TOKSYKOLOGIA Toksykologia (toxicon, logos)- nauka o truciznach; nauka o szkodliwym działaniu substancji chemicznych na organizm człowieka i inne organizmy żywe Toksykokinetyka- opis tego, co dzieje się z trucizną w organizmie: wchłanianie, dystrybucja itd. Toksykodynamika- opis tego, co się dzieje organizmie organizmem gdy trucizna się w nim znajduje Toksykolog- specjalista zajmujący się oceną stopnia ryzyka spowodowanego działaniem substancji chemicznej Działy toksykologii:

• Toksykologia ogólna • Toksykologia leków • Toksykologia środowiskowa (wpływ środowiska na ludzi) • Ekotoksykologia (wpływ środowiska na wszystko oprócz człowieka) • Toksykologia zawodowa • Toksykologia żywności • Toksykologia pestycydów • Toksykologia kliniczna • Toksykologia sądowa • Toksykologia wojskowa • Toksykometria (ustalanie toksycznych związków liczbowo lub opisowo) • Analityka toksykologiczna

Humanotoksykologia, zootoksykologia, fitotoksykologia Paracelsus: „Sola dosis facit venenum”- dawka czyni substancje trującą Trucizna-substancja, która po wniknięciu do organizmu w niewielkich ilościach umie spowodować wskutek swych właściwości toksykodynamicznych zaburzenia czynności organizmu lub śmierć Ksenobiotyk- substancja aktywna biologicznie, która nie jest niezbędna w prawidłowych procesach biochemicznych organizmu; leki, trucizny, pestycydy, kosmetyki, srodki dodawane do żywności, detergenty, tworzywa sztuczne Toksyna- substancja trująca produkowana przez żywy organizm (bakterie, rośliny, zwierzęta) Zatrucie- stan chorobowy lub zgon wywołany przez wprowadzenie do organizmu trucizny Podział zatruć:

• ze względu na przyczynę o zatrucia umyślne- świadome działanie człowieka: samobójstwo, zabójstwo o zatrucia mimowolne

• zatrucia przypadkowe (omyłki, przedawkowania, zatrucia dzieci) • zatruciapokarmowe • zatrucia zawodowe • zatrucia środowiskowe

• ze względu na przebieg i nasilenie • zatrucia ostre- jednorazowa duża dawka, dramatyczny przebieg (szybki rozwój objawów patologicznych o dużym

nasileniu) • zatrucia podostre- dawka jednorazowa mniejsza powtórzona (wyraźny ale nie tak gwałtowny przebieg) • zatrucia podprzewlekłe- tygodnie • zatrucia przewlekłe- miesiące, lata, ekspozycja powtarzająca się (małe dawki, długi okres czasu, kumulacja) • skutki odległe- działanie mutagenne, rakotwórcze, teratogenne, wpływ na rozrodczość

dawka- ilość substancji wprowadzana do organizmu w stosunku do masy ciała dawka graniczna, progowa (dosis minima) dawka lecznicza (dosis curativa)- dawka maksymalna dawka trująca (dosis toxica)- wyraźne ale odwracalne objawy fizjopatologiczne dawka smiertelna (dosis letalis) LD50- dawka śmiertelna medialna- ilość substancji chemicznej, która powoduje śmierć 50% organizmów badanych LC50-`stężenie śmiertelne medialne Najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS)- wartość średnia ważona stężenia, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego i przeciętnego tygodniowego wymiaru pracy, określonego w kodeksie pracy, pracy przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian Najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe (NDSCh)- wartość średnia stężenia, które nie powinno spowodować ujemnych zmian w stanie zdrowia pracowników, jeśli występuje w środowisku pracy; nie dłużej niż 15 min, nie więcej niż 2x w czasie zmiany Najwyższe dopuszczalne stężenie pułapowe (NDSP)- nie może zostać przekroczone No-effective level (NEL)- ilość, stężenie, które nie powoduje widocznych objawów No- observed effect level (NOEL) Acceptable daily intake (ADI)- akceptowana ilość przyjmowana w ciągu dnia

Klasyfikacja trucizn wg Hodge’a i Sternera: LD50(jednorazowej dawki doustnej dla szczurów (mg/kg) Nadzwyczaj toksyczne < 1 mg/kg Silnie toksyczne 1-50 mg/kg Średnio toksyczne 50-500 mg/kg Słabo toksyczne 0,5-5 g/kg Praktycznie nietoksyczne 5-15 g/kg Stosunkowo nieszkodliwe >15 g/kg Klasyfikacja substancji chemicznych w UE: LD50 per os szczurów Silnie toksyczne 25 mg/kg Toksyczne 25-200 mg/kg Szkodliwe 200-2000 mg/kg Ryzyko jako miara zagrożenia substancjami chemicznymi: Wielkość prawdopodobieństwa pojawienia się szkodliwych zmian w stanie zdrowia ludzi i niekorzystnych zmian w środowisku (opiera się na przewidywaniu wielkości i długości obcowania ze szkodliwym czynnikiem) WPŁYW CZYNNIKÓW CHEMICZNYCH, FIZYCZNYCH I BIOLOGICZNYCH NA DZIAŁANIE TRUCIZN I cechy ksenobiotyków II cechy organizmu na który działa substancja I Czynniki fizyko-chemiczne: 1)Reaktywność chemiczna:

• Kwasy, zasady, aldehydy, nienasycone wiązania, reagowanie z –SH • Zasady- powodują przyżeganie, lizę, rozpuszczanie tkanki, dlatego leczenie zatrucia jest trudniejsze niż w

przypadku kwasu • Związki wysycone- mniej reatywne niż nienasycone • Zwiększa toksyczność • Działa niszcząco na tkanki ustroju • Związki nienasycone- działają silniej, bardziej reaktywne np. benzen, cykloheksan • Związki reagujące z grupami –SH

2)Budowa chemiczna • Izomeria strukturalna (podstawniki w różnych miejscach pierścienia aromatycznego); toksyczność maleje: p>m>o

(ksyleny) • Izomeria łańcuchowa: związki o dłuższym łańcuchu, rozgałęzionym łańcuchu- bardziej toksyczne (sp łatwiej

rozpuszczalne i łatwiej penetrują) • Izomeria optyczna

� Silniej działa L>D (epinefryna, nikotyna) � L-nikotyna 40x > D-nikotyna � L-hioscyjamina 18x > D-hioscyjamnia � L-adrenalina 15x > D-adrenalina � Organizm ludzki zbudowany jest z lewoskrętnych aminokwasów i białek

3)Grupy funkcyjne zwiększające toksyczność: • OH- w pierścieniu aromatycznym- zwiększa toksyczność • OH- w łańcuchu- zmniejsza toksyczność • NO2, NO, NH2, CN, Cl, Br, I, CH3, OH (w pierścieniu aromatycznym)- zwiększenie toksyczności

Grupy funkcyjne zmniejszające toksyczność: • Acetylowa, azowa, karboksylowa, sulfonowa, tiulowa, alkoksylowa, OH- w łańcuchu alifatycznym

4)Rozpuszczalność- główna cecha decydująca o możliwości pokonywania barier biologicznych, a zatem decydująca o wchłanianiu do organizmu. W normalnych warunkach trucizna dostaje się do organizmu 3 drogami:

• Pokarmową • Przez układ oddechowy • Przez skórę

Błony biologiczne łatwo pokonują związki niezdysocjowane, dobrze rozpuszczalne w tłuszczach i wodzie. Związki nierozpuszczalne nie działają toksycznie ( PbS, BaSO4). BaSO4- nie jest trucizna, podawany przy prześwietleniu Ba CO3- zatrucie Kalomel- Mg2Cl2 (związek rtęci) jest nierozpuszczalny, więc jest nietoksyczny We współczesnej analizie toksykologicznej- Specjacja (trzeba uwzględnić nie tylko np. Hg ale cały związek) Rozpuszczalność:

• w wodzie • w tłuszczach(lipidach)

� dobre wchłanianie przez skórę � kumulacja w tkance tłuszczowej � działanie narkotyczne

Przez błonę biologiczną (krew/tkanka) przedostają się tylko związki dobrze rozpuszczalne w tłuszczach Praktyczne parametry opisujące rozpuszczalność trucizn: Współczynnik podziału:

a) O/W (>1) )(

)(

)(

)(

krewc

tkankacK

woda

olej= temp. 37oC po ustaleniu równowagi; jeżeli K=1 to znaczy, że nastąpił

podział po równo. Im wyższa wartość współczynnika tym łatwiejsza penetracja przez błony biologiczne lub toksyczne kumulacje w tkance tłuszczowej. Ważniejsza jest rozpuszczalność w tłuszczach niż w wodzie. b) P/O wchłanianie przez skórę (im lepsza rozpuszczalność w tłuszczach tym łatwiejsze przechodzenie przez skórę). Możliwość wchłaniania przez skórę w fazie gazowej (HCN, fenol, anilina, nitrobenzen)- im lepsza rozpuszczalność w tkankach (niższe P/O) tym łatwiej penetruje przez skórę bezpośrednio z powietrza Przez skór będą przechodzić te substancje, które mają niski współczynnik P/O. c) P/W (>103) wchłanianie przez układ oddechowy. Współczynnik powietrze-woda. Jeżeli współczynnik P/W jest wysoki to świadczy to o słabym wychwytywaniu związku z powietrza; substancja jest niechętnie zatrzymywana przez płuca (słaby wychwyt, dobre wydalanie). Cechy substancji dobrze penetrującej przez błony biologiczne”

• rozpuszczalna w tłuszczach • rozpuszczalna w wodzie

5)stan rozdrobnienia

• gdy ksenobiotyk jest w powietrzu i może przedostawać się do płuc • aerozol- dyspersyjny układ, gdzie ziarna ciała stałego lub kropelki cieczy są zawarte w powietrzu • większe ziarna- zatrzymywanie w górnych odcinkach dróg oddechowych (nos) • mniejsze ziarna- mogą zalegać w płucach, rozpuszczać się, przenikać do krwioobiegu • 0,5-3µm- frakcja respirabilna- może dostawać się do płuc • tlenki metali- dym (0,1-0,3 µ)- gorączka (Zn, Cu) wchłaniają się do pęcherzyków płucnych

6)stopień dysocjacji => stopień zjonizowania • tylko forma niezdysocjowana przechodzi przez błony komórkowe (wchłanianie i wydalanie słabych zasad i

kwasów) 7)lotność (prężność par)

• niska temperatura wrzenia = duża prężność par • duże stężenie w powietrzu = duża toksyczność • benzen>toluen>ksylen (benzen ma niską temperaturę wrzenia)

II Wpływ czynników biologicznych na powstanie i przebieg zatruć (wpływ organizmu człowieka) 1)gatunek

• zazwyczaj różnice jakościowe lub ilościowe w biotransformacji ( różne gatunki inaczej metabolizują leki) • człowiek/zwierzęta laboratoryjne- ograniczenia w przenoszeniu wyników eksperymentów • niektóre króliki są odporne na atropinę, mają enzym rozkładający atropinę (esterazę atropinową) • pies nie acetyluje amin aromatycznych • świnka morska nie tworzy kwasów merkapturowych, za to potrafi syntetyzować wit. C • kot nie tworzy glukuronianów

2)rasa • opium- człowiek biały- wizje, przygnębienie; Japończycy- szał • kolor włosów • karnacja

3)różnice osobnicze • idiosynkrazja- osobnicza nadwrażliwość (wrodzona) przy pierwszym kontakcie z dawką zwykle stosowaną • nadwrażliwość nabyta (alergia)- powstawanie jej jest możliwe już po pierwszym kontakcie z alergenem lub

powiększa się w miarę trwania kontaktu • tolerancja- np. ludzie leczeni morfiną przez dłuższy czas- trzeba ciągle zwiększać dawkę żeby był efekt

przeciwbólowy; narkotyki 4)płeć

• większa wrażliwość kobiet na trucizny (np. benzen silniej uszkadza szpik) • wpływ estrogenów na enzymy mikrosomane (wpływ na biotransformację leków); enzymy mikrosomalne bardziej

aktywne u mężczyzn 5)wiek

• większa wrażliwość noworodków i dzieci (alkaloidy opium)

• słabsza aktywność enzymów mikrosomalnych, brak transportu aktywnego, zwiększona przepuszczalność barier ustrojowych i błon komórkowych

• w wieku podeszłym- większa wrażliwość- zmniejszenie czynności hormonalnych, niedotlenienie ważnych dla życia ośrodków, zmniejszenie aktywności enzymów mikrosomalnych, zmniejszenie funkcji wydzielniczych

6)stan fizjologiczny • obniżona tolerancja na trucizny podczas ciąży i menstruacji • cykl okołodobowy- stany aktywności i czuwania

7) stany patologiczne • choroby wątroby (biotransformacja) • choroby nerek (wydalanie) • choroby serca (wpływ na przepływ krwi w narządach) • stany sprzyjające powstawaniu zatruć

8)stan odżywienia • każdy rodzaj niedożywienia w tym brak niezbędnych składników jest niekorzystny • umiarkowany niedobór kaloryczny • głód • wpływ trucizn na witaminy, koenzymy, aminokwasy – niedożywienie • dieta uboga w białko (też zwierzęce zawierające metioninę) • dieta bogata w tłuszcze • aminokwasy siarkowe • witaminy: A, B, C, E • niedobór wapnia

9)stan hormonalny • niedobór hormonów nadnerczy insuliny- zwiększona wrażliwość na trucizny • nadczynność gruczołu tarczowego- przyspiesza występowanie nowotworów; zwiększa działanie hemolityczne (-

SH) 10)wysiłek fizyczny

• wentylacja (zwiększona wentylacja=> zwiększone narażenie), potliwość skóry • wchłanianie przez spoconą skórę zwiększone

11)czynniki środowiskowe • czynniki stresogenne • ciśnienie atmosferyczne (gwałtowne zmiany ciśnienia=> zmiany hydrodynamiczne) • temperatura- zbyt niska i wysoka zwiększa toksyczność • światło- rytm okołodobowy- u myszy i szczurów maksymalny przed zmrokiem

Zatrucie a picie zdrowego mleka- zależy czy substancja dobrze czy źle rozpuszcza się w tłuszczu=> w mleku dobrze rozpuszczają się substancje dobrze rozpuszczalne w tłuszczu. Działania toksyczne dzielimy na: -ostre -podostre -przewlekłe *skutki odległe *działanie neurotoksyczne, hepatotoksyczne, itd. Mechanizmy działania toksycznego: I Działanie na enzymy a)nieodwracalne hamowanie (wiązanie kowalencyjne z centrum aktywnym)

1) związki fosforoorganiczne z esterazą cholinową- pestycydy, gazy bojowe; w pierwszej fazie odwracalna, w drugiej fazie nieodwracalna fosforyzacja

Hydroliza tego kompleksu następuje bardzo wolno. Jego reaktywacja następuje w wyniku zastosowania oksymów. 2)metale ciężkie z grupami –SH (As,Pb) dehydrogenaza pirogronianowa, dehydrogenaza bursztynianowa, dehydrogenaza izocytrynianowa reaktywacja: BAL

b)odwracalne hamowanie (kompetycja)- zbliżona budowa substratu- wiązanie i hamowanie; np. reduktaza kwasu dihydrofoliowego antymetabolity tj. związki strukturalnie podobne do naturalnego metabolitu, które konkuruja z nimi nie pozwalając na jego wykorzystanie

