wykład 3 uzupełniony, wykłady(1)


WYKŁAD 3

Czynniki warunkujące toksyczność ksenobiotyków

Mechanizmy działania trucizn

Substancja toksyczna → ORGANIZM

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic

Skutki odlegle działania toksycznego - procesy patologiczne rozwijające się w organizmie po dłuższym lub krótszym okresie utajenia, po jednorazowym lub wielokrotnym narażeniu na czynnik toksyczny

Czynniki warunkujące wystąpienie efektu działania substancji toksycznej

(substancja toksyczna > organizm człowieka):

- wynikniecie i wchłonięcie substancji

- osiągnięcie stężenia przekraczającego siły obronne organizmu

- interakcja z komórkami narządu lub tkanki docelowej

- upośledzenie funkcji, zniszczenie narządu lub ustroju

Czynniki wpływające na reakcje organizmu na substancję toksyczną:

1. Źródło ekspozycji -

rozmieszczenie:

- powietrze

- woda

- gleba

- żywność

2. Substancja chemiczna:

- właściwości fizykochemiczne

3. Ekspozycja:

- ukł.. oddechowy

- doustna

- skórna

- pozajelitowa

- stężenie

- dawka

- szybkość wchłaniania

- jedna substancja toksyczna lub mieszanina

4. Organizm:

- wiek

- rasa

- płeć

- wrażliwość

- stan zdrowia

5. Odpowiedz:

- natychmiastowa

- opóźniona

Czynniki warunkujące toksyczność:

1. Budowa chemiczna i właściwości fizykochemiczne substancji

2. Środowiskowe:

- natury fizycznej

- natury chemicznej

3. Czynniki biologiczne uzależnione od czynników ustrojowych:

- fizjologiczne

- genetyczne

- posób odżywiania

Właściwości fizykochemiczne substancji toksycznej:

- rozpuszczalność

- temperatura wrzenia

- lotność

- wielkość cząstek

- cechy organoleptyczne

- dysocjacja

- budowa chemiczna

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic

Wchłanianie substancji i jej dystrybucja w organizmie zależą od współczynników podziału:

- olej : powietrze - wysoki współczynnik = dobre wchłanianie substancji z powietrza przez skore

- woda : powietrze - wysoki współczynnik = dobre wchłanianie substancji z powietrza przez drogi oddechowe

- olej : woda - wysoki współczynnik = dobre wchłanianie substancji naniesionej na skore

Sole baru: chlorek i węglan baru - rozpuszczalne - toksyczne

siarczan baru - nierozpuszczalny - nietoksyczny

Sole rtęci: sublimat (HgCl2) - dobrze rozpuszczalny w wodzie, jest znacznie bardziej toksyczny od słabo

rozpuszczalnego kalomelu (Hg2Cl2)

Zdolność substancji do dysocjacji pH środowiska - tylko niezdysocjowane postacie trucizn mogą rozpuszczać się w lipidach błon komórkowych , przenikać do tkanek i wywierać działanie:

a) pH soku żołądkowego wpływa na wchłanianie słabych kwasów i zasad oraz efekty toksycznego działania niektórych substancji

b) w żołądku (pH=1) dobrze wchłaniają się bardzo słabe kwasy (np. kwas salicylowy, kwas benzoesowy)

c) w jelitach (pH=5,3) dobrze wchłaniają się lipofilne nieelektrolity i niezjonizowane formy słabych

zasad (np. chinina, anilina)

d) zmiana pH odgrywa ważną role przy wchłanianiu i wydalaniu trucizn i ich metabolitów:

- zmiana kwasowości soku żołądkowego (środki neutralizujące, mleko) wpływa na wchłanianie słabych

kwasów i zasad

- alkalizacja moczu - wzrost wydalania kwasów

Wysoka lotność i niska temperatura wrzenia:

a) przyspiesza zatrucia, zwłaszcza przy narażeniu zawodowym w przemyśle:

- wzrost narażenia - zwiększone stężenie w powietrzu

- ułatwione wchłanianie (drogi oddechowe, skora)

- benzen i jego homologi (wyższa lotność benzenu)

b) pary substancji bardziej szkodliwe niż zw. macierzysty (Hg)

Stopień rozdrobnienia (wielkość cząstek) ma wpływ na szybkość rozwoju zatrucia, zwłaszcza w przypadku zw. trudno rozpuszczalnych:

np. tlenek cynku (0.1 - 0.3 μm w aerozolu) > gorączka odlewników

Wchłanianie cząstek pyłów:

- średnica > 5 μm - osadzają się głównie w jamie nosowo-gardłowej i krtani

- średnica 1-5 μm - osadzają się głównie w tchawicy i oskrzelach

- średnica < 1 μm - docierają do pęcherzyków płucnych

Niektóre cechy substancji mogą działać ostrzegawczo

a) zapach:

- cyjanowodór (zapach gorzkich migdałów)

- siarkowodór (zapach nieświeżych jaj)

b) działanie drażniące:

- tlenki siarki, tlenek azotu, O3, Cl2, HF, HCl, HBr

- gazy drażniące - mogą porażać zakończenia nerwów węchowych (zanik wrażliwości a zapach)

c) smak

d) charakterystyczne barwa

Narkotyki wykorzystywane w celach przestępczych:

- kwas gamma-hydroksymaslowy (GHB) i jego lakton - GBL

- leki z grupy benzodiazepin - flunitrazepam i klonazepam

związki bezbarwne , na ogół dobrze rozpuszczalne w wodzie, nie maja zapachu ani wyraźnego smaku - mogą być łatwo podane w napojach i drinkach

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

Wpływ podstawników na toksyczność substancji:

- acetylowa / -COOCH3/

- karboksylowa / -COOH/

- diazowa / -N=N-/

- sulfonowa / -SO3H/

- tiolowa / -SH /

- metoksylowa / -OCH3/

- etoksylowa / -OC2H5O/

Na skutek:

- zwiększenia rozpuszczalności > szybsze wydalanie

- ułatwienie biotransformacji

kwas benzoesowy < benzen

- nitrowa / -NO2/

- nitrozowa / -NO/

- aminowa / -NH2/

- cyjanowa /- CN, nitrylowa/

- niektóre pierwiastki: fluor, chlor, jod, brom, arsen

Grupy: -NO2, -NO, -NH2 - są silnie toksyczne, nadają związkom działanie MetHb-twórcze.

Toksyczność związków z ugr. -CN - zależy od stopnia jej uwalniania w procesach MetHb-twórczych:

- amigdalina > aldehyd benzoesowy + cyjanowodór (toksyczny)

- kw. cyjanoocotwy (mało toksyczny)

- wit. B12 - cyjanokobalamina

Fluorowce zwiększają toksyczność związków

- kw. octowy < kw. trichlorooctowy

- hydroksylowa /-OH/

- metylowa /- CH3/

- osłabia działanie narkotyczne związków alifatycznych:

1-propanol > 1,2-propanodiol > 1,2,3-propanotior (gliceryna)

działanie słabe działanie brak działania narkotycznego

narkotyczne narkotyczne

- nasila działanie toksyczne zw. aromatycznych

benzen < fenol

działanie narkotyczne działanie narkotyczne

silne działanie drażniące

denaturacja białek

- wzrost toksyczności węglowodorów aromatycznych ze wzrostem liczby grup CH3:

benzen < toluen < ksylen

Wpływ wiązania nienasyconego na toksyczność substancji

- wzrost reaktywności

- działanie utleniające np. grup -SH

- wzrost hydrofilności

- działanie narkotyczne

etan < etylen < acetylen - działanie narkotyczne

cykloheksan < benzen

Wpływ izomerii konstytucyjnej (położenia) na toksyczność substancji:

alkohol n-butylowy > alkohol izobutylowy

Związki aromatyczne

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
R R

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
R` R R`

R`

Wzrost toksyczności

0x08 graphic

Wpływ stereoizomerii na toksyczność substancji:

L-nikotyna 40x > D-nikotyna

L-adrenalina 15x > D-adrenalina

Izomery lewoskrętne (L) są bardziej toksyczne niż prawoskrętne (D).

Kwas 1,2-etylenodikarboksylowy

Kwas fumarowy (trans) < kw. maleinowy (cis)

Wpływ właściwości fizykochemicznych na toksyczność substancji:

fluor > chlor > jod > brom

bar > stront > wapń

arsen(III) > arsen (V)

Czas i sposób przechowywania substancji:

- właściwości substancji chemicznej (zwłaszcza zw. org.) mogą ulegać zmianie podczas przechowywania (w przypadku mieszanin wieloskładnikowych mogą tworzyć się nowe bardziej toksyczne związki)

- szczególnie wrażliwe na rozkład pod wpływem wilgoci i temp. są substancje pochodzenia roślinnego i

zwierzęcego

- rozkład leków → zmniejszenie działania leczniczego, powstanie produktów mogących działać

toksycznie

- właściwości toksyczne substancji mogą ulec osłabieniu

NaCN (lub KCN) > ---wilgoć, CO2--- > HCN + Na2CO3 (lub K2CO3)

Czynniki biologiczne, endogenne ustroju - wpływają na toksyczność głownie poprzez zmiany w

metabolizmie trucizn

Czynniki fizjologiczne:

- wiek

- płeć

- kondycja organizmu

- stan zdrowia - choroby

Czynniki fizjologiczne (wiek):

1. Dzieci - większa wrażliwość niż u dorosłych:

- niedojrzałość mechanizmów odtruwających (brak wielu enzymów mikrosomalnych lub ich mała aktywność u noworodków)

- wolniejsza eliminacja

- zmniejszone wiązanie z białkami

- większa wrażliwość receptorów

2. Ludzie starsi - większa wrażliwość niż u dorosłych

- zmieniony metabolizm (niedobór enzymów mikrosomalnych m.in. cyt. P-450) i wolniejsze wydalanie z organizmu

- obniżona czynność hormonalna

- zaburzenia krążenia krwi - niedotlenienie

- zmniejszona ilość wody w org. - wzrost stężenia substancji toksycznej i jej metabolitów we krwi

- zmniejszona ilość tk. tłuszczowej

Wiek wpływa na wchłanianie substancji droga pokarmowa (flora bakteryjna), oddechowa (zmniejszenie objętości oddechowej płuc) i przez skore oraz jej biotransformacje i wydalanie

Czynniki fizjologiczne (pleć):

- mniejsza masa ciała

- odmienna budowa somatyczna

- odmienny stan hormony (wpływ hormonów płciowych na aktywność enzymów mikrosomalnych)

- wzrost stężenia progesteronu i pregnandiolu

- zmniejsza się aktywność wielu enzymów (m.in. oksydazy aminowa)

- zwolnienie procesów sprzęgania z kw. glukuronowym

Wpływ wieku i płci na działanie substancji toksycznych - przykłady:

- mózg noworodków jest szczególnie wrażliwy - słabo rozwinięta bariera krew-mozg

- wzrost wrażliwości z wiekiem - zmniejszone odkładanie Pb w kościach i jego resorpcja

- większe wchłanianie z przewodu pokarmowego u dzieci

- u mężczyzn wchłanianie zachodzi łatwiej niż u kobiet

- niemowlęta i małe dzieci za bardziej podatne na zatrucia

- niedokrwistość, białaczka - zwiększona wrażliwość młodych dziewcząt i kobiet

Czynniki fizjologiczne (stan zdrowia) - wpływa na metabolizm (wchłanianie, biotransformacje i wydalanie) i efekty działania substancji

Choroby:

1. Wątroby:

- zaburzona biotransformacja (detoksykacja - spadek stężenia cyt. P-450 i innych enzymów

mikrosomalnych)

- żółtaczka mechaniczna

- zapalenie lub marskość wątroby - spadek sprzęgania z kw. glukuronowym i siarkowym

2. Nerek - główny narząd wydalający

3. Serca:

- hemodynamika krwi

- niedokrwienie i niedotlenienie narządów (wątroba - biotransformacja, nerki - eliminacja)

- zaburzony transport i eliminacja substancji i ich metabolitów

4. Przewodu pokarmowego

- biegunki (spadek wchłanianie); silne zmiany błony śluzowej jelit i zaparcia (wzrost wchłaniania)

5. Dróg oddechowych - ułatwione wchłanianie

6. Skóry - ułatwione wchłanianie

7. Tarczycy i nadnerczy - tyroksyna i kortyzon - wpływ na aktywność enzymów mikrosomalnych

Czynniki genetyczne:

- niedobory enzymatyczne:

- niedobór białek wywołany nieprawidłową ich synteza lub budowa:

Sposób odżywiania:

- racjonalny sposób odżywiania - zdrowie i większa odporność (tolerancja) na działanie substancji toksycznych)

- niedożywienie, nieodpowiednia dieta - wzrost działania substancji, cięższy przebieg zatruć

- złe odżywianie - zaburzenia licznych reakcji biochemicznych w organizmie, tym zaburzenie mechanizmów obronnych, w tym procesów detoksykacji

