1

Laboratorij za toksikologiju

TOKSIKOLOGIJA HRANE

akad. god. 2010 / 2011

TOKSIKOLOGIJA HRANE

• Predavanja:Dr. sc. Branimir Šimić, red. prof.Dr. sc. Jasna Franekić Čolić red. prof.Dr. sc. Ivana Kmetič, doc.Dr. sc. Ksenija Durgo, doc.

• Seminari i vježbe:Dr. sc. Ivana Kmetič, doc.Dr. sc. Ksenija Durgo, doc.Dipl. inž. Teuta Murati, asistent

2

� Literatura za dopunu znanja:

� Hayes, A.W. (ured.): Principles and Methods of Toxicology. Raven Press, New York (1989).

� Timbrell, J.A.: Introduction to Toxicology, 2. izd., Taylor&Francis, London (1995).

� Timbrell, J.A.: Principles of Biochemical Toxicology,3.izd., Taylor&Francis, London (2000).

� Deshpande, S.S.: Handbook of Food Toxicology, Marcel Dekker, Inc., New York - Basel (2002).

� Hodgson, E. (ured.): A Textbook of Modern Toxicology, 3. izd., Wiley-Interscience, Hoboken, NJ (2004).

� Omaye, S.T.: Food and Nutritional Toxicology, CRC Press, Boca Raton (2004).

Toksikologija

• Toksikologija - znanost koja izučava štetne učinke kemijskih, fizičkih ili bioloških agensa na žive organizme i ekosustav, uključujući prevenciju i

oporavak(SOT - Society of Toxicology, 2010

http://www.toxicology.org/ai/asot/aboutsot.asp)

• Toksičnost - nepovoljan (štetan) završetak niza učinaka potaknutih izlaganjem kemijskom, fizičkom ili biološkom agensu

3

- manifestacije toksičnosti:

�od blagih biokemijskih poremećaja do ozbiljnih oštećenja organa i smrti

�reverzibilne ili ireverzibilne promjene

uključuju:

apsorpciju, transport, biotransformacije u manje toksične ili toksičnije metabolite, interakcije sa staničnim makromolekulama, izlučivanje i dr.

• Obuhvatnost područja toksikologije:- studije temeljnih mehanizama toksičnosti

- testiranja toksičnosti- mjerenja izloženosti

- analize rizika

• ovakav pristup zahtijeva: interdisciplinarnost

� korištenje načela i metoda disciplina kao što su:- molekularna biologija- kemija (analitička, organska, anorganska,

biokemija)- fiziologija- medicina (veterinarska, humana)- matematika i informatika

4

� temeljni ciljevi znanstvenih istraživanja u području toksikologije:

• odrediti toksična svojstva ksenobiotika i steći saznanja o njihovim toksičnim učincima

• istražiti rizik koji ksenobiotici predstavljaju za organizmeu odnosu na koncentracije u kojima su te tvari prisutne:

- u okolišu

- u hranidbenom lancu

• ukazati na potrebu kontrole i zaštite od štetnih utjecajaksenobiotika

�ksenobiotik

- tvar strana biološkom sustavu

- tvar koja ima mali ili nikakav značaj u održavanju normalnih biokemijskih / staničnih funkcija

Povijesni razvoj toksikologije

� empirijska saznanja o otrovnim svojstvima biljaka i životinja

- korištenje otrova u opskrbi hranom, ritualima, ali i u medicinske svrhe (Indijanci, stanovniciAfrike, narodi u Aziji)

� znanja najranijih kultura o lijekovima

i otrovima

�Kina - Pen Ts’ao - najstarije kinesko medicinsko djelo - popis otrovnog i

ljekovitog bilja, kao i antidota:

car Shen Nung (2735 p.n.e.)

- otac kineske medicine

5

�Egipat- Ebersov papirus (1550 p.n.e.)- najveći papirus medicinskog sadržaja (20,23 m dug,

30 cm širok, 110 stranica) - opis: 700 lijekova u 900 pripravaka, otrovi biljnog i mineralnog porijekla, otrovni insekti i životinje

- naziv - njemački egiptolog Georg Moritz Ebers� Indija - Vede - (1550 i 1200 p.n.e.) svete knjige Hindusa

Susruta-Samhita - (100 p.n.e.) farmakopejadrevne Indije

Kalpa Sthana - primarno opisi antidota

� drevna Grčka

� liječnik Hipokrat (400 p.n.e.) - opisi otrova i principa u kliničkoj toksikologiji

� filozof Teofrast (300 p.n.e.) - De Historia Plantarum:

ljekovito i otrovno bilje - počeci botanike

� liječnik i farmakolog Dioskorid (1. st.) - klasifikacija otrova prema biljnim, životinjskim i mineralnim izvorima

6

� pronalaženja “boljih načina” smrti/usmrćenja

�grčki filozof Sokrat (470-399 p.n.e.) - smaknuće ekstraktom kukute(Conium maculatum L.)

�grčki govornik Demosten (385-322 p.n.e.) - otrov skriven u peru

�Kleopatra (69-30 p.n.e.) - eksperimentirala strihninom na zatvorenicima, sama odabrala zmijski otrov

� grčki car Mitridat VI (132-63 p.n.e.)- tražio univerzalni antidot- provodio akutne testove toksičnosti na osobama

osuđenim zbog kriminala

� Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim - Paracelsus (1493-1541)- revolucionaran doprinos za toksikologiju- jasne postavke odnosa doza - odgovor

- “Svaka tvar je otrov; ne postoji niti jedna koja nije otrov. Samo doza čini tvar otrovom ili lijekom.”

- njegove postavke - integralni dio moderne toksikologije:� eksperiment je neophodan u istraživanju

odgovora na kemijsku tvar�nužno je razgraničiti terapeutska i toksična

svojstva kemijskih tvari- ova svojstva ponekad raspoznatljiva samo

po dozi

7

� Percivall Pott (1714-1788), engleski kirurg- prvi dokumentirao 1775. povezanost radne okoline i

pojave kancera (kancerogen iz okoliša)- PAH spojevi - pojava kancera skrotuma u dimnjačara

� Bonavetura Orfila (1787-1853), francuski liječnik španjolskog porijekla- smatra se ocem moderne toksikologije- prvi koristio materijale autopsije i kemijsku analizu u

dokazivanju trovanja (forenzička toksikologija)- kreirao nove i usavršio postojeće metode- prvi znanstvenik koji je sustavno primjenjivao testove

na životinjama- razlučio toksikologiju kao zasebnu disciplinu- autor prve knjige iz toksikologije “Traite des poisons”

(1813) - opisani štetni učinci otrova

� 20 st. - većina značajnih informacija za modernu toksikologiju- 1930. oformljena FDA (Food and Drug Administration)

- regulativa o sastavu i sigurnosti lijekova i namirnica- od kraja II svj. rata - razvoj novih analitičkih metoda- značaj testiranja lijekova - tragedija s talidomidom

(1950-tih godina)- bolest minimata - trovanje s metil živom u ribi (1950. g.)- fokusiranje na testiranje pesticida

(Rachel Carson: Silent Spring, 1962. g.)- Agent Orange - dioksin (TCDD), 1960-tih- 1970. osnovana EPA (Environmental Protection

Agency) zaštita vode tla i zraka- 1980. - International Union of Toxicology (51 suradnih

društava, > 20.000 toksikologa)

8

Toksikologija - znanost

� značaj toksikologije:- zaštita zdravlja i kvalitete okoliša- poznavanje rizika od tvari koje su proizvod našeg

društva� multidisciplinarnost - uz pomoć npr. fiziologije,

patologije, biokemije, analitičke kemije - istražujetoksične utjecaje i ponašanje tvari na razini organizma i organa

� interdisciplinarnost - u objašnjenju mehanizamatoksičnih učinaka na molekularnoj razini - integracija s osnovnim područjima u znanosti (biologija, imunologija, molekularne znanosti, organska kemija…)

� “vertikalna integracija” s temeljnim područjima i“horizontalna integracija” s poljima primijenjenihznanosti

Položaj toksikologije u odnosu na temeljne

znanosti i odgovarajuća polja

9

Discipline u toksikologiji

� deskriptivna toksikologija- identificira moguću akutnu i kroničnu toksičnost, kao npr.

genotoksičnost, reprodukcijsku toksičnost, teratogeni i kancerogeni potencijal testirane tvari

- sakuplja toksikološke informacije iz zapažanja i eksperimenata na životinjama

- postavlja hipoteze za mehanističke studije

� istraživačka ili mehanistička toksikologija- proučava način na koji toksični agens izaziva biokemijske i

fiziološke promjene u stanici ili tkivu, koje za posljedicu imaju štetne učinke

� primijenjena toksikolgija- proučava prisutnost, upotrebu, djelovanje i učinke

ksenobiotika u nelaboratorijskim uvjetima- poddiscipline: klinička i forenzička toksikologija,

toksikologija okoliša, toksikologija hrane ....

Klinička i forenzička toksikologija

� dijagnostika, tretman pri otrovanju� intoksikacije i metode detekcije� povezanost toksikologije, kliničke medicine, biokemije,

farmacije� utvrđivanje odnosa “uzrok-učinak” - između

ekspozicije lijeku ili otrovu i toksičnog ili letalnog učinka tvari

Veterinarska toksikologija

� dijagnostika i tretman otrovanja u životinja� posebna pozornost:

mogući prijenos toksina i patogena na čovjeka putem mesa, mlijeka i drugih namirnica

10

Toksikologija okoliša i ekotoksikologija

� povezuju: znanosti o zdravlju i okolišu, ekologiju,kemiju okoliša

� studij djelovanja štetnih tvari iz okoliša kojima suorganizmi izloženi:- zagađivači vode, hrane, tla, zraka i ambijenta

radnog okoliša- primarno usmjerenje:

• kretanje kemijskih tvari, toksikanata i njihovih metabolita u okolišu i u prehrambenom lancu

• učinci takvih toksikanata na pojedinca i na populaciju

Toksikologija u medicini rada

� profesionalna / industrijska toksikologija

- “Occupational toxicology / Industrial toxicology”

� specifično područje toksikologije okoliša

� razvoj uvjetovan potrebama:

- zaštititi čovjeka na radnom mjestu od otrovnih tvari

- učiniti radni okoliš sigurnim

� svrha:

- spriječiti oštećenja zdravlja osoba na radnom mjestu

11

Toksikologija hrane

� toksikološki aspekti prehrambenih proizvoda i načinaprehrane

� sustavno izučavanje toksina i toksikanata koji se mogu naći u hrani:- tvari prirodnog porijekla kao metabolički produkti

nastali u životinjama i biljkama od kojih je hrana proizvedena i u mikroorganizmima

- biološki i kemijski zagađivači iz zraka, vode i tla

- namjerno u hranu unešeni ksenobiotici (aditivi)

- toksikanti nastali tijekom procesiranja hrane

� kombinacija toksikologije sa znanostima o hrani i prehrani

- određivanje rizika i savjeti društvu

Analitička toksikologija

� identifikacija toksikanata analizom uzoraka iz okoliša, namirnica, tjelesnih tekućina, stomačnog sadržaja, izlučevina, kože itd.

Regulatorna toksikologija

� sakupljanje i obrada postojećih toksikoloških informacija u svrhu utvrđivanja standarda “sigurne”izloženosti temeljeno na koncentracijama

� koristi podatke deskriptivne i mehanističke toksikologije

� odlučivanje da li je rizik koji predstavlja kemikalija dovoljno malen da bi se ona mogla pustiti na tržište

12

Terminologija u toksikologiji

� TOKSIKANT - (OTROV)

- tvar koja je s obzirom na kvalitetu, količinu i koncentraciju strana organizmu, dospjela u organizam na bilo koji način ilije u njemu nastala, te remeti normalneživotne procese i funkcije i izaziva drugaoštećenja, pri čemu ne djeluje mehaničkiniti termički

� TOKSINI - otrovi koje proizvode živi organizmi� često korišten pojam - BIOTOKSINI

- zootoksini - životinjskog porijekla- fitotoksini - biljnog porijekla- bakteriotoksini - nastaju u bakterijama

- endotoksini; npr. Salmonella toksini(toksini nastaju i zadražavaju se u samommikroorganizmu)

- egzotoksini; npr. aflatoksin, botulinumtoksin (izlučuju se iz mikroorganizma)

- mikotoksini - stvaraju ih gljivice

13

� TOKSIKOZE - (INTOKSIKACIJA) oboljenja izazvanatoksikantom (otrovanja)

� TOKSIKO-INFEKCIJE - bolesti izazvaneendotoksinima, koji se oslobađaju u probavnom traktu(npr. uzrokovane Salmonellom)

� TOKSIČNOST

- osobina neke tvari da izazove štetne učinake u organizmu

- nepovoljan (štetan) završetak niza učinaka potaknutih izlaganjem kemijskom, fizičkom ili biološkom agensu

- izazvani učinci - TOKSIČNI UČINCI

� TOKSICITET - relativan pojam- označava “stupanj toksičnosti” neke tvari

u odnosu na drugu� stupnjevanje regulirano zakonskim

propisima (pr. Zakon o otrovima, NN 27/99 i Pravilnik o mjerilima za razvrstavanje otrova u skupine, NN 47/99)

� razvrstanost otrovnih tvari u 3 skupine� toksicitet se isključivo označava s LD50

(količina otrova koja izaziva smrtnost 50% populacije)

14

� LD50 - mg otrova / kg tj.m. (per os za štakora)

1. skupina - vrlo jaki otrov: LD50 do 25 mg/kg

2. skupina - otrov: LD50 25 -200 mg/kg

3. skupina - štetna tvar: LD50 200-2000 mg/kg

� određivanje LD50

- najčešća eksperimentalna životinja: štakor

- jednokratne peroralne doze

- praćenje učinka tijekom 24 sata� LC50 (za ptice i ribe): mg otrova/kg hrane (ptice)

ili mg otrova/L vode (ribe)

� NOAEL (no observed adverse effect level) - najvišadoza koja ne uzrokuje štetan učinak (nikakvaoštećenja)

� NOEL (no observed effect level) - doza koja ne uzrokuje biološki ili statistički značajno povećanjejačine ili frekvencije bilo kojeg učinka

� MTD (minimum toxic dose ili maximum tolerance

dose) - minimalna toksična doza ili maksimalnotolerantna doza

15

Uobičajeni način izražavanja koncentracijatoksične tvari

� koncentracije tvari u:

- hrani

- vodi

- tkivima i tekućinama živih organizama

izražava se u:

ppm (parts per million) mg/kg ili mg/L

ppb (parts per billion) µµµµg/kg ili µµµµg/L

ppt (parts per trillion) ng/kg ili ng/L

koncentracije > ppm - izražavanje u %

Klasifikacija toksičnih tvari

izloženost čovjeka toksičnim tvarima obzirom na njihovu namijenu i uporabu:

� lijekovi

� aditivi hrani

� industrijske kemikalije

� agrokemikalije

� prirodni toksini

� zagađivači okoliša

� otrovi u kućanstvu

16

Lijekovi

� lijekovi u humanoj medicini- tvari visoke aktivnosti u biološkim sustavima -

većina potencijalno toksična- toksičnost najčešće povezana s nepravilnim

doziranjem� lijekovi u veterinarskoj medicini

- čovjek izložen konzumiranjem jestivih dijelova životinja tretiranih lijekovima

� lijekovi i druge tvari kao sredstva zlouporabe- izazivanje ovisnosti; toksična djelovanja- u ovu kategoriju svrstavaju se također

alkohol i aktivne tvari u cigaretama

Aditivi hrani

� ksenobiotici neposredno unošeni hranom u organizam

� korištenje u svrhu održavanja ili poboljšavanjasvojstava proizvoda

� tvari obično niske biološke aktivnosti

� potencijalno toksične tvari kao zagađivači(toksičnost tvari nastalih procesiranjem hrane)

� većina aditiva (prirodnog porijekla ili sintetski):

- u hrani u niskim koncentracijama

- za mnoge nepoznata kronična toksičnost

� svakodnevni unos hranom

17

Industrijske kemikalije

� neposredan rizik na radnom mjestu gdje se proizvodeili koriste

� ogroman broj kemikalija u raznim industrijama

- ekspozicija kontrolirana zakonskim propisima

- kronična i akutna izloženost� odgovorne za zagađenje okoliša

� opasnosti po zdravlje

- produžena izloženost

- nastajanje oštećenja, kancer

Agrokemikalije

� pesticidi (herbicidi, fungicidi, insekticidi, rodenticidi ...)

- toksičnost za ciljne organizme - poželjno svojstvo

�toksičnost za druge organizme mora biti spriječena!

� pesticidi - namjerno raspršivanje u okoliš

- zagađenja preko poljoprivrednih usjeva, pitkih vodaili zraka

� glavni problemi korištenja pesticida:

- izrazita perzistentnost mnogih pesticida u okolišu

- biokoncentracija u lancima prehrane

� umjetna gnojiva

18

Prirodni toksini

� toksične tvari koje proizvode živi organizmi (mnoge biljke i životinje)

� prirodni toksini biljaka, životinja ili bakterija:

- raznolike kemijske strukture

- različiti, mnogobrojni toksični učinci

� intoksikacije:

- najčešće - unosom u organizam putem hrane

- slučajni unos otrova biljaka ili životinjaubodom i ugrizom

Zagađivači okoliša

� glavni izvori zagađenja okoliša:- industrijski procesi- namjerno korištenje ksenobiotika u okolišu

(npr. pesticidi)

� produkti sagorijevanja:- sastojci dima iz tvornica i elektrana- sastojci plinova nastalih sagorjevanjem različitih

goriva

19

zagađivači okoliša

mnoge industrijske kemikalije - potencijalni zagađivači okoliša

�kontakt s hranom tijekom poljoprivredne proizvodnje, procesiranja, pakiranja, skladištenja

�voda - značajno sredstvo prijenosa zagađenja u poljoprivredi, procesiranju i proizvodnji hrane

�hrana porijeklom iz morskih izvora - moguća kontaminiranost namjernim ili ne namjernim zagađenjem rijeka, jezera i mora

izvori zagađivala slučajno dospjelih u hranu

kontaminacija tla i vodenih resursa� teškim metalima �pesticidima� radioizotopima�drugim toksičnim industrijskim

kemikalijama

proizvodni procesi� kontaminanti dospjeli iz ambalaže (monomeri,

polimerni stabilizatori, plastifikatori...)� čestice korištenog pribora

20

izvori zagađivala slučajno dospjelih u hranu

kemikalije primjenjivane na usjevima

� regulatori biljnog rasta

� pesticidi (insekticidi, fungicidi, herbicidi, sredstva protiv klijanja)

kemikalije primjenjivane u stočarstvu i peradarstvuu svrhu očuvanja i poboljšanja zdravlja životinja

� veterinarski lijekovi

� hormoni

� aditivi krmivu

Otrovi u kućanstvu

� tvari različitih kategorija:

pesticidi, lijekovi, otapala, sredstva za čišćenje, deterđenti, sastojci kozmetičkih preparata

� izloženost obično akutna, rjeđe kronična

� toksične tvari u kućanstvu:

- iritansi

- razna oštećenja kože, sluznice i očiju

- izrazita toksičnost pojedinih ksenobiotika (lijekovi, pesticidi)