• kwasu foliowego- metotreksat, trimetoprim • puryn- 6-merkaptopuryna (zastępuje guaninę) • pirymidyn- 5-fluorouracyl (zastępuje wyminę)

c)synteza letalna- podobna budowa do substratu=> przemiana do toksycznego metabolitu • nietoksyczne związki na skutek przemian biologicznych zmieniają swoją strukturę i właściwości i mogą się

włączyć w cykl przemian zmieniających go (staja się toksyczne) • fluorouracyl=> fluorocytrynian (zatrzymuje akonitazę=> zahamowana synteza)

• octan=> cytrynian=> izocytrynian (w prawidłowym cyklu Krebsa) d)rozkojarzenie fosforylacji oksydacyjnej

nie tworzy się ATP, a energia powstała w skutek reakcji ulega rozproszeniu więc temperatura danego organizmu wzrasta e)hamowanie transportu elektronów w mitochondrialnym łańcuchu oddechowym

-hamowanie oksydazy cytochromowej -blokowanie oddychania tkankowego f)chelatowanie kofaktorów enzymów (Cu, Zn, Co, Fe, Mo, Mn) te kofaktory mogą zostać wyparte przez metale ciężkie=> zmiana konformacji enzymu=> enzym staje się nieaktywny np. dehydrogenaza alkoholowa II Blokada transportu tlenu przez hemoglobinę Hemoglobina z Fe2+ umożliwia transport O2 i ten tlen zostaje przenoszony do poszczególnych komórek a)karboksyhemoglobina CO-Hb

• palacze mogą jej mieć nawet do 15% • CO ma 210x większe powinowactwo do Hb niż O2 • nie jest rozkładana w organizmie, dopiero intensywna tlenoterapia pod ciśnieniem prowadzi di uratowania chorego

od zatrucia tlenkiem wągla (czadem) b)methemoglobina (utlenienie Fe2+->Fe3+ w Hb) [NO3, NO2, ClO3, chinony, sulfonamidy, anilina, nitrobenzen, acetanilid, fenacetyna, chinina, nitrofurantoina] -należy przy zatruciu podawać związki redukujące Fe np. błękit metylenowy c)hemoliza- uszkodzenie błony erytrocytu (Hb-> bilirubina)

• wysoki poziom SH (GSH)- zredukowany glutation • substancje powierzchniowo czynne [detergenty, hydrazyny, naftalen, p-fenylenodiamina, toluidyna, fenacetyna,

ClO3, AsH3, Pb, Cd, Hg ] • łatwość uszkodzenia błony erytrocytu zależy od poziomu grupy SH

III Depolaryzacja błon komórkowych OUN

• niedotlenienie mózgu (hamują transport O2 i substancji odżywczych) • wskutek nagromadzenia się ksenobiotyków w błonie komórkowej następuje niedotlenienie mózgu wskutek

zahamowania transportu tlenu i substancji odżywczych oraz nagromadzenia się trucizn w błonach komórkowych- są to substancje dość dobrze rozpuszczalne w tłuszczach

• narkotyki wziewne (eter, halotan, cyklopropan), alkany, alkohole, chlorowane węglowodory, N2, N2O IV Wpływ na neuroprzekaźniki -blokowanie receptorów cholinericznych a)w płytkach ruchowych- kumaryna b)w receptorach M- atropina c)w receptorach N- nikotyna

• blokowanie receptorów adrenergicznych- alkaloidy sporyszu, antydepresyjne związki trójcykliczne (imipramina) • hamowanie transformacji OUN- halucynogeny (LSD)

V Wpływ na syntezę DNA i RNA (genotoksyczność) -powoduje odległe skutki zatrucia a) cytostatyki- hamowanie podziałów komórki b) związki immunosupresyjne- zmniejszenie reakcji obronnych organizmu c) związki mutagenne- powodują powstawanie zmian w aparacie genetycznym d) związki kancerogenne (rakotwórcze)- powodują zmiany rakotwórcze, nowotworowe; wszystkie kancerogeny to mutageny, ale nie każdy mutagen to związek rakotwórczy

ADP+Pi

DNP (dwunitrofenol)

ATP

O2

HCH, H2S, N3 (azydki)

e

Cytochrom aa3

e) związki teratogenne (także powodowane przez inne mechanizmy zwłaszcza niedotlenienie, które prowadzi do obumarcia błon, mniejszej przeżywalności nowonarodzonych organizmów)- przez mutacje prowadzą do uszkodzeń płodu VI Reakcje nadwrażliwości nabyte

• wywołane przez kontakt z alergenami; może wystąpić szybko lub po długotrwałym kontakcie z alergenem • alergenem może być wszystko (substancja organiczna i niskocząsteczkowa nieorganiczna) • reakcje alergiczne • reakcje fotoalergiczne- dotyczą zmian na skórze spowodowanych w wyniku działania promieni UV • aldehydy (np. mrówkowy), metale ciężkie

VII chemiczne podrażnienia tkanek działanie miejscowe - na skórę

• wywołanie pęcherzy- związki alkilujące np. iperyt • keratolityczne (usuwanie zewnętrznych warstw naskórka w których zawarta jest kreatyna- białko nierozpuszczalne,

chroniące przed dostaniem się związków ze środowiska zewnętrznego)- kwas salicylowy, fenole • żrące (dochodzi do destrukcji naskórka)- mocna kwasy, zasady • usuwanie lipidów lipidów naskórka- rozpuszczalniki organiczne

-na śluzówkę układu oddechowego-> obrzęk płuc • kontakt z silnie toksycznymi gazami powoduje uszkodzenie nabłonka oddechowego i rozwija się obrzęk krtani i

płuc. Do światła pęcherzyków płucnych przedostaje się płyn tkankowy. Objawy podobne do zapalenia płuc, tylko tu efekt wywołany jest przez czynniki chemiczne

-Cl2, COCl2 (fosgen), NO2, O3 (ozon), stężony amoniak -na spojówkę oka- gazy łzawiące -chloropikryna, bromoaceton, akroleina, formaldehyd (gazy łzawiące) -na narząd węchu -H2S, merkaptany VIII Nagromadzanie się ksenobiotyków w tkankach -kumulacja tworząca złogi określonych substancji w określonych tkankach (kom) a) na zasadzie podziału O/W (polichlorowane bifenole- PCB, insektycydy- DDT) i tworzenia soli

• na ogół nie powodują natychmiastowych skutków toksycznych • w okresie gorączki, ciąży, osłabienia organizmu nagromadzone substancje toksyczne w tkance tłuszczowej

uwalniają się do krwioobiegu i działają toksycznie b) wiązania kowalencyjne-> uszkodzenie tkanek

• melanina w siatkówce oka pod wpływem chlorochiny i tiorydazyny-> ślepota • prążek naczyniowy ucha wewnętrznego (antybiotyk z grupy aminoglikozydów)-> głuchota • nabłonek oddechowy płuc (parakwat)-> wolne rodniki (transport aktywny do poliamid-> putrescyna) • Parakwat (herbicyd- substancja chwastobójcza) może na drodze transportu oddechowego osadzić się na nabłonku

oddechowym płuc i wywołać uszkodzenie pęcherzyków , prowadzi też do obrzęku płuc • kanaliki nerkowe (aminoglikozydy, cefalosporyny, metale ciężkie)- działanie neurotoksyczne (uszkodzenie nerek) • kości (90Sr, inne pierwiastki radioaktywne)-> nowotwory

c) odkładanie się w tkance płucnej krystalicznej krzemionki (SiO2); nierozpuszczalny SiO2 zostaje w pęcherzykach • w czasie pracy zawodowej (np. górnicy, pracownicy kamieniołomów)=> zwłóknienie (pylica), kolagen

IX Wolne rodniki

• duży i bardzo współczesny dział toksykologii • na bazie tych zjawisk tłumaczy się aktywność trucizn (tworzenie się wolnych rodników ksenobiotyków, a także

tlenu, które poprzez swoja ogromna reaktywność są po prostu szkodliwe) • uszkodzenie tkanek (wieloetapowe)

1)wakuolizaja 2)stłuszczenie 3)martwica (marskość w przypadku wątroby)

• hepatotoksyczne (uszkodzenie wątroby)- CHCl3, CCl4, bromobenzen, alkoholizm • pneumotoksyczne (uszkodzenie płuc)- parakwat, nitrofurantoina • kardiotoksyczne- adriamycyna, daunorubicyna, toksorubicyna • nefrotoksyczne- cefalorydyny • fototoksyczne na skórę- tetracykliny, cytostatyki, psolaren • połączenia z niesmarowanymi elektornami • przemiana związków organicznych w rodniki

o reakcje jednoelektrodowe- rodniki o odłączenie- kationowy o przyłączenie- anionowy o hemolityczne rozszczepienie wiązania C-H- obojętny

-wolne rodniki są niezwykle reaktywne- bardzo krótki czas trwania w komórce (10s-1min)

-czynniki ochronne przed wolnymi rodnikami enzymy -dysmutaza ponadtlenkowa -katalaza -peroksydaza glutationowa glutation zredukowany (GSH) witaminy lub prowitaminy -askorbinian -β-karoten -α-tokoferol -kwas retinowy -rodniki działają na pompy jonowe, protonowe, powodują starzenie się organizmu i wiele chorób (Alzheimer, parkinsonizm, miażdżyca, zmiany cukrzycowe) X Inne -autoimmunoagresja- pylice- autoantygen, przeciwciała -np. metabolity metanolu=> formaldehyd i kwas mrówkowy uszkadzają nerw wzrokowy

Wchłanianie (absorpcja) Przenikanie substancji ze środowiska zewnętrznego do krążenia ogólnego (krew, limfa) Drogi wchłaniania:

• skórna • wziewna • doustna

I Droga skórna

• powierzchnia skóry 1,25-2m2, 0,25-4mm, dobrze ukrwiona • głównie w zatruciach zawodowych • naskórek+ skóra właściwa (gruczoły potowe, łojowe, mieszki włosowe, naczynia krwionośne) • główna barierę stanowi naskórek

2 sposoby transportu ksenobiotyków przez skórę: -transepidermalny

• przez naskórek • dyfuzja >O/W (dobrze będą wchłaniane te, które maja wyskoki ten współczynnik)- decyduje bariera dyfuzyjna • węglowodory aromatyczne, alifatyczne, związki nitrowe, aminy. Fenole, CO2, tetraetylek Pl, fosforoorganiczne • szczególnie łatwo substancje rozpuszczalne w lipidach i w wodzie (DMSO- dimetylosulfotlenek) • gazy i pary o P/W- współczynnik podziału powietrze/woda (HCN, H2S, fenol, nitrobenzen)

D=A*C/T*Kp D- szybkość intensywności przenikania przez skórę A- powierzchnia skóry C- stężenie T- czas Kp- stała przepuszczalności substancji przez skórę

-transfolikularny • przez przydatki skóry (1%) • elektorlity, metale

Czynniki przyspieszające wchłanianie przez skórę: • wiek • temperatura • wilgotność • substancje keratolityczne (salicylany, boraks) • substancje zmieniające strukturę skóry (alkalia, rozpuszczalniki)

Czynniki ochronne: • sucha odzież ochronna • kremy silikonowe

II Droga wziewna -zatrucia zawodowe, środowiskowe, przypadkowe, samobójcze (CO) Układ oddechowy:

• część górna- nos, jama nosowo-gardłowa, krtań • część środkowa- tchawica, oskrzela • część dolna- oskrzeliki, przewodniki pęcherzykowe, pęcherzyki płucne

Stan skupienia: • gazy i pary • aerozole (dymy, pyły, mgły)

1)wchłanianie par i gazów

• dobrze rozpuszczalne w wodzie- ogólne drogi oddechowe (NH3, Cl2, formaldehyd, metanol) • słabo rozpuszczalne w wodzie- pęcherzyki płucne (O3, NO2, fosgen, benzen)

D=R*W*C*T D- szybkość wchłaniania R- retencja- ułamek stężenia substancji w powietrzu, który zatrzymywany jest w płucach W- wentylacja płuc- objętość oddechu C- stężenie T- czas

• powierzchnia płuc do 90m2 • retencja zależy od P/W • retencja w stanie: spoczynku 6-8l/min, sprintu 100l/min

2)wchłanianie aerozoli (pyły, dymy, mgły) • zależy od wielkości cząstek • frakcja respirabilna: 0,5-3mm- w pęcherzykach płucnych • większe cząstki zatrzymywane są w górnych odcinkach dróg oddechowych • jama nosowo-gardłowa- cząstki 100µm • jeżeli pył jest połykany- działa tak, jakby był podany droga pokarmową • jeżeli pył dostanie się do płuc, pył się słabo rozpuszcza (zawiera krzemionkę), słabo jest niszczony przez makrofagi

Mechanizmy obronne układu oddechowego: • układ śluzowo-migawkowy • makrofagi

Usuwanie z dróg oddechowych: a)w odcinkach z nabłonkiem migawkowym- w formie wolnej lub sfagocytowanej wraz ze śluzem, wskutek ruchów rzęsek przenoszone i/albo wykrztuszane albo połykane b)z dolnych odcinków- nierozpuszczalne do limfy i węzłów chłonnych, rozpuszczalne do krwi

• substancje cytotoksyczne (SiO2) uszkadzają błony lizosomalne makrofagów, samostrawienie makrofagów, pochłanianie cząstek prze kolejne makrofagi równoczesnym transportem do miąższu płuc, uwolnione z makrofagów substancje fosfolipidowe stymulują syntezę kolagenu i zwłóknienie płuc

• uwolnione z uszkodzonych makrofagów i granulocytów obojętnochłonnych enzymy (elastaza, proteza) trawią ściany pęcherzyków płucnych (worki powietrzne) powodując rozedmę płuc

• substancje toksyczne powodują ruch migawek (O3, NO2, dym tytoniowy, HCN, CH2O, NH3), zmieniają skład śluzu (SO2), utrudniając oczyszczanie dróg oddechowych (przewlekłe zapalenie oskrzeli)

• obrzęk płuc- płyn tkankowy przedostaje się do pęcherzyków płucnych, powierzchnia oddechowa jest mniejsza (substancjami powodującymi obrzęk płuc są fosgen, chlor)

III Droga doustna -zatrucia rozmyślne, przypadkowe, lekami, dzieci, zawodowe (jedzenie podczas pracy) -przewód pokarmowy- 8m długości (błona śluzowa, błona mięśniowa, błona surowicza) a) jama ustna- tylko niektóre ksenobiotyki (CN, nitrogliceryna, kokaina, nikotyna, hormony sterydowe)- omijanie filtru wątrobowego b) żołądek- słabe wchłanianie -zależy od: -pH soku żołądkowego (ok. 1)- HCl rozpuszcza BaCO3 -enzymów trawiennych (glikozydy nasercowe) -treści żołądkowej -alkohole, CN, słabe kwasy o pKa> 1, bardzo słabe zasady o pKa< 3 (kofeina) c) jelito cienkie

