Podstawy toksykologii 10.10.2008

Prof. Dr hab. Ewa Florek

1. Historia toksykologii

Papirus Ebersa 1550p.n.e - pierwsze ślady dotyczące zapisu o truciznach

Księga Rigwarda 900p.n.e - pierwszy spis związków mających zły wpływ na organizm mogących wywołać śmierć

Hipokrates 400p.n.e

- tez opisy substancji pochodzących roślin i zwierząt

Sokrates 440p.n.e

- reakcje organizmu pod wpływem substancji toksycznych

Starożytny Rzym

-urzędowy truciciel i testator pożywienia

Lex Cornelia 82p.n.e

- pierwszy spis, który charakteryzuje toksyczne substancje roślinne i zwierzęce

Wieki Średnie- Lucrecia Borgia, Katarzyna de Medici - panie zatruwały głowy państwa,

Theophrastus Bombastus von Hohenheim

Paracelsus- 1492-1541

„wszysto jest trucizną

i nic nią nie jest ,

o tym, czym dana substancja

należy do trucizn decyduje dawka.”

Orfilla (1787-1853) Traktat o truciznach opisane niektóre własności trucizn

- trucizny biologiczne

- trucizny wyizolowane

- trucizny chemiczne

Józef Markowski- 1829r

- „Rozprawa o toksykologii”

Jamek Marsh -1836

- opracował próby na wykrywanie arsenu

Czym się zajmuje toksykologia?

Toksykologia to nauka o truciznach, ich pochodzeniu, postawa, własnościach i oddziaływaniu na organizm żywy.

Trucizny dzielimy na:

- pochodzenia roślinnego

- pochodzenia zwierzęcego

- syntetyczne

60% leków - substancji czynnych jest materiałem substancji roślinnych roślinnych; 40% to syntetyczne

2. Dziedziny toksykologii:

Toksykologia środowiska - ocenia środowisko, w którym żyjemy

kontrola gleby

kontrola powietrza

kontrola wody

Jeśli w którymś z tych środowisk istnieje substancja toksyczna nawet w małych dawkach, to trzeba zwrócić uwagę na fakt iż toksyny kumulują się w organizmie i w związku z tym następują mikrourazy.

Toksykologia przemysłowa:

• Wymagania na stanowisku pracy

• Potrzeba i konieczność kontroli zanieczyszczenia powietrza na stanowisku pracy

Toksykologia kliniczna:

Leczenie i rozpoznanie osób, które uległy zatruciu:

- ośrodki ostrych zatruć np. Szpital Reaszei

- kliniki toksykologii, obejmują: leczenie, programy metadomowe dla uzależnionych od narkotyków i alkoholu.

Toksykologia sadowa:

Szukanie przyczyn śmierci pacjenta, sekcje zwłok, materiał biologiczny od człowieka - ilościowe i jakościowe oznaczenie trucizny

Toksykologia leków :

Analiza substancji chemicznych, które maja służyć, jako substancje pomocnicze, leki

Toksykologia żywności:

Badanie żywności przez Instytut żywienia i żywności w Warszawie

TRUCIZNA - substancja chemiczna, która dzięki swoim właściwością toksykodynamicznym powoduje zaburzenia funkcjonowania organizmu lub jego śmierci.

KSENOBIOTYK - substancja obca dla organizmu

Narażenie(ekspozycja) jest to fizyczny kontakt (żywego organizmu z czynnikiem chemicznym, fizycznym lub biologicznym, wyrażony stężeniem lub natężeniem i czasem trwania.

Efekt jest to każda biologiczna zmiana w organizmie, narządzie lub tkance spowodowana lub związana z narażeniem na substancje chemiczna.

Efekt szkodliwy jest to nieodwracalna zmiana biologiczna.Jest to zaburzenie czynnościowe lub uszkodzenie morfologiczne, powstałe na w skutek narażenia.

Narządem krytycznym nazywamy narząd, który jako pierwszy osiąga stężenie krytyczne substancji toksycznej.

