TOKSYKOLOGIA - WYKŁADY
Trucizny - substancje, które w niewielkich ilościach powodują silne zaburzenia funkcji organizmu lub zgon. Toksykologia jest nauka o truciznach [toxicon-trucizna, logos- nauka].
3 typy toksykologii:
- środowiskowa
- kliniczna
- mineralna
Toksykolog - specjalista wykrywający trucizny w materiale sekcyjnym. Dzisiaj bada on również wpływ trucizn na organizm.
Ksenobiotyki - [ksenon-obcy; biotikos- dotyczący życia]; substancje wywołujące zmiany w organizmie, wywołujące zatrucia. Na przykład leki, kosmetyki, pestycydy, tworzywa sztuczne. Nie są one naturalnym składnikiem organizmu. Mogą one wywołać zatrucia ostre lub chroniczne. Łatwe diagnozowanie w zatruciach ostrych. Trudniej w przypadku zatruć chronicznych, które pojawiają się powoli, ale działają skutecznie.
Toksykologia dziś - nauka o szkodliwym działaniu substancji szkodliwych na organizm. Bada aktualne i potencjalne niebezpieczeństwa. Opracowuje sposoby zapobiegania, rozpoznawania i leczenia zatruć. Bada wpływ niebezpiecznych substancji chemicznych na żywy organizm. Detoksykacja.
Zadania:
Prowadzenie badań naukowych w celu rozszerzenia wiedzy o szkodliwym działaniu związków chemicznych i biologicznych.
Ocena ryzyka, jakie stanowią substancje chemiczne dla organizmów żywych w zależności od ich poziomu w środowisku człowieka;
Zalecanie społeczeństwu, srodków kontroli i zapobiegania szkodliwym skutkom działania związków chemicznych i biologicznych.
Rozpoznanie i leczenie zatruć;
Toksykolog obecnie - specjalista w zakresie narażenia ludzi na substancje chemiczne i biologiczne.
Toksykologia, jako samodzielna dyscyplina od XIX wieku. Nauka interdyscyplinarna czerpiąca informacje z biologii, chemii, biochemii, fizjologii, patologii, genetyki, immunologii, fizyki.
Subdyscypliny toksykologii:
- neurotoksykologia
- immunotoksykologia
- toksykologia genetyczne, molekularna
- analiza toksykologiczna
Toksykologia współpracuje z innymi dziedzinami takimi jak: farmacja, higiena i epidemiologia, zdrowie publiczne, ekologia, informatyka, nauki prawne.
DZIEDZINY TOKSYKOLOGII
Toksykologia leków zajmuje się:
Ubocznym działaniem leków podanych w dawkach terapeutycznych;
Skutkami przedawkowania leków;
Badaniem przedklinicznym potencjalnych leków;
Uzależnieniami od leków
W swojej działalności korzysta z osiągnięć różnych dyscyplin medycznych, weterynarii i farmacji.
Toksykologia zawodowa zajmuje się profilaktyką, diagnostyka i leczeniem zatruć zawodowych. Opracowuje normy zawartości substancji chemicznych w powietrzu na stanowiskach pracy oraz biomarkery ekspozycji. Spełnia ona swe zadanie we współpracy z medycyna pracy i higiena pracy.
Toksykologia środowiskowa bada substancje naturalne o potencjalnym działaniu toksycznym. Bada substancje obecne w żywności w wyniku produkcji. Bada substancje umyślnie dodawane do żywności. Współpracuje z nauka o żywności i żywieniu oraz higieną żywności.
Toksykologia pestycydów bada skutki oddziaływania środków ochrony roślin i nawozów sztucznych stosowanych w rolnictwie, ogrodnictwie, leśnictwie i pokrewnych gałęziach gospodarki na człowieka.
Toksykologia kliniczna - diagnostyka i leczenie zatruć zwłaszcza ostrych. Opracowuje nowe metody leczenia i odtrutki.
Toksykologia sadowo-lekarska wykrywa i oznacza trucizny w materiale biologicznym. Bada zawartość alkoholu w płynach biologicznych i wydychanym powietrzu oraz zawartość środków uzależniających i dopingujących u sportowców. Posługuje się specjalistyczna aparaturą i opiera się na zdobyczach chemii analitycznej. Działa głównie dla wymiaru sprawiedliwości. Rola w orzecznictwie sądowym.
Toksykologia wojskowa bada toksyczność bojowych środków trujących (gazy bojowe) i środków służących do rozpraszania tłuszczów (łzawiące, obezwładniające).
Toksykologia ustawodawcza opracowuje akty prawne zapewniające bezpieczne użytkowanie substancji chemicznych i biologicznych. Korzysta z osiągnięć nauk prawnych.
Humanotoksykologia (bada szkodliwość substancji dla człowieka).
Zootoksykologia (dla zwierzat).