• śluzówka przystosowana do wchłaniania • powierzchnia 40m2, z kosmkami 200-300m2 • jednowarstwowy nabłonek jelit z mikrokosmkami • śródbłonek naczyń włosowatych z porami

d) odbytnica- szybkie wchłanianie- częściowo z pominięciem filtra wątrobowego • podanie dożylne, przezskórne, domięśniowe, doodbytnicze nie dostaje się do wątroby, tylko do krwioobiegu • wątroba metabolizuje ksenobiotyk, detoksykuje • podanie podjęzykowe, podpoliczkowe też może omijać wątrobę

Los słabych elektrolitów w organizmie zależy od: -pH środowiska (tylko niezjonizowane związki przedostaję się przez błony biologiczne) -pKa: mocne kwasy 0-2, mocne zasady 14-12 pH Krew 7,35-7,45 Żołądek 1,0-3,0 Dwunastnica 4,8-8,2 Jama ustna 6,2-7,2 Odbytnica 7,8

Mocz 4,8-7,5 Pot 4,0-6,8 Mleko 6,6-7.0

Dystrybucja Rozprowadzanie ksenobiotyku z łożyska naczyniowego do poszczególnych tkanek i naczyń. Woda ustrojowa i osocze- płyn tkankowy- płyn komórkowy (7,5%-20%- 55%) Przechodzenie z krwi do płynu tkankowego poprzez ściany naczyń włosowatych. Na ogół dobra przepuszczalność, jedynie substancje wielkocząsteczkowe (>60000) nie przechodzą np. albuminy (69000) i ksenobiotyki związane z białkami- przesączane. Przesączanie w tych naczyniach zachodzi pod wpływem wysokiego ciśnienia hydrostatycznego na zakończeniu tętniczek, zaś pewna reabsorpcja płynu tkankowego następuje w zakończeniach żylnych na skutek ciśnienia osmotycznego koloidów osocza. Bariery ustrojowe Obszary o mniejszej przepuszczalności dla ksenobiotyków 1. krew-mózg

• mechanizm transportu: dyfuzja bierna • dobrze przenikają: lipofilowe nieelektorlity (anestetyki, Met-Hb), rozpuszczalniki • słabo przenikają: substancje hydrofilne • praktycznie nie przenikają: substancje zjonizowane i połączone z białkami • usunięcie barbituranów mózgu przez środki alkalizujące • przepuszczalność bariery krew-mózg zwiększa się:

a) w stanach patologicznych (możliwość zastosowania penicyliny w leczeniu zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych, mimo że w warunkach fizjologicznych antybiotyk ten przechodzi do mózgu tylko w ilościach śladowych)

b) w życiu płodowym, u noworodków, niemowląt (większa toksyczność licznych trucizn [morfina, ołów] dla dzieci niż osób dorosłych)

2. łożyskowa • błony rozdzielające krążenie matki i płodu • słabsza od bariery krew-mózg • dobrze przechodzą substancje litofilne (anestetyki, nikotyna, morfina, salicylany, sulfonamidy,

pochodne fenotiazyny, sterydy) • słabiej- rozpuszczalne w wodzie i słabo zjonizowane • nie przechodzą- wielkocząsteczkowe i silnie zjonizowane (kwasy sulfonowe i zasady

amoniowe) • szczególne znaczenie dla substancji teratogennych (embriogeneza)

3. krew- jądra • przepuszczalność podobna jak krew-mózg, trójstopniowa • ochrona materiału genetycznego (spermatocyty, plemniki)

4. błona erytroctarna • bariera dla Hg nieorganicznej (0,5x stężenie w osoczu) • przepuszczalna dla Met-Hg (10x stężenie w osoczu)

Wiązanie z białkami

A. osocza B. narządów

1) w osoczu część leków w formie wolnej, część w związanej z białkami -stopień wiązania w dawkach terapeutycznych (fenazon 0%, fenylbutazon 98%) 2)wiązanie z białkami jest odwracalne (stan równowagi) 3)tylko część wolna warunkuje działanie (siłę), przechodzi przez błony, ulega biotransformacji i wydalaniu Tworzenie kompleksów ksenobiotyk-białko zachodzi za pomocą wiązań:

• jonowych • wodorowych • dipolowych • van der Wasala

% udział związanych ksenobiotyków zalezy od: • stężenia ksenobiotyku • powinowactwa ksenobiotyku do białka (hydrofobowość)- trwałe wiązanie ze środkami kontrastowymi

A. białka osocza

Albuminy: • największe znaczenie • 50% białek osocza • m.cz. 69000 • punkt izoelektryczny 4,9 • niespoistość wiązania • wiążą: barbiturany, salicylany, sulfonamidy, dikumarol, penicylinę, streptomycynę, tetracykliny, chloramfenikol,

witaminę C, metale, bilirubinę, kwasy tłuszczowe • kwaśna α1-glikoproteina (substancja zasadowa)

Globuliny:

• α1-transkortyna (steroidy), transferyna (Fe) • β2-ceruloplazmina (Cu)- jej brak- choroba Willsona • α- i β-lipoproteiny (insektycydy polichlorowe, witaminy A, D, E, K, cholesterol)

Znaczenie wiązania ksenobityków z białkami:

• magazyn • stabilizacja dawki terapeutycznej • umożliwienie większych stężeń we krwi leków nierozpuszczalnych • transport (kwasy tłuszczowe)

Wypieranie ksenobiotyków z połączeń z białkami przez substancje o wyższym powinowactwie:

• skutek: nagłe uwolnienie wolnej formy ksenobiotyku • sulfonamid wypiera tolbutamid=> śpiączka hipoglikemiczna • fenylbutazon wypiera warfarynę => krwotoki • u niemowląt stężenie albumin znacznie mniejsze, miejsca wiązania wysycone bilirubiną (słabe kwasy wypierają

bilirubinę=> żółtaczka jąder kory mózgowej) B. Białka narządów

• różna budowa i stopień wiązania • zazwyczaj zwiększenie stężenia ksenobiotykuw narządzie- glikozydy nasercowe- mięsień sercowy • atebryna- nukleoproteidy wątroby (1000x osocze) • chloropromazyna- lipoproteiny mózgu • estradiol- błona śluzowa macicy • witamina A- siatkówka • w wątrobie i nerkach

a)jądra komórkowe- metale (Pb, Hg), kompleks z białkami niehistaminowymi chromatyny b)cytoplazma (także śluzówka jelit)- metalotioneina (m.cz. 6000- mała cząsteczka), bogata w cysternę (co 3 aminokwas zawiera cysternę), pozbawiona aminokwasów aromatycznych

• białko magazynowe- regulator stężenia metali niezbędnych • grupa SH cysterny wiąże metale ciężkie (Zn, Cu) • jak pojawi się metal, metalotioneina jest produkowana w wielkich ilościach (normalnie- w niewielkich ilościach) • wydalanie kompleksów metali- metalotioneina powoduje większe szkody dla nerek niż wydalanie samego metalu

(szczególnie Cd) • to nie jest detoksykacja • indukcja syntezy metalotioneiny- Zn, Cu, Cd, Co, Hg, Bi, Au • działanie ochronne przy krótkotrwałej ekspozycji (nie ułatwia wydalania)

Kumulacja

A. materialna • wybiórcze gromadzenie się ksenobiotyku w określonej tkance • przy wielokrotnym podaniu substancji częściej niż 4-5x jej T0,5 (biologiczny okres półtrwania) > 94-97% ulega

eliminacji 1) tkanka tłuszczowa (ok. 20% masy organizmu)

• substancje litofilne (insektycydy polichlorowe, PCB, dioksyny, tiobarbiturany) • siły van der Wasala • gromadzenie przez dłuższy okres czasu (DDT- t0,5= 3,7 lat) • głód, choroba, ciąża- nagłe uwolnienie substancji- zatrucie

2)tkanka kostna, zębna • substancja podstawowa kości- mukopolisacharydy, włókna kolagenowe (20%), sole mineralne (70%), woda (10%) • powinowactwo do hydroksyapatytu (Ca10(PO4)6(OH)2)

Pb, Ra, Sr- w miejsce Ca (Ra, 90Sr- nowotwory) F- w miejsce OH (fluoroza)- hydroksyfluoroapatyt, fluoroapatyt Tetracykliny- żółte szkliwo zębów u dzieci

• wiązanie (uwodniona otoczka, powierzchnia, struktura kryształu)

• proces przebudowy kości (osteoblasty, osteoblasty)- 20 lat • mobilizacja depozytów (Pb-chelaton- ołów z kości może być wyciągnięty przez chelaton, ale tylko w warunkach

szpitalnych) 3)skóra, włosy, paznokcie

• As, Ag, inne metale- wiązanie z grupami SH (keratyna) • F • włosy- obecnie wykorzystywany do diagnostyki zatruć opiatami

B. czynnościowa

• kumulują się efekty działania np. sumowanie mikrourazów • działanie nie zależy od stężenia ksenobityku w organizmie lecz od skutków działania (hit-and-run) • inhibitory MAO (rezerpina) pozbawiają organizm katecholamin (36h)

Wydalanie

W postaci niezmienionych lub polarnych metabolitów. Różnymi drogami: 1) Nerka (mocz)

• hydrofilne- niskocząsteczkowe (m.cz. 325) • leki, insektycydy fosforoorganiczne i karbaminianowe, F, Se, Sr, Be, Cu, Cr, Su, Co, Hg nieorganiczne

3 procesy cząsteczkowe: a) przesączanie kłębuszkowi- mocz pierwotny

• śródbłonek naczyń ma pory 70mm • przesączanie osocza • powstaje ok. 180l moczu pierwotnego na dobę • nie przechodzą albuminy i substancje związane z białkami osocza

b) wchłanianie zwrotne w kanalikach nerkowych (dystrybucja-> resorpcja) • resorpcja transportem przenośnikowym lub dyfuzją bierną substancji niezbędnych (Na, Cl, HCO3, PO4, glukoza,

aminokwasy) • resorpcja 99% wody, zagęszczenie substancji obcych i wytworzenie gradientu stężeń • wchłanianie zwrotne substancji litofilnych (dyfuzja bierna) • wchłanianie zwrotne słabych elektrolitów zależy od pH moczu • przyspieszone wydalanie

-słabe kwasy (salicylany, barbiturany, sulfonamidy)- przy alkalizacji moczu (dożylnie NaHCO3, mleczan sodu); eliminacja kwasu solnego przy pH z 6,4 do 8,0 (wzrost 4-5x) -słabe zasady (atropina, nikotyna, chinina- przy zakwaszeniu moczu (doustnie NH4Cl)) c)wydzielanie kanalikowe (sekrecja)

• pobieranie wody i substancji • w kanalikach bliższych (proksymalnych) przemieszczanie substancji z krwi, płynu tkankowego do światła kanalika

nerkowego- transport aktywny (2 mechanizmy) lub dyfuzja bierna -aniony (salicylany, sulfonamidy, penicylina, połączenia z glicyną, kwasem siarkowym i glukuronowym); kompetycja: penicylina- probenecyd -kationy (chinina, parakwat, heksametonium)

• transport aktywny (wydzielanie kanalikowe)niewykształcony u niemowląt 2)wątroba (żółć)

• lipofilne litofilne m.cz. >325 (pory- 100mm) • insektycydy polichlorowe, PCB, WWA, sterydy, leki wielopierścieniowe (alkaloidy, połączenia z kwasami

żółciowymi, cholesterolem, bilirubiną, kwasem glukuronowym, siarkowym, glicyną) • Mn, Ag, Cu, Pb, As, Zn, Met-Hg • mechanizmy dyfuzji biernej i transportu aktywnego (4)

a) aniony b) kationy c) związki obojętne (glikozydy nasercowe) d) metale (Pb)

Krążenie wątrobowo-jelitowe (cykl enterohepatyczny): Substancje litofilne z żółcią-> jelita-> żyła wrotna-> wątroba-> żółć Przerwanie cyklu enterohepatycznego poprzez biotransformację i wydalenie polarnych metabolitów z moczem lub np. związki metylortęciowe wiążą żywice politiolowe (przyspieszenie wydalania) 3)Płuca (powietrze wydychane)

• lipofilne, lotne (P/W >10-3) • anestetyki wziewne, rozpuszczalniki, fumiganty, lotne metabolity • dyfuzja bierna (szybkość eliminacji tą drogą zwiększa się wraz ze zwiększeniem wentylacji płuc)

• wolno: substancje dobrze rozpuszczalne we krwi (etanol) • zależność między stężeniem etanolu we krwi i powietrzu wydychanym

4)skóra (pt. przydatki)

• substancje małocząsteczkowe, niezjonizowane • dyfuzja bierna • pot- etanol, sulfonamidy, aneuryna, Br, I, fenol • włosy: As, Si, F, metale ciężkie, narkotyki

5)ślina

• substancje litofilne o małej cząsteczce, niezjonizowane • leki (penicylina, streptomycyna, kwas salicylowy, sulfonamidy, barbiturany, morfina), etanol, nikotyna, metale

(Hg, Pb, Cd), TAC, CNS 6)Mleko

• dyfuzja bierna, transport przenośnikowy • pH= 6,6 ułatwia wydalanie leków zasadowych • zawartość 3-5% tłuszczu- wydalanie substancji litofilnych • antybiotyki (uczulenia u noworodków), pochodne fenotiazyny, barbiturany, anestetyki wziewne, tyreostatyki,

salicylany, kofeina, nikotyna, etanol, insektycydy polichlorowe, PCB, metylortęć, pierwiastki radioaktywne, morfina

7) Włosy, paznokcie wydalanie (depozyt we włosach) zgromadzony w fazie anagenowej- arsen, selen, mangan, rtęć, olej, fluor, krzem, brom, PCB, insektycydy polichlorowe, morfina, heroina

• oznaczanie ksenobiotyków we włosach- znaczenie diagnostyczne • problem kontaminacji- włosy jako bierny wskaźnik ekspozycji

Bitransformacja ksenobiotyków

-znaczna większość ulega przemianom do metabolitów I fazy- utlenianie, redukcja, hydroliza II fazy- sprzęganie (synteza)- kwas glukuronowy, siarkowy, glutation III fazy- dalsze przemiany metabolitów II fazy (aktywne metabolity), np. tworzenie się wolnych rodników

• przemiany zachodzą przy udziale enzymów zlokalizowanych w wątrobie, nerkach, płucach, jelicie cienkim, łożysku, jądrach, jajnikach, skórze, siatkówce oka, osoczu krwi

• najważniejszą rolę w biotransformacji ksenobiotyków odgrywają enzymy gładkiej siateczki śródplazmatycznej wątroby; w wyniku homogenizacji i wirowania różnicowego z siateczki tworzą się mikrosomy (105tys. G)

• enzymy mikrosomalne (monooksygenazy) biorą udział w utlenianiu, redukcji i sprzęganiu • są mało specyficzne • wymagają niepolarnych substratów (tylko takie przenikają do wnętrze komórki) • potrzebują czynnika redukcyjnego (NADH, NADPH) i utleniającego (O2) • monooksygenazy katalizują reakcję:

RH + O2 + NADPH + H+ = ROH + H2O + NADP • łańcuch transportu elektronów we frakcji mikrosomalnej zawiera cytochrom P450, reduktazę NADPH- cytochrom

P450, czynnik lipidowy (fosfatydylocholina) • cytochrom P450 jest hemoproteiną składającą się z apoproteiny i żelazoprotoporfiryny IX jako grupy prostetycznej • oksydaza aminowa mikrosomalna (lawina) katalizuje utlenianie heteroatomów N i S np. utlenianie III rzędowych

amin do tlenków amin (kokaina, nikotyna), utlenianie siarczków, tioli, tioeterów, tiokarbaminianów. Aktywność wysoka u ludzi i świń, niska u szczurów.