- głodzenie - uruchomienie depozytów tkankowych (np. substancji lipofilnych (DDT, CCl4) z tkanki tłuszczowej)

- niedobór wody w organizmie - względne wysuszenie komórek i tkanek - wzrost zawartości niektórych układów enzymatycznych, wzrost stęż. substancji wokół receptorów

- przewodnienie - wzrost rozpuszczalności i dostępności wielu ksenobiotykow, a także przyspieszone ich wydalanie z moczem

- ilość i skład treści pokarmowej (lipidy, alkohol, kawa, herbata, ostre przyprawy)

Czynniki środowiskowe:

a) natury fizycznej:

- ciśnienie atmosferyczne

- hałas

- światło

- pole elektromagnetyczne

- temp. otoczenia i wilgotność

- promieniowanie jonizujące

b) natury chemicznej

- związki toksyczne występujące w powietrzu, wodzie i żywności:

- metale

- azotany, azotyny

- tlenki azotu

- SO2

- WWA

- nikotyna

Działanie toksyczne:

- miejscowe

- układowe

Działanie miejscowe - efekt ograniczony do miejsca kontaktu substancji z tkanka:

- działanie substancji żrących na skore i przewód pokarmowy

- działanie gazów drażniących na błony śluzowe (oczy, drogi oddechowe)

Działanie układowe - skutki ujawniają się po wchłonięciu substancji do krwiobiegu i dotarciu do tkanki docelowej

- działanie ogólnoustrojowe

- działanie wybiorcze - uszkodzenie jednego lub kilku narządów (tkanek) - tzw. narządy krytyczne

Mechanizm działania toksycznego:

a) receptorowe: agonista, antagonista, cichy receptor

b) pozareceptorowe (fizykochemiczne)

c) specjalne: stres oksydatycyjny, zaburzenie homeostazy wapnia(zniszczenie komórki, utrata funkcji narządów)

- Muskaryna, nikotyna - agonisci receptora cholinergicznego

- Tubokuraryna - antagonista nikotynowego receptora cholinergicznego

Cichy receptor (miejsce strat):

- zapasowa tkanka tłuszczowa - insektycydy polichlorowane

- białka krwi - chrom

- tkanka kostna - Ołów

Mechanizm receptorowy - przykłady:

Za receptory uważa się:

Mechanizm pozareceptorowy działania trucizn:

Działanie pozareceptorowe:

- naruszenie stabilności i funkcji błon komórkowych oraz błon organelli komórkowych

- wpływ na procesy energetyczne komórki

- działanie ogólnoustrojowe (depresyjne wynikające z dużej lipofilnosci)

Pozareceptorowe działanie trucizn - przykłady:

- lotne rozpuszczalniki organiczne (halotan , eter etylowy, chloroform, benzen, TRI) - zmiana płynności błon kom. > zmniejszenie przepuszczalności błon > zahamowanie metabolizmu i czynności fizjolog > działanie depresyjne na OUN

- CCl4 - naruszenie ciągłości błon lizosomalnych > uwalnianie enzymów > samostrawienie błon kom. sąsiadujących > zniszczenie narządu

- związki cynoorganiczne - spadek transportu Na+ przez błony aksonów neuronalnych > paraliż mięsni

- detergenty i saponiny - zmiana napięcia powierzchniowego błon > zmiana transportu błonowego

- związki methomoglobinotworcze (azotany, anilina) - utlenienie Fe2+ w hemie > spadek dowozu tlenu do tkanek

- cyjanki, azydki, siarkowodór - spadek oksydazy cytochromowej > zaburzenie wykorzystania tlenu w komórkach

- nitrofenole - rozprzestrzenienie fosforylacji oksydacyjnej > zaburzenie równowagi energetycznej komórki

- fluorooctany, luizyt - przerwanie utleniania kw. karboksylowych w cyku Krebsa > blok metaboliczny > ograniczenie funkcji, a nawet śmierć organizmu

Mechanizmy specjalne działania toksycznego - zniszczenie komórki, utrata funkcji narządów.

