TOKSIKOLOGIJATOKSIKOLOGIJA --osnovni principiosnovni principi--

Katarina Katarina ČČerneerne

Farmakologija z eksperimentalno toksikologijo, predavanje 6. maj 2009

VSEBINAVSEBINA

•

Definicije•

Področja toksikologije

•

Vrste toksičnih snovi•

Izpostavljenosti (pot vnosa, trajanje, frekvenca)

•

Vrste škodljivih učinkov-

alergične reakcije, idiosinkrazija

-

takojšnji vs. zakasneli-

reverzibilni vs. ireverzibilni

-

lokalni vs. sistemski•

Odnos med odmerkom in učinkom:LD50

,TD50

, NO(A)EL, LO(A)EL•

Učinki neodvisni od odmerka

VSEBINAVSEBINA

•

Deskriptivna toksikologija-

Mednarodno usklajeno testiranje

toksičnosti-

Genotoksičnost

in mutagenost

-

Kancerogenost-

Reprodukcijska toksičnost

•

Klinična toksikologija-

Najpogostejši vzroki zastrupitev v RS

•

Določevanje mejnih vrednosti ADI, TDI, ARf, AOEL

•

Literatura

TOKSIKOLOGIJA TOKSIKOLOGIJA ––

IZVOR BESEDEIZVOR BESEDE

•

toxicon

–

(grš.)

=

strup, ki ga uporabimo na puščici

•

Homer (850 pr.n.š.) je v svojih epskih pesnitvah Odesiji

in Iliadi omenjal

strupene puščice.

TOKSIKOLOGIJA TOKSIKOLOGIJA ––

DEFINICIJADEFINICIJA

Toksikolgija

je multidisciplinarna

veda, ki preučuje škodljive učinke

kemikalij na biološke sisteme.

ŠŠKODLJIVI UKODLJIVI UČČINKIINKI

So posledica:

1.

vpliva na različne dele posameznih celic

2.

interakcije s fiziološkimi procesi

3.

neposrednega kemičnega delovanja na tkiva

ŠŠKODLJIVI UKODLJIVI UČČINKI INKI --

11

So posledica škodljivega vpliva na različne dele posameznih celic.

Primer: membrana -

lipidna peroksidacija

Inciatorji

so predvsem reaktivne kisikove spojine (ROS).

ŠŠKODLJIVI UKODLJIVI UČČINKI INKI --

22

So posledica škodljive interakcije s fiziološkimi procesi.

Primer: vezava ogljikovega monoksida (CO)

na:

-

hemoglobin,

-

mioglobin,

-

encime dihalne verige.

•

CO je plin brez vonja, ki nastane pri nepopolnem izgorevanju snovi, ki vsebujejo ogljik (požar, izpušni plini, peči).

•

CO je eden najpogostejši vzrokov smrti pri zastrupitvah.

•

Vzrok smrti: možganski edem in zastoj srca ter dihanja zaradi hipoksije

miokarda.

ŠŠKODLJIVI UKODLJIVI UČČINKI INKI --

22

•

CO ima 250-krat večjo afiniteto do hemoglobina kot kisik.

•

Nastali karboksihemoglobin

(HbCO)

zmanša

kapaciteto krvi za prenos

kisika in je glavni vzrok za tkivno hipoksijo.

•

Obenem zavira disociacijo

kisika iz

hemoglobina, kar dodatno poslabša tkivno hipoksijo.

•

CO se veže tudi na mioglobin

in

povzroča mišično nemoč

ter motnje

koordinacije.

•

Pomembna je tudi vezava na encime dihalne verige, ki jih inhibira, kar je neposreden vzrok za tkivno hipoksijo.

ŠŠKODLJIVI UKODLJIVI UČČINKI INKI --

33

So posledica škodljivega vpliva neposrednega kemičnega delovanja na tkiva.

Primer: jedkost

•

Kisline –

koagulacijski

tip nekroze.

•

Baze –

kolikvacijski

tip nekroze.

PODROPODROČČJA TOKSIKOLOGIJEJA TOKSIKOLOGIJE

Različna področja glede na kriterij delitve:•

Mehanicistična toksikologija

•

Deskriptivna toksikologija•

Regulatorna

toksikologija

•

Klinična toksikologija•

Forenzična toksikologija

•

Industrijska ali poklicna toksikologija•

Epidemiološka toksikologija

•

Okoljska toksikologija•

Toksikokinetika

•

Celična in molekularna toksikologija•

Toksikologija ciljnih organov

•

Glede na učinke: mutagenost, kancerogenost, reprodukcijska toksikologija, imunotoksikologija.

•

...