Oprócz układu cytochromów P450 w przemianach ksenobiotyków biorą udział:

• okasydaza aminowa mikrosomalna (flawina) • syntaza prostaglandynowa (peroksydaza) • inne peroksydazy

W wyniku biotransformacji: a) detoksykacja (zazwyczaj związki bardziej polarne wydalane przez nerki)

• siarczany, glukuroniany, produkty sprzęgania z glicyną, hydroksylacja barbituranów, N-dealkilacja morfiny b)aktywacja metaboliczna

• S-oksydacja, desulfuracja, O-dealkilacja kodeiny, N-hydroksylacja, tworzenie wolnych rodników Różnice gatunkowe, wiek, płeć, narząd. Najwyższą aktywność osiągają monoaminooksygenazy tkanki wątrobowej (hepatocytów)

I utlenianie A. we frakcji mikrosomalnej a)dwuelektornowe 1)hydroksylacja łańcucha alifatycznego- detoksykacja *pentobarbital

*toluen

kwas benzoesowy oznaczany w moczu, jego obecność świadczy o narażeniu na toluen 2)hydroksylacja pierścienia aromatycznego *naftalen

*anilina

z ilości p-aminofenolu można wnioskować o ilości wchłoniętej aniliny (główny metabolity aniliny) *zmiana podstawników (x= F, Cl, Br, NO2, NH2, CH2OH, COOH) na OH

3)epoksydacja (aktywacja, działanie mutagenne, rakotwórcze) *chlorek winylu

*naftalen

4)N-deacetylacja (aminy II i III- rzędowe) *aminofenazol

*morfina (detoksykacja)-> normorfina (mniej toksyczna) 5)O-dealkilacja *fenacetyna

*kodeina (aktywacja)-> morfina 6)oksydatywna deaminacja *amfetamina

7)N-oksydacja (aktywacja) *trimetyloamina

8)N-hydroksylacja (aktywacja, methemoglobinemia, działanie rakotwórcze) *anilina niewielki % idzie tą drogą

9)S-oksydacja (aktywacja) *tioetery alifatyczne

*tostery heterocykliczne

10) desulfonacja (aktywacja) przygotowanie do II fazy *metyloparation

*tiopental

b)jednoelektrodowe WWA-> rakotwórcze chinony (aktywacja)

• syntaza prostaglandynowa • cytochrom P450

B. poza frakcją mikrosomalną (mitochondria, cytozol) -alkohole I-rzędowe-> aldehydy (aktywacja) np. metanol -alkohole II-rzędowe-> ketony

CH3CH2OH + NAD+ →← HAD|CH3CHO + NADH + H+

Etanol aldehyd octowy Mikrosonalny układ utleniający etanol (MEOS) -aldehydy-> kwasy karboksylowe

CH3CHO + NAD+ + H2O →AlDH CH3COOH + NADH + H+

Aldehyd octowy kwas octowy Inhibitor- disulfiram II. Redukcja A. we frakcji mikrosomalnej a) dwuelektrodowa

• reduktaza NADPH- cytochromu P450 • reduktaza NADH- cytochromu b5

1) związki nitrowe *nitrobenzen

*m-dinitrobenzen (aktywacja, methemoglobinemia)

2) związki azowe *azobenzen

b) jednoelektronowe

• wolne rodniki (aktywacja) • CCl4 (hepatotoksycznie) • parakwat (pneumotoksycznie) • nitorfurantoina (pneumotoksycznie) • chinony- doksorubicyna (kardiotoksycznie)

B. poza frakcja mikrosomalną

• redukcja aldehydów do alkoholi I-rzędowych

CCl3CH(OH)2 + NAD+ →ALDH kwas trichlorooctowy + chloralhydrat + H+

• redukcja ketonów do alkoholi II-rzędowych • redukcja podwójnego wiązania do związków nasyconych

III Hydroliza -nieswoiste esterazy, amidazy -osocze krwi, cytozol 1)ester + H2O -> kwas + alkohol prokaina-> PABA 2) amid + H2O -> kwas + NH3 prokainamid-> PABA 3) hydrazyd-> kwas + NH2-NH2 4) nitryle a) aromatyczne -> kwasy (detoksykacja)

b)alifatyczne (aktywacja) CH3-CN -> H-COOH + CN- Acetonitryl kwas mrówkowy cyjanek 5) karbaminiany-> alkohole lub fenole + mocznik lub metan

6)epoksydy ( ) → EHepoksydowahydrolaza

diole

tlenki arenowe( ) → EHepoksydowahydrolaza

trans-1,2-dihydrodiole hydroksylaza epoksydowa- (enzym mikrosomalny) występuje w wątrobie i wielu innych narządach, w płucach i komórkach dużych pęcherzyka płucnego

Sprzęganie Reakcja II fazy (we frakcji mikrosomalnej i we frakcji w cytozolu) Dwufazowy przebieg:

• aktywacja związku endogennego pod wpływem ATP, UTP • przeniesienie grup o wysokim potencjale energetycznym na ksenobiotyk za pomocą transferaz

1) z kwasem glukuronowym (detoksykacja) -UDPGA (kwas α-urydynodifosfoglukuronowy)- „aktywny kwas glukuronowy” tworzy się w cytozolu -UDP- glukuronozylo transferaza przenosi aktywną grupę na:

• alkohole, fenole-> etery • kwasy karboksylowe-> estry • związki sulfhydrylowe-> S-glukuronidy • aminy, sulfonamidy-> N-glukuronidy

2) z kwasem siarkowym (detoksykacja) -PAPS (5’-fosforosiarczan 3’fosfoadenozyny)- „aktywny siarczan” tworzy się w cytozolu z aminokwasów siarkowych (niedobór) -sulfotransferaza w cytozolu (kilka izoenzymów) przenosi aktywną grupę na:

• alkohole, fenole • aminy

-słabo zachodzi u świń -sulfatazy hydrolizują siarczany organiczne Czasem zachodzi aktywacja metaboliczna (reakcja II fazy) Np. 2-acetyloaminofluorek (2-AAP) ulega najpierw N-hydroksylacji, następnie sprzęganiu z PAPS. Powstały nietrwały siarczan samorzutnie przekształca się w układ mezomeryczny jonu nitroniowego i karbonowego. Jony te łącząc się z DNA inicjują proces nowotworowy w wątrobie, nerce, pęcherzu moczowym. 3) metylacja

• SAM (S-adenozylometionina) donorem grup metylowych- „aktywny metyl” • metylotransferazy (mikrosomy, cytozol) przenoszą grupę metylową na heteroatomy z wolną grupą elektornów (N,

O, S) • aminy alifatyczne, aromatyczne, związki heterocykliczne azotu • biometylacja nieorganicznych połączeń Hg, Se, Te, As (metyzacja metali nie jest detoksykacją) • alkohole, fenole • merkaptany (BAL), tiofenole • odgrywa mniejszą rolę • nie zwiększa rozpuszczalności, nie przyspiesza wydalania • arseniany, biometylacja, nieorganiczne połączenia Hg (odpowiedzialne za zatrucia w zatoce Minamata), Se, Te, As

4)acetylacja -acetylokoenzym A- „aktywny octan) tworzy się we frakcji mitochondrialnej -N-acetylotransferazy w cytozolu (przenoszą grupę acetylową na:

• aminy • sulfonamidy • hydrazydy

-zmniejszenie rozpuszczalności metabolitów w wodzie- krystalizacja acetylosulfonamidów w środowisku kwaśnym (nerka) -różnice gatunkowe w acetylacji amin- pies acetyluje tylko grupę w sulfonamidach, człowiek N4 -różnice genotypowe u ludzi:

• wolno acetylujący (WA)- objawy neurotoksyczne po izoniazydzie • szybko acetylujący (S.A.)- niepożądane efekty lecznicze (nawet gruźlicy) • osoby WA częściej zapadają na nowotwory pęcherza moczowego indukowane przez aminy aromatyczne • osoby SA- nowotwory jelita grubego

5)z aminokwasami (glicyna, glutation) • jedyna reakcja, w której aktywacji ulegają ksenobiotyki, a nie substancje endogenne- kwasy karboksylowe (w

mitochondriach tworzą się odpowiednie acetylokoenzymy A) • cytozol, mikrosomy

6)z glutationem (detoksykacja) -tripeptyd (Cys, Gly, kwas glutaminowy)- występuje we wszystkich tkankach -odpowiednie S-transferazy glutationowe (GST- liczne izoenzymy np. GST, GSTT 1) reagują we frakcji cytozolowej z:

• węglowodorami aromatycznymi, WWA (epoksydy) • halogenowymi węglowodorami aromatycznymi (wymiana z chlorowcem) • halogenowymi nitroalkanami

-proces wieloetapowy 1) tworzenie epoksydów 2) przyłączanie GSH 3) odłączenie kolejno kwasu glutaminowego i glicyny 4) acetylacja- tworzenie kwasów premerkapturowych 5) hydroliza do kwasów merkapturowych

-większe znaczenie u szczura, królika, psa -glutation chroni przed działaniem wolnych rodników, epoksydów, chitonów (zmiatacz związków reaktywnych w organizmie) Czasami dochodzi do aktywacji metabolicznej (reakcje III fazy), np. tworzy się aktywny jon episulfoniowy 7) tworzenie tiocyjanianów (detoksykacja)

• cyjanki nieorganiczne sprzęgane ze związkami siarki (np. tiosiarczanami), tworzą się tiocyjaniany (200x mniej toksyczne)

• CN- + S2O32- -> SCN- + SO3

2- • reakcje katalizuje siarkotransferaza tiosiarczanowi (rodanaza) w mitochondriach • leczenie zatruć cyjankami (podanie dożylne tiosiarczanu sodu)

Indukcja i inhibicja enzymów mikrosomalnych

Indukcja- wzrost aktywności monooksygenaz wątroby i innych narządów, syntezy białek enzymatycznych Induktory: a)typ barbituranowy

• fenobarbital, aminofenazon, meprobamat, glutetimid, imipramina, difenylohydantoina, fenylobutazon, insektycydy polichlorowe (DDT), polichlorowane bifenyle (PCB)

• indukcja: CYP 2B, 2B2, 3A1, 3A2 • zwiększają aktywnośc: reduktazy NADPH- cytochrom P450, transferazy glutationowej (GST)

b)typ węglowodorowy • benzo[a]Iren, 3-metylochlorantren, dioksyny (TCDD), WWA • pobudzają syntezę CYP 1A1, 1A2 • zwiększają aktywność hydroksylazy węglowodorów aromatycznych (AHH) • nie powodują proliferacji SER i zwiększenia aktywności reduktazy NADPH- cytochrom P450

c)inne • etanol (2E1)- autoindukcja • nikotyna • benzen, chlorek winylu, N-nitrozoaminy, etylen

Inhibitory:

• hamują aktywność monooksygenaz • CCl4 (peroksydacja lipidów, niszczy SER) • CO, związki fosforoorganiczne (trwałe kompleksy z CYP 450) • CS2, O3, metale (hamowanie syntezy CYP 450)

Zależność między dawką a działaniem substancji chemicznych

W przyrodzie między dawką progowa a dawką śmiertelną istnieje zależność między wprowadzaną dawką w reakcją organizmu. Istnieją 2 typy zależności: 1)Dawka- efekt -zależność między dawką substancji toksycznej, a nasileniem efektu biologicznego mierzonym w określonej skali

np. zmiana aktywności ALA-D od stężenia Pb we krwi

aktywność enzymu spada wraz ze wzrostem stężenia inhibitora 2) dawka- odpowiedź Jeżeli efekt można wyrazić tylko jakościowo, tzn. występuje zależność między dawką substancji toksycznej a prawdopodobieństwem wystąpienia określonego efektu biologicznego w narażonej populacji. Np. występowanie anestezji w zależności od stężenia we krwi

Wielkość efektu

dawka

Aktywność ALA -D

Pb [µg/100cm3]

np. wyznaczenie LD50

krzywa procentu zgonów w układzie półlogarytmicznym (dawka- odpowiedź)

Toksykometria Dotyczy głównie sytuacji dawka- efekt lub mniej dawka-odpowiedź. Toksykometria- zajmuje się ilościową oceną toksyczności substancji chemicznych za pomocą różnych technik i metod badawczych; pomiar toksyczności zwykle u różnych gatunków zwierząt laboratoryjnych. Badania toksykometryczne w szczególności należy wykonywać dla:

• Leki (artykuły stosowane w medycynie- strzykawki, protezy) • Artykuły żywności (dodatki) • Artykuły chemiczne stosowane w gospodarstwie domowym • Artykuły stosowane w budownictwie (farby, kleje, tworzywa)

W zakres toksykometrii wchodzą:

• Określenie toksyczności ostrej • Określenie toksyczności w badaniach krótkoterminowych przy powtarzanym dawkowaniu w czasie 14, 21 lub 28

dni (toksyczność podostrą) • Określenie toksyczności podprzewlekłej przy powtarzanym dawkowaniu w czasie 90 dni • Określenie toksyczności przewlekłej test 2-letni (czasem roczny) • Badanie działania rakotwórczego • Badanie działania teratogennego • Badanie wpływu na płodność, rozrodczość i potomstwo • Badanie działania drażniącego (żrącego) • Badanie działania uczulającego • Badanie działania neurotoksycznego

Wyniki badania toksyczności ostrej pozwalają również obliczyć współczynnik kumulacji. Ważnym uzupełnieniem są badania biotransformacji substancji, a także poznanie kinetyki ksenobiotyku. Zakres badań zależy od:

• Rodzaju, właściwości, przemieszczania itd. badanej substancji (leki, dodatki do żywności) • Kosztów • Czy badamy tylko efekt czy też interesuje nas poznanie mechanizmu działania substancji • Wielkość produkcji (ilość używanej) jako kryterium zakresu badań

Zwierzęta doświadczalne:

Parestezja % przypadków

Hg we krwi [µg/100cm3]

Śmiertelność w %

Log D

• Dwa gatunki zwierząt, w tym jeden to gryzonie (myszy, szczury) • Dla substancji szczególnie ważnych (np. leki) króliki, psy czy naczelne, tak żeby wyniki badań jak najbardziej

zbliżone były do efektu u ludzi Eksperymenty na zwierzętach muszą spełniać określone warunki co do:

• Gatunku, wieku, płci, pochodzenia zwierząt • Miejsca bytowania zwierząt, karmy • Tworzenia odpowiednich grup odniesienia

Drogi narażenia: W zależności od drogi wprowadzenie ksenobiotyku do organizmu toksyczność może być różna ze względu na zmiany w biotransformacji

• Doustna- sonda lub z pożywieniem • Inhalacyjna- komory toksykologiczne (dynamiczne z przepływem powietrze lub bez- statyczne); testy

ekspozycyjne ludzi przeprowadza się na ochotnikach umieszczonych w komorach toksykologicznych) • Dermalne- skóra grzbietu (testy kosmetyków) • Dożylne- ostra toksyczność

