WYKA
AD 1
Pojęcie toksykologii
�� toksykologia jest dziedziną wiedzy, nauką o truciznach
�� nazwa pochodzi od greckiego toxon (łuk) lub toxicos (trucizna stosowana do zatruwania
grotów strzał) i logos (nauka)
�� prekursorem tej dziedziny był Paracelsus, który jako pierwszy opisał właściwości licznych
związków tworząc tym samym podstawy tej nauki. To on jest autorem twierdzenia  wielkość
dawki czyni truciznę
Dawka a toksyczność
�� toksykologia nie wykształciła jednoznacznego pojęcia trucizny, stosuje się zatem pojęcia
substancja skażająca i substancja zanieczyszczająca
�� substancja skażająca to taka, która jest czynnikiem powodującym efekty szkodliwe
�� substancja zanieczyszczająca to taka, której obecność nie jest naturalna dla danego
środowiska, lecz nie powoduje obserwowalnych efektów szkodliwych
�� w związku z tym to dawka, a nie tylko sama budowa chemiczna substancji warunkuje
toksyczność
�� tylko w nielicznych przypadkach znane są skutki oddziaływania substancji na organizmy i
środowisko, większość związków chemicznych nie była poddawana badaniom, lub badania
trwały krótko
�� aby stwierdzić toksyczność substancji należy nie tylko określić jej pochłanialność i akumulację
przez środowisko czy organizm. Działanie toksyczne każdego związku musi być powiązane z
wywołaniem zmian morfologicznych lub fizjologicznych w organizmie (zarówno w skali mikro
jak i makro)
Definicja ekotoksykologii
�� Rejner, 1997  toksykologia to badania substancji w środowisku w aspekcie działania na
organizmy w różnych dawkach
�� Calow, 1993  toksykologia to ochrona środowiska przed substancjami syntetycznymi
�� Walker, 1996  toksykologia to badanie szkodliwego działania substancji chemicznych na
ekosystemy
�� Forbes, 1994  toksykologia to nauka integrująca wiedzę o zanieczyszczeniach i wiedzę o ich
losach w środowisku
�� jedyna prawidłowa definicja (pierwsze cztery są nieścisłe lub mylne):
toksykologia to nauka o oddziaływaniach substancji toksycznych na organizmy żywe i w
konsekwencji tych oddziaływań ujawniających się skutków na poziomach organizacji
organizmów żywych wyższych niż jeden organizm
Współczesne pojęcie ekotoksykologii i jej zadania
�� Truhaut w 1969 roku stwierdził, że istnieje potrzeba wyróżnienia nauki zajmującej się
zarówno toksynami jak i środowiskiem (toksykologia +ekologia)
�� nauka ta została zdefiniowana jako badanie szkodliwych skutków działania związków
chemicznych na cały ekosystem
�� jest nauką interdyscyplinarną bazująca na naukach biologicznych, medycznych, chemicznych i
matematycznych
�� poszukuje odpowiedzi na pytania:
o czy czynnik jest toksyczny?
o jaka jest jego toksyczność?
o jakie są konsekwencje ekspozycji na niego?
 Podział ekotoksykologii
�� ekotoksykologia środowiska
�� ekotoksykologia człowieka
Przyczyny zatruć u ludzi
�� leki  narkomania, lekomania, doping
�� zawód  przemysł, składowanie, obrót
�� rozmyślność  samobójstwa, morderstwa
�� żywność  naturalne toksyny drobnoustrojowe
�� pestycydy  ochrona upraw, żywność
�� środki gospodarcze  chemikalia, tworzywa, kosmetyki
�� biosfera  powietrze, gleba, woda
Skala użycia pestycydów w Europie
�� największe we Włoszech, Francji, Hiszpanii, Węgrzech i Grecji
�� najmniejsze w niektórych krajach bałkańskich
�� w Polsce kształtuje się na niskim poziomie
Metodyka badań ekotoksykologicznych
�� badania muszą być prowadzone w długiej skali czasu (20, 30 lat) w celu określenia pełnego
efektu danych związków  niektóre z nich ujawniają toksyczność po wielu latach
�� przykładem jest monitoring występowania ptactwa leśnego i tego związanego z rolnictwem
po zastosowaniu pestycydów w celu ochrony roślin
o po kilku latach ptactwo związane ze środowiskiem rolniczym wykazywało załamanie
się populacji
o ptactwo leśne wykazywało oznaki fluktuacji liczebności, lecz były to zmiany