Fitotoksykologia (dla roślin).
Toksykologia ogólna zajmuje się:
Mechanizmem działania trucizn
Zależnością miedzy budowa chemiczna a działaniem
Losem trucizn w organizmie
Wpływem czynników wrodzonych i nabytych na powstawanie i przebieg zatruć
Problematyką łącznego działania trucizn
Toksykometrią - ilościową oceną toksyczności substancji chemicznych
Zagadnieniami prawnymi dotyczącymi bezpiecznych substancji chemicznych.
Toksykologia szczegółowa obejmuje poszczególne grupy ksenobiotyków w zależności od budowy chemicznej oraz celów użytkowania.
Toksykologia: leków, środków uzależniających, metali, niemetali, rozpuszczalników, pestycydów, tworzyw sztucznych, AGD, promieniowania jonizującego, trucizn pochodzenia naturalnego.
Toksykolodzy posługują się metodami teoretycznymi i doświadczalnymi.
Toksykologia teoretyczna:
Zastosowanie urządzeń matematycznych w toksykokinetyce, co pozwala na ilościowe określenie procesów związanych z losem trucizny w organizmie.
Badanie zależności pomiędzy budową chemiczna a działaniem toksyny.
Stosowanie modeli matematycznych przy szacowaniu ryzyka u ludzi i zwierząt na podstawie danych empirycznych.
Toksykologia doświadczalna:
W celu zapewnienia bezpieczeństwa człowieka i użytecznych gatunków Konieczne jest prowadzenie badan na zwierzętach doświadczalnych.
Metody wykorzystywane w toksykometrii, badanie losu ksenobiotyków w organizmie i poznawanie mechanizmów działania trucizn.
Eksperymenty prowadzone na organizmach niższych, gryzoniach, czasem na ssakach z rzędu naczelnych.
W doświadczeniach na modelach zwierzęcych Konieczne jest dobranie gatunku najbardziej zbliżonego do danej reakcji biologicznej do człowieka.
Niektóre badania mogą być wykonywane jedynie na ludziach - ochotnikach, dotyczy to badań niektórych czynności psychicznych, spostrzegawczości, progu zapachowego, efektów drażniących, uczuleń, opracowanie testów ekspozycyjnych.
Ze względu na ochronę prawną zwierząt konieczne jest:
Zdecydowane ograniczenie liczby zwierząt przeznaczonych do badań do niezbędnego minimum.
Prowadzenie doświadczeń zgodnie z zasadami bioetyki;
Używanie gatunków o najmniejszej wrażliwości neurofizjologicznej.
Metodami alternatywnymi są: badania In vitro, techniki gnomiczne, techniki proteomiczne.
Badania epidemiologiczne mają duże znaczenie w toksykologii zawodowej i środowiskowej. Prowadzone metodami ankietowymi na dużych populacjach z koniecznością dokładnego uwzględniania odpowiednich grup kontrolnych. Tą drogą zbierane są informacje o zachorowalności, umieralności, wpływie na potomstwo.
TRUCIZNA - ma znaczenie ogólne, odnosi się do substancji, preparatów, wyciągów wywołujących zatrucia.
JAD - oznacza toksyczną wydzielinę zwierząt lub bakterii.
TOKSYNA - naturalna Silna trucizna zwierzęca lub roślinna.
SUBSTANCJA TOKSYCZNA - trucizna naturalna lub syntetyczna zdefiniowana pod względem chemicznym.
Zootoksyny:
Występowanie u wielu gatunków [od pierwotniaków]
Złożone zwierzęce wydzieliny, w których czynna substancja chemiczna nie zawsze jest zdefiniowana
Substancje białkowe, enzymy, ale również o prostszej budowie.
Fitotoksyny:
W materiale wielu gatunków roślin
Substancje czynne w nich zawarte są bardzo różnorodne. Najbardziej typowe to: glikozydy cyjanogenne, alkaloidy, polipeptydy, białka.
DAWKI
Działanie toksyczne zależy od substancji chemicznej i stężenia w atakowanym narządzie lub układzie.
Dawka to ilość substancji chemicznej podana, pobrana lub wchłonięta do organizmu w określony sposób warunkująca brak lub wystąpienie efektów biologicznych wyrażonych odsetkiem organizmów odpowiadających na te dawkę. Wyrażona jest w jednostkach wagowych na masę lub powierzchnie ciała, niekiedy dodatkowo na dobę.
Do oceny wchłoniętej dawki niezbędna jest znajomość czynników:
Stężenia w punkcie narażenia
Intensywności kontaktu (ekspozycji)
Częstotliwości narażenia
Masy ciała
Uśrednionego czasu narażenia
W zależności od wywoływanych efektów wyróżnia się dawki:
DM, dosis minima, dawka graniczna lub progowa;
DC, dosis curativa=therapeutica, dawka lecznicza;
DT, dosis toxica, dawka toksyczna lub trująca;
DL, dosis latalis, dawka śmiertelna
DOSIS MINIMA
Jest to ilość substancji, która wywołuje pierwsze dostrzegalne reakcje biologiczne. Poniżej dawki granicznej nie obserwuje się żadnego wpływu na organizm.