2 rodzaje komór toksykologicznych:

• statyczna (wchodzi szczur, człowiek)- stałe stężenie związku toksycznego • dynamiczna (powietrze przepływa ciągle w stałym składzie)- badanie długoterminowe

Pomiar toksyczności: -ostra

• wyznacza się medialną dawkę śmiertelną LD50 powodującą śmierć 50% zwierząt uzytych do doświadczenia • kilka grup zwierząt (minimum 3)- badanie dla substancji toksycznych w dawce 2g/kg • dawki po pilotowych podaniach dobrane tak aby skraje:

o niższe- przezywają wszystkie zwierzęta o wysokie- uśmiercone wszystkie zwierzęta

-podostra- test 28 dni- na jakiej płci zwierząt -podprzelekła- test 90 dni -przewlekła- 2 lata Uznano, że wartością graniczną jest 2000mg/kg (2g/kg) Klasyfikacja substancji chemicznych w tle: - nie można bezpośrednio przenosić wyników badań, np. atropina jest 141x bardziej toksyczna dla człowieka niż dla szczura Badania obejmują:

• Krew (hematologia, biochemia) • Mocz • Narządy i tkanki (histologia i histochemia) • Rejestrowanie zachorowań zwierząt, zmiany sierści, błon śluzowych

Inne aspekty działania toksycznego:

• Genotoksyczność- badania powstawania mutacji genetycznych- badania na bakteriach np. S. typhimurium • Badanie działania rakotwórczego • Badanie działania teratogennego i wpływ na płodność oraz rozrodczość (tu obserwacja i badania dotyczą nawet

kilku pokoleń zwierząt) • Badanie działania drażniącego oka • Badanie działania uczulającego • Działania powtarzających się dawek (kumulacja)

Badanie działania rakotwórczego:

• Ok. 90% związków rakotwórczych wykazuje właściwości mutagenne • Pozostałe 10% wywołuje nowotwory przez inne mechanizmy niż uszkodzenie DNA

Oceny właściwości rakotwórczych można dokonać dwoma sposobami:

• Przez stwierdzenie zależności dawka (narażenie)-odpowiedź • Przez badania laboratoryjne na zwierzętach

Ważnym celem badań toksykometrycznych na zwierzętach jest ustalenie dawek (stężeń) substancji toksycznych przydatnych w dalszych badaniach i obliczeniach zmierzających do wyznaczenia normatyw higienicznych NDS, NDSCh, NDSP, Dopuszczalne stężenia biologicznego (DSB), ADI. Takimi stężeniami są: NOEL, NOAL, LOEL, LOAEL. Zwyczajowo wymienione poziomy dawkowania określa się jako dawki progowe (LOEL) i dawki efektywne (NOEL).

Przy przyjmowaniu substancji obcych 3 możliwe sytuacje:

• Stale ta sama reakcja • Coraz większa wrażliwość (alergia) • Coraz mniejsza wrażliwość (tolerancja)

Działanie odległe ksenobiotyków

Odległe efekty działania toksycznego I działanie mutagenne II działanie rakotwórcze ksenobiotyków I działanie mutagenne Mutageny- czynniki uszkadzające DNA Kancerogeny- mutageny wywołujące nowotwory Mutacje- nagła, trwała, dziedziczna zmiana materiału genetycznego Genotoksyczność- zdolność do wywołania efektów toksycznych w postaci szkodliwych zmian dziedzicznych w DNA Skutki mutacji: a)gonady- efekt letalny lub choroby dziedziczne potomstwa -mutacje dominujące- w pierwszym pokoleniu -mutacje recesywne- w dalszych pokoloenaich b)komórki płodu- efekt letalny lub teratogenny c)komórki somatyczne- nowotwory Przyczyny mutacji:

• Promieniowanie jonizujące • Czynniki chemiczne • Mikroorganizmy • Wirusy • Endotoksyny • Antygeny

Typy mutacji: 1)genowe (punktowe) a)tranzycja- zmiana jednej zasady purynowej na inną purynową lub jednej zasady pirymidynowej na inną pirymidynową puryny- G, A pirymidyny- C, T b) transwersja- zmiana między zasadą purynową a pirymidynową c) fazy odczytywania- ubytek (delecja) lub dodanie (addycja) jednego lub dwóch nukleotydów 2)chromosomowe (klastogeneza) -zmiany struktury chromosomów -aberracje chromosomowe 3) genomowe -zmiana liczby chromosomów w komórce potomnej, nierównomierny podziałmateriału genetycznego (aneuploidia) -poliploidia (triploidia, tetraploidia)- zawiera więcej niż 2 zespoły chromosomów, także komórki nie przezywają 1. Mutacje genowe

• głównie powstają wskutek błędu DNA w czasie replikacji • zmiana budowy jednej lub kilku zasad heterocyklicznych • łącznie się zasad w „nienormalne” pary- zmiany przekazywane są w następnych replikacjach- inny tryplet

(nonsens)- inny aminokwas (mniejsza aktywność katalityczna) A-T i G-C normalnie Czynniki mutagenne:

• Promieniowanie jonizujące- działa na wszystkie zasady (z pary A-T tworzy się para G-C; z pary G-C tworzy się para A-T)

• Związki alkalizujące- iperyt azotowy, iperyt siarkowy, sulfonian dietylu, chlorek winylu, epoksydy, aktywne metabolity WWA, nitrozoaminy

Skutki biologiczne mutacji genowych:

• Enzymopatie (np. fenyloketonuria) • Hemofilia • Anomalie w Hb • Chondrodystrofia (karłowatość krótkokończynowa)

Częstość występowania mutacji punktowych wzrasta, jeżeli ojciec jest starszy.

2. Mutacje chromosomowe

• przyłączenie, utrata lub przeniesienie odcinków chromosomów • poprzeczne złamanie chromosomów (centromer, ramiona)

środki alkilujące, alkohole, fenole, uretany, karbaminiany, akrydyny, kofeina, kumaryna, kolchicyna, kamfora, hydrazyd malinowy, streptomycyna, 5-bromouracyl, hydroksyloamina Po złamaniu chromosomów: a) restytucja b) złamanie pojedyncze

• delecja (deficencja) fragmentu centrycznego • duplikacja • forma cykliczna

c) złamanie podwójne w jednym chromosomie • inwersja (odwrócenie) o 180o • forma cykliczna w dwóch chromosomach • translokacja (przesunięcie) • forma dwucentryczna

3. Mutacje genomowe:

• mutacje biegunowe, nondysjunkcja • nieprawidłowy podział chromosomów między komórki potomne • trucizny metafazy • wrzeciono kariokinetyczne zbudowane z białka o włókienkowej budowie (α, β-tubulina- mostki –S-S-)

Inaktywatory wrzeciona kariokinetycznego:

• Związki reagujące z grupa –SH- organiczne związki As, Pb, Hg • Rozkojarzające fosforyzacje oksydacyjną: 2,4-DNP • Inhibitory łańcuchaoddechowego H2S, CN, azydki • Hamowanie polimeryzacji włókien wrzeciona: kolchicyna • Inne związki: WWA, antybiotyki (penicylina, streptomycyna, chloramfenikol) • Alkaloidy (morfina, papaweryna, chinina) • Leki przeciwfoliowe (witamina K) • Analogi puryn, pirymidyn, aminokwasów, związków aromatycznych • Niektóre pestycydy

Skutki biologiczne mutacji genomowych:

• Zespół Downa (47, 21+) • Zespół Klinefeltera (47, XXY) • Zespół Tunera (45, XO- jeden chromosom X, brak chromosomu Y)

Wpływ wieku matki II Rakotwórcze działanie ksenobitykó Ok. 90% mutagenów działa rakotwórczo (związki alkilujące, nitrozoaminy, uretany, WWA, aflatoksyny). Szacuje się, że w przeciętnej komórce ludzkiego organizmu dochodzi do kilkudziesięciu mutacji dziennie ale niewielki % powoduje raka. Mutageny niekancerogenne- barwniki akrydynowe, niektóre związki metali ciężkich U mężczyzn- nowotwory tchawicy, oskrzeli i płuc U kobiet- nowotwory sutka Nowotwór- tkanka rozrastająca się nadmiernie i w sposób nieskoordynowany z pozostałymi tkankami, przy czym nadmierna proliferacja utrzymuje się mimo wyeliminowania czynnika, który ją wywołał. Komórki nowotworowe tracą morfologiczne i biochemiczne właściwości. Teorie powstawania nowotworów: 1) teorie mutacji somatycznej

• wieloetapowość kancerogenezy a) inicjacja- wywołana przez czynnik inicjujący genotoksyczny (prawdziwy kancerogen) jako mutacje komórki

somatycznej- jest to nieodwracalna, trwała zmiana w DNA, lecz niewystarczająca do rozwoju nowotworu, zachodzi szybko, pojedyncza dawka, dość rzadko

b) promocja- zachodzi zawsze po inicjacji, jest procesem odwracalnym, zachodzi w ciągu tygodni, miesięcy, lat, zwiększa proliferację komórek preneoplastycznych, hamuje apoptozę

Składa się z 2 podetapów:

• Konwersja- przekształcenie zmutowanych komórek w nowotworowe • Progresja- namnażanie komórek nowotworowych (mutacje chromosomowe i genomowe)

Promocja wykazuje specyfikę narządową. Nowotwory:

• Okrężnicy (kwasy żółciowe) • Pęcherza moczowego (sacharyna, cykloaminiany) • Płuca (fenole, ketachole) • Żołądka, jamy ustnej, przełyku, krtani (etanol) • Sutka (estrogeny, dieta bogata w tłuszcze) • Skóry (olej krotonowy) • Wątroby (fenobarbital, DDT, PCB, dioksyny, progesteron, estradiol- stymulatory enzymów mikrosomalnych)

Po przerwaniu podawania substancji promocyjnych dochodzi do zahamowania rozrostu, częściowy powrót do stanu normalnego. Promocja ma istotne znaczenie w raku: płuca, jelita grubego, prostaty, jajników, macicy, sutka (równowaga hormonalna). Inicjacja decyduje o raku żołądka. Czynniki antypromocyjne: Antyoksydanty (witamina A, C, E) Leki hypolipemiczne Antyestrogeny Zazwyczaj substancja promocyjna różni się od inicjującej. Natomiast pełne czynniki rakotwórcze (promieniowanie jonizujące, WWA, RFT, wolne rodniki) są inicjatorami i promotorami. Między inicjacją a okresem promocji- okres atencji (trwa do kilkudziesięciu lat, u dzieci krócej) Czynniki współrakotwórcze (kokarcynogeny)- ułatwiają inicjację, obniżają dawkę progową inicjatora, skracaja czas atencji (SO2, kondensat dymu tytoniowego) Czynniki genotoksyczne- wywołują mutacje Czynniki epigenetyczne- nie wywołują zmian w DNA, promotory, kokarcynogeny, środki immunosupresyjne, hormony, azbest 2)teoria delecji białek kontrolnych Karcynogeny (WWA, barwniki azowe) wiążą się z białkami regulującymi wzrost komórek. Po połączeniu z karcynogenem nie spełniają tej funkcji. 3) teoria wirusowa Wirusy onkogenne (integracja DNA wirusa z DNA komórki) 4) teoria chelatowa (metale) Metal rakotwórczy może wyprzeć z chelatowego połączenia metal niezbędny dla komórki. Może spowodować modyfikację genu. Czynniki sprzyjające powstawaniu nowotworu:

• Gatunek (biotransformacja) • Płeć (hormony) • Uwarunkowanie genetyczne (dziedziczne zaburzenie naprawy DNA)- sutek, macica, jajniki, jelito grube, oskrzela • Wiek (maksymalna zapadalność 55-75 lat) • Dieta (tłuszcz) • Droga podania (WWA)

Substancje rakotwórcze (genotoksyczne, inicjujące):

• Zazwyczaj są elektorfilowe i działają na nukleofilowe miejsca w DNA A. Bezpośrednie kancerogeny (w postaci niezmienionej wywołują mutacje) 1) związki alkilujące G-N7 (guanina przy azocie 7), O6, C-O2, T-O2, O4, A-N3, N7

• Iperyt siarkowy

• Iperyt azotowy Epoksydy, β-laktony, etionina, etylenoimina

• Związki dwufunkcyjne (iperyty) łączą 2 spirale DNA i uniemożliwiają replikację B. Pośrednie kancerogeny (prekancerogeny)

• Metabolity są bezpośrednimi kancerogenami. Związki alkilujące:

• Chlorek winylu (Rak wątroby)-> tlenek chloroetylenu • CCl4, CHCl3-> rodnik trichlorometylowy • Benzen (białaczki)-> rodnik fenoksylowy • Dioksan (nosogardziel) • Aflatoksyny (rak wątroby)-> epoksyd (tworzy się z żywności pokrytej pleśnią- Afryka, Azja)

Narażenie zawodowe:

• Pracownicy laboratorium atomowego • Radiolodzy, rentgenolodzy • Górnicy kopalni uranu • Produkcja lamp rentgenowskich • (dawniej) malowanie tarcz fluoryzujących zegarków • Częste prześwietlenia

Narażenie środowiskowe:

• Palenie tytoniu • Zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego (WWA, SO2)- miasto/wieś • Zanieczyszczenie powietrza pomieszczeń mieszkalnych (formaldehyd, benzen)

Ocenia się, że ok. 70% nowotworów jest wynikiem niewłaściwej diety bogatokalorycznej. Leki prowadzące do powstania nowotworów: 1)cytostatyki- związki alkilujące, pochodne uretanu, analogi puryn, pirymidyn, antymetabolity (metotreksat), aktynomycyna, cyklofosfamid 2) leki immunosupresyjne 3) leki przeciwmalaryczne (pirymetamina) 4) doustne leki antykoncepcyjne 5) pochodne mocznika, tiomocznika (wątroba, tarczyca) 6) chloramfenikol (białaczki) 7) związki tworzące nitrozoaminy (II-rzędowe aminy) Badania na rakotwórczość: Badanie przesiewowe- budowa chemiczna Testy na genotoksyczność (In vitro)- test Amesa (2-3 dni) Jeśli dwa testy pozytywne-> badanie półroczne in vitro Pełne badanie in vitro na gryzoniach- 2 lata Proteomika- badanie białek- ich struktury, sprawowanych przez nie funkcji i zależności między nimi Metabolomika- dziedzina nauki zajmująca się badaniem zestawu wszystkich metabolitów obecnych w organizmie, tkance czy komórce- metabolizmu

Działanie teratogenne Odległy skutek działania ksenobiotyków Teratogeny- czynniki wywołujące zaburzenia rozwoju zarodka lub płodu, uwidaczniające się występowaniem wad rozwojowych (typu anatomicznego) Teratologia- nauka o wadach wrodzonych; teras, teratos = potwór Skutki działania teratogenów:

• Poronienia samoistne (20%) • Martwe urodzenia • Wady rozwojowe (3% przy urodzeniu, 7% w 4 roku życia)

Rodzaje wad wrodzonych (wg malejącej częstości):