niespowodowane działaniem danej substancji lub jej efekt na to był marginalny
Znane katastrofy ekotoksykologiczne
�� Clear Lake  1950-1960, zastosowano DDT na muchówki, efektem czego ryby, perkozy oraz
inne ptaki drapieżne jak i plankton wykazywały masowe wymieranie
�� choroba Minamata  1950, w wyniku zanieczyszczenia rtęcią doszło do akumulacji tego
pierwiastka w łańcuchu troficznym, efektem czego u ludzi zaczęła występować rtęciowica. W
wyniku tego zachorowało 2265 osób (w tym 1784 przypadków zakończonych śmiercią)
�� choroba itai itai  1960, w prowincji Toyama uprawiano ryż na polach nawożonych ściekami o
dużej zawartości kadmu, pochodzącymi z zakładów przemysłowych. Spożywanie ryżu przez
ludzi spowodowało liczne zaburzenia zdrowia w tym problemy z kośćmi i osteomalację
Sinicowe substancje toksyczne  ocena ryzyka
�� zakwity występują w wodach na całym świecie z różną częstotliwością: Azja  54%, Europa 
53%, Afryka  28%, Ameryka Północna  48%, Ameryka Południowa  41%
�� wynika to z eutrofizacji wód z powodu zbyt dużych ilości azotu i fosforu
�� toksyny sinicowe należą do różnych kategorii organicznych związków chemicznych
�� ich przykładem są mikrocystyny, których największe ilości występują w USA, Australii,
Portugalii, Francji, Wielkiej Brytanii
Występowanie sinic a pora roku
�� sinice pojawiają w postaci tzw. zakwitów w miesiącach ciepłych (głównie letnich), gdzie
przypowierzchniowo znajdują niszę (możliwość przeprowadzania fotosyntezy)
�� w miesiącach zimowych cała biomasa komórek opada na dno w wyniku zakończenia okresu
wegetacji
Czynniki indukujące produkcję toksyn przez sinice
�� temperatura
�� światło
�� azot i fosfor
�� mikronutrienty
�� zasolenie
�� pH
Podział toksyn sinicowych
�� hepatotoksyny
o mikrocystyny  w wodach słodkich
o nodularyny  w wodach słonych
�� neurotoksyny
o anatoksyna a
o anatoksyna a(s)
o homoanatoksyna a
o suksitoksyna
o neoskusitoksyna
�� cytotoksyny
o cylindrospermotoksyny
�� dermatotoksyny
o lyngbyatoksyna a  uczulenia, dermatozy
o aplysiatoksyna  uczulenia, dermatozy
Hepatotoksyny sinicowe
�� są cyklicznymi peptydami o masie 800  1100 Da
�� nodularyny składają się z 5 aa, mikrocystyny z 7 aa
�� wydzielane są do środowiska na drodze lizy komórek
�� większość jest dobrze rozpuszczalna w wodzie ze względu na swoją polarność, tylko nieliczne
wykazują właściwości hydrofobowe
�� mało absorbowalne przez osady denne i zawiesiny
�� stabilne chemicznie, termostabilne nawet w wysokich temperaturach (np.: gotowanie)
�� oporne na działanie ekstremalnych wartości pH
�� zanik połowiczny po 70 dniach w warunkach T=40�C, pH=9-10
�� w ogóle nie ulegają rozkładowi w T=40�C i pH=5-7 (warunki zbliżone do zbiorników wodnych)
�� mogą być usuwane poprzez zastosowanie sorbentów w postaci węgla aktywnego lub piasku
�� nie ulegają rozkładowi w wyniku klasycznych zabiegów uzdatniania wody (chlorowanie)
�� dawka śmiertelna została ustalona przez WHO po stwierdzeniu licznych przypadków
śmiertelnych
Budowa hepatotoksyn
�� do tej pory scharakteryzowano 70 rodzajów
�� podział mikrocystyn uzależniony jest od przyłączonych podstawników (nazwy literowe zależą
więc od jednoliterowych skrótów aminokwasów)
o mikrocystyna LR X  Leu (L) Z  Arg (R)
o mikrocystyna RR X  Arg (R) Z  Arg (R)
o mikrocystyna YR X  Trp (Y) Z  Arg (R)
Sinicowi producenci toksyn
�� Anabaena spp. anatoksyny a, mikrocystyny
�� Aphanizomenon flos-aquae saksitoksyny
�� Microcystis aureginosa mikrocystyny
�� Microcystis viridis mikrocystyny
�� Microcystis wesenbergii mikrocystyny
�� Planktothrix agardhii mikrocystyny
Objawy po ekspozycji na hepatotoksyny
�� gorączka, wymioty, ogólne osłabienie (objawy zbliżone do grypy)
�� biegunka
�� zapalenie wątroby, nowotwory wątroby (nie powoduje de novo, wzmaga efekt
nowotworzenia w wyniku działania innych substancji)
�� nasilające się objawy ogólnej niewydolności organizmu
�� śmierć spowodowana jest szokiem krwotocznym i nekrozą hepatocytów
�� zgon następuje w ciągu kilku minut do kilku godzin od podania dawki LD50
Biodegradacja i toksyczność hepatotoksyn
�� mogą być rozkładane tylko przez niektóre bakterie z rodzaju Pseudomonas na drodze
działania fosfatazy zasadowej
�� do rozkładu w warunkach nie katalizowanych enzymatycznie dochodzi poprzez
fotochemiczny rozpad w obecności barwników (karotenoidy, fitobiliny)
�� dawka LD50 jest zróżnicowana  25-600 źg/kg masy ciała myszy
�� formy linearne (a więc te powstałe w wyniku rozkładu) są średnio 100x mniej toksyczne od
form cyklicznych (natywnych), znalazły zastosowanie w farmakoterapii choroby Alzheimera
�� swoją toksycznością przewyższają klasyczne toksyny (np.: te stosowane do celowych otruć)
Molekularne działanie hepatotoksyn
�� transportowane są w organizmie transbłonowo wraz z solami żółciowymi
�� prowadzą do zahamowania aktywności fosfataz białkowych (są ich inhibitorami)
�� zaburzają stosunek fosforylacja/defosforylacja
�� w efekcie zaburzeń ufosforylowania reszt białkowych dochodzi do patologii cytoszkieletu
�� hepatocyty są rozrywane w wyniku działania nieprawidłowych sił na ich błony komórkowe
Monitoring cyjanotoksyn i dopuszczalna dawka
�� Rodzaje monitoringu
o sanitarno  spożywcze
o rolnicze
�� dopuszczalna dawka toksyn sinicowych ustalona przez WHO to 1źg/dmł wody
Dawki letalne względem innych toksyn LD50
�� mikrocystyny 50 źg/kg masy ciała
�� arszenik 10000 źg/kg masy ciała
�� toksyna grzechotnika 60 źg/kg masy ciała
Historia doniesień o cyjanotoksynach
�� 1878  pomór 800 zwierząt w Australii
�� 1959  13 przypadków śmiertelnych u ludzi w Kanadzie
�� 1960  wysoka zachorowalność w Zimbabwe
�� 1979  140 dzieci i 10 dorosłych zostało poszkodowanych w Australii w wyniku użytku
kąpieliska skażonego cyjanotoksynami. Woda nie wzbudzała podejrzeń (była klarowna) ze
względu na zastosowanie siarczanu miedzi, który spowodował lizę całego kożucha
sinicowego i uwolnienie toksyn, co kilkudziesięciokrotnie zwiększyło ich stężenie.
�� 1992  wiele przypadków toksycznego uszkodzenia dróg oddechowych i bóle głowy w Polsce
�� 1996  600 osób zmarło podczas dializy w Brazylii. Powodem było zanieczyszczenie wody
wykorzystywanej przy zabiegu.
Występowanie cyjanotoksyn w owocach morza
�� w okresie letnim stężenie toksyn w małżach, skorupiakach i rybach rośnie kilkadziesiąt razy
ponad stężenie bezpieczne dla organizmu człowieka
�� w innych miesiącach także stężenie przekracza normę, jednak w niewielkim stopniu
Żywność i suplementy na bazie sinic
�� bardzo dużą popularność w ostatnich latach zyskały tabletki ze spiruliną. Środek ten
występuje m.in. w sinicach i to właśnie głównie one są jej z
ródłem w produkcji
�� na rynku dostępne są również tabletki z wysoką zawartością Chlorella
�� rodzaje Anabaena i Aphanizomenon zawierają w sobie związki wykorzystywane do produkcji
środków stosowanych na zaburzenia nerwowo-mięśniowe. W badaniach analitycznych
wykazują one zawartość neurotoksyn sinicowych
�� zagrożenie wynika z braku kontroli profilu biochemicznego szczepów sinic z których
produkowane są suplementy i żywność
�� producenci nie podają parametrów produktu, takich jak czystość, toksyczność. Informacje nie
zawierają również danych podmiotów odpowiedzialnych za nadzór i kontrolę
�� zastosowanie kombinacji syntetycznych związków chemicznych nie daje takiego samego
efektu jak naturalny surowiec (podobnie jak w przypadku aromatu wanilii  MW)
�� ze względu na wysoką toksyczność wiele krajów (w tym Polska) wpisały cyjanotoksyny do
wojskowego spisu substancji toksycznych mogących znalez
ć zastosowanie jako broń
biologiczna