utlenienia), rtęć metaliczna wprowadzona dożylnie lub dustnie nie jest szkodliwa bo jest nierozpuszczalna.. Najbardziej szkodliwe są pary rtęci.
-rozpuszczalność w płynach fizjologicznych: sub. dostające się do przewodu pokarmowego w postaci rozproszonej o mniejszym stężeniu, wchłaniają się szybciej niż w postaci bardziej zbitej. Jeśli chcemy żeby coś się szybciej wchłonęło to najlepiej rozpuścić sub. w wodzie przez co zwiększamy jej powierzchnię, należy również maksymalnie ją rozdrobnić(leki).
-zanieczyszczenia są limitowane np. w czasie syntezy aspartamu powstaje jako produkt uboczny diketopiperazyna(ADI=0-7,5 mg na kg masy ciała), której toksyczność jest 5 razy większa niż toksyczność aspartamu(ADI=0-40 mg na kg masy ciała).
2. Czynniki związane z ekspozycją:
-dawka lub stężenie w mg na kg masy ciała, rodzaje dawek: graniczna(progowa)DM, lecznicza DC, toksyczna DT, śmiertelna LD.
-droga wprowadzenia sub, zależy to od ilości barier jakie dana sub ma do pokonania.
-okres i częstotliwość(dotyczy to badań na zwierzętach)
-pora dnia, roku.
-obecność innych sub w momencie wnikania sub badanej. Efekty łącznego oddziaływania sub chemicznych:
·niezależnie, sub wnikające działają na inne organy czy układy, skutki ich działania są niezależne
·addytywne = addycyjne np. morfina i skopolamina o działaniu depresyjnym, efekty działania takich sub sumują się ponieważ działają na podobny układ i podobne są skutki ich działania. Efekty wywoływane działaniem łącznym są równe sumie działań poszczególnych skł. A+B= A+B czyli 2+3= 5
·synergizm i antagonizm to interakcje dotyczące działania 2 lub większej ilości sub, których efekt działania daje wynik jakościowo lub ilościowo różny od przewidywanych, a wynikający z sumowania się efektów wywołanych przez poszczególne sub, czyli jedna sub wzmaga lub osłabia działanie drugiej.
·synergizm to jednakowe działanie 2 zw. prowadzące do wystąpienia większych efektów niż oczekiwane, a wynikające z sumowania się działań poszczególnych skł. np. melation i EPN, CCl i izopropanol, dym tytoniowy i alkohol, Fe i Cu. (A+B) > A+B, czyli 2+3= 7, a nie 5
·antagonizm o podłożu:
-funkcjonalnym np. kwas barbiturowy i noradrenalina.
-chemicznym np. chelatowanie metali ciężkich: biotyna i awidyna ,która ja wiąże.
-dyspozycyjny np. szczawiany i wapń
Ogólnie antagonizm to działanie prowadzące do zmniejszenia lub osłabienia efektów przez wzajemne oddziaływanie na siebie sub. (A+B) < A+B, 2+3= 4.
3. cechy organizmu(biologiczne)
-różnice międzygatunkowe, które wynikają z różnego tempa metabolizmu np. heksobarbital(sub. nasenna) u człowieka metabolizowana jest wolno, u szczurów szybciej, a najszybciej u myszy, stąd nasilenie zatrucia będzie inne u poszczególnych gatunków. Inny przykład to przemiana kwasu hinowego do kwasu benzoesowego, która najszybciej zachodzi u człowieka natomiast najwolniej u gryzoni
-różnice gatunkowe w drogach metabolicznych zw. obcych np. w reakcjach 1 fazy kumaryna(siano) ulega hydroksylacji przy węglu 7 u człowieka, a przy węglu 3 u min szczura, świnki morskiej, królika. Cykloheksyloamina(zw. powstający w żołądku pod wpływem mikroflory) u szczura ulega hydroksylacji, a u człowieka deaminacji. W reakcjach 2 fazy też są różnice np. fenol jest sprzęgany z: siarczanami u kota, z kw. glukuronowym u świni, z obiema tymi sub. u szczura.
-różnice międzygatunkowe związane z tempem wchłaniania przez skórę, najsłabiej u kotów, lepiej u człowieka, świni, świnki morskiej, małp, a najlepiej przez skórę szczura i królika.
-uwarunkowania genetyczne, różnice genetyczne w obrębie danego gatunku(dotyczy to enzymów) np. metabolizowanie fenyloalaniny do tyrozyny przy udziale enzymu: hydroksylazy fenyloalaninowej. Brak tego enzymu związany jest z chorobą genetyczną fenyloketonurią. Gromadzenie się pochodnych fenyloalaniny powoduje uszkodzenia układu nerwowego. Proces ten jest bardzo niebezpieczny szczególnie u noworodków, dlatego też prowadzi się obecnie badania dzieci tuż po urodzeniu na obecność pochodnych tego aminokwasu(mocz+ FeCl, ciemnozielone zabarwienie świadczy o chorobie). Pochodne te to: kwas fenylopirynowy, z niego powstaje kwas fenylooctowy i fenylomlekowy, a po połączeniu z .......
-wiek i związane z tym wchłanianie, u ludzi dorosłych inne są wskaźniki: opróżniania żołądka i pH soku żołądkowego, poziomu enzymów(noworodek ma ich mniej), obecności mikroflory(noworodek ma jałowy przewód pokarmowy, dopiero z czasem zostaje zasiedlony przez korzystną mikroflorę), rozmieszczenie sub obcych związane jest z zaw. w organiźmie wody(noworodki mają jej więcej i ilość jej spada z czasem do poziomu 60%). Noworodki mają też: słabo wykształcona bariera krew-mózg, mało białek osocza, niższy poziom cytochromu P450(zawiera min żelazo, ważny zw. biorący udział w metabolizowaniu sub obcych), mało enzymów biorących udział w sprzęganiu z kwasem glukuronowym. Wskaźniki te są również niższe u ludzi starszych.
-zmieniona odporność, nadwrażliwośc.
-stan odżywienia, im lepszy tym większe dawki może akceptować organizm, co wiąże się min z większą ilością białek osocza, enzymów, więcej żelaza sprzyja powsawaniu cytochromu P450, który w swoim składzie zawiera min żelazo, wit. z grupy B w...
Elesmera