Stężenie krytyczne jest to stężenie ksenobiotyku w komórce, przy którym zachodzą zmiany czynnościowe komórki odwracalne lub nieodwracalne, niepożądane lub szkodliwe.

3. Dawki

Dawka graniczna lub dawka progowa (dosis minima, DM). Jest to najmniejsza dawka, która wywołuje pierwsze zauważalne skutki biologiczne.

Dawka lecznicza (dosis therapeutica, dosis curtiva, DC), terapeutyczna. Dawka, która działa terapeutyczne i nie wywołuje istotnych zakłóceń procesów fizjologicznych.

Dawka toksyczna (dosis toxica, DT) jest to ilość ksenobiotyku, która po wchłonięciu do organizmu wywołuje efekt toksyczny.

Dawka śmiertelna (dosis letalis, DL) jest to ilość substancji, która powoduje śmierć organizmu po jednorazowym podaniu.

medialna dawka smiertelna LD50, dawka która powoduje śmierć 50% zwierząt wykorzystanych w badaniu.

średnia LD50 dla wybranych ksenobiotyków LD50 (mg/kg)

alkohol etylowy 10 000

chlorek sodu 4 000

morfina 900

fenobarbital 150

strychnina 2

nikotyna 1

D-tubokuraryna 0,5

toksyna botulinowa 0,00001

4. Rodzaje zatruć

Zatrucie jest to proces chorobowy z klinicznymi objawami podmiotowymi i przedmiotowymi, wywołany przez substancje chemiczna pochodzenia egzo- lub endogennego.

Zatrucia ostre- charakteryzuje się szybkim rozwojem szkodliwych zmian w organizmie, powstających w ciągu krótkiego czasu po wprowadzeniu jednorazowej dawki trucizny do(oładkowo, inhalacyjnie lub po naniesieniu na skórę. Na ogół objawy uszkodzenia lub śmierć wystepują po 24 h. Charakteryzuje się przeważnie duża dynamika objawów klinicznych. Reakcje natychmiastowe

Zatrucia podostrz- szkodliwe zmiany w organizmie występują mniej gwałtownie po podaniu jednorazowej lub kilkakrotnej dawki. W zatruciach podostrych wykrycie powstałych zmian patologicznych jest często możliwe po zastosowaniu fizjologicznych badań czynnościowych narządów.

Zatrucia przewlekłe- powstają wskutek działania małych dawek ksenobiotyku podawanych przez dłuższy okres na ogół pod wpływem kumulacji trucizny w organizmie. Zatrucia przewlekłe powstają zwykle w wyniku zatruć przypadkowych, np. przebieg zatruć zawodowych ma przeważnie charakter przewlekły.

Zatrucia występujące wśród ludzi można podzielić na:

Zatrucia przypadkowe- zatrucia na skutek niezamierzonego przyjęcia trucizny lub narażenia się na nią Z zatruciami przypadkowymi można się często spotkać w życiu codziennym, np. omyłkowe podanie leków lub ich przedawkowanie, zatrucia chemikaliami używanymi w gospodarstwie domowym, spożywanie żywności nie tylko skażonej mikroorganizmami, lecz także zanieczyszczonej substancjami toksycznymi, a szczególnie środkami ochrony roślin, zatrucia CO w zamkniętych łazienkach.

Zatrucia rozmyślne (samobójcze lub zbrodnicze). Zatrucia rozmyślne, zwłaszcza lekami, stanowią ciągle ważny problem społeczny. Najczesciej w tym celu były używane: barbiturany, chinina, leki uspokajajace, tabletki od bólu głowy, fosforek cynku, nieraz ze znaczna dawka alkoholu etylowego. Najczęściej zatruciach zbrodniczych najczęściej sa używane: arszenik, strychnina, sublimat, cyjanek potasu. Obecnie

do prób samobójczych najczesciej wykorzystywane są opiaty (amfetamina, opiaty w połaczeniu z lekami z grup benzodiazepin, barbituranów, fenotiazyn).

