Základy toxikologie a ekologie

Základy toxikologie a ekologie
Lenka Honetschlägerová
Zuzana Honzajková
Marek Šír
Seznam přednášek
17.9.2015
Úvod, vstup látek do organismu
24.9.2015
Biotransformace a vylučování
1.10.2015
Účinky látek
8.10.2015
Zjišťování toxicity
15.10.2015
Anorganické látky s- a p-prvky
22.10.2015
Anorganické látky d-prvky
29.10.2015
Organické látky
5.11.2015
Látky poškozující životní prostředí
12.11.2015
Bojové otravné látky
19.11.2015
Radioaktivní látky
26.11.2015
Přírodní toxiny
3.12.2015
Návykové látky
10.12.2015
Bezpečnost laboratorní práce a likvidace následků
17.12.2015
Předtermín
Co to je toxikologie?
• Samostatný vědní obor
studující nepříznivé
(toxické) účinky
cizorodých chemických
látek (xenobiotik) nebo
jejich směsí na živé
organismy
Kdy se člověk poprvé setkává s jedy?
• Od samého začátku existence člověka jako
druhu
• „Víno je posměvač, opojný nápoj křikloun; kdo
při nich blouzní ten moudrý není.“ (kniha
Přísloví 20, 1)
Kdy člověk začal jedy využívat?
• V pravěku k boji
• 1500 let před Kristem
informace o opiu,
bolehlavu, olovu, mědi,
antimonu
• Indické védy
pojednávají o otrušíku,
opiu, oměji
• Paracelsus (Philippus
Aureolus Theophrastus
Bombastus von
Hohenheim, 14931548)
“Všechny látky jsou jedy a
závisí jen na dávce, kdy
látka přestává být jedem a
stává se léčivem.“
Příklady smrtelných dávek některých látek (na kilogram živé váhy)
Vitamin C
12000 mg /kg
Ethanol
3000 mg / kg
Sůl
3000 mg / kg
Nikotin
Polonium
Butulotoxin
50 mg / kg
0,00001 mg/kg
0,0000001 mg / kg
Toxikum (jed)
• Látka, která již v malých
množstvích nebo
koncentracích, při jednorázové
nebo opakované expozici,
vyvolá těžké poškození
organismu, nebo vyvolá jeho
zánik
• Ve staré řečtině se výrazem
toxon označoval luk a výrazem
toxicon se označoval šíp – šíp s
otráveným hrotem toxicon
pharmacon
• Šípové jedy: vývar z Tisu
červeného (Taxus Baccata)
nebo Omněje Šalamounku
(Aconitum napellus)
• Xenobiotikum: Odvozeno z řeckého xenos – cizí, bios –
život
• Toxicita: schopnost chemických látek působit na živé
organismy nepříznivě
• Chemická látka vykazující nepříznivé (toxické) účinky je
nazývána toxická látka, toxin, jedovatá látka, jed.
• Chemická látka: chemické prvky (elementy) a
sloučeniny těchto prvků definovaného složení,
respektive jejich směsi.
• Pro právní účely jsou jedy vyjmenovány v Nařízení
vlády 467/2009 Sb., kterým se pro účely trestního
zákoníku stanoví, co se považuje za jedy a jaké je
množství větší než malé u omamných látek,
psychotropních látek, přípravků je obsahujících a jedů
Klasifikace toxikologie
• I. Dělení:
– Deskriptivní, Mechanická, Regulační
• II. Dělení:
– Forenzní, Průmyslová, Klinická, Toxikologie životního
prostředí – ekotoxikologie, Vojenská, Predikční, Toxikologie
psychotropních a omamných látek, Toxikologie potravin a
aditiv, Agrochemická nebo zemědělská toxikologie
• III. Dělení:
– Obecná toxikologie, Speciální toxikologie
Působení jedů
• 2 podmínky:
– Musí dojít ke kontaktu
– Musí být v těle aktivní
• KONTAKT – látka účinkuje přímo nebo po přeměně
(biotransformaci) nebo se uloží či vyloučí
• ÚČINEK = biologická změna, která je projevem
interakce látky s organismem
– nespecifický - vliv obecného chemického působení (př.