VRSTE TOKSIVRSTE TOKSIČČNIH SNOVINIH SNOVI

•

Strup (odmerek)•

Izvor: naravni

(toksini, težke

kovine, strupeni plini..) vs. antropogeni

•

Uporaba: aditivi, pesticidi, ind. kemikalije…

•

Izpostavljenost: preko okolja (hrana, voda, zrak, tla), poklicna, potrošnika.

•

Razvrščanje nevarnih snovi in pripravkov

•

…….Vse je strup in nič ni neškodljivo,samo odmerek loči zdravilo od strupa.

Paracelsus

RAZVRRAZVRŠŠČČANJE IN ANJE IN OZNAOZNAČČEVANJEEVANJE

GloballyGlobally

HarmonizedHarmonized

SystemSystem

(GHS)(GHS)

1.

eksplozivno2.

vnetljivo

3.

oksidativno

4.

plini pod pritiskom5.

strupeno

6.

jedko7.

dražilno: oči, koža, resp.

8.

kemikalije, ki povzročajopreobčutljivost -

koža

1.

rakotvorno

2.

mutageno

3.

strupeno za razmnoževanje

4.

okolju nevarno5.

nevarno za ozonsko plast

Osnovni principi v toksikologiji so Osnovni principi v toksikologiji so veveččinimainima

enaki kot v farmakologiji, a z enaki kot v farmakologiji, a z

’’’’drugadrugaččnim predznakomnim predznakom’’’’..

TOKSIKOKINETIKA / TOKSIKODINAMIKATOKSIKOKINETIKA / TOKSIKODINAMIKA

TOKSIKOKINETIKA (ADME)

Kaj telo naredi s strupom?

TOKSIKODINAMIKA

Kako strup učinkuje na telo?

Kemikalija ima škodljiv učinek le, če doseže ciljno mesto

v ustrezni koncentraciji

in je trajanje

izpostavljenosti

ustrezno dolgo.

IZPOSTAVLJENOSTIZPOSTAVLJENOST

--

od poti vnosaod poti vnosa

toksitoksiččne ne snovi v telo je odvisen: usnovi v telo je odvisen: uččinek, njegova velikost in inek, njegova velikost in

hitrost odgovora.hitrost odgovora.

intravenozno (i.v.) > inhalatorno

> intraperitonealno (i.p.) > subkutano

(s.c) >

intramuskularno

(i.m.) > intradermalno

> oralno

> dermalno

IZPOSTAVLJENOSTIZPOSTAVLJENOST--

trajanjetrajanje

in frekvencain frekvenca. . UUččinek je po enkratni in ponavljajoinek je po enkratni in ponavljajočči se izpostavljenosti i se izpostavljenosti

lahko razlilahko različčen.en.

izpostavljenost / FREKVENCA

TRAJANJE poskusna živali

TRAJANJE človek (slabše definirano)

akutna

/ enkraten odmerek

do 24 ur enkraten vnos ali epizoda

subakutna

/ponavljajoč

odmerek

do 1 meseca(28 dni)*

subkronična

/ ponavljajoč

odmerek

1 –

3 mesece(90 dni)*

nekaj tednov – nekaj mesecev

kronična /ponavljajoč

odmerek

Skoraj celo življensko

dobo (18/24 mesecev miš/podgana)

nekaj mesecev – nekaj let

*trajanje standardnih testov

IZPOSTAVLJENOSTIZPOSTAVLJENOST: : trajanjetrajanje

in in frekvencafrekvenca. . UUččinek je po enkratni in ponavljajoinek je po enkratni in ponavljajočči se izpostavljenosti i se izpostavljenosti

lahko razlilahko različčen.en.

•

Pogosto so znaki enkratne izpostavljenosti

povsem drugačni (benzen: depresija CŽS)

•

kot znaki kronične

(večkratne) izpostavljenosti

(benzen: levkemija)

IZPOSTAVLJENOSTIZPOSTAVLJENOST: : trajanje trajanje in in frekvencafrekvenca. U. Uččinek je po enkratni in inek je po enkratni in

ponavljajoponavljajočči se izpostavljenosti lahko razlii se izpostavljenosti lahko različčen.en.

VRSTE NEVRSTE NEŽŽELENIH UELENIH UČČINKOV 1INKOV 1

•

alergične reakcije: z imunološkimi mehanizmi posredovana reakcija na neko snov, predpogoj senzitizacijapenicilin

-

anafilaktični

šok; 1 : 50 000

•

idiosinkrazija: reakcija na zdravila kvalitativno nenormalna, običajno škodljiva in se pojavi pri majhnem številu posameznikov že ob prvem dajanju zdravila, genetski faktorji, antimalarik

primakin

-

resna anemija ker zniža

koločino

reduciranega glutationa; pomanjkanje encima glukoza 6-phosphate

dehidrogenaze

G6PD (ta vzdržuje ustrezen nivo reduciranega glutationa

in s tem preprečuje hemolizo); pojavi

se pri 5 -10 % afrokaribskih

moških.

