Toksykologia – nauka interdyscyplinarna wyodrębniona z biol, chem, medycyny, medycyny weterynarii, farmakologii i in. dziedzin. Dzieli się umownie na toksykologię teoretyczną i toksykologię stosowaną. Jest wykorzystywana przez lekarzy z dziedziny, medycyny sądowej i lekarzy weterynarii wyspecjalizowanych w weterynarii sądowej.

Toksykologia zajmuje się badaniem własności czynników toksycznych i negatywnymi skutkami ich oddziaływania na organizm:

- toksyczność - bezpośrednie wywoływanie objawów chorobowych

-mutagenność - powodowanie zmian genetycznych

-kancerogenność - powodowanie zmian nowotworowych

-teratogenność - powodowanie wad rozwojowych płodu

-alergogenność - wywoływanie alergii.

Toksykologię dzieli się na:

-ogólną - zajmuje się definiowaniem podstawowych pojęć

-szczegółową - bada i opisuje trucizny

-doświadczalną - opracowuje modele badawcze i zajmuje się śledzeniem losu trucizn w organizmie.

-TOKSYCZNOŚĆ- cecha zw. chem. polegająca na powodowaniu zaburzeń funkcji lub śmierci kom żywych, organów lub organizmów po dostaniu się w ich pobliżu. Zw. chem. mogą wywierać działanie toks po wchłonięciu ich drogą doustną, oddechową lub po absorpcji przez skórę wynika to z reakcji chem, fiz-chem pomiędzy zw. chem., który wniknął do ustroju, a ukł biol (DNA, enzymy).Niemal wszystkie zw. chem. mogą być w dużych dawkach toksycznych – spożywanie dużych il. wody destylowanej jest na dłuższą metę szkodliwe. Wszystkie leki są w zbyt dużych ilościach toksycznych.

-BADANIA TOKSYCZNOŚCI

Są badane w warunkach lab. Standardowa procedura to ekspozycja zwierząt

na działanie chemikaliów:
-Injekcje, odżywianie (doustne), inhalacje, aplikacje przez skórę, inne techniki dostarczające toksynę do org, lub umieszczenie testowych zwierząt w środowisku zawierającym określone stężenia zw. chem. (woda – ryby, powietrze – ssaki)

-POMIARY TOKSYCZNOŚCI

obejm kliniczne badania „efektów końcowych” np.:

-Śmiertelność, -Teratogenność

-Carcinogenność, -Mutagenność -Toksyczność ostrą (śmiertelność) – definiuje się jako LD50 lub LC50

-DAWKA ŚMIERTELNA (LD50)

Il. zw. chem. która wywołuje efekty śmiertelne w 50% badanej populacji zwierząt lab., którym została zaaplikowana jedną z wielu metod, wyrażana jako il. mg substancji na kg masy ciała zwierząt wykorzystywanych do testów [mg/kg].

-STĘŻENIE ŚMIERTELNE (LC50) Stężenie zw.chem. w środowisku (woda lub powietrze) które powoduje 50% śmiert. eksponowanej na nie testowej populacji zwierząt w określonych ramach czasowych. Typowo wyrażane jako mg substancji na L wody lub powietrza (lub jako ppm) [mg/L]

-KSENOBIOTYK Używa się wartości LD50, która wywołuje śmierć 1/2 popul zwierząt doświadczalnych, którym podano daną substancję.

-GŁÓWNE DROGI EKSPOZYCJI NA ZW. CHEM.:

-Droga doustna (oralna) Każda ekspozycja ma zw. chem., które przedostają się do org przez usta, dalej przez trakt gastroenterologiczny. Podczas ekspozycji oralnej pestycydy są cały czas poza naszym ciałem.

-Przezskórna (dermalna) Ekspozycja skóry na pestycydy, najczęściej spotykana droga ekspozycji. Przy zachowaniu podst zasad higieny ten, typ ekspozycji nie powinien mieć miejsca, zdarzające się czasami tego typu ekspozycje dają specyficzne szybkie toksykologiczne efekty (zwłaszcza w przypadku oczu).

-Inhalacja wtedy gdy zanieczyszczenia (trucizny) trafiają do org w wyniki oddychania (usta, nos). Najważniejsza droga dla org wodnych, ma również wielkie znaczenie w przypadku niektórych toksykantów: rtęci, zw. żrących, gazów itp.

-RODZAJ EKSPOZYCJI: Ostra, Chroniczna, Subchroniczna.