• Stopa szpotawa • Wady rozwojowe serca- zazwyczaj przegrody międzykomorowe i międzyprzedsionkowe (późno wykrywalne) • Rozszczepienie kręgosłupa • Wodogłowie • Wrodzona szczelina czaszki • Rozszczepienie warg i podniebienia • Zwichnięcie stawu biodrowego • Zwężenie odźwiernika • Wielopalczastość

Wszystkie wady rozwojowe mogą być wywołane jednym czynnikiem. Każdą wadę rozwojową można wywołać wieloma czynnikami. Początkowym efektem działania czynnika teratogennego jest zmniejszenie szybkości rozwoju, co może powodować deformację płodu. Rodzaj wad wrodzonych zależy od okresu ciąży w którym działa czynnik teratogenny. 1) okres blastogenezy- blastocyt (niezróżnicowany zarodek), okres do 15 dnia ciąży

• obumarcie zarodka albo zmiana uniemożliwiająca implantację w macicy, następuje resorpcja lub poronienie • brak wad wrodzonych

2) okres embriogenezy- zarodek 16-75 dzień ciąży • zmiany morfologiczne (wady wrodzone) • najbardziej krytyczny dla działania teratogennego- okres tworzenia związków danego układu, narządu (15-42 dzień

ciąży) Organogeneza: 3-5 tydzień- tworzenie struny nerwowej (OUN) 3-6 tydzień- serce 4-7 tydzień- kończyny 4-8 tydzień- oczy 6-8 tydzień- podniebienie, zęby 4-12 tydzień- uszy 7-12 tydzień- zewnętrzne narządy płciowe 3) Okres fetogenezy (fetus= płód)- w 3 miesiącu ciąży tworzą się błony płodowe chroniące płód od czynników zewnętrznych

• głownie zaburzenia czynnościowe (OUN)- niedorozwój umysłowy Teratogenny:

a) promieniowanie jonizujące b) zakażenia wirusowe c) związki chemiczne (leki, trucizny środowiskowe) d) czynniki genetyczne (25%)

Czynniki środowiskowe: 1) etanol (niedobór kwasu foliowego)

• dzieci nałogowych alkoholików (tylko 7% dzieci bez wad rozwojowych) • zespół alkoholowego płodu- niedobór masy ciała, niski wzrost, małogłowie, upośledzenie umysłowe, zmiany w

OUN, nieprawidłowe reakcje, charakterystyczny wygląd twarzy (wąskie szpary powiekowe, opadanie powiek, niedorozwój żuchwy i szczęki, często rozszczepienie podniebienia), anomalie stawowe (stawy śródręczno-paliczkowe), anomalie zewnętrznych narządów płciowych (wnętrostwo), wady sercowe- ok. 50% ubytek przegrody międzyprzedsionkowej, międzykomorowej

2) związki organiczne rtęci • uszkodzenie mózgu • niedorozwój umysłowy • zaburzenia neurologiczne

3) PCB- zmiany skórne 4) dioksyny TCDD (tetrachlorodibenzo-p-dioksyna)- jeden z najsilniejszych teratogenów; wypadek w Seveso (Włochy) 5) Palenie papierosów niedotlenienie (CO)

• urodzenia martwe • zmniejszenie masy ciała noworodków • mniejsze wymiary (wzrost, obwód czaszki i klatki piersiowej) • opóźnienie rozwoju intelektualnego • częste zapadanie na choroby dróg oddechowych

Wpływ na rozród Rozród- wieloetapowy proces rozpoczynający się od gametogenezy; trwa przez zapłodnienie, implantację, rozwój zarodkowy, płodowy Wpływ na owocyty: -WWA (dym tytoniowy, spaliny samochodowe, spalanie paliw) stymuluje aktywność enzymów mikrosomalnych, zmniejszenie poziomu estrogenów

Toksykologia środowiskowa, Ekotoksykologia

Toksykologia środowiskowa- wpływ środowiska na człowieka Środowisko naturalne- to ogół czynników ekologicznych mających bezpośrednie znaczenie dla życia i rozwoju człowieka Powietrze, woda, gleba, fauna, flora Biosfera- strefa zamieszkała przez organizmy żywe

• Aerosfera- dolna część atmosfery • Hydrosfera- wszystkie wody • Litosfera- powierzchniowa warstwa skorupy ziemskiej

Katastrofy chemiczne:

• Pożary w wyniku których powstają wysokotoksyczne związki • Awarie przemysłowe ze skażeniem chemicznym (Soveso- 1976r.- dioksyny; Bhopal- Indie- 1984r.- izocyjanian

metylu) • Katastrofy kolejowe, morskie, rurociągów z uwolnieniem się niebezpiecznych środków chemicznych • Działania terrorystyczne z użyciem związków chemicznych • Broń chemiczna (iperyt w Bałtyku) • Masowe zatrucia wynikające z zanieczyszczeń środowiskowych (Minimata 1953r.- metylo Hg, objawy

neurologiczne; itai-itai- 1955r.- zatrucie Cd) I. Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego Człowiek wdycha ok. 9kg powietrza/dobę (15-20cm3)

• Przenoszenie zanieczyszczeń na dalekie odległości • Zanieczyszczenie pozostałych elementów środowiska podczas samooczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia: gazy, dymy, pyły, mgły • Zanieczyszczenia pierwotne i wtórne (produkty chemiczne i fotochemiczne)

Substancje zanieczyszczające- wywierają niekorzystny wpływ przez nadmierna ilość w środowisku, nie są zazwyczaj substancjami silne toksycznymi Substancje skażające- szkodliwe dla człowieka i innych gatunków Emisja- ilość substancji chemicznej, która uwalniana jest w środowisku (masa/czas np. tony/rok) Imisja- całkowite stężenie zanieczyszczeń w środowisku [µg/m3] Główne zanieczyszczenia powietrza:

• CO (52%) • SO2 (18%) • Węglowodory (12%) • Pyły (10%) • NOx (6%) • Także: metale (Pb) • H2S • HCl • Związki F

Źródła zanieczyszczeń powietrza: 1) Spalanie paliw (węgiel, ropa)

• pełne spalanie: CO2 (bardzo mało) • niepełne spalanie: CO, sadza, dym, węglowodory, smog i dym- WWA [B(d)P-benzazepiren- działa rakotwórczo]

(najczęściej) • paliwa zawierające siarkę: SO2 (utleniacze, katalizatory)->SO3-> wilgotne powietrze-> aerozol H2SO4 („kwaśne

deszcze”) • w wysokich temperaturach (paleniska, silniki samochodowe)

N2 + O2 => NO + O2 => NO2 2) Gazy spalinowe

• zawierają: CO (<), NO2 (>), węglowodory nasycone i nienasycone, azbest, WWA, Pb, SO2 • smog fotochemiczny- produkty reakcji chemicznych zachodzących pod wpływem swiatła słonecznego, między

składnikami gazów spalinowych (NO, O3, aldehydy, wolne rodniki, nadtlenki organiczne)- smog typu Los Angeles- skutek motoryzacji NO2 + hע => NO + O NO + O2 => O3 O + HC· => RHCO + R· O3 + HC· => CCHO + RCOO·

RCOO· + NO => NO2 + RCO· RCO· + NO2 + O2 => R(CO)OONO2

• Węglowodory (HC·) z benzyny-> aldehydy, wolne rodniki • Przeciwskutkowe działanie tetraetylku ołowiu- 5,5kg Pb/km dróg w Polsce • Cząstki stałe- ścieranie opon, wykładzin, hamulców i sprzęgieł (azbest), nawierzchnie dróg smołowych (WWA) • Silniki Diesla mnie CO, ale więcej węglowodorów, NOx i dymu • Platyna z katalizatorów

3) Emisja zakładów przemysłowych H2S- rafinerie, koksownie, fabryki celulozy HF- fabryki nawozów fosforowych, huty glinu, przemysł ceramiczny NOx- produkcja nawozów azotowych CS2- produkcja celulozy i sztucznego jedwabiu Wpływ warunków klimatycznych i położenia geograficznego:

• Inwersja temperatury powietrze-mgła- utrudnia pionowe mieszanie powietrza, zanieczyszczenia pozostają przy powierzchni ziemi

• Konwersja- unoszenie się cieplejszych warstw powietrza • Wiatry mogą przepychać lub rozwiewać chmurę trujących związków • Położenie miast w kotlinach i u podnóża gór- zanieczyszczenia cięższe od powietrza, tak jest np. w Krakowie

Podziała zanieczyszczeń na: -Zanieczyszczenia redukujące

• Na skutek ogrzewania mieszkań • Smog typu londyńskiego: SO2, dym • Niepełne spalanie węgla, mgła, niskie temperatury

-Zanieczyszczenia utleniające • Na skutek ruchu samochodów • Smog typu Los Angeles: NOx, O3, węglowodory, aldehydy

Dwutlenek siarki:

• Karcynogen • Dobrze rozpuszczalny w wodzie

Aerozol kwasu siarkowego:

• Działa jak SO2, tylko silniej • Zwężenie oskrzeli i krtani • Hamuje oczyszczanie śluzowo- rzęskowe

Dlaczego nie ma kwaśnych „deszczów” z tlenku azotu? Tlenki azotu są źle rozpuszczalne w powietrzu, niełatwo tworzą kwas azotowy, a tlenki siarki łatwo rozpuszczają się w powietrzu i tworzą kwas siarkowy. Zanieczyszczenia Polski: Głównie południe, zachód, okolice Szczecina, pomorskie Składniki smogu fitochemicznego: -typu Los Angeles= typu utleniającego NOx(tlenki azotu):

• Wchłania się z dolnych odcinków dróg oddechowych • Uszkadza komórki oskrzelików i pęcherzykó płucnych • Wywołuje obrzęk płuc • Powoduje rozedmę płuc • Poraża nerki w nabłonku migawkowym • Zwiększa zapadalność na choroby bakteryjne i wirusa grypy • Działa methemoglobinotwórczo • Obniża ciśnienie krwi

O3 (ozon):

• Związek drażniący płuca, uszkadza pęcherzyki płucne (uszkadza komórki płaskie nabłonka oddechowego i śródbłonka naczyń włosowatych)

• Wywołuje obrzęk płuc • Przyspiesza starzenie organizmu • Zwiększa zapadalność na choroby bakteryjne i wirusa grypy • Wywołuje nowotwory płuc • Wolnorodnikowy mechanizm działania, peroksydacja lipidów, utlenianie grup –SH

• Powoduje mutacje Węglowodory: W wyniku reakcji fotochemicznych tworzą: aldehydy i wolne rodniki Aldehydy: 50% formaldehyd, 5% akroleina Skutki zdrowotne zanieczyszczeń powietrza: a)Ostre- (awarie, katastrofy)- w wyniku nagłego przedostania się do atmosfery dużych ilości substancji toksycznych Zatrucia śmiertelne: Cl2, COOCl2, NH3, HCl, izocyjan metylu

• Długotrwałe utrzymywanie się wysokich stężeń zanieczyszczeń w niekorzystnych warunkach klimatycznych b)Przewlekłe

• Zmniejszenie odporności • Powodowanie stanów depresyjnych

c) wpływ na klimat • efekt cieplarniany- zwiększenie zawartości CO2, wzrost temperatury może spowodować zwiększenie obszarów

pustynnych, zmniejszenie warstwy ozonowej Inne skutki zanieczyszczeń powietrza: -Działanie fitotoksyczne (SO2, H2SO4, NOx, O3, HF) -Straty materialne -Wpływ na klimat:

• Efekt cieplarniany- wzrost CO2-> wzrost temperatury może spowodować zwiększenie obszarów pustynnych, stopienie lodowców i zalanie obszarów przybrzeżnych

• Zmniejszenie warstwy ozonowej w stratosferze chroniącej ziemię przed nadmiarem promieni UV i masowym zachorowaniem na nowotwory skóry (freony)

Zapobieganie zanieczyszczeniom powietrza: -samooczyszczanie:

• gwarancja cząsteczek aerozoli • absorpcja par i gazów w wodzie i glebie • opady atmosferyczne (10mm opadu może oczyścić kilometrową powierzchnię)

- ulepszenie technologiczne i techniczne • konstrukcje palenisk o dobrym spalaniu (paleniska fluidalne) • urządzenia odpylające dużej wydajności (elektrofiltry) • wysokie kominy rozpraszają zanieczyszczenia • odsiarczanie paliw • ulepszenie silników spalinowych • powszechne wprowadzenie benzyny bezołowiowej • ograniczenie ruchu samochodowego w centrach miast • właściwa lokalizacja nowych zakładów

-rygorystyczne przestrzeganie norm prawych dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym- dla obszarów specjalnie chronionych (uzdrowisko, parki narodowe, rezerwaty) i obszarów mieszkalnych (tereny mieszkalne) Zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych:

• Pochodzą z otaczającej atmosfery materiałów budowlanych, wyposażenia pomieszczeń i dziennego użytku • Szczególne zagrożenia stanowią- tworzywa sztuczne, preparaty impregnacyjne, rozpuszczalniki organiczne • Źródło emisji- wykładziny, dywany, tapety, meble, płyty wiórowe i pilśniowe, kleje, lakiery, żywice, impregnaty,

apretura tkanin • Najczęstsze zanieczyszczenia- formaldehyd, fenole, chlorofenole, naftaleny, chloronaftaleny, benzen, toluen,

ksylen, styren, epichlorohydryna, ftalany, niektóre powstają z rozkładu żywic

Sprawność filtracji [%] elektrofiltr

Filtr membranowy

Wielkość cząstek [µm]

10 0

90

• Szczególne zagrożenie dla- niemowląt, dzieci, osób w podeszłym wieku, chorych, rekonwalescentów- przebywających w pomieszczeniach przez większą część doby

• Objawy: zawroty i bóle głowy, uczucie zmęczenia, senność, złe samopoczucie • Zanieczyszczenia powietrza powstają też przy zabiegach kulinarnych związanych ze spalaniem gazu lub innych

paliw, używanych preparatów chemicznych w domu II. Zanieczyszczenia wód

• Niedobór zasobów wody w Polsce • ¾ powierzchni Ziemi-> woda

Źródła zanieczyszczeń wód:

• Ścieki przemysłowe i miejskie • Ścieki z terenów rolniczych • Wody opadowe • Transport morski (też zabezpieczanie statków przed glonami) • Wykorzystywanie wód powierzchniowych do odprowadzenia odpadów i ścieków

Główne zanieczyszczenia wód:

• Detergenty, chlorowane węglowodory alifatyczne i aromatyczne, fenole, ftalany, cyjanki, aminy, metale ciężkie, fosforany, azotany, fluorki w wodach morskich- ropa naftowa i oleje opałowe