5. Czynniki wpływające na toksyczność ksenobiotyków:

Grupy funkcjonalne zmniejszające toksyczność-

• Karboksylowa

• Sulfonowa

• Tiolowa

• Metokrylowa

• Acetylowa

Grupy funkcjonalne zwiększające toksyczność:

• Nitrowa

• Nitrozowa

• Aminowa

• Cyjanowa

• Metale( F Cl J Br As)

Izomeria: konstytucyjna- różne w budowie szkieletów węgla i położeniu podstawników

Stereoizometria- enancjomery i izomeria optyczna

L-nikotyna 40x>D-Nikotyna

L-hiosciamina 18x> D- hiosciamina

L-adrenalina 15x> D -adrenalina

Diasteroizomery cis-trans

HOOC-C-H

I <

H-C-COOH

KWAS FURANOWY

H-C-COOH

I

H- C-COOH

KWAS MALEINOWY

Wlasności fizykochemiczne

• Rozpuszczalność

• Rozdrobnienie

• Lotność związku

Czynności biologiczne

• Płeć

• Stan zdrowia

• Warunki genetyczne

• Gatunek

6. Wchlanianie i dystrybucja ksenobotyku

Warunkiem koniecznym do wywołania efektu toksycznego przez ksenobiotyk jest jego wchłonięcie do krążenia centralnego, a następnie z krwią przemieszczenie się do miejsca działania. Wyjątek stanowią związki działające miejscowo (działanie żrące kwasów i zasad). Ksenobiotyk może dostać się do organizmu z pominięciem etapu wchłaniania gdy podany jest w postaci iniekcji bezpośrednio do krwi.

Drogi przechodzenia ksenobiotyków do organizmu:

• pokarmowa

• oddechowa (inhalacje)

• skórna

• podskórna

• śródskórna

• domięśniowa

• dożylna

Mechanizm przechodzenia przez błony biologiczne:

• Dyfuzja bierna _zachodzi bez nakładu energii zgodnie z różnicą gradientu stężeń

Dyfuzja zależy od

- lipofilności

- stałej dysocjacji

- pH środowiska

• Dyfuzja aktywna- nakłada energii (ATP)

Dyfuzja bierna

Wartość pH w różnych częściach organizmu

Krew 7,35-7,45

Jama ustna 6,2-7,2

Żołądek 1,0-3,0

Dwunastnica 4,8-8,2

Jelito cienkie 6,3-7,6

Jelito grube 7,8-8,0

Odbyt 7,8

Pochwa 3,4-4,2

Mocz 4,8-7,5

Pot 4,0-6,8

Mleko 6,6-7,0

Porównanie współczynnika podziału i wchłaniania wybranych ksenobiotyków:

Związek wchłanianie % rozpuszczalność w P_CHCL3

Tiopental 67 100

Anilina 54 264

Transport ułatwiony- w którym ksenobiotyk pokonuje barierę błony biologicznej przy udziale nośnika ale przejście dokonuje się zgodnie z gradientem stężeń i proces ten nie wymaga nakładu energii

Transport aktywny- zachodzi wbrew gradientowi stężeń lub jest procesem wysyceniowym, przy wysokich stężeniach osiągalna jest maksymalna szybkość transportu. System transportu jest specyficzny dla ksenobiotyku i może być kompetencyjnie hamowany.

Transport wymaga nakładu energii Związki blokujące wytwarzając energię w komórkach mogą hamować transport związków na tej drodze.

Np.:

Sód i potas, wapń, stront, kadm, żelazo, kobalt, nikiel, mangan, aminy, kwasy

PINOCYTOZA

FAGOCYTOZA

Wchłanianie z przew. Pokarmowego. Zachodzi na jego całej długości, od jamy ustnej (do 15% etanolu, leki podjęzykowe - nitrogliceryna) aż do odbytnicy( leki podawane w postaci czopków)

Największa ilość ksenobiotyku ulega wchłanianiu w jelitach na drodze dyfuzji biernej, transportu ułatwionego i aktywnego, pinocytozy i fagocytozy.