CZYNNIK DAWKA (mg/kg)

LD50<25 – b.toksyczna; 25<LD50<200 – toksyczna; 200<LD50<2000 – szkodliwa; 2000<LD50 - nieklasyfikowana

-Do najbardziej znanych trucizn należą: arszenik (LD₅₀ = 20 mg/kg), cyjanowodór (LD₅₀ = 1,5 mg/kg), THC (LD₅₀ = 1259 mg/kg).

Insektycydy: -2,3,7,8-TCDD 0.1 -Paration 13.0 -Nikotyna 50.0 -Karbaryl 270.0 [mg/kg]

Herbicydy: [mg/kg] -Parkwuat 95

WYKRES KRZYWA DL50 (OPIS):

x- % odpowiedz; y-dawka (mg/kg mc), wzrost dawki(w prawą stronę) ; parabola- bez efektu, połowa efektu, 100% efektu

MUTAGEN – czynnik wywołujący mutację, zmieniający materiał genetyczny.

-mutageny chem.: niektóre kwasy (np. Kwas azotowy(III)), aminy (np. anilina), pestycydy, niektóre gazy bojowe (iperyt jako czynnik alkilujący DNA), barwniki wpływające na DNA (interkalujące), Benzo(a)piren - produkty jego utleniania w wątrobie, dioksyny

-mut. fiz.-promieniowanie jonizujące: prom gamma, prom rentgenowskie (prom X),

-prom ultrafioletowe, -prom kosmiczne, -wysoka temp, -szok termiczny

Mut. Biol.-wirus różyczki i opryszczki, pierwotniaki wywołujące toksoplazmozę.

-KANCEROGENNOŚĆ:

-Kancerogeny fiz.:prom jonizujące, prom UV

-chem :arsen (-> rak wątroby i oskrzeli), azbest (-> rak oskrzeli i śródbłoniak), aminy aromatyczne (-> rak pęcherza), benzen (-> białaczki), nikiel (-> rak oskrzeli i zatok przynosowych), chlorek winylu (-> rak wątrobowokomórkowy), alkohol (-> rak jamy ustnej, przełyku i krtani), alkilowane cytostatyki (-> białaczki), dietylstilbestrol - DES (-> gruczolak wątroby, rak pochwy), oxymetolon - syntetyczny androgen (-> rak wątroby), thorotrast - kontrast do analizy rentgenowskiej (-> naczyniomięsak),

-zw. powstające w czasie niepełnego spalenia: wolne rodniki, zw. aromatyczne: substancje smoliste (w tym węglowodory arom. – BaP), aminy arom, nitrozaminy , -dioksyny, -aflatoksyny – wytwarzana przez pleśnie

-biologiczne: Zwiększone ryzyko zachorowania na nowotwory, nie wynikające z ingerencji w materiał genetyczny jest związane z takimi patogenami jak:

-HIV – sam nie jest wirusem onkogennym, ale zwiększa ryzyka wystąpienia różnych nowotworów z powodu obniżenia odporności org, który słabiej zwalcza kom nowotworowe, a także w związku z transaktywacją innych, onkogennych wirusów (HPV i Epsteina-Barr)

-Schistosoma haematobium – zwiększone ryzyko raka pęcherza moczowego (ze względu na zwiększoną proliferację nabłonka urotelialnego)

-Helicobacter pylori – prawdopodobnie : zwiększone ryzyko chłoniaka żołądka z komórek B, a także raka żołądka

wirusy onkogenne:

-HHV-8 – herpeswirus 8 – mięsak Kaposiego

-HPV – Ludzki wirus brodawczaka – rak szyjki macicy, rak sromu, rak prącia

-HBV, HCV – Wirus zapalenia wątroby typu B i C – rak wątrobowokomórkowy

-EBV – Wirus Epsteina-Barr – ziarnica złośliwa, rak jamy nosowo-gardłowej, chłoniak Burkitta, niektóre rzadkie postacie chłoniaków

-HTLV-I oraz HTLV-II – ostra białaczka z limfocytów T

-KOKANCEROGENY- subst, które same nie mają działania rakotwórczego, ale potęgują działanie czynników bezpośrednich i prokancerogenów - najlepiej spośród nich olejek krotonowy.

-TERATOGENNOŚĆ– właśc. teratogenów powodująca wady w rozwoju płodu (mają ją np. prom, wirusy, ksenobiotyki, niektóre lekarstwa).Działanie terat. to działanie toksycznych substancji na zarodek lub płód (śmierć zarodka, zaburzenia czynnościowe, opóźnienie rozw, przedwczesne urodzenie).