žíravina, narkotikum)
– specifický - specifický zásah do biochemického děje
(obvykle spojen se specifickým enzymatickým aparátem)
Faktory ovlivňující toxický účinnek
• Na druhu látky
• Na dávce nebo koncentraci v prostředí, z
něhož látka do organismu vstupuje
• Na cestě, kterou do organismu vstupuje
• Na citlivosti jedince
• Na vstřebatelnosti látky
Toxicita chemických látek závisí jen na její dávce
• Otrava – intoxikace, je poškození organismu v důsledku
působení jedovaté látky
• Letální dávka – smrtelná – odhaduje se výpočtem
koeficientu LD50
• Expozice – působení toxické látky na organismus
– Trvání expozice (doba působení)
•
•
•
•
•
Jednorázová
Opakovaná
Subakutní
Subchronická
Chronická
• Toxikokinetika – zkoumá osud toxické látky v
organismu – popisuje průběh absorpce toxické
látky (vstup), distribuce (rozvod toxické látky do
organismu), biotransformace (přeměna toxické
látky) a exkreci (vyloučení toxické látky nebo
jejích metabolitů z organismu)
• Toxikodynamika - mechanismy a projevy
působení (účinky na buňky, tkáně a organismus) –
sleduje odezvu
Toxikokinetika
• Bariéry: kůže, hematoencefalická bariéra,
placentární bariéra, buněčná membrána
• Vstup: vdechnutí (inhalační), prostup kůží
(transdermální), požití (gastrointestinální), lze
zahrnout i vstupy injekční
• Distribuce: z krve k cílovým orgánům
• Biotransformace: proces chemické přeměny
látek v organismu
• Vylučování
Kůže
Plocha u člověka asi 1,5- 2 m2, hmotnost bez tuku až 3,5
kg, s tukem až 20 kg, z několika vrstev
• pokožka (epidermis) - vrchní vrstva, různě tlustá, staří
lidé a děti tenčí, 5 vrstev, nejsvrchnější rohovatí (buňky
se průběžně plní keratinem) a chrání
• škára (dermis) - pod pokožkou - vazivová vrstva, která
určuje pružnost, mechanickou odolnost a pevnost,
různě silná (oční víčka nejtenčí, paty a dlaně silná), ústí
cévy, nervy, žlázy (potní, mazové), vlasové míšky,
lymfatické cévy a buňky imunitního systému
• podkoží (hypodermis) - vazivo a tuk - chrání už orgány
před mechanickými a teplotními vlivy
http://www.bioderma.com/cz/v-doteku-s-pokozkou/kuze-samostatny-organ.html
Hematoencefalická bariéra
• chrání mozek, lipidoproteinová
bariéra mezi krví a mozkem,
odděluje vnitřní prostředí
buněk mozkového
parenchymu od krve, neurony
(v lidském mozku asi 1011
neuronů, každý 7000
synaptických spojení) a glie
(10krát až 50krát více než
neuronů, spojovací tkáň)
• nepropustná pro hydrofilní
látky, pro vstup potřebných
živin speciální transportní
mechanismy, u novorozenců
prostupnost vyšší
http://fblt.cz/skripta/regulacni-mechanismy-2-nervova-regulace/12-likvor-hematoencefalicka-a-hematolikvorova-bariera/
Placentární bariéra
• bariéra mezi krevním oběhem matky a krevním
oběhem plodu, krev se nemísí, chrání plod před
účinky látek užívaných matkou, ale její propustnost
větší než u hematoencefalické bariéry
• př. pronikají protilátky, léky, i viry (HIV, zarděnky),
metadon ½ koncentrace z matky (rozkládá se v
játrech), ethanol 1:1, ale v plodu působí víc, protože
se rozkládá pomalu, FAS u 30 % dětí alkoholiček,
jinak přirozeně 1 ze 750 novorozeňat tj. 0,13 %
Buněčná membrána
• vrstva bílkovin (polární),
fosfolipidová dvouvrstva
(nepolární), vrstva bílkovin
(polární),
• prostou difúzí ve směru
rozdílu koncentrací pasivně,
procházejí látky lipofilní do
Mr 500 a molekuly s malou
hmotností O2, CO2, i voda,
• proti směru aktivně se
spotřebou energie, i většina
toxických látek
(př.diethylether, benzen,
DDT, barbituráty)
http://psych.lf1.cuni.cz/bp/1.5.htm
Vstup - inhalační
• dýchací soustavou – nosní dutina, hrtan, průdušnice, průdušky,
průdušinky, plicní sklípky (300 až 400 milionů alveolů) – povrch
okolo 80 m2 – místo hlavní výměny plynů mezi krví a okolím
– často nevědomky (plyny bez zápachu)
• projev místní (látky dráždivé) nebo celkový, kdy látka přejde z plic do
krevního oběhu - čas projevu v sekundách, neprochází játry, působí
přímo
• pevné malé částice (<1 m) se dostanou až do plicních sklípků, odkud
buď vydechnuty, nebo pohlceny tzv. prachovými buňkami
(fagocytovány)
• resorpce v plicích výborná: př. rtuť kovová v trávicím traktu se
prakticky nevstřebá, v plicích páry rtuti až z 50 % se vstřebají
Vstup - transdermální
Kůží – často při nehodě
neporušenou je obtížný, propouští lépe lipofilní
látky a i ty pomalu, hydrofilní mohou pronikat
pouze potními a mazovými žlázami a vývody
vlasových folikulů, které zabírají jen 0,1 až 1 %
povrchu kůže
• př. u léčiv, která účinkují v malých dávkách (nikotinové
náplasti)
Vstup - transdermální
porušená pokožka propouští neomezeně, až jako intravenózní
- vstup přímo do krve
Injekční vstup - pro látky, které by se rozkládaly nebo špatně
vstřebávaly:
• do žíly (intravenózní) – nejrychlejší × nejrizikovější,
• do svalu (intramuskulární) – př. léky proti bolesti,
• pod kůži (subkutánní) – pomalé – př. antibiotika, inzulín
• do dutiny břišní (intraperitoneání)
Implantace - tuhé sterilní přípravky pod kůži či do tkáně
chirurgickým zákrokem (př. Pohlavní hormony - antikoncepce)
Vstup - gastrointestinální
Orální – ústy - krátká doba zdržení, vstřebaná látka jde přímo do krve, bez
působení jater (př. lék nitroglycerin pod jazyk – v minutách, nikotin) v žaludku
a dál - velký povrch a rozdíly v pH v jednotlivých částech
• v žaludku pH 1-2 potlačena disociace slabých kyselin, jsou lipofilnější
• v tenkém střevu pH 6-7,5 kyseliny ionizovány, slabé zásady ne (aminy)
• vstřebané látky jdou do jater, kde zpracovány až z 90 %, proto je rozdíl v
účincích látek jdoucích přímo do krve a látek jdoucích přes játra
• doba nástupu účinků je 20-30 minut, ovlivňuje přítomnost potravy
• celkově se lipofilní látky vstřebávají velmi dobře, ionizované špatně, látky v
prostředí těla nerozpustné projdou, nevstřebají se a vyloučí se, nástup
účinku okolo 30 minut
Rektální – konečníkem - pro léky, nástup účinků velmi rychlý, opět přímo do
krve, bez jater
Distribuce
Látka vstřebána do krve a distribuuje se k cílovým orgánům.
1.
2.
3.
4.
5.
prokrvení orgánu - nejvíce mozek, játra, ledviny, srdce, plíce, nejméně
tuková tkáň;
relativní molekulová hmotnost látky (menší lépe);
rozpustnost látky - lipofilní se hromadí v tukových tkáních, podle
rozdělovacích (distribučních) koeficientů, což je poměr rovnovážných
koncentrací látky v obou médiích (plazma a bílkoviny, krev a tuk atp.) –
Kow= coil/cwater
chemická struktura látky - afinita vůči některým tkáním př. jodidy
vychytávány štítnou žlázou, vápník kostmi
vazba látky na bílkoviny krevní plazmy - vodíkovými, iontovými i
polárními vazbami - velký komplex nemůže pronikat kapilární stěnou,
proto prochází jen volná molekula látky
Distribuční objem - schopnost látky distribuovat se v těle popisuje
experimentální veličina
Vd = Div / c0
Div
c0
Vd
dávka podaná intravenózně (mg),
koncentrace v plazmě (mg/l)
objem, ve kterém by bylo potřeba látku rozpustit, aby
výsledná koncentrace byla rovna počáteční koncentraci v
krevní plazmě
• ukládá-li se látka v orgánech, pak je její distribuční objem větší než
objem krve
• velikost závisí na charakteru látky,
• lipofilní látky mají velký distribuční objem,
• disociované, hydrofilní mají malý distribuční objem
Literatura
• http://ekoinovace.vscht.cz/studmater/ZTE.pdf
• http://www.kch.tul.cz/sites/default/files/texty
/bozp/cizidokumenty/esf_stud_opora_kolska_toxikologi
e.pdf
• Petr Klusoň, Jedová stopa, ACADEMIA, Praha
2015