Czynniki ograniczające wchłanianie ksenobiotyku z przewodu pokarmowego

- tworzenie nie rozpuszczalnych połączeń ze składnikami pożywienia

- metabolizm jelitowy - bakteryjny i enzymatyczny (egekt pierwszego przejścia)

- rozkład związków w kwaśnym środowisku żołądka

- zmieniona perystaltyka i pH w przewodzie pokarmowym

- wiązanie z makromolekułami błon przewodu pokarmowego

Wchłanianie w płucach

- ze względu na dużą powierzchnię

- minimalną grubość bariery

- pozwala rozprowadzenie leków z pominięciem wątroby

Gazy i pary- wchłanianie zachodzi głównie w płucach i zależy od współczynnika podziału ( krew/powietrze). Substancje dobrze rozpuszczalne w wodzie (np. formaldehyd) mogą wchłaniać się w nosie - co chroni płuca przed uszkodzeniem.

Aerozole i cząsteczki stałe

- powyżej 5μm ulegają zatrzymaniu w górnych drogach oddechowych

- 2 - 5 μm ulegają zatrzymaniu w oskrzelach

- poniżej 1 μm przechodzą do pęcherzyków płucnych

Dyfuzja przez nabłonek pęcherzyków płucnych

Przedostanie się do kanalikó chłonnych przez otwory w nabłonku pęcherzyków płucnych i następnie do węzłów chłonnych.

- Fagocytoza przez makrofagi

Transport przez skórę:

Wchłanianie przez skórę- transport transepidermalny i folikularny.

Transport transepidermalny przez przydatki skórne (gruczoły łojowe, meszki włosowe, gruczoł potowe).

Czynniki wpływające na zwiększenie wchłaniania przez skórę

-podwyższona temp.

- duża wilgotność

- nawodnienie

- rozpuszczalność

-detergenty

-substancje keratolityczne

Czynniki wpływające na zmniejszenie wchłaniania przez skórę

- wiek

- odzież

- kremy

Biotransformacja ksenobiotyków w skórze

Komórki skóry posiadają ten sam zestaw enzymów metabolizujących ksenobiotyki, co wątroba, ale o zmniejszonej aktywności.

Dystrybucja - po przedostaniu się do krążenia centralnego ksenobiotyk z krwią jest rozprowadzany po całym organizmie. Szybkość zależy od przepływu krwi przez narządy, dyfuzji ksenobiotyku z łożyska kapilarnego do krwi.

Bariery wewnątrzustrojowe:

- krew - mózg

- krew - płyn mózgowo-rdzeniowy:

* strefy zamknięte w śródbłonku naczyń włosowatych mózgu

* białko B-glikoprotein

- łożyskowa:

* odpowiada krążeniu matki do płodu

* nieznaczne ograniczenie przechodzenia ksenobiotyku do płodu

* transport obywa się na zasadzie dyfuzji, transportu ułatwionego i aktywnego oraz pinocytozy

* duża aktywność metabolizmu łożyska

Wchłanianie z białkami:

- w osoczu:

* albuminy
* α-1-kwaśny-glikoproteid (AAG)

* globuliny

Pojemność wiązania - określa ilość leku jaką może wiązać dane białko

Stopień wiązania - określa ilość ksenobiotyku związanego z białkiem, wyrażona jest w %

Kumulacja w tkance tłuszczowej:

1. mężczyzna:

- wysportowany: 20%

- otyły: 50%

- wychudzony 10%

Czynniki wpływające na gromadzenie się ksenobiotyku w tkance tłuszczowej:

- litofilność

- wolny metabolizm

Kumulacja w tkance kostnej:

- nieswoista adsorpcja na powierzchni osteocytów

- wbudowywanie w strukturę hydroksyaparytów

---