Czynniki teratogenne dla zwierząt: deficyty składników odżyw: wit A D E B1 B2 PP Zn Mn Mg Co, białko-deficyt lub nadmiar hormonów: insulina

Czynniki teratogenne dla ludzi: deficyt kw. foliowego (wady cewy nerw.), antybiotyki (penicylina, tetracykliny) i sulfonamidy

Interakcje: Działanie addytywne 2 + 3 = 5

Działanie synergiczne 2 + 2 = 20

Działanie potęgujące 0,1 + 2 = 10

Działanie antagonistyczne 4 + 6 = 8

Efekt synergiczny: LD₅₀ DDT =250 mg/kg,

LD₅₀ synerg .=1,000 mg/kg,

LD₅₀ DDT + synerg.=50 mg/kg

Jednostka stężenia stosowane dla zanieczyszczenia środowiska:

-ppm– Parts per milion, -ppb – Parts per billion, -ppt – Parts per trillion

-W bloku 1 m3: 1cm3=1ppm. ->1 ppm jest więc 1 calem w 16 milach, 1 minutą w czasie 2.

0.001cm3=1ppb -> jest więc 1 calem w 16,000 mil, 1 sekundą w 32 latach.

0.000,000,001m3=0.000,001cm3=1ppt -> 1 sekundą w 320 wiekach.

Ważna zależność

Dla warunków standardowych STP (temp-20oC, p-1013 hPa) 1 cm3 = 1ml = 1g,

-1 litr wody = 1 kg, -1 mg / kg = 1 ppm, -1mm3 / litr = 1 ppm, -1 mg / litr = 1 ppm

ZANIECZYSZCZENIA:

-ŚRODOWISKA stan środ. wynikający z wprowadzania do powietrza, wody lub gr., subst. stałych, ciekłych lub gaz. lub energii w takich il. i takim skł., że może to ujemnie wpływać na zdrowie człow., przyrodę ożywioną, klimat, glebę, wodę lub powodować inne niekorzystne zmiany np. korozję metali.

-źródła naturalne (np. wulkany) lub –źródła sztuczne (antropogeniczne - spowodowane działalnością człow.), w wyniku niezamierzonej, ale ciągłej działalności człow., polegającej na ciągłej emisji czynników degradujących środ. lub awarii będącej przyczyną nagłego uwolnienia zaniecz.

-OCENA STANU ŚRODOWISKA jest w odniesieniu do stanu natural. bez względu na to, czy jego zmiany są spowodow. przez subst. lub oddziaływania, dla których ustalono poziom stężeń dopuszczalnych.

- POWIETRZA - występowanie w atm różnych subst. w takiej koncentracji i długi czas, że prowadzi do szkodliwych konsekwencji dla zdrowia lub samopoczucia ludzi, dla org żywych albo do uszkodzeń obiektów nieożywionych: dwutlenek siarki (SO2), tlenki azotu (NO), tlenek węgla (CO), ozon troposferyczny (O3), ołów (Pb), pyły.

- WODY - zmiany cech fiz, chem i biol, uniemożliwiające wykorzyst. wód do celów pitnych lub gospod. przez : pestycydy, węglowodory, fenole, metale ciężkie, rura ściekowa i z niej ścieki

-GLEBY - zmiana cech gleby uniemożliwiająca jej normalne użytkowanie. Przez :metale ciężkie, nawozy sztuczne.

-HAŁASEM – przez dużą emisję hałasu przez urządzenia mech. np. maszyny budowl., środki transportu – takie jak samoloty, samoch., głośniki nadające muzykę w miejscach publ. typowe dla środowiska miejskiego.

-ŚWIATŁEM – to emisja światła, która przeszkadza przeważnie w obserwacjach astronomicznych, i w żerowaniu zwierzętom.

-SKAŻENIE PROMIENIOTWÓRCZE – to skażenie wody, gleby lub powietrza subst. prom. powstałymi podczas awarii urządzeń jądrowych, wybuchu bomby atomowej itp.

-MAKROELEMENTY

Makrominerały to pierwiastki, których dobowe zapotrzebowanie w diecie czł. przekracza 100 mg na dobę. Niezbędne do prawidłowego rozw. org.np: P Ca Mg Cl K Na S N H O C.