VRSTE NEVRSTE NEŽŽELENIH UELENIH UČČINKOV 2INKOV 2

•

takojšnji vs.

zakasneli

(dietistilbestrol)

dietilstilbestrol: za prevencijo

abortusa; vaginalni rak pri mladih ženah, katerih matere so med nosečnostjo zaradi nevarnosti abortusa jemale dietilstilbestrol

latentna perioda: 20 – 30 let

VRSTE NEVRSTE NEŽŽELENIH UELENIH UČČINKOV 3INKOV 3

•

reverzibilni vs.

ireverzibilni

-

organi, ki se hitro regenerirajo, npr jetra, reagirajo običajno z reverzibilnimi

okvarami;

-

organi, kot so CŽS, pa večinoma z ireverzibilnimi.

Kancerogeni in teratogeni učinki so večinoma nepovratni.

VRSTE NEVRSTE NEŽŽELENIH UELENIH UČČINKOV 4INKOV 4

•

lokalni vs.

sistemskiLokalni učinki nastanejo na mestu prvega kontakta –

vstopni organi

(koža, pljuča, GI

trakt)-

draženje

- jedkost

-

lahko samo lokalni, npr. plin klor se skozi alveole

ne absorbira, toda lokalna okvara

pljučnega tkiva je lahko smrtna;

- lahko samo sistemski: snov se absorbira v sistamski

krvni obtok in deluje toksično na

tarčni organ (ki ni vstopni organ).

VRSTE NEVRSTE NEŽŽELENIH UELENIH UČČINKOV 5INKOV 5

•

Toksikologija tarčnih organov•

Imunotoksičnost

•

Reprodukcijska toksičnost:plodnost, razvojna toksičnost (teratogenost)

•

Genotoksičnost•

Kancerogenost

•

Motnje hormonskega ravnotežja(’’ločeno’’

od reprodukcijske toksičnosti)

ODNOS MED ODMERKOM IN ODNOS MED ODMERKOM IN UUČČINKOMINKOM

Kadar so toksični učinki odvisni od odmerka lahko za toksičnost določimo naslednje vrednosti:

TD50

Toxic Dose

LD50

Lethal Dose

NO(A)EL No Observed

(Adverse) Effect

Level

LO(A)EL Low

Observed

(Adverse) Effect

Level

ODNOS MED ODMERKOM IN ODNOS MED ODMERKOM IN UUČČINKOMINKOM

Kadar so toksični učinki odvisni ododmerka lahko za akutno

toksičnost

določimo naslednje vrednosti:

LD50

= letalni odmerek (zaužitje, dermalno)LC50

= letalni odmerek (inhalacija)

Testiranje na živalih za določanje LD50 zzaužitjem ni več

dovoljeno!!!

LD50

je odmerek [mg/kg telesne teže],ki povzroči smrt pri 50 % izpostavljenih osebkih (živali)

LD LD 5050

ODNOS MED ODMERKOM IN ODNOS MED ODMERKOM IN UUČČINKOMINKOM

•

TI = LD50 /

ED50 Terapevtski indeksuporaben pri predoziranju

•

MV = LD1 /

ED99 Meja varnostiuporabna za oceno varnosti

ED, TD, LDED, TD, LD

ODNOS MED ODMERKOM IN ODNOS MED ODMERKOM IN UUČČINKOMINKOM

Kadar so toksični učinki odvisni od odmerka lahko za toksičnost pri ponovljivih odmerkih določimo:

NOAEL = najvišji testni odmerek pri [mg/kg/dan] katerem nismo opazili

nobenih negativnih učinkov.

LOAEL= najnižji testni odmerek pri katerem [mg/kg/dan] smo opazili negativne učinke.

OBLIKA KRIVULJE ODMEREK OBLIKA KRIVULJE ODMEREK --

UUČČINEKINEK

UUččinki, ki so inki, ki so lahko neodvisnilahko neodvisni

od od odmerka:odmerka:

•

nekateri kancerogeni učinki•

nekateri teratogeni

učinki

•

alergija

Deskriptivna toksikologija Deskriptivna toksikologija ––

testi za testi za preskupreskuššanje toksianje toksiččnostnost

•

Glodalci

so glavni model za človeka.

Slika: piebaldism

-

človek in miš

imata podoben defekt v pigmentaciji

kot rezultat mutacije gena za normalno migracijo melanocitov.

Mednarodno usklajeno testiranje toksiMednarodno usklajeno testiranje toksiččnosti nosti

Za zdravila:ICH: International

Conference

on Harmonisation

of

technical

requirements

for

registration

of pharmaceuticals

for

human use.

•

Evropa (CPMP /EMEA: The

Europian

Agency

for

the Evaluation

of

Medicines

for

Human use)

•

Japonska (MHLW:Ministry

of

Health, Labour

and

Welfare)•

ZDA (FDA: Food

and

Drug Administration)

Za kemikalije in pesticide:OECD: Organisation

for

Economic

Co-operation

and

development.•

Države članice OECD (ZDA –

EPA: Environmental

Protection

Agency, Japonska –

MHLW)

+ GLP za MAD (Mutual

Acceptance

of

Data)

ICH ICH ––

predklinipredkliniččnono

testiranjetestiranje ’’’’SafetySafety

GuidelinesGuidelines’’’’

•

Genotoksičnost•

Kancerogenost

•

Reprodukcijska toksičnost•

Toksikokinetika

in farmakokinetika

•

Toksičnost pri enkratnem odmerku in kronična toksičnost

•

Varnost za biotehnološke proizvode•

Farmakološke študije za varnost

•

Imunotoksikologija

IZPOSTAVLJENOSTIZPOSTAVLJENOST--

trajanjetrajanje

in frekvencain frekvenca. . UUččinek je po enkratni in ponavljajoinek je po enkratni in ponavljajočči se izpostavljenosti i se izpostavljenosti

lahko razlilahko različčen.en.

izpostavljenost / FREKVENCA

TRAJANJE poskusna živali

TRAJANJE človek (slabše definirano)

akutna

/ enkraten odmerek

do 24 ur enkraten vnos ali epizoda

subakutna

/ponavljajoč

odmerek

do 1 meseca(28 dni)*

subkronična

/ ponavljajoč

odmerek

1 –

3 mesece(90 dni)*

nekaj tednov – nekaj mesecev

kronična /ponavljajoč

odmerek

Skoraj celo življensko

dobo (18/24 mesecev miš/podgana)

nekaj mesecev – nekaj let

*trajanje standardnih testov

GenotoksiGenotoksiččnostnost

in mutagenostin mutagenost

Indukcija Intaktna

DNA v

somatski ali spolni celici

Poškodovana DNA

Popravilo DNAInterakcija z mutagenom

Mutacija

gena, kromosoma

Fiksacija s celičnim podvajanjen

Ni učinkaIniciacija

tumorja

teratogenostCelična smrt (apoptoza, nekroza)

KancerogenostKancerogenost

Kdaj testiramo zdravila?-

Če je predvidena klinična uporaba najman

6 mesecev

kontinuirano-

Če rezultati dugih

študij kažejo na kancerogeni potencial

-

QSAR-

Akumulacija izhodne substance ali metabolita

v tkivu

Gre za dolgodobne

študije na miškah (18 mesecev) ali na podganah (24 mesecev).

Kancerogene substance delimo na 2 skupini:1.

Genotoksični

kancerogeni

2.

Epigenetski

kancerogeni

KancerogenostKancerogenost

Spontano pojavljanje tumorjevSpontano pojavljanje tumorjev

Reprodukcijska toksiReprodukcijska toksiččnostnostInformacije o neželenih učinkih na:

Živalska vrsta:

- podgana1.

moško in žensko plodnost

-

kunec (embrio-fetalni

2.

embrionalni razvoj razvoj, segment 2)(= teratogenost)

3.

fetalnem razvoju vključno z učinki na potomce med laktacijo

4.

maternalna

splošna toksičnost

Reprodukcijska toksiReprodukcijska toksiččnostnost

KLINIKLINIČČNA TOKSIKOLOGIJA obravnava NA TOKSIKOLOGIJA obravnava zastrupitve pri ljudeh.zastrupitve pri ljudeh.

•

Z izrazom zastrupitev (intoksikacija)

označujemo nenamerne (akcidentne)

in namerne (suicidne,

homicidne

oziroma kriminalne)

zastrupitve, ne glede na vrsto strupa.

•

Predoziranje

je nenamerna, zmotna prekoračitev terapevtične

doze zdravil s toksikološko simptomatiko.

•

Škodljivi neželeni učinki zdravil

so škodljivi učinki zdravil pri pravilni uporabi

(prava doza, na pravilen način in

upoštevajoč

pravo indikacijo ter vse kontraindikacije).