Próg działania - najmniejszy poziom narażenia lub najmniejsza dawka, która powoduje zmiany biochemiczne, przekraczające granice przystosowania hemostatycznego.
DOSIS CURATIVA
Dawka wykazująca działanie farmakodynamiczne nie wywołując zakłóceń procesów fizjologicznych organizmu. Odnosi się do leków i substancji niezbędnych dla organizmu.
DOSIS TOXICA
Ilość substancji, która wywołuje odwracalne zaburzenia patofizjologiczne, oraz dające się stwierdzić objawy zatrucia.
DOSIS LETALIS
Ilość substancji, która powoduje nieodwracalne uszkodzenie lub porażenie ośrodków ważnych dla życia i śmierć organizmu. Jest wykorzystywana dla porównania toksyczności ostrej różnych substancji. Określa się LD50.
DAWKA POBRANA
Ilość substancji zawarta w spożytym pokarmie, we wdychanym powietrzu lub w materiale nałożonym na skórę.
DAWKA WCHŁONIĘTA
Ilość substancji, która przeniknęła przez granice wymiany faz do organizmu ze środowiska zewnętrznego.
LD50 (median lethal dose)
Wskaźnik toksyczności ostrej. Medialna dawka śmiertelna. Jest to statystycznie obliczona na podstawie wyników eksperymentów na zwierzętach ilość substancji chemicznej, która powoduje śmierć 50% badanych osobników.
RODZAJE ZATRUĆ
Zatrucie to proces chorobowy z klinicznymi objawami podmiotowymi i przedmiotowymi wywołany przez substancje chemiczną pochodzenia egzo- lub endogennego. Biorąc pod uwagę dynamikę, mechanizm, oraz działanie trucizny na organizm zatrucia można podzielić na: ostre, podostre i przewlekłe.
ZATRUCIA OSTRE
Charakteryzują się szybkim rozwojem szkodliwych zmian w organizmie, powstających w ciągu krótkiego czasu po wprowadzeniu jednorazowej dawki trucizny dożołądkowo, inhalacyjnie lub po naniesieniu na skórę. Objawy uszkodzenia/śmierci następują po 24h. Duża dynamika objawów klinicznych.
ZATRUCIA PODOSTRE
Szkodliwe zmiany w organizmie występują mniej gwałtownie po podaniu jednorazowym lub kilkakrotnej dawce. Wykrycie powstałych zmian patologicznych jest często możliwe po zastosowaniu fizjologicznych badań czynnościowych narządów.
ZATRUCIA PRZEWLEKŁE
Powstają wskutek działania małych dawek trucizny zwykle kumulującej się w organizmie wchłanianej zwykle przez dłuższy okres. Zatrucia przypadkowe, np. zawodowe. Substancje toksyczne zanieczyszczające środowisko występują przeważnie w tak małych stężeniach, że wywołują tylko efekty przewlekłe.
Zatrucia występujące wśród ludzi można podzielić na: rozmyślne i przypadkowe.
ROZMYŚLNE (samobójcze, zbrodnicze)
Z analizy danych Kliniki Ostrych Zatruć w Łodzi wynika, że największa liczna ostrych zatruć samobójczych w Polsce u ludzi w wieku 20 -29 lat. Najczęściej używane w tym celu były: barbiturany, chinina, leki uspokajające, tabletki od bólu głowy ze znaczna dawka etanolu. Obecnie do prób samobójczych wykorzystywane są opiaty oraz amfetamina, opiaty w połączeniu z lekami z grup benzodiazepin, barbituranów, fenotiacyn. W zatruciach zbrodniczych najczęściej używane są arszenik, strychnina, sublimat, cyjanek potasu.
PRZYPADKOWE
Stanowią poważne zagrożenie ze względu na to ze ulegają im nie tylko poszczególne osoby, lecz duże grupy społeczne. Zatrucia mogą być ostre np. rozmyślne lub przewlekłe. W życiu codziennym często zdarzają się:
Omyłkowe podanie leków lub ich przedawkowanie;
Zatrucia chemikaliami używanymi w domu;
Spożywanie żywności nie tylko skażonej mikroorganizmami, lecz zanieczyszczonej substancjami toksycznymi szczególnie środkami ochrony roślin.
TRUCIZNY PRZEMYSŁOWE
Przyczyna zatruć osób zatrudnionych w różnych gałęziach przemysłu. Substancje chemiczne stosowane w licznych procesach technologicznych mogą powodować zarówno zatrucia ostre jak i przewlekłe. Przewlekłe przebiegają w sposób utajony nie wykazują przez dłuższy czas żadnych objawów. Wiele związków chemicznych, których szkodliwe działanie nie zostało ujawnione w badaniach toksyczności ostrej i podostrej może wywoływać skutki odległe. Zatrucia zawodowe maja złożony charakter ze względu na jednoczesne działanie kilku substancji chemicznych występujących w miejscu pracy.
TRUCIZNY ŚRODOWISKOWE
Wprowadzenie do środowiska otaczającego człowieka różnych toksycznych odpadów przemysłowych a także używanie w rolnictwie pestycydów i nawozów sztucznych spowodowało zwiększenie zatruć wśród ludzkości.
ŻYWNOŚĆ
Żywność zanieczyszczona mikroorganizmami lub substancjami przenikającymi ze środowiska jest przyczyną licznych zatruć ostrych.
LEKI
Nadużywanie leków i innych farmaceutyków prowadzi do lekomanii i narkomanii. Przedawkowanie stanowi teraz najważniejsza przyczynę zatruć (ponad 50% ogółu zatruć).
TLENEK WĘGLA - istotny problem w zatruciach ostrych jak i przewlekłych (5% zatruć).
AGD - ze względu na ich skład chemiczny i powszechność stosowania nastąpiło zwiększenie liczby zatruć.
Za efekt toksyczny wywołany ksenobiotykami odpowiedzialne są czynniki wewnątrzustrojowe takie jak:
Rasa
Wiek
Płeć
Stan zdrowia
Trucizna - substancja, która po wchłonięciu do organizmu lub wytworzona w organizmie powoduje zaburzenie jego funkcji lub śmierć.
Każda substancja obecna w środowisku w postaci ciekłej, gazowej, stałej wywierająca szkodliwy wpływ na organizmy żywe uchodzi za substancje skażające otoczenie. Substancje te wywołują określone efekty biologiczne lub zdrowotne, które występują podczas narażenia lub w okresie późniejszym oraz w następnych pokoleniach. Bardzo toksyczne substancje powodują skutki po podaniu bardzo małych ilości. Natomiast substancja mało toksyczna wywiera działanie szkodliwe po podaniu w odpowiednio dużej ilości.
Narażenie (ekspozycja) - jest to fizyczny kontakt żywego organizmu z czynnikiem chemicznym, fizycznym lub biologicznym wyrażony stężeniem lub natężeniem i czasem trwania. Podczas narażenia może następować pobranie substancji chemicznej, a następnie jej wchłonięcie, które opiniuje się dawka wchłoniętą. Obecność substancji chemicznej w próbkach materiału biologicznego jest bezpośrednim dowodem narażenia. Brak substancji chemicznej w tych próbkach nie, musi oznaczać braku aktualnego narażenia.
Ocena narażenia: można je oceniać na podstawie stężenia substancji w powietrzu lub żywności i wodzie do picia. Określając dawkę pobrana tj ilość wprowadzoną do organizmu wraz z odpowiednim nośnikiem: powietrzem, żywnością, woda pitną.
Efekt - to każda biologiczna zmiana w organizmie, narządzie, tkance, spowodowana lub związana z narażeniem na substancje chemiczną.
Efekt szkodliwy - nieodwracalna zmiana biologiczna pojawiająca się podczas lub po zakończeni narażenia. Jest to zaburzenie czynnościowe lub uszkodzenie morfologiczne, które może wpływać na wydolność całego organizmu lub może zmniejszać jego sprawność w warunkach dodatkowego obciążenia a także może zwiększać wrażliwość na działanie innego czynnika.
Zmiany niekorzystne = anormalne, gdy wyniki pomiarów są poza zakresem wartości prawidłowych. Zakres wartości prawidłowych oznaczamy na podstawie pomiarów w grupie osób zdrowych i wyrażonych statystycznie, jako 95% przedział ufności dla wartości średniej lub dla poszczególnych osób, jako 95% przedział tolerancji ustalony przy założonym wcześniej poziomie ufności.
Narząd krytyczny - narząd, który jako pierwszy osiąga stężenie krytyczne badanej substancji toksycznej. W narządzie krytycznym, wystepują najczęściej efekty działania toksycznego. Narząd, w którym substancja toksyczna ulega kumulacji w najwyższym stężeniu nie musi być narządem krytycznym. Wrażliwość narządów może wskazywać różnice osobnicze. Narząd krytyczny zależy od rodzaju ekspozycji - ostrej lub przewlekłej, drogi wchłaniania i gatunku.
Stężenie krytyczne - przy nim zachodzą zmiany czynnościowe komórki, odwracalne lub nieodwracalne, niepożądane lub szkodliwe.
Efekty krytyczne - swoisty efekt w warunkach narażenia na substancje chemiczne. Nie zawsze oznacza on efekt najwcześniejszy lub najmniejszy wśród innych efektów biologicznych związanych z narażeniem i może występować po przekroczeniu stężenia krytycznego substancji chemicznej w narządzie docelowym.
Efekty subkrytyczne - przy poziomie ekspozycji niższym niż konieczny do uzyskania krytycznego stężenia w narządzie krytycznym mogą występować efekty, które nie zaburzają czynności komórek a są wykrywane za pomocą testów biochemicznych lub innych. Dawka jest istotnym czynnikiem, od którego zależy efekt toksyczny ksenobiotyku. Za najważniejszy czynnik należy uznać stężenie ksenobiotyku w narządzie/ tkance krytycznej. Stężenie to jest wprawdzie proporcjonalne od dawki, jednakże te same dawki różnych ksenobiotyków mogą prowadzić do bardzo różnych stężeń w narządzie docelowym.
TOKSYKOMETRIA
Badania umożliwiające ocenę toksycznego działania związków są wykorzystywane w kilku etapach:
Ocena właściwości fizykochemicznych związku i wnioskowanie o jego toksyczności na podstawie porównania z danymi o związkach pokrewnych. Zależność: struktura chemiczna - aktywność biologiczna.
Ocena toksyczności ostrej połączona z:
Ocena działania drażniącego;
Oceną działania uczulającego;
Badaniami dodatkowymi w razie potrzeby badania się rozszerza o podawanie substancji różnymi drogami oraz wstępne dane na temat metabolizmu i toksykokinetyki.
Ocena toksyczności w badaniach krótkoterminowych przy powtarzanym dawkowaniu w czasie 14, 21 lub 28 dni (toksyczność podostra) wraz z oceną działanie kumulatywnego.
Ocena toksyczności podprzewlekłej przy powtarzanym dawkowaniu przez 90 dni.
Ocena toksyczności przewlekłej w teście dwuletnim (czasami rocznym).
Ocena efektów odległych:
Badanie działania genotoksycznego;
Badanie działania rakotwórczego;
Badanie działania teratogennego;
Badanie wpływu na płodność, rozrodczość i potomstwo.
Ocena działania neurotoksycznego.
Jakie czynniki wpływają na powstanie zatrucia zależne od organizmu? (czynniki wewnątrzustrojowe):
Cechy indywidualne
Cechy rasowe i gatunkowe u zwierząt;
Wiek (najbardziej w młodym wieku, gdyż intensywna przemiana materiałów budulcowych. Większość trucizn zawiera aminokwasy w swym składzie);
Płeć
Stan fizjologiczny organizmu (szybciej w okresie choroby);
Uprzednio stosowane leki;
Wcześniejsze przedostające się do organizmu trucizny;
Dieta, żywienie (substancje toksyczne w pokarmach; im więcej witaminy E tym można lepiej zapobiegać zatruciom.)
Jak reaguje organizm na truciznę? Względna wrażliwość różnych gatunków zwierząt na truciznę.
Każdy gatunek reaguje inaczej, we właściwy dla niego sposób;
Odniesiona wrażliwość danego zwierzęcia do człowieka:
Człowiek - 1
Kon i świnia - 0,5
Koza, owca, bydło - 0,3 (żwacz)
Kot i pies - 0,2 (bardzo wysoka zawartość kwasów w przewodzie pokarmowym)
Szczur - 0,1
Im młodszy organizm zwłaszcza noworodki, tym większa przepuszczalność barier tkankowych (krew-mózg). U noworodków zatrucie najpierw następuje w mózgu. Tam jest wyższe stężenie leków, gdyż u płodów i noworodków zdolność białek krwi do wiązania leków i trucizn jest mniejsza. Salicylany, metyloksantyny maja zdolność wypierającą bilirubinę z połączeń białkowych. Bilirubina krążąc, jako wolna sprzęga się z kwasem glukuronowym i stwarza to ryzyko uszkodzenia mózgu przez bilirubinę.
Leki i trucizny sa u nich wolniej wydalane niż u dorosłych. System dokanalikowy w nerkach nie jest w pełni wykształcony. Erytrocyty szybko ulęgają hemolizie na skutek działania sulfonamidów, azotynów, rezorcyny, niż krwinki dorosłych.
U noworodków układ regulacyjny jest chwiejny. Bardzo reaguje na leki hormonalne. Niedoczynność nadnerczy u dzieci -> stosowanie hormonów (w tym połciowych) -> prowadza do zahamowania rozwoju szkieletowego (karłowatość).
Organizmy młode szybciej reagują na truciznę, bo zawierają więcej wody -> szybsza dystrybucja ksenobiotyku.
Dlatego nie można porównywać ciężaru dziecka do osoby dorosłej.
CZYNNIK ŻYWIENIOWY
Stan wypełnienia przewodu pokarmowego ma wpływ na trucizny. Wypełniony ogranicza wchłanianie trucizn. Podczas głodzenia organizmu zmniejsza się zawartość glikogenu w wątrobie -> wyższa wrażliwość na truciznę -> mniejsza aktywność enzymów -> brak metabolizacji ksenobiotyku. Konieczna jest zróżnicowana dieta.
Brak węglowodanów - aspiryna wywołuje nisze wrzodowe; aspiryna, salicylany zawsze + cukier!
Dieta niskobiałkowa - zwiększenie toksyczności pestycydów na warzywach, owocach.
Niedobór witaminy C - toksyczność wielu związków. Brak witaminy C -> synteza nitrozo amin. Powstają w wysokiej temperaturze przy dużej ilości azotynów, np. palenie papierosów.
CZYNNIKI ŚRODOWISKA ZEWNĘTRZNEGO
Temperatura, ciśnienie atmosferyczne, radiacja.
Kumulacja trucizny uzależniona jest od temperatury ciała i otoczenia. Temperatura wpływa na receptor (enzym). Wchłanianie trucizn do organizmy ma wpływ na procesy termoregulacyjne (ciepłotę). Obniżenie temperatury - wydłużenie czasu reakcji na truciznę.
Działanie zimnem zwiększa toksyczność - nikotyny, strychniny, atropiny.
TESTY TOKSYKOLOGICZNE DO OCENY
Testy toksyczności służą do:
Atestacji związków chemicznych i wyrobów handlowych;
Wyznaczenia dopuszczalnego ładunków ścieków odprowadzanych do wód oraz wyznaczeniu stężeń związków chemicznych;
Określeniu wskaźników, jakości wód
Oceny, jakości wody przeznaczonej do picia i na potrzeby gospodarcze;
Wyboru sposobów chemicznych podczyszczania ścieków odprowadzanych do kanalizacji miejskiej;
Oceny przebiegu procesów oczyszczania ścieków;
LC50 - lethal concentration
EC50 - effective concentration
Wśród testów można wyróżnić ostre trwające do 96h oraz testy chroniczne, długotrwałe obecnie często zastępowane badaniami z użyciem młodocianych form bezkręgowców i ryb. W konwencjonalnych testach chronicznych ocenia się głównie aktywność pokarmową i rozrodcza. Dobór organizmów testowych wynika z roli, którą pełnią w ekosystemie i z ich wrażliwością na badane związki chemiczne. Zastosowane organizmy to: producenci, konsumenci i destruenci.
Najczęściej wykorzystywane w testach są:
Bakterie: Pseudomonas, Escherichia, Salmonella, Bacillus, Vibrio;
Grzyby: Candida, Saccharomyces, Penicillium, Aspergillus;
Glony: Chlorelle, Scenedesmus, Selenastrum,;
Pierwotniaki: Spirostomum, Vorticella, Paramaecium;
Wrotki: Brachiomus;
Skorupiaki: Daphnia, Gammarus, Artemia, Mysis, Asellus, Hyacella;
Owady: Ephemerella, Hydropsyche, Chironomus;
Mięczaki: Physa acuta, Planorbarius coernus, Dreissena polymorpha;
Ryby: Lebistes reticulatus, Brachydanio verio i inne 150 gat.
Testy toksyczności można podzielić na 5 grup w zależności od kryterium oceny:
Testy przeżywalności, - jako kryterium przyjmuje się śmierć stosowanych bioindykatorów po określonym czasie ekspozycji. Wynik pomiarów stanowi LC50.
Testy wzrostowe - określa się hamowanie wzrostu mikroorganizmów na podłożach z dodatkiem substancji toksycznych. Jako wynik podaje się EC50.
Testy enzymatyczne - kryterium oceny szkodliwości stanowi hamowanie aktywności określonego enzymu podczas zachodzącej reakcji biochemiczne u bioindykatorów. Wynik to EC50.
Testy genotoksyczności - ocena oddziaływania związków toksycznych na zmiany w kwasach nukleinowych. Stosowane są mutanty bakterii pozbawione określonej cechy, np. zdolności do syntezy wybranego enzymu.
Testy kumulacji - ocena stopnia nagromadzenia związków toksycznych w tkankach i organach bioindykatorów. Wynik pomiarów stanowi współczynnik biokoncentracji i biokumulacji po określonym czasie ekspozycji.
Test MTT - służy do szybkiej ilościowej oceny próby. Brak informacji o rodzaju mikotoksyn, lecz o skutkach ich działania.
Test BRT - do wykrywania substancji hamujących i medycznych pozostałości w mleku i produktach mlecznych. Pozytywny: ciemnoniebieski. Negatywny: pomarańczowy. Kolor pośredni: podejrzane próby, Konieczne powtórzenie testu.
Zalety stosowania modeli komórkowych w badaniach toksykologicznych:
Łatwość badania procesów komórkowych i molekularnych;
Szybka i dokładna identyfikacja uszkodzenia komórek;
Możliwość pracy na komórkach ludzkich;
Badanie odwracalności cytotoksycznego działania;
Powtarzalność badań;
Możliwość stosowania niewielkich ilości badanych substancji;
Możliwość uzyskania takiej liczny prób, która zapewnia statystyczna istotność różnic;
Prosta technika badań;
Badania In vitro sa mniej kosztowne i wymagają mniej czasu niż In vivo;
Możliwość ograniczenia badań na zwierzętach;
Wady modeli In vitro w toksykologii:
System In vitro jest zbyt uproszczony w porównaniu ze złożonością organizmu;
Niemożliwość prowadzenia systemowych badań In vivo;
Ograniczenie możliwości badania wielu toksycznych mechanizmów w 1 próbie;
Prawdopodobieństwo stosowania ostrych nie chronicznych dawek
Trudności w wyborze odpowiednich dawek
Fizykochemiczne właściwości badanych substancji są problemem w wyborze sposobu ekspozycji;
Trudności z korelowaniem uzyskanych wyników In vitro z sytuacja In vivo zarówno ze względu na warunki badań jak i rezultaty.
Mechanizm metabolizmu substancji toksycznych (ochrona organizmu przed zatruciem):
Eliminacja trucizn w stanie niezmienionym (powietrze wydychane, mocz, kał, wymiociny, z mlekiem);
Poprzez modyfikacje budowy chemicznej trucizny- trucizna staje się bardziej rozpuszczalna w wodzie, dzięki czemu jest łatwiej wydalana z moczem przez nerki.
Modyfikacja prowadząca do zmniejszenia toksyczności ze zmianą parametrów toksykokinetycznych.
Inne procesy, np. odporność immunologiczna, tolerancja organizmu.
Cztery podstawowe procesy metabolizmu trucizn w organizmie zachodzące w rozpuszczalnej frakcji hepatocytów:
Hydroliza
Utlenianie
Redukcja
Koniugacja
Wydalanie trucizn:
Najwięcej z moczem;
Wydalanie z żółcią z wątroby duże przy zatruciu DDT i ołowiem;
Przez płuca - gazy toksyczne;
Z potem, łojem, łzami i śliną;
Z mlekiem - głownie chemioterapeutyki, lekarstwa;
Z kałem.
Tempo eliminacji trucizn, tzw. Stała eliminacji. Odsetek zmniejszania się stężenia trucizny w jednostce czasu. Może odnosić się do krwi, lub do całego organizmu.
Okres połowicznej eliminacji trucizny - okres, w którym stężenie zmniejsza się do połowy wartości wyjściowej. Ważny przy eliminacji trucizny. Można obserwować los trucizny, leków w organizmie.
TEST MTT
Metoda służąca do szybkiej, ilościowej oceny próby - biologiczna metoda przesiewowa, screening. Nie daje informacji o rodzaju występującej trucizny/mikotoksyny, ale o skutkach biologicznych w postaci cytotoksyczności. MTT ilościowy, kolorymetryczny test. Przekształcenie żółtej soli tetrazoliowej (MTT) do fioletowego, nierozpuszczalnego w wodzie formazanu. Reakcja ta zachodzi w mitochondriach żywych komórek. Redukcja ta zachodzi proporcjonalnie do ilości żywych komórek. W komórkach uszkodzonych / zniszczonych reakcja jest mniej intensywna lub w ogóle nie zachodzi. Test wykorzystywany jest w medycynie, toksykologii. Do testu stosowane są komórki psie, nerek świńskich, mysie (nerki, wątroba). Komórki nerek świńskich są najbardziej czułe na mikotoksyny.
Analiza próby materiałów budowlanych: [próba i kontrola]:
- przygotowanie ekstraktów
- przygotowanie rozcieńczeń (1:2) i przeniesienie na płytkę testową
- analiza wyników: porównanie próby z kontrolą.
Wykonanie MTT:
Hodowla komórek SK;
Przygotowanie próbki wstępnego rozcieńczenia i przenoszenie kolejnych rozcieńczeń ekstraktów na płytkę MTT;
Inkubacja płytek MTT (48h);
Dodanie MTT;
Inkubacja płytek MTT (4h);
Oznaczenie cytotoksyczności, czytnik ELISA, spektrofotometr mikropłytkowy.
Hodowle komórkowe:
SK - świńskie nerki. Kultury stacjonarne, monolayer.
MEM + antybiotyki + FCS
Inkubator CO2 [5% CO2, temperatura 37 stopni C, 98% wilgotność];
Ocena płytki:
Studzienki do kontroli: ciemnofioletowe 100% aktywność podziałowa. Studzienki ze skażoną próbą sa odbarwione lub barwa ich jest mniej intensywna.
Analiza wyników:
Wartości absorpcji poniżej 50% aktywności podziałowej uznaje się za toksyczne. Na podstawie stopnia rozcieńczenia oznacza się graniczne stężenie toksyczne tzn. najmniejszą testowana próbę w µg/ml [mg/ml], która spowodowała toksyczne działanie na komórki.
IC50 to najniższe stężenie toksyny w µg/ml [mg/ml], które powoduje zahamowanie podziałów komórkowych (śmierć) w 50%.
PremiTest
Mikrobiologiczne diagnostyczne narzędzie testowe do wykrywania antybakteryjnych substancji w próbach. Organizmem testowym jest Bacillus stearothermophillus var. Candidolactis. Mikroorganizm ten jest bardzo wrażliwy na dużą liczbę antybiotyków i siarkowe pozostałości. Określona liczba bakterii nanoszona już w agarze ze składnikami do wzrostu i antyfioletem.
Test służy do wykrywania pozostałości antybiotyków w mięsie, nerkach, rybach, jajkach.
Wynik pozytywny (obecność antybiotyków w próbie) - brak wzrostu bakterii (brak zmiany barwy).
Wynik negatywny - wzrost bakterii (zmiana barwy).
DIAGNOSTYKA ZATRUĆ
Określenie czy wystąpiło zatrucie?
Jaki czynnik je wywołał?
Wytyczenie postępowania leczniczego.
Objawy kliniczne / wywiad (zatrucia droga oralną czy dermalną)
Ustalenie warunków środowiskowych: analiza zmian otoczenia denata / poszkodowanego.
Czy trucizna była dostępna (niezabezpieczona). Sprawdzenie szczelności gazu. Stosowane farby, środki deratyzacyjne, dezynfekcyjne. Pokarmy spożyte przez zatrutego - zabezpieczenie próbek pokarmu (ewent. Wymiocin) z ostatniej doby.
Szczegółowy opis zdarzenia. Stosowane przez zatrutego leki. Stosowanie pestycydów w okolicy, gdyż już nanocząsteczki mogą powodować alergię.
Zmiany anatomopatologiczne. Przy zatruciu brak zmian widocznych. Konieczność wykonania sekcji. Pobranie materiału.
Badanie histopatologiczne.
Krezka - jest to sieć naczyń otaczająca jamę brzuszną. Barwa, przebarwienia, wybroczyny. Przy zatruciach: wylewy, wybroczyny, zmiany barwy, żółtaczka. Barwa wiśniowa/różowa -> zatrucie CO, cyjankiem. Barwa ciemnobrązowa -> azotyny, azotany, chlorany.
Zapach - zwłaszcza po otwarciu żołądka.
Przecięcie dwunastnicy, jelita cienkiego; stan zapalny błony śluzowej, lekkie nadżerki.
Uszkodzenie nerek -> bladość i cętki.
Uszkodzenie wątroby -> bladość.
Mięsnie - zwłaszcza piersiowy, udźca. Wybroczyny, zmiana barwy.
Badania histopatologiczne nie dają 100% pewności. Konieczna jest analiza instrumentalna. Końcowym etapem są badania laboratoryjne. Analizowane są: części organów, tkanek (krew, wątroba), treść żołądka, nerki. Dodatkowo analiza pokarmu, paszy.
LECZENIE ZATRUĆ
Wywołanie wymiotów
Płukanie żołądka
Przeczyszczenie jelitowe
Siłowe usunięcie treści ( u przeżuwaczy ze żwacza; trokowanie żwacza - odprowadzanie gazów, głównie metanu)
Podanie odtrutki adsorbującej truciznę (węgiel, krzemionka, włókno).
Jeżeli trucizna trafiła już do organizmu należy przyspieszyć jej wydalenie poprzez:
Dializę
Transfuzje krwi
Zwiększenie diurezy
Dostosowanie pH moczu do charakteru fizykochemicznego trucizny
Stosowanie drogą pokarmową / iniekcyjną substancji pozwalających na wydalenie z organizmu trucizny.
Zatrucie grzybami (muchomor) ->> podanie oczyszczonej symilaryny tzw. Sylibiny, która max zwiększa wydzielanie żółci.
Ponadto w przypadku zatruć należy:
Zabezpieczyć prawidłowe działanie układów oddechowego i krążenia;
Utrzymać równowagę wodno-elektrolitową (płyn fizjologiczny)
Utrzymać równowagę kwasowo-zasadową
Obserwować CUN
Max chronić wątrobę
Każde zatrucie to stres. Podanie sterydów by uniknąć reakcji alergicznych (uduszenia).
Przy zatruciach często występuje obrzęk mózgu i płuc. Podawanie doustne glukozy (roztwór hipertoniczny; glukonian wapnia).
Unikanie zapaści. Zapaść - zanik napięcia naczyń obwodowych.