• W wodzie pitnej w USA stwierdzono ponad 250 organicznych związków chemicznych Formaldehyd, fenole, chlorofenole Detergenty- środki czyszczące, piorące, myjące, bardzo trudno ulegają biodegradacji- warstwa piany, toksyczne dla ryb i skorupiaków, wywołują uczulenia Chlorowcowe pochodne węglowodorów alifatycznych- uzdatnianie wody metodą chlorowania, powstają z zawiesiny naturalnych kwasów humusowych Kwaśne produkty przemiany związków organicznych w glebie (kw. próchnicowe) Trihalometany (THM)- CHCl3, CHBrCl2, CHBr2Cl zwiększają zapadalność na nowotwory układu pokarmowego i moczowego. Stosować filtrację, koagulację oraz inne metody uzdatniania: ozonowanie, węgiel aktywowany Chlorowcowe pochodne węglowodorów aromatycznych (PCB, insektycydy polichlorowe, chlorofenole)- słabo rozpuszczalne w wodzie, litofilne, odporne na działanie czynników chemicznych, biologicznych, długotrwale skażają środowisko, biomagnifikacja w łańcuchu pokarmowym (106). Kumulują się w tkankach bogatych w lipidy, stymulują aktywność enzymów mikrosomalnych, zaburzają metabolizm sterydów (reprodukcja ptaków). Silnie toksyczne dla planktonu i ryb. PCB- zmiękczacze, izolatory, smary- w ściekach przemysłowych Chlorofenole (PCB)- silnie toksyczne, impregnacja drewna Ftalany- z tworzyw sztucznyc- powierzchnie występują w wodzie i glebie, mała toksyczność dla ssaków, duża dla skorupiaków i ryb; obniżają poziom testosteronu=> niewieścienie mężczyzn Inne: cyjanki (przemysł chemiczny), fenole (huty, przemysł chemiczny), WWA (energetyka, petrochemia), aminy aromatyczne (przemysł farbiarski i farmaceutyczny) Ścieki bogate w substancje organiczne- przemysł spożywczy, celulozowy, płyt pilśniowych, ulegają gniciu, pozbawiają wody tlenu Metale ciężkie- Hg, Pb, Cd, Cu, Ni, Zn, Cr, As- ścieki przemysłowe i powietrzne (spalanie paliw), bardzo toksyczne dla organizmów wodnych- kumulacja Azotany- (nawozy, odchody)- z wody studziennej, methemoglobinemia niemowląt, przemiana do nitrozoamin- eutrofizacja akwenów Fosforany- (nawozy, detergenty, ścieki)- rozrost i obumieranie glonów, eutrofizacja (użyźnianie jezior i zbiorników wodnych), ginięcie kolejnych gatunków, zamieranie, zarastanie Fluorki - niedobór w wodzie pitnej sprzyja próchnicy, nadmiar- fluorozie zębnej i kostnej Chlorki i siarczany- zrzuty z kopali węgla, zwiększenie zasolenia wód powierzchniowych, hamowanie samooczyszczania; zwiększenie kwasowości jezior i zbiorników poniżej pH=5, głównie plankton i ryby, nadmierny zakwit plonów Ropa naftowa i oleje opałowe- głównie zanieczyszczenia mórz i oceanów, głównie z mycia zbiorników, rzadziej z katastrof na wodach przybrzeżnych- skażenie plaż, urządzeń portowych, wyginięcie ostryg, ryb, ptaków- strefy ekonomiczne (turystyka); na wodach otwartych szybko zanikają- parowanie, dyspersja, emulgowanie, opadanie na dno. Górne warstwy wody pod wpływem światła słonecznego i bakterii przemiana do CO2 i wody. W głębokich warstwach i niższej temperaturze wolne samooczyszczanie. Klasy czystości wód (podział do 2004r.):

a) Woda pitna (zaopatrywanie ludności w wodę pitną, zaopatrywanie przemysłu spożywczego, hodowli ryb łososiowatych)

b) Wody przeznaczone do hodowli pozostałych gatunków ryb, hodowli zwierząt gospodarskich, urządzenia zorganizowanych kąpielisk, uprawianie sportów wodnych

c) Wody przeznaczone do zaopatrywania pozostałych gałęzi przemysłu, nawadnianie terenów rolniczych i uprawa ogrodniczych

Obecnie obowiązuje 5 klas czystości wody Zapobieganie zanieczyszczeniom wód:

• Oczyszczanie ścieków we wszystkich miastach i osiedlach (jest 38%) • Oczyszczanie ścieków przemysłowych na terenach zakładów pracy • Technologie z zamkniętym obiegiem wody • Zmiany technologiczne (Hg w przemyśle papierniczym, PO4 w detergentach) • Zaprzestanie chlorowania wody • Racjonalne stosowanie nawozów i pestycydów • Ograniczenie zanieczyszczenia powietrza • Zmniejszenie ilości składowanych surowców i odpadów • Rygorystyczne przestrzeganie NDS substancji w wodzie do picia

III. Zanieczyszczenia gleby

• Zalegają długi okres czasu, nie ulegają dyspersji- zwłaszcza zanieczyszczenia nierozpuszczalne • Wpływają na wegetację roślin i jakość plonów • Trwałość zależy od właściwości sorpcyjnych gleby ( np. w glebach glinianych pozostają długi czas) i warunków

klimatycznych Źródła zanieczyszczeń gleby: Przemysł rolniczy, transportowy, gospodarstwa domowe

a) przemysł- lotne pyły, popiół, sadza, WWA, aerozole ditlenków siarki i kwasu siarkowego („kwaśne deszcze”)- powodują zakwaszenie gleby, wymywanie toksycznych metali i niszczenie roślinności, metale ze ściekami i szlamami przemysłowymi- wymywane lub przenoszone z wiatrem z odpadów (hałdy, składowiska)

b) rolnictwo- skażenie gleby nawozami (fosforany, azotany) i pestycydami; w efekcie skażenie żywności, najtrwalsze z pestycydów- metale; trwałe- insektycydy polichlorowane, herbicydy bispirydylowe; nietrwałe- insektycydy fosforoorganiczne

c) transport samochodowy- związki ołowiu i węglowodory, obszary przy drogach, nie nadają się do uprawy i hodowli d) odpady stałe

• substancje organiczne rozkładają się do CO2, SO2, H2O, NO2 • nie ulegają biodegradacji: metale, szkło, tworzywa sztuczne • 700kg odpadów rocznie/człowieka • usuwanie odpadów stałych (kompostowanie lub zasypywanie)- poważny problem zdrowotny i

ekonomiczny • bardzo szkodliwe spalanie na otwartej przestrzeni • na świecie przetwarza się ok. 30% śmieci, w Polsce ok.. 5%

Biomarkery (biowskaźniki) stanu środowiska Ożywione elementy środowiska występujące powszechnie, których zmiana daje sumaryczna odpowiedź co do zanieczyszczeń określonym toksykantem, czy ogólnie substancji (związków chemicznych) np. muchy, trawy (zboża), igły sosny, niższe organizmy wodne, ryby, tkanki zwierzęce Wykorzystanie zjawisk:

• Biokumulacja • Biokoncentracja • Biomagnifikacja

Zwierzęta testowe np. ośliczki (drobne zwierzęta wrzucane do wody w celu wykluczenia lub potwierdzenia skażenia) Badania epidemiologii środowiska: a) badania opisowe- dane statystyczne co do:

• umieralności • występowania chorób • określenia populacji narazonej • zmiany sytuacji w czasie

b) ustalenie związku danych statystycznych z wynikami pomiarów zanieczyszczenia środowiska (woda, gleba, powietrze) c) wytypowanie przypuszczalnych przyczyn (czynników) negatywnych skutków zdrowotnych z równoległym badaniem stanu środowiska

d) monitoring stopnia ekspozycji- praktycznie ustalany przez pomiar zanieczyszczenia powietrza (wody) i analizę materiału biologicznego pochodzącego do osób eksponowanych

Toksykologia pracy- toksykologia zawodowa Medycyna Pracy- wielodyscyplinarna nauka zajmująca się wpływem warunków pracy na stan zdowia człowieka. Podstawy medycyny pracy stanowią:

• Kliniczna patologia zdrowia- diagnostyka i leczenie chorób związanych z wykonywaniem określonej pracy • Higiena pracy- jakościowa i ilościowa ocena środowiska pracy pod względem szkodliwości chemicznej i fizycznej • Fizjologia pracy- zgodność warunków pracy z czynnikami fizjologicznymi • Organizacja ochrony zdrowia- badania okresowe, epidemiologiczne

Choroby zawodowe- wywołane działaniem występujących w środowisk pracy czynników szkodliwych dla zdrowia Przyczyną chorób zawodowych mogą być:

• Substancje chemiczne- np. metale, rozpuszczalniki, gazy drażniące i duszące, związki działające żrąco, uczulająco, rakotwórczo, środki ochrony roślin, tworzywa sztuczne, pyły przemysłowe itd.

• Czynniki fizyczne- np. hałas, promieniowanie, pole magnetyczne • Czynniki biologiczne- bakterie, wirusy, grzyby • Czynniki związane z charakterem wykonywanej pracy- np. ruchy monotypowe, przeciążenie narządu głosu,

przeciążenie układu kostno-stawowego Najczęstsze choroby zawodowe:

• Przewlekłe choroby narządu głosu • Pylice płuc • Ubytek słuchu

„Ryzyko zawodowe”- prawdopodobieństwo wystąpienia skutków zdrowotnych (utrata zdrowia) w wyniku środowiskowego narażenia na substancje toksyczne. Oszacowanie wielkości ryzyka dla całych społeczeństw jest podstawą do podejmowania decyzji o charakterze technicznym, ekonomicznym, socjalnym, a nawet politycznym (np. budowa elektrowni atomowych czy sposób utylizacji śmieci) Optymalnym stanem jest tzw. ryzyko nieznaczące czyli nikłe prawdopodobieństwo wystąpienia skutków zdrowotnych. Szacowanie ryzyka W warunkach narażenia środowiskowego podstawą obliczeń jest pobranie (ADI) Zmienne niezbędne do określenia wielkości pobrania (ADI): Wielkość narażenia (stężenie substancji) Zmienne określające narażoną populację- wskaźnik kontaktu z określonym medium np. ilość wypijanej wody, czas narażenia, masa ciała Okres dla którego dokonuje się obliczeń (uśrednienie)

Substancje uzależniające Niewrażliwość nabyta (tolerancja)- obniżenie wrażliwości organizmu na działanie danej substancji powstałe w skutek uprzedniego kontaktu z substancją lub jej pochodną. Tolerancja związana jest ze zjawiskiem zmniejszenia skuteczności działania dawki, co prowadzi do jej zwiększenia w celu uzyskania pożądanego efektu. Tolerancja: a) pośrednia

• normalna wrażliwość receptora • stężenie leku wokół receptora jest mniejsze niż być powinno • przyczyna- zwiększona biotransformacja, indukcja własnego metabolizmu • np. coraz mniejszy efekt nasenny kolejnych dawek barbituranów; szybszy spadek stężenia etanolu we krwi

alkoholika- cytochrom 2E1 b) właściwa

• zmniejszenie wrażliwości receptora mimo prawidłowego stężenia • najczęstszy rodzaj tolerancji • mechanizm powstawania tolerancji polega na selekcji komórek mniej wrażliwych • do wytworzenia tolerancji właściwej potrzebne jest dostatecznie wysokie stężenie leku wokół receptora przez

dłuższy okres czasu • jeżeli zbyt mało czasu jest na zregenerowanie normalnej wrażliwości receptora • tolerancja w układach nerwowych wytwarza się łatwo, gdyż komórki nerwowe nie ulegają odnowie • tolerancja może prowadzić do stanów: lekozależności, uzależnienia lekowego itp.

Ostra (tachyfilaksja)

• Szybko zachodzący spadek skuteczności występujący przy kolejnym podaniu niektórych leków, który może być wyrównany dawka wyższą

• Np. pośrednie sympatykomimetyki (efedryna, amfetamina), kiedy pęcherzykowe magazyny norepinefryny ulegają wyczerpaniu

• Rozwój zależy od dawki i czasu między kolejnym poadaniem- szybko ustępuje Przyzwyczajenie- niepotrzebne zażywanie leków, które nie prowadzi do niebezpieczeństwa dla zdrowia, przy przerwaniu przyjmowania preparatu uzależnienie psychiczne bez fizycznego Uzależnienie psychiczne- niepohamowane pragnienie zażywania danego środka powodującego uspokojenie lub euforię Nałóg- stan zatrucia przewlekłego szkodliwy dla jednostki i dla otocznia; powtarzające przyjmowanie danego środka; cechuje go:

a) przymus używania środka b) tendencja do zwiększania dawek (tolerancja) c) uzależnienie fizyczne

Uzależnienie fizyczne- stan, w którym organizm potrzebuje danej substancji do „normalnego” funkcjonowania; brak tego środka powoduje zaburzenia metabolizmu i czynności różnych narządów, objawy abstynencji po odstawieniu Zespół abstynencyjny (odstawienia)- niepokój, ziewanie, pobudzenie nerwowe, ślinienie, poty, drżenie rąk, biegunka, wymioty, przyspieszenie oddechu, wzrost ciśnienia itd.; w skrajnych przypadkach przedłużająca się abstynencja może prowadzić do zgonu, objawy występują natychmiast po podaniu danego środka Tolerancja krzyżowa- tolerancja na jeden środek wywołuje równocześnie tolerancję na inny środek z tej samej grupy chemicznej np. barbiturany/ środki nasenne/ etanol/ narkotyki grupy opium; LSD/ inne halucynogeny Przyczyny powstawania uzależnień: 1) psychiczno- socjologiczne

• chęć ucieczki od przykrych doznań • niekorzystny wpływ środowiska, chęć imponowania • bunt przeciw wartościom i formom społecznym • nieprzystosowanie do środowiska (charakteropatie)

2) medyczne • tendencje do samoleczenia u ludzi cierpiących fizycznie lub psychicznie • zbyt długie podawanie pacjentom leków uzależniających

Jak powstaje nałóg?

• Chęć przeżycia euforii • Uzależnienie psychiczne • Uzależnienie fizyczne (przyjmuje się lek już bez efektu euforyzującego)

Halucynacje- wrażenia zmysłowe bez podniety zewnętrznej; wizje wzrokowe, słuchowe, dotykowe, smakowe, węchowe, zmiana nastroju, błogostan Iluzje - złudzenie polegające na braniu czegoś co istnieje za coś innego (np. pień drzewa=> postać człowieka, piasek=> rój owadów) Tolerancja i uzależnienie od różnych grup substancji tolerancja fizyczne Psychiczne Barbiturany ++ +++ +++ Alkohol ++ +++ +++ Benzodiazepiny + + +++ Stimulantia Amfetamina +++ +/0 ++++ Kokaina + 0 +++ (dożylnie);

+ (doustnie, donosowo)

Kofeina + 0 + Nikotyna ++ +/0 +++ Narcotica Pochodne morfiny ++++ ++++ ++++ Psychodelica LSD ++++ 0 0/+ Marihuana, haszysz + 0 ++ Różne tendencje w poszczególnych obszarach kulturowych:

• Europa (biali)- etanol • Bliski Wschód- haszysz, marihuana

• Daleki Wschód- opium • Indianie- kokaina, halucynogeny • Afryka- katyna

Typy lekozależności wg WHO 1974r.:

• Morfinowy (opium, morfina, heroina, inne środki syntetyczne) • Barbituranowy (barbiturany, meprobamat, glutetimid, chlordiazepoksyd) • Alkoholowy • Kokainowy (Erythroxylon coca) • Amfetaminowy • Haszyszowy (Cannabis sativa) • Katynowy (Catha edulis- czuwaliczka) • Halucynogenowi (LSD, meskalina, pejotl) • Używki (nikotyna, kofeina) • Pary rozpuszczalników (aceton, benzyna, kleje)

Podział wg Schuckita 2000r.