Najpogostejše snovi pri obravnavanju zastrupitev ali suma nanje

Center

za zastrupitve, Klinični center Ljubljana

24-urno konzultativno

–

informacijsko služba

Zastrupitve po skupinah (prirejeno po Mednarodni klasifikaciji bolezni-10) za leto 2007:

Rang Skupina snovi Št.

1. Neopioidni

analgetiki (skupaj paracetamol, salicilati

drugi nesteroidni

protivnetna zdravila

146

2. Benzodiazepini 138

3. Zaužite gobe 98

4. Droge (heroin, metadon, kokain, kanabinoidi, amfetamin

in derivati) 96

5. Etanol 94

6. Antidepresivi (skupaj MAO, triciklični, SSRI…) 81

7. Antipsihotiki

(fenotiazini, butirofenoni, tioksanteni

idr.) 80

8. Antiepileptiki

in sedativno-hipnotična zdravila 80

9. Pesticidi (skupaj insekticidi, herbicidi idr.) 64

10. Toksični učinek drugih opredeljenih snovi (vse, česar ne znamo klasificirati) 60

11. Jedke snovi 53

12. Mila in detergenti 49

13. Organska topila 38

14. Zaužite rastline (vse razen gob) 37

15. Kardiovaskularna zdravila 30

16. Ogljikov monoksid 17

leto 2007 Rang Snov Št.

1. ETANOL (alkoholne pijače) 94

2. ZOLPIDEM (Sanval) 44

3. DIAZEPAM (Apaurin) 36

4. alprazolam

(Helex) 34

5. paracetamol

(Lekadol,…) 28

5. herbicidi in fungicidi 28

6. kvetiapin

(Sproqueel) 24

6. olanzapin

(Ziprexa) 24

7. citalopram

(Cipramil,…) 23

8. kokain 21

9. heroin 20

9. bromazepam

(Lexaurin,…) 20

9. nafta in bencin 20

10. NaOH 19

11. tramadol

(Tramal) 18

11. kanabis 18

12. ogljikov monoksid 17

12. karbamazepin

(Tegretol) 15

13. risperidon

(Risperdal,…) 14

14. naproksen

(Nalgesi) 13

Rang Snov Št.

15. sertralin

(Zoloft,…) 12

15. metadon 12

16. rodenticidi 11

16. paroksentin

(Paroxat,…) 10

17. plini v požaru 9

17. hipoklorit

(razkužilo) 9

18. diklofenak

(Naklofen) 8

18. zaviralci angiotenzinske

konvertaze

(Enalapril,…)8

18. zaviralci adrenergičnih

receptorjev beta (Propranolol,…)

8

18. venflaksin

(Efectin,…) 8

19. acetilsalicilna kislina (Aspirin)

7

DoloDoloččevanje mejnih vrednosti na osnovi evanje mejnih vrednosti na osnovi toksikolotoksikološških ukih uččinkovinkov

Zaužitje:•

ADI

(acceptable

daily

intake)-

kronično

•

TDI

(tolerable

daily

intake) kontaminanti

-

kronično•

ARf

(acute

reference dose) -

akutno

Delavci:•

AOEL

(acceptable

operator exposure

level)

ADI = dovoljen dnevni vnosADI = dovoljen dnevni vnos

•

ADI = je maksimalna količina snovi izražena na kg telesne teže, kateri je lahko posameznik ali populacija izpostavljena celo življenje brez tveganja (aditivi, FFS, biocidi).

•

[mg/kg*dan]telesna teža odraslega je 60 kg

ADI = NOAEL (za kronično študijo)/ varnostni faktor (100)

LiteraturaLiteratura

•

Seminarji:1.

Neželeni učinki zdravil-farmakovigilanca

2.

Pesticidi3.

Toksikologija težkih kovin

•

Rang and

Dale’S Pharmacology

(Sixth

edition). Rang HP, Dale MM, Ritter

JM, Flower

RJ. Section

1, Section

6

(Individual

variation

and

drug interaction, Harmfull effects

of

drug, Drug discovery

and

development),

neželeni učinki in zastrupitve pri posameznih zdravilih.•

Goodman’s & Gilmans

The

pharmacological

basis

of

therapeutics

(Tenth

edition). Hardman

JG, Limbird

LE. Izbrana poglavja: Anticholinestereza

Agents, Section

XVI

Toxicology: Heavy

metals, Nonmetalic

Environmental toxocants

(Air

polutions, solvents

and

vapours, and

pesticides).•

Casarett

and

Doulll’s Toxicology. Tha

basic

science

of

poisons

(Fifth

edition). Klaasen

CD.