Stres oksydacyjny: /wolne rodniki (O2-, OH- , nadtlenoalkilorodniki/:

- Cd,Pb

- CCl4

- herbicydy bispirydylowe

- składniki smogu

- składniki dymu tytoniowego

- barwniki azowe

- disiarczki aromatyczne

Wolne rodniki > struktury lipidowe (kom.) > peroksydacja lipidów> uszkodzenie błon komórkowych

Białka (strukturalne i czynnościowe) kwasy nukleinowe > rozerwanie mostków wodorowych > ubytki w łańcuchach DNA i RNA > zaburzenie replikacji DNA > zaburzenia genotoksyczne, mutagenne, rakotwórcze

Mechanizmy specjalne działania toksycznego - zaburzenie homeostazy Ca2+ w komórce:

- dioksyny

- węglowodory chlorowane

- nitrofenole

- chinony

- nadtlenki

- aldehydy

- jony metali (Cd2+)

Działają na kom. > wzrost (Ca2+) > wzrost aktywności fosfolipaz i proteaz pozalizosomalnych, aktywacja endonukleaz > skutki cytotoksyczne, zniszczenie komórki

Działanie mutagenne:

Mutageny > materiał genetyczny (replikacja, naprawa, rekombinacja DNA > mutacje > zaburzenia patomorfologiczne i czynnościowe organizmu

Mutageny:

Mutacje:

- genowe( punktowe)

-chromosomowe

- genomowe

Mutacje:

- somatyczne( dotyczą pojedynczych osób)

- komórek płciowych( przenoszone na potomstwo)

Zaburzenia patomorfologiczne i czynnościowe organizmu

-nowotwory

- zaburzenia immunologiczne

- zaburzenia hematologiczne

Działanie rakotwórcze (karcynogenne):

Kancerogeneza - proces indukcji chemicznej rozwoju nowotworu.

Kancerogen - związki o udowodnionym lub potencjalnym działaniu rakotwórczym.

Prokancerogeny - wymaga wstępnej aktywacji metabolicznej, działa pośrednio poprzez metabolity (biokancerogeny) np. nitrozoaminy - jon alkilokarboniowy; Cr6+, Cr3+

Kokancerogen - nie inicjuje nowotworu, a zwiększa działanie związków rakotwórczych (alkohol etylowy u palaczy tytoniu)

Promotor - niegenotoksyczny czynnik nasilający transformacje nowotworowa (np. poprzez pobudzenie proliferacji komórek, w których proces kancerogenezy został zapoczątkowany np. estry forbolu, węglowodory chlorowane)

Kancerogeny chemiczne

- bezpośrednie- związki alkilujące, etylenoimina, iperyt azotowy

- pośrednie- chlorek winylu, benzo[a]piren, nitrozoamny-2-naftyloamina, dimetylonitrozoamina, aflatoksynaB1

- nieorganiczne-Cd,Cr,As,Ni,Be

- promotory- pestycydy chlorowane, sacharyna, estry forbolu,fenol, kwasy żółciowe

- związki cytotoksyczne- kwas nitrylotrioctowy

- modyfikatory działania hormonów- estrogeny

- związki immunosupresyjne- analogi puryny, tworzywa sztuczne

Kancerogen chemiczny

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
Genotoksyczny Epigenetyczny

Bezpośredni prokancerogen stymulacja proliferacji komórek

0x08 graphic
kancerogen zainicjowanych nowotworowo

0x08 graphic

0x08 graphic
aktywacja metaboliczna

0x08 graphic
interakcja z DNA

mutacje w protoonkogenach i genach supresorowych

0x08 graphic

0x08 graphic
błędna naprawa lub brak naprawy DNA

KOMÓRKA ZAINICJOWANA NOWOTWOROWO

Działanie teratogenne

Zaburzenia procesów reprodukcji i rozwoju - zaburzenia strukturalne i czynnościowe przed i po zapłodnieniu, w rozwoju embrionalnym i płodowym, aż do wczesnego okresu dojrzewania pourodzeniowego

skutkiem wymienionych działań mogą być: upośledzenie lub śmierć komórek rozrodczych, śmierć zarodka lub płodu, nieprawidłowości rozwojowe - np. zaburzenia kostnienia, upośledzenie psychiczne i neurologiczne, zaburzenia enzymatyczne

Związki teratogenne

Inne czynniki o działaniu teratogennym:

- efekty odlegle:

- mutagenne

- rakotwórcze

- teratogenne

- zatrucie:

- ostre

- podostre

- przewlekle

brak efektu

W lipidach

W wodzie

długość łańcucha węglowego

grupy funkcyjne

rodzaje wiązań

izomeria

ortoo

para

meta



Wyszukiwarka