• Depresanty OUN- alkohol, barbiturany, benzodiazepiny, kwas gamma-hydroksymasłowy • Opioidy: opiaty, półsyntetyczne analogi, narkotyki zmodyfikowane o działaniu opiatopodobnym • Stymulanty OUN- amfetamina, metamfetamina, kokaina, khat, narkotyki zmodyfikowane o działaniu

amfetaminopodobnym • Środki halucynogenne- lozerpid= LSD, meskalina, psylocyna • Kannabis- haszysz, marihuana • Inhalatory- propan, butan, toluen, chlorowcopochodne węglowodory, benzyna, aerozole, spreje • Inne- fencyklidyna, etamina, kw. Hydroksymasłowy

Morfina - błogostan i oszołomienie, widzenie świata „na różowo”, poczucie oderwania od rzeczywistości, zmiany nastroju, konflikty z otoczeniem Barbiturany (uspokajające i nasenne)- oszołomienie i błogostan, drażliwość, labilność emocjonalna, pogorszenie osądu, pamięci, koncentracji, zmniejszenie aktywności życiowej i zawodowej do minimum; częste zatrucia Kokaina- omamy słuchowe i wzrokowe Amfetamina- może doprowadzić do zmian osobowości, stan napięcia, niepokoju, psychoza, nasilenie aktywności fizycznej, euforia, zmniejszenie uczucia głodu lub znużenia Konopie indyjskie:

• Marihuana (do 1,5% THC) • Haszysz (do 5% THC) • Olej haszyszowy

LSD- euforia, nadmierne pobudzenie, utrata samokontroli, omamy, zaostrzenie słuchu, zmiana poczucia kształtów, barw, „poszerzona świadomość”, zanik poczucia czasu Inne- te które nie mieszczą się w żadnej z wymienionych grup Rozwój toksykomanii:

• Dawniej- niewielkie grupy- pracownicy służby zdrowia, artyści • Obecnie- toksykomania młodzieżowa

Toksykomania młodzieżowa:

• Zażywanie środków w grupie ludzi ( uzależnienie społeczne)- subkultury hipisów, muzyka beatowa, muzyka i malarstwo itp.

• Politoksykomania- jednoczesne przyjmowanie kilku środków (marihuana, LSD) Źródła:

• LSD- sporysz- kwas, węzeł celtycki • Psylobina, psylocyna- grzyby Psylocybe- halucynki • Dimetylotryptamina (DMT)- nasiona Piptadenia peregrina • Meskalina- płatki kaktusa meksykańskiego Laphophora wiliamsii, pejotl • Bufotenina- skórki bananowca, muchomor czerwony, ropucha

Benzylopiperyzyna- BZP- smart drug Kwas hydroksymasłowy GHB i analogi- „pigułka gwałtu” Flunitrazepam- podobne działanie do GHB Produkty zwierające lotne substancje odurzające:

• Kleje powierzchniowe

• Spoiwa do klejenia opon • Spoiwa do chlorku poliwinylu (zawiera aceton, butanon) • Kleje do drewna ( zawierają ksyleny) • Inhalacyjne środki znieczulające, przeciwbólowe • Środki czyszczące • Gazy opałowe

Bojowe środki trujące o działaniu psychotropowym (psychogazy):

• Środki powodujące czasową niewydolność fizyczną przez zakłócenie czynności psychoruchowych psychoruchowych OUN np. tremorin, IDPN (dwucyjanoetyloamina)

• Środki powodujące czasową niewydolność psychiczną- zaburzenia spostrzegania, orientacji, toku myślenia, sfery woli, uczuciowej np. LSD, meskalina, psylocyna, psylocybina, bufoteina- halucynogeny

Losy trucizny w organizmie

Toksykokinetyka- co dzieje się z trucizną w organizmie; zajmuje się kinetyką wchłaniania, rozmieszczenia, biotransformacji i wydalania substancji obcych oraz odpowiadających im struktur toksycznych Toksykodynamika- co dzieje się z organizmem pod wpływem trucizny; zajmuje się działaniem substancji toksycznych na receptory

Ciągły ubytek substancji; trucizna nie jest zatrzymywana w narządzie. Proste wydalanie substancji obcej; szybkość wydalania w funkcji czasu (w skali półlogarytmicznej)

t

CCK

∆−

=4343,0

loglog 21

K- stała ubytku C1 i C2- stężenie ∆t- różnica czasu

KP

693,0=

P- okres ubytku połowy ksenobiotyku

Wydalanie ciała obcego ulegającego w ustroju deponowaniu w jednym narządzie lub jednym rodzaju tkanki w funkcji czasu (w skali półlogarytmicznej).

I rzędu

Wykres nielogarytmowany

logV

Prędkość wydalania

czas

1 kompartment

szybkie

wolne

wydalanie

2 kompartmenty

czas

log V

Wydalanie ciała obcego ulegającego w ustroju deponowaniu w dwóch narządach lub dwóch rodzajach tkanek w funkcji czasu (np. część w wątrobie, część w tkance kostnej).

Krzywa szybkości wydalania w przypadku ciągłego wchłaniania (ciągła ekspozycja). Ilość wchłonięta i wydalona ustala się na pewnym poziomie- nie zmienia się stężenie we krwi.

Tygodniowe krzywe szybkości wydalania przy założeniu jednakowej codziennie powtarzanej ekspozycji trwającej 8h. Badania wykonuje się:

• Po zmianie roboczej • Pod koniec tygodnia (nie ma początku!)

I- substancja o stałej wydalania 0,07/h II- substancja o stałej wydalania 0,02/h

Krzywa wydalania na tle poziomu fizjologicznego:

I- poziom fizjologiczny

logV

czas

3 kompartmenty

logV

czas

V

czas

V

czas ekspozycja

I

II

III

II- średni poziom dobowy III- maksymalna szybkość wydalania

↑objętości fenolu w moczu może świadczyć o dużym narażeniu na fenol lub benzen

X- trucizna B- białka R- receptor X musi pokonać 4 błony biologiczne 1. Transport bierny (dyfuzja bierna) -bez nakładu energii, zgodnie z gradientem stężeń lub potencjałów

( )d

ccADV 21 −⋅

⋅= Prawo Ficka

D zależy od o/w, stopnia jonizacji (im mniejszy tym lepiej) A- powierzchnia d- grubość błony -lipofilne nieelektorolity, słabe kwasy i zasady (formy niezdysocjowane) 2. Transport przez pory jonowe (substancje zdysocjowane) -substancje silnie zjonizowane (kwasy sulfonowe, zasady amoniowe) -tworzenie kompleksów kompleksów jonami o przeciwnym znaku błony komórkowej lub środowiska -obojętne cząsteczki przechodzą za pomocą dyfuzji biernej 3. Transport konwekcyjny (absorpcja konwekcyjna) -przez pory (0,7-1mm) -obojętne lub z ładunkiem substancje hydrofobowe o masie cząsteczkowej do 200 (zjonizowane sulfonamidy) -szybkość zależy od różnicy ciśnień hydrostatycznych lub osmotycznych, liczby porów, lepkości 4. Transport przy udziale nośników -dla substancji niezbędnych dla organizmu lub bardzo podobnych -szybszy niż bierny (wiązanie z nośnikami białkowymi w błonie) cechy: swoistość (Me2+) wysycenie (zależy od stężenia) hamowanie kompetycyjne a) ułatwiony

• bez nakładu energii (witamina B12) • zgodny z gradientem stężeń

b) aktywny • wbrew gradientowi stężeń- przy udziale energii (ATP) • pompa Na+/K+ • wydzielanie H+ (żołądek, nerka) • aminokwasy • zasady nukleinowe (5-FU) • ferrytyna (Fe-Co, Ni, Mn) • CaBP (Ca-Sr, Cd)

osocze Płyn tkankowy komórki

X kumulacja

XB M biotransformacja

+R�RX

XXXX

B�XB

1 2 3

4

adsorpcja Rozmieszczenie (dystrybucja) wydalanie

• Kanaliki nerkowe • Hepatocyty

5. Endocytoza (fagocytoza, pinocytoza) • bez przechodzenia przez błonę komórkową adsorpcja, wgłębienie, endosomy, połączenia z lizosomami lub

egzocytoza • makrocząsteczki (tłuszcze, białko, glicerol, skrobia, cholesterol, witaminy, bakterie, wirusy, ferrytyna, jaja

pasożytów, włosy) • usuwanie substancji stałych (pyłów) z pęcherzyków płucnych

LADME- akronim odzwierciedlający w skrócie losy leku w ustroju, po jego podaniu. Nazwa pochodzi od pierwszych liter angielskich nazw głównych procesów, które zachodzą od momentu podania leku do jego wydalenia. Procesy te to kolejno: L- liberation (uwolnienie) A- adsorption (wchłanianie) D- distribution (rozmieszczenie) M- metabolism (metabolizm) E- excretion (wydalanie) Łączne działanie ksenobiotyków- interakcje Trucizny często występują łącznie, powodują kompleksowy charakter narażenia- narażenia zawodowe, środowiskowe, polipragmazja. Efektem tego może być zjawisko interakcji. Zjawisko interakcji - kiedy to narażenia na 2 lub więcej ksenobiotyków daje wyniki jakościowo lub ilościowo różne od przewidywanych, a wynikających z sumowania lub znoszenia efektów wywoływanych przez poszczególne składniki. Generalnie 2 możliwości:

• Antagonizm- przeciwstawne działanie substancji • Synergizm- zgodne działanie substancji

Antagonizm i synergizm mogą mieć podłoże farmakologiczne lub chemiczne. Mogą występować w różnych fazach zatrucia:

• Narażenie- tworzenie się metylortęci z rtęci nieorganicznej lub powstanie kancerogennych nitrozoamin z azotynów i aminy drugorzędowej w kwaśnym środowisku żołądka

• W fasie kinetycznej- zmiany dotyczące wchłaniania, dystrybucji, biotransformacji i wydalania, np. barbiturany indukujące enzymy konieczne do biotransformacji, czy alkohol etylowy konkurujący o ten sam enzym z metanolem

Antagonizm- rodzaje: a) specyficzny- konkurencja o ten sam receptor (Ach-atropina) lub o białko transportowe (penicylina- probenecyd) b) czynnościowy- różne punkty uchwytu, ale działanie uzewnętrznia się w tym samym układzie, narządzie c) jednokierunkowy- działanie jednej substancji może być zniesione przez drugą, ale nie odwrotnie (muskaryna- atropina) d) dwukierunkowy- aktywność obu substancji znosi się wzajemnie ( epinefryna- pilokarpina) Antagonizm a leczenie zatruć Synergizm- rodzaje:

a) specyficzny- działanie na ten sam rodzaj receptora (etanol, środki nasenne) b) czynnościowy (funkcjonalny)- substancje działają na tą samą czynność bez względu na mechanizm i punkt

uchwytu (amfetamina i fenobarbital) Efektem działania synergicznego może być:

• Addycja- sumowanie się efektów • Superaddycja, multiplikacja, potęgowanie- efekt końcowy znacznie silniejszy od spodziewanego

Synergizm w lecznictwie.

Doping w sporcie

• Długotrwały- stosowany kilka tygodni a nawet miesięcy- anaboliki (boks, zapasy, kulturystyka, lekkoatletyka) • Krótkotrwały- analeptyki bezpośrednio w trakcie lub przed (piłkarstwo, kolarstwo, lekkoatletyka, hokej)

Klasy dopingujące: -Stymulanty- amfetamina, efedryna, kokaina i pokrewne -Narkotyki przeciwbólowe- morfina, petydyna -Anaboliki:

• androgenie- nandrolon, testosteron • inne- klenbuterol

-moczopędne- furosemid, hydrochlorotiazyd (boks itd.) -hormonypety peptydowe i glikoproteinowe- hormon wzrostu, Ach, gonadotropiny, EPO -doping krwi Metody:

• Doping krwi • Manipulacje farmakologiczne, chemiczne, fizyczne

Steroidy anaboliczne:

• Najczęściej stosowane • Doping długotrwały (działanie anaboliczne- zwiększenie masy mięśni) • Doping krótkotrwały (działanie androgenie- wzrost agresji i woli walki)- przez pobudzenie OUN • Zwiększają biosyntezę białek • Zwiększają rozpad białek

Efekt anabolików:

• Wzrost masy mięśni (ilości i objętości komórek) • Zmniejszenie poziomu niektórych aminokwasów we krwi • Dodatni bilans azotowy • Wpływ na gospodarkę lipidową (↑[cholesterol i TG], ↓[HDL]) • Hamowanie wzrostu kości na długość • Wpływ na gospodarkę wodno-mieneralną • Wpływ na układ krwiotwórczy i krążenie: pobudzenie erytropoezy, zwiększona produkcja krwinek białych

obojętnochłonnych, płytek krwi, wzrost ciśnienia krwi, zaburzenia rytmu serca, nagła śmierć sercowa u młodych zawodników

• Trądzik, łojotok, łysienie • Działanie pobudzające, psychoenergizujące, wola agresji, walki

EPO, erytropoetyna- wytwarzana przez nerki; pobudza wytwarzanie i dojrzewanie krwinek czerwonych (erytrocytów) erytrocytów szpiku kostnym; zwiększa ilość transportowanego do mięśni tlenu Antydoping- działanie przeciwne do dopingu; podawanie środka farmakologicznego, który ma obniżyć wynik sportowy przeciwnika (osłabienie napięcia układu mięśniowego, obniżenie ciśnienia tętniczego, skurcz oskrzeli, biegunka); często środki antydopingowe podawane są koniom (barbiturany, benzodiazepiny) Walka z dopingiem- laboratoria dobrze wyposażone by wyłapać doping. Doping sfingowany- nieświadomy; podawanie środków dopingowych bez wiedzy i zgody zawodnika (kolarstwo, hokej, boks) Narkotyki do celów przestępczych:

• Do krótkotrwałego oszałamiania (stan hipnozy z dezorientacją i amnezją)- kradzież, gwałt • Pochodne kwasu hydroksymasłowego- kilkanaście do kilkudziesięciu minut • Flunitrazepam- (start po 20-30 min, działa do 16-30h).

Toksykologia praktyczna

Badanie stanu zanieczyszczenia środowiska- analiza chemiczna (powietrze, woda, żywność, materiały budowlane, przedmioty, materiały użytku itd.) Diagnozowanie zatruć- analiza chemiczna materiału biologicznego Badanie toksykokinetyki- eksperyment na zwierzętach, analiza chemiczna, oznaczanie trucizn lub ich metabolitów Badanie toksykodynamiki- eksperyment na zwierzętach, analiza biochemiczna- aktywność enzymów, cytologia, cytochemia Testy ekspozycyjne- narażenie ludzi i badanie materiału biologicznego- opracowanie markerów ekspozycji Na czym polega specyfika analizy toksykologicznej:

1) we współczesnej toksykologii dominuje analiza ilościowa-analiza jakościowa jest z reguły tylko wstępem 2) gama materiałów do badań jest w toksykologii bardzo szeroka: woda, ścieki, powietrze, materiał biologiczny, nowe

leki, produkty i półprodukty przemysłowe i inne 3) najczęściej mamy do czynienia z sytuacją gdzie poszukiwana substancja (metale ziwiązki organiczne, syntetyczne

lub naturalