Toxikologie Toxikologie •věda, která se zabývá studiem nepříznivých účinků chemických, fyzikálních a biologických agens na živé organismy a ekosystémy včetně prevence a léčby těchto nepříznivých účinků. (Society of Toxicology) • JED •Paracelsus : „Všechny substance jsou jedy, neexistuje žádná, která by jím nemohla být. Pouze dávka odlišuje jed od látky neškodné nebo léku.“ •Jed =Toxin: jakákoliv substance, která i v malém množství nebo nízké koncentraci, po jednorázovém nebo opakovaném podání, způsobí poškození nebo smrt organismu •Toxický = nežádoucí, nepříznivý •Toxicita je podmíněna: •Koncentrací – dávkou •Komplexací (formou jedu) – nerozpustné látky se nevstřebávájí, tedy nejsou toxické; co je rozpustné, může být toxické •Kompeticí (současně podané látky) – soutěž o vazbu na receptor/enzym •Cesta podání (nejrychleji intravenózní a inhalační podání) •Vnímavost organismu VLIV DÁVKY •Velikost dávky podmiňuje účinek VLIV VÍCE DÁVEK •Sleduji vliv zvyšující se koncentrace toxinu na míru výskytu účinku DÁVKY •NOAEL: nejvyšší koncentrace, při které ještě není pozorován toxický účinek •LOAEL: nejnižší koncentrace, kdy už byl pozorován toxický účinek •ADI (= acceptable daily intake): přijatelná denní dávka sloučrniny, která by neměla mít dopad na lidské zdraví •LD: letální = smrtelná dávka • Toxicita a její hodnocení 1.Metody hodnocení vycházející ze známých případů z praxe, z případových studií – není-li možné látku testovat na lidech ani na zvířatech, potom je nutné vypozorovat a odvodit, co nejvíce poznatků z případů otrav 2.Metody předpovědi toxicity jsou založeny na faktu, že chemická struktura látek předurčuje některé jejich vlastnosti – i biologický efekt (metoda QSAR = quantitative structure – Activity relationship) 3.Testy toxicity mohou probíhat na různých úrovních: 1.In vitro – testy na buňkách a tkáních (rychlé, levné, dobře reprodukovatelné, nevypovídají nic o vlivu na orgánové soustavy a organismus) 2.Organismy – bakterie, rostliny, zvířata, lidé (OECD = Organisation for economic Cooperation and development, ISO = international organization for Sandardization) 3.Biocenózy (= všechny organismy v určitém prostoru): velká časová a finanční náročnost, nejlepší popis vlivu na prostředí Toxicita – podle délky působení 1.Akutní: účinky se dostaví během 24 hodin po vystavení toxinu 2.Subchronická: kumulativní účinek, kdy toxin působil na organismus po delší dobu (měsíce až rok) 3.Chronická: nepříznivý účinek se vyskytuje po delší dobu expozice toxinu Toxikologie – rozčlenění •Klinická toxikologie – prevence, diagnóza, léčba otrav •Forenzní toxikologie – toxikologická analýza vzorků pro právní účely •Toxikologie potravin – analýza toxických látek v potravinách a jejich vliv/působení •Pracovní toxikologie – BOZP •Enviromentální toxikologie – vliv škodlivých látek na životní prostředí Disciplíny obecné toxikologie 1.Toxikokinetika = osud jedu v organismu •Přijetí - absorpce – transport – distribuce – biotransformace - exkrece 2.Toxikodynamika = mechanismus působení jedu na organismus •Specifický vs. nespecifický účinek • Klasifikace toxikologických sloučenin A.Podle cílového orgánu B.Podle způsobu účinku C.Podle způsobu použití či běžného místa výskytu (např. mykotoxiny, pesticidy, …) D.Podle chemické struktury (např. organofosfáty, kyseliny, …) Ad a) Podle cílového orgánu 1. Hematotoxicita •a) látky vázající se na Hb a tím blokující přenos kyslíku •Karbonylhemoglobin (COHb) – reverzibilní vazba, terapie: podávání kyslíku, hyperbarická oxygenoterapie •Methemoglobin (MetHb) – způsobeno látkami oxidujícími Fe 2+ na 3+ (dusitany, anilinová barviva, sulfonamidy); terapie: methylenová modř •Kyanhemoglobin (HbCN) – způsobeno kyanidy a kyanovodíkem, které působí i na cytochromy dýchacího řetězce; zásatava tkáňového dýchání, rychlé úmrtí; antidotum: Cyanokit = hydroxokobalamin •Sulfhemoglobin (SulfHb) – způsobeno sulfanem; terapie: 100% kyslík inhalačně • b)předávkování warfarinem, kdy dojde k inhibici tvorby faktorů srážlivost; terapie: podání vitaminu K c)léky potlačující funkci kostní dřeně: např. methyldopa, allopurinol Ad a) Podle cílového orgánu 1. Hematotoxicita Ad a) Podle cílového orgánu 2. Hepatotoxicita a)Ethanol •rychlost intoxikace závisí na obsahu žaludku, rychlosti požití alkoholu, složení potravy, rychlosti vyprazdňování GIT •z 90% je etanol z organismu vylučován metabolickými procesy, jen z 10% pak dechem, potem či močí •metabolická eliminace je závislá na účinnosti jaterního enzymu alkoholdehydrogenázy (etanol oxidován na etanal) – konečnými produkty jsou oxid uhličitý a voda •chronické požívání alkoholu může vést k steatóze až cirhóze jater (bývá zvýšená GMT a podíl bezsacharidového transferinu (CDT), který slouží k monitorování dlouhodobého zneužívání alkoholu •při velkém množství požitého etanolu, etanol působí na CNS, vyvolává metabolickou acidózu, hypoglykémii, hyperurikémii, vzestup ALT a výrazný nárůst osmolality (LD: 5-8g/kg hmotnosti) Ad a) Podle cílového orgánu 3. Nefrotoxicita a)Kovy Cd, Hg, Pb - poškození buněk tubulu ledvin – tubulární nekróza b)Aminoglykosidy c)Cisplatina Ad a) Podle cílového orgánu 4. Neurotoxicita a)Organofosfáty - inhibice působení acetylcholinesterázy, porušení vedení nervového vzruchu - parathion, methylthion, bojové plyny: sarin, tabun) - terapie: atropin + oximové sloučeniny b)Botulin - inhibice uvolnění acetylcholinu (neurotransmitér) c)Tetradotoxin - inhibice Na+ kanálů Ad a) Podle cílového orgánu 5. Pulmonotoxicita a)Azbest, hliníkový prach b)Amoniak c)Chlór d)Kouření Ad a) Podle cílového orgánu 6. Imunotoxicita •Látky vyvolávající alergickou reakci • okamžitá reakce (atopie; př. včelí bodnutí) • tvorba nových antigenů • hromadění komplexů antigen-protilátka v tkáních • aktivace makrofágů aktivovanými T-lymfocyty (kontaktní alergická dermatitida – opakované vystavení dané látce) Ad b) Podle způsobu účinku 1.Obecně působící: ovlivňují metabolické pochody 2.Karcinogeny 3.Mutageny 4.Teratogeny 5.Narkotické jedy 6.Alergeny Toxikologické laboratorní vyšetření ü poskytuje důkaz či vyloučení přítomnosti jedů ü vyžaduje znalosti o osudu látky v organizmu ü vyžaduje vhodnou volbu biologického materiálu a izolačního postupu ü Možnosti izolace jedů: ü těkavé látky – destilace ü léčiva, drogy – extrakce ü anorganické látky – kovy – mineralizace, ionty – iontoměniče ü rostliny, houby – mikroskopické vyšetření Biologický materiál používaný v toxikologii okrev/sérum – přímý vztah mezi tíží otravy a koncentrací jedu v krvi; je nutné použít velmi citlivé metody (nízké koncentrace jedů v krvi) omoč – není problém získat velké množství, jed je zde ve vyšší koncentraci (i když záleží na zahuštění moči, může se tady najít nejen jed, ale i jeho různé metabolity ožaludeční obsah – zvratky, prvá porce výplachu žaludku; význam má pouze pro identifikaci druhu jedu, nelze usuzovat na stupeň otravy Biologický materiál používaný v toxikologii odech – obsahuje těkavé látky – alkohol, oxid uhelnatý, chlorované uhlovodíky; rychlý průkaz těchto jedů osliny – existují testy, které ze slin dokáží prokázat některé drogy ovlasy, nehty – kumulují se zde např. těžké kovy; dají se zde prokázat drogy (např. mamarihuana) – podle rychlosti odrostu, je možné odhadnout dobu, kdy došlo k intoxikaci otkáně – až post mortem, průkaz jedu ozbytky potravin – při podezření na otravu z potravin Biologický materiál používaný v toxikologii ·volba biologického materiálu závisí na mnoha faktorech – známý/neznámý jed, doba od předpokládané otravy, druh jedu a jeho biologický poločas, způsob vylučování z organismu ·při neznámé látce je vhodné odebrat co nejširší spektrum materiálu ·podle času od otravy: bezprostřední = vydechovaný vzduch; několik hodin = krev, sérum, žaludeční obsah; více hodin až dny = krev, moč; měsíc až roky = vlasy (1cm = asi měsíc); půl roku a víc = nehty Testování léčiv a drog v biologickém materiálu krev, sérum moč sliny vlasy Odběr vzorku Invazivní neinvazivní neinvazivní neinvazivní Množství vzorku Krev: 10ml Sérum: 2 ml > 50 ml 1 - 5 ml 50 – 300 mg Koncentrace látek nízká vyšší metabolity nízká nízká Detekční okno min. – hod. hodiny, dny min. – hod. měsíce Co se stanovuje – detekuje? ·Samotný jed – např. olovo v krvi, arsen ve vlasech, … ·Metabolity jedu – nejčastěji je stanovujeme v moči (za detoxikaci v organismu jsou zodpovědná játra – kde jsou cizorodé látky (tedy i jedy) metabolizovány – v některých případech může být požitá látka neškodná a jedem je až její metabolit •Látky, jejichž koncentrace se mění v souvislosti s otravou – otrava organofosfáty vede ke snížení aktivity choliesterázy Systematická toxikologická analýza (STA) 3 fáze toxikologické analýzy neznámých nox 1. screening = záchyt = detekce 2. identifikace chemického individua 3. stanovení = kvantifikace známé látky Systém logicky na sebe navazujících analytických postupů průkaz Detekce/stanovení toxických látek 1.Chromatografické metody a.Chromatografie na tenké vrstvě (TLC) b.Plynová chromatografie (GC) c.Vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC) ·Používají se v kombinaci s vhodným detektorem GC a HPLC se kombinují s hmotnostní spektroskopií (MS) Detekce/stanovení toxických látek 2.Imunochemické metody ·umožňují kvantifikaci konkrétního jedu v biologickém materiálu bez předchozí úpravy vzorků ·vysoce citlivé metody – jsou schopné stanovit i velmi nízké koncentrace (ng až pg) ·relativně rychlé, dají se automatizovat ·nevýhodou je dost vysoká cena • Detekce/stanovení toxických látek 3.Tandemová hmotnostní spektroskopie ·Spojení dvou hmotnostních spektroskopií v tandemu za sebou ·Vysoká pořizovací cena – velmi náročné na provoz (nutno dodržovat určité podmínky, přístroje jsou velmi citlivé) ·umožňuje stanovit velmi široké spektrum látek • Otravy vybranými anorganickými a organickými látkami Amoniak •bezbarvý, vysoce dráždivý plyn s nepříjemným a pronikavým zápachem; při vyšších teplotách vznětlivý a hořlavý •snadno rozpustný ve vodě •NH3 se vyskytuje ve dvou formách: neionizovaný (NH3 – toxický) a ionizovaný NH4+ (netoxický) •Klinické příznaky: -Rapidní iritace sliznic (oka a nosu); při kožním kontaktu – poleptání -Iritace krku a dýchacích cest = laryngospasmus a edém -Při požití – pálení, bolesti GIT, zvracení, perforace žaludku a jícnu •Terapie: •Při inhalačním příjmu – čerstvý vzduch, kyslík, inhalace aerosolu 1% prokainu s 2% kyselinou citronovou •Při per orálním příjmu – neutralizace žaludku 1-2% roztokem kyseliny octové • Oxid uhličitý •běžná koncentrace v ovzduší je 0,03% •těžší než vzduch, kumuluje se dole; bezbarvý a bez zápachu •v krvi putuje buď rozpuštěný, nebo navázaný na hemoglobin – tvorba karbaminohemoglobinu, který nepřenáší kyslík •koncentrace kolem 5% - narkotický účinek, tachypnoe, zvýšení TK, snížení tělesné teploty •koncentrace přes 20% - rychlá apnoe a smrt •Terapie: inhalace kyslíku, centrální analeptika (=léky povzbuzující vitální funkce, zejména činnost mozku) • • Polychlorované bifenyly (PCB) •synteticky připravené látky s výbornými fyzikálně-chemickými vlastnosti, které vedly k jejich rozsáhlému používání (teplonosná media, plastifikátory při výrobě barev a laků, …). •když vyplynulo, že PCB jsou nebezpečné – omezení a později zastavení a zákaz výroby a použití (POPs, Stockholmská úmluva). •silně lipofilní látky •mají imuntoxické a imunosupresivní účinky, poškozují kůži, narušují činnost štítné žlázy, suspektní karcinogeny Toxiny sinic = Cyanotoxiny •produkované cyanobakteriemi = sinicemi (tvoří na vodní hladině tzv. vodní květ) •uvolňují se po smrti buněk sinic, při masivním úhynu sinic nejsou rozloženy vodními bakteriemi a způsobí poškození: •dermatotoxické, embryotoxické a imunotoxické působení •Neurotoxické (anatoxin – efekt podobný organofosfátům) •Hepatotoxické – microcystin + nodularin – narušují fosforylaci proteinů Ftaláty •Používají se při výrobě PVC, laků, barviv atd. •snadno se uvolňují př. z hraček nebo obalů potravin, hlavně při vyšších teplotách •mají xenoestrogenní (= napodobují estrogen) účinek a jsou karcinogenní, deponují se ve vodním prostředí a potravním řetězci •absorbují se orálně i přes kůži •degradace v organismu – žádná oxidace/redukce, pouze konjugace •Akutní toxicita: únava, rozmazané vidění, slzení •Chronická toxicita: poškození jater, ledvin, zvýšená pigmentace, poruchy plodnosti, riziko alergií Methanol -bezbarvá tekutina -používá se jako rozpouštědlo, nemrznoucí kapalina, palivo, uvolňuje se z náhradního sladidla aspartamu -přeměňován na formaldehyd a kyselinu mravenčí – alkoholdehydrogenázou a aldehyddehydrogenázou. Metanol sám není toxický, jeho produkty ano. •Formaldehyd: váže se na Fe3+ v oxidačních enzymech neuronů a poškozuje je •Kys. Mravenčí: degradována na CO2 a H2O, tento proces je pomalý a potřebuje jako kofaktor kyselinu listovou - kumulace kys. mravenčí způsobuje acidózu •Terapie: infuze etanolu – kompetice dvou substrátů o enzym, metanol může být vyloučen v nezměněné formě. Také lze použít 4-methylpyrazol (fomepizol) – inhibitor alkoholdehydrogenázy. • Ethylenglykol •- Rychle se absorbuje i metabolizuje = akutní otravy •Otrava probíhá ve 3 stádiích: •Stádium 1: neurologické příznaky, nevolnost, zmatení – vznikají metabolity glykolaldehyd, glykolová a glyoxalová kyselina •Stádium 2: je výsledkem kumulace těchto, hl. kyselých, metabolitů - tachykardie, hypertenze, hyperventilace a metabolická acidóza •Stádium 3: selhání ledvin v důsledku nahromadění koncového metabolitu kys. šťavelové – poškození ledvin a často smrt na renální selhání •Terapie: infuze etanolu nebo fomepizol •