-MIKROELEMENTY

pierwiastki chem. wyst w b.małych il.w org roślinnych i zwierz. U ludzi zapotrzebowanie na te pierw. wynosi <100 mg/dobę. Niedobór lub nadmiar tych pierw. może prowadzić do zaburzeń fizjologicznych. Składniki mineralne są niezbędne w ustroju do celów budulcowych (szczeg. w tkance kostnej), wchodzą w skład: płynów ustrojowych, niektórych enzymów, zw. wys-energet. Mają wpływ na regulację czynności narządowych i ogólnoustrojowych, np: J Fe F bor Co Cu Cr Zn Mn

-ULTRAELEMENTY

to pierw. wyst. w il. kilku μg /gram masy ciała, np: rad, srebro, złoto, platyna. Są to aktywatory enzymów procesów metabolicznych.

TLEN,WĘGIEL,WODÓR,AZOT- Pierw te tworzą cukry, tłuszcze i białka - podst budulce wszystkich żywych org . Niedobór śmierć org.

WAPŃ- Budulec kości i zębów, bierze udział w procesie krzepnięcia krwi, przewodnictwo impulsów nerwowych. Niedobór-> Niedostateczna mineralizacja kośćca.

FOSFOR- skł. kości; DNA i RNA, przenośnik en. ATP.

CHLOR- Wraz z jonami Na i K odpowiedzialny jest za równowagę wodnomineralną. Tworzy HCl.

MAGNEZ- Głównie regulacyjna (przewodnictwo nerwowe). Niedobór-> Wzmożona aktywność układu nerwowomięśniowego (drżenia mięśniowe, kurcze, fascykulacje, drętwienie, drgawki), rzadziej: osłabienie mięśni, zaburzenia rytmu serca, apatia.

ŻELAZO- Składnik hemoglobiny i mioglobiny. Niedobór-> Anemia

FLUOR- Tworzy szkliwo zębów, występuje w kośćcu. Niedobór-> Większa podatność na

próchnicę zębów.

JOD- Niezbędny do wytwarzania tyroksyny. Niedobór-> Wole tarczycy. U dzieci matołectwo.

-METALE CIĘŻKIE to pierw. o masie właściwej > 4,5 g/cm³ , które w reakcjach chem wykazują tendencję do oddawania elektronów, tworząc proste kationy. W stanie stałym i ciekłym charakteryzują się dobrą przewodnością cieplną i elektryczną, posiadają połysk i są nieprzeźroczyste. Mają wysoką temp topn. i wrzenia. Są kowalne i ciągliwe, a ich pary są najczęściej jednoatomowe. Wykazują właściwości redukujące. np: Cu, Co, Fe, Zn, Pb, Sn, Hg, Mn.

Wśród metali ciężkich występują:

-niezbędne dla org żywych: mikroelementy(Cu,Zn), występujące w ilościach śladowych, ściśle określonych dla danego gatunku. Niedobór i nadmiar wpływa szkodliwie na org żywe.

-pierw. o nieznanej roli fizjologicznej (kadm, rtęć, ołów) niepotrzebne ani roślinom, ani zwierzętom ani też człow. Są to pierw. uważane za toksyczne.

-OŁÓW miękki niebieskawoszary metal. Czysty Pb pokrywa się na powietrzu warstwą wodorotlenku i węglanu. Halogenki (PbCl2, PbBr2) oraz siarczan(VI) są trudno rozpuszczalne. Praktycznie nie rozpuszcza się w rozcieńcz. kwasach: H₂SO₄ (VI), chlorowodorowym, bromowodorowymi.

Stosowany do produkcji:

-płyt akumulatorowych, baterii, kabli, rur, amunicji, farb białych i czerwonych, jako ekrany zabezpieczające przed prom. rentgenowskim i prom gamma.

Toks skutki działania Pb na org ludzki określa się nazwą ołowica. Zaabsorbowane zw. ołowiu przenikają do krwiobiegu, gdzie Pb wbudowuje się do czerwonych krwinek – śr. czas przebywania wynosi 30 dni. Czas przybywania w tkankach

miękkich wynosi około 30 dni, a w kościach 40-90 lat u dorosłego człowieka.

Skutkami toksyczności są: zaburzenia tworzenia krwi, nadciśnienie tętnicze, neuropatia, uszkodzenia mózgu. Sam Pb jest subst. toks. Po wprowadzeniu go do org pojawia się znużenie, zmęczenie, porażenie mięśni, szara obwódka wokół zębów, Leczenie jest głównie szpitalne i polega na podawaniu odtrutek i wysokich dawek witaminy B1 i B12.

-PbEt4 TETRAETYLOOŁÓW Pb(C2H5)₄ (dawna nomenklatura: czteroetylek ołowiu) był stosowany jako środek podnoszący liczbę oktanową benzyn silnikowych. Zw.ten był gł.sprawcą emisji tlenków ołowiu do atm. w postaci aerozolu. Ostatnio dodatek tetraetyloołowiu w paliwach został praktycznie wyeliminowany.

Silnie toksyczny: LD50 (szczur, doustnie) - 12,3 mg/kg, -przenika przez skórę, trujący, ma toks. wpływ na ośrodkowy ukł. nerw. Jest wchłaniany przez skórę, drogi oddech i przez przewód pokarm.

Ze wzgl na wysoką toks i masową produkcję do II wojny światowej był uznawany za potencjalny bojowy środek trujący.

Toksyczność nie jest cechą właściwą dla danej substancji – to kwestia dawki. NOEL (no-observed-effect-level) – poziom bez obserwowanego działania. NOAEL (no observed-adverse-effect-level) -poziom bez obserwowanego działania szkodliwego.

Graficzne określenie poziomu NOEL na papierze milimetrowym jest nieprecyzyjne: W jaki sposób możemy je ulepszyć?

Esowate krzywe zależności dawka-odpowiedź wskazują na obecność trzech podgrup w obrębie populacji badanej. Osobniki „wrażliwe” reagują już na niskie dawki, „normalne” na średnie, a „niewrażliwe” na wysokie. Rozkład wrażliwości to zazwyczaj „rozkład normalny” (rozkład Gaussa, krzywa dzwonowa).

Rezultat:

Jeżeli liniową oś y wykresu funkcji dawka-odpowiedź zastąpi się nieliniową osią y odpowiadającą rozkładowi normalnemu, wykres łączący zmierzone dane staje się linią prostą. Nazywamy to „transformacją linearyzującą” zestawu danych.

Zaleta:

Ekstrapolacja do zakresu niskiej dawki jest łatwiejsza, a rezultaty są bardziej wiarygodne!

Jakie są wady i zalety dalszego stosowania wartości NOAEL/LOAEL jako parametrów toksyczności?

ZALETY:

• olbrzymia baza literatury źródłowej do porównań

• ogólnie przyjęte jako punkty wyjścia w standardowych warunkach

WADY:

• określony eksperymentalnie NOAEL, a do pewnego stopnia także LOAEL, są funkcją liczby zwierząt w grupie dawki oraz rozkł. wrażliwości w tej gr; pozwalają one na porównania z innymi subst. tylko jeśli rozmiar gr jest ustandaryzowany (wytyczne OECD!) a wariancja wrażliwości niewielka (szczepy wsobne / niewsobne). Przykład: jeśli tylko 1 % testowanych zwierz jest nadwrażliwych, ich reakcje zostaną pominięte z prawdopod 5:1, jeżeli w grupie dawki jest tylko 20 zwierząt (LOAEL będzie za wysoki)

• kształt krzywej dawka-odpowiedź nie jest brany pod uwagę (LOAEL lub NOAEL są oparte na obserwacjach tylko w jednej grupie dawki)

Podejście Urzędu Ochrony Środowiska

Można wykorzystać model odpowiedni do znalezienia górnego limitu dawki, gdzie 10% wszystkich testowanych zwierz wykazywałoby negatywne zmiany. Interpolowana „dawka wyznaczająca” mogłaby zastąpić eksperymentalny LOAEL, który zwykle jest rzędu 5 % (1 zwierzę na 20 testowanych zwierząt wykazuje negatywny efekt).

Zalety i wady metody dawki wyznaczającej (BMDL 10)

ZALETY BMDL 10

• Metoda dawki wyznaczającej wykorzyst całość infi uzyskanych od wszystkich gr. dawek, więc szacunkowa wartość BMD jest bardziej stabilna w porównaniu do szacunkowej wartości LOAEL opartej tylko na jednej grupie dawki. Poza tym „statystyczny szum” danych jest skompensowany przez zastosowanie 95% ograniczenia dolnego dawki zamiast jej śr. wartości szacunkowej.

WADY

Nie pomaga nam znaleźć „prawdziwej” dawki progowej dającej efekty, oddzielającej najwyższą tolerowaną dawkę (no-adverse-effect-level) od najniższej dawki, przy której powstają szkodliwe efekty (adverse-effect-level) – ponieważ transformacja probit nie pozwala na ekstrapolację do zera. Dość dobrze sprawdza się jednak gdy przyjmiemy dawkę na prawdopodobieństwo wystąpienia efektu np. 1 do 10.000.

Jaki poziom bezpieczeństwa jest wystarczający: kompensowanie „szumu” danych

Wszystkie pomiary biologiczne są zakłócone przez statystyczny szum; jeżeli powtórzy się dany eksperyment, niemal na pewno nie osiągnie się ponownie identycznego rezultatu. Powtarzając go sto razy, rozkład poszczególnych wartości w obrębie tej samej grupy dawki będzie odpowiadał rozkładowi normalnemu (dzwonowa krzywa Gaussa). 90%-owe limity pewności są zaznaczone paskami błędów wokół punktów danych. Aby szacunkowa dawka była bezpieczniejsza, należałoby więc włączyć do obliczeń bezpiecznej dawki górny 95%-owy limit przedziału ufności wokół średniej wartości szacunkowej zamiast samej tylko średniej wartości. Niestety w standardowych warunkach opartych na NOAEL/ LOAEL jest to bardzo rzadkie.

Jaki poziom bezpieczeństwa jest wystarczający: kompensacja zmienności ekspozycji i zmiennej wrażliwości

W eksperymentach na zwierzętach, wszystkie zwierzęta z danej grupy mają podobną wrażliwość i otrzymują jednakową dawkę testowanej substancji. W realnej sytuacji z udziałem ludzi ma to miejsce bardzo rzadko. Przy określaniu ryzyka dla zdrowia spowodowanego przez substancję skażającą wodę do spożycia, musielibyśmy wziąć pod uwagę nie tylko:

- współczynnik korygujący, uwzględniający różnice w rozmiarze i przemianie materii między zwierzętami doświadczalnymi a ludźmi, ale także

- zmienność spożycia (wchłanianie, dane czasowe)

- zmienność wrażliwości (niemowlęta, dzieci, osoby chore i starsze)

Dla każdej grupy ryzyka należałoby stworzyć zachowawczy scenariusz narażenia, obliczyć dzienny poziom wchłaniania i porównać go z konkretnym LOAEL dla danej grupy.

Jaki poziom bezpieczeństwa jest wystarczający: kompensacja zmienności ekspozycji i zmiennej wrażliwości (ciąg dalszy)

Wynikające z określonych przez eksperymenty na zwierzętach wartości NOAEL/LOAEL „marginesy bezpieczeństwa” muszą być zastosowane, gdy parametry te są przekształcane do zastosowania dla ludzi:

Zazwyczaj wartości NOAEL / LOAEL określone w doświadczeniach na zwierzętach są zmniejszone o współczynnik równy 100 zanim zastosuje się je w standardowych warunkach dla ludzi.

• Potrzebne są zachowawcze „współczynniki korygujące” dla przystosowania narażenia zwierząt na odpowiadające im narażenie ludzi.

• Potrzebny jest współczynnik bezpieczeństwa dla szerszego zakresu wchłaniania i możliwych różnic w resorpcji między ludźmi a zwierzętami doświadczalnymi.

• Potrzebny jest współczynnik bezpieczeństwa dla szerszego zakresu wrażliwości populacji ludzkiej w porównaniu do zwierząt doświadczalnych.

Jaki poziom bezpieczeństwa jest wystarczający: kompensacja zmienności ekspozycji i zmiennej wrażliwości (ciąg dalszy)

Podejściem pragmatycznym jest „najgorszy scenariusz”, który łączy górny limit spożycia z górnym limitem wrażliwości, np.: niemowlę ważące 500 g jest karmione pokarmem dla niemowląt przygotowanym z użyciem 800 ml wody dziennie.

Jeżeli dany poziom narażenia nie powoduje powodów do obaw w najgorszym scenariuszu, nie trzeba już sprawdzać innych scenariuszy.

Jednakże jeśli narażenie powoduje ryzyko tylko dla najbardziej wrażliwej grupy, jednym z możliwych rozwiązań jest np. opublikowanie ostrzeżenia, aby nie stosować tej wody do spożycia do przygotowywania pokarmu dla niemowląt, podczas gdy inne zastosowania tej wody mogą wciąż być dopuszczalne z toksykologicznego punktu widzenia

Jaki poziom bezpieczeństwa jest wystarczający: kompensacja zmienności ekspozycji i zmiennej wrażliwości

Podczas gdy zastosowanie „najgorszego scenariusza” prowadzi do domniemanej, ale nieokreślonej ilościowo „nadmiernej ochrony” grup mniej wrażliwych, w medycynie obserwuje się tendencję do próby ilościowego ujęcia wszystkich źródeł zmienności od narażenia do efektu na zdrowie. Standardowe „wartości domyślne” (np. dzienne spożycie 2 l wody) są zastępowane przez modele rozmieszczenia (np. 0,2 do 5 l dziennie), a następnie wprowadzane do modeli komputerowych symulujących wszystkie prawdopodobne kombinacje. Uzyskany rezultat to „pewien poziom narażenia jest bezpieczny dla 99% populacji”. Nazywa się to podejściem probabilistycznym. Chociaż podejście probabilistyczne pozwala na bardziej precyzyjne modelowanie narażenia i skutków zdrowotnych w populacji ludzkiej, istnieje ryzyko teoretyczne, że marginesy bezpieczeństwa między narażeniem tolerowanym a rzeczywistym zostaną w przyszłości zmniejszone, jeżeli nowe odkrycia toksykologiczne będą wymagać obniżenia wartości NOAEL/LOAEL.

Jaki poziom bezpieczeństwa jest wystarczający: specjalny przypadek substancji rakotwórczych i promieniowania jonizującego

Zastosowanie poziomów NOAEL lub LOAEL jako punktów wyjścia do określenia wartości granicznych jest ograniczone do substancji, dla których można założyć istnienie progu wywoływania efektu. To podstawowe założenie nie jest spełnione dla substancji rakotwórczych i promieniowania jonizującego. Zakłada się, że jakiekolwiek narażenie wyższe od zera zwiększa ryzyko zachorowania na raka. Aby oszacować ryzyko dla zdrowia wywołane przez dane narażenie (np. arsen), przeprowadza się ekstrapolację linearną z dawki związanej z 10%-owym ryzykiem zachorowania na raka do ryzyka zachorowania na raka związanego z rozpatrywaną dawką. Dawka musi zostać obliczona jako dawka całożyciowa (stężenie narażenia razy czas narażenia, z uwzględnieniem wydajności resorpcji). Dopuszczalny poziom ryzyka zachorowania na raka musi zostać ustalony przed wyprowadzeniem odpowiadającego mu poziomu narażenia. Zwykle w warunkach środowiskowych dopuszcza się ryzyko całożyciowe rzędu 1 do 100 000.

Margines bezpieczeństwa to odległość między rzeczywistymi poziomami narażenia dla danej substancji toksycznej a uzyskaną toksykologicznie i/lub prawnie obowiązującą wartością graniczną. W przypadku nadmiernej ekspozycji ryzyko dla zdrowia pozostanie na poziomie zerowym, dopóki nie zostanie osiągnięta wartość graniczna

Margines narażenia to odległość między rzeczywistymi poziomami narażenia dla danej substancji rakotwórczej a uzyskaną toksykologicznie i/lub prawnie obowiązującą wartością graniczną. W przypadku nadmiernej ekspozycji ryzyko dla zdrowia zwiększy się proporcjonalnie do zwiększenia dawki całożyciowej - niezależnie od istnienia wartości granicznej.

Jaki poziom bezpieczeństwa jest wystarczający: podejście administracyjne

Nie zawsze można osiągnąć niezerowy wpływ na zdrowie (wystarczy wspomnieć obecne standardy dot. ołowiu), a zwłaszcza nie w przypadku substancji rakotwórczych i radionuklidów. Kto jednak decyduje o dopuszczeniu ryzyka dla zdrowia, którego nie da się w prosty sposób uniknąć? Po pierwsze decyduje ustawodawca. Może on jednak zostać pozwany do sądu, jeśli ustalone przez niego standardy wydają się niektórym zbyt łagodne. W tym przypadku konieczna jest solidna z naukowego punktu widzenia podstawa proponowanych standardów. Które z toksykologicznych wniosków mogą być uznane za nieistotne, a które stanowią potencjalne zagrożenia dla zdrowia i wymagają podjęcia działań legislacyjnych? W jaki sposób należy określić wartość graniczną, która spełniałaby wymagania prawne?

Zanieczyszczenia środowiskowe w obszarach zainteresowań ochrony środowiska i toksykologii:

-Różne związki dioksyny, czwartorzędowe zasady amonowe GC-MS, LC-MS, MS(n) trudne do oszacowania

-Toksyny, amanityna, rycyna, koniina ELISA, GC-MS, LC-MS, MSn 30

-Aniony azotany, fosforany, spektrofotometria, GC, ICP-MS 15

-Pestycydy, karbofuran, difenacoum GC, HPLC, MS >1000

-Metale As, Pb, Tl, Al AAS, AES, ICP-MS 20

-Leki, narkotyki IA, GC, HPLC-MS(n) >2000

-Lotne związki etanol, toluen GC, GC-MS 120

Podział metod analitycznych

• Techniki spektralne

– spektrofotometria

• kolorymetria

– Spektroskopia absorpcji atomowej AAS,

– Spektroskopia emisji atomowej ICP-AES

• Techniki elektrochemiczne

– konduktometria

– potencjomatria

• Techniki chromatograficzne (z detektorami klasycznymi)

• Techniki Sprzężone

Spektroskopia absorpcji atomowej

• Możliwość oznaczania ok. 35 pierwiastków

• Granice oznaczalności na poziomie kilkudziesięciu ppb

• Technika czasochłonna i energochłonna

• Wymaga stosowania odpowiednich lamp dla każdego oznaczanego pierwiastka

Spektroskopia emisji atomowej

• Możliwość oznaczania ok. 70 pierwiastków

• Granice oznaczalności na poziomie kilku ppm

• Technika pozwalająca na oznaczenie w ciągu 5 min 38 pierwiastków

• Nie wymaga stosowania odpowiednich lamp dla każdego oznaczanego pierwiastka

• Wada - duże zużycie argonu

• W przeliczeniu na próbkę tańsza od AAS

Spektroskopia ICP-MS

• Możliwość oznaczania ok. 90 pierwiastków

• Granice oznaczalności bardzo niskie na poziomie od ppt do kilku ppb w zależności od pierwiastka

• Technika pozwalająca na oznaczenie w ciągu 5 min 40 pierwiastków

• Technika droga inwestycyjnie ale podobnie jak ICP-AES tania eksploatacyjnie

• W przeliczeniu na próbkę tańsza od pozostałych dwóch technik

Techniki elektrochemiczne

• Konduktometria

– Wyłącznie do oznaczania przewodnictwa roztworów

• Potencjometria

– Pomiary pH

– Pomiary z wykorzystaniem elektrod jonoselektywnych

• Kulometria

• Amperometria – bez zastosowań środowiskowych

Potencjometria

• Do pomiarów pH

• Do pomiarów jonów z wykorzystaniem elektrod jonoselektywnych

– Kłopotliwa w eksploatacji

– Elektrody wrażliwe na stężenia jonów przeszkadzających

– Wymaga stosowania techniki dodatku wzorca

– Czuła na zmiany temperatury

– Zawiesiny przeszkadzają w oznaczeniach

Techniki chromatograficzne

• Chromatografia gazowa

• Chromatografia cieczowa

• Chromatografia z płynem w stanie nadkrytycznym

Chromatografia gazowa

• Odpowiednia dla związków o dużej prężności par

• Duża różnorodność detektorów klasycznych zarówno selektywnych jak i specyficznych

• Łatwa do zastosowań środowiskowych

• Tania inwestycyjnie i eksploatacyjnie

Chromatografia cieczowa

• Odpowiednia dla związków o małej prężności par

• Mała różnorodność detektorów – w zastosowaniach środowiskowych tylko UV-VIS oraz fluorescencyjny

• Łatwa do zastosowań środowiskowych

• Droższa od GC zarówno inwestycyjnie i jak i eksploatacyjnie (rozpuszczalniki o wysokiej czystości

Techniki sprzężone

• Chromatografia gazowa sprzężona ze

spektrometrią mas GC-MS

• Chromatografia cieczowa sprzężona ze

spektrometrią mas HPLC-MS

• Techniki chromatograficzne-tandemowa

spektrometria mas GC/LC-MS/MS

Budowa detektora MS

Próbka jest przeprowadzana do stanu lotnego i jonizowana za pomocą elektronów lub za pomocą naładowanych cząstek.

Różne technologie separacji jonów:

-sektory elektryczne i magnetyczne

-kwadrupole

-pułapki jonowe

Każda prowadzi do osiągnięcia specyficznej drogi jonów rezonansowych. Źródło jonów do próżni np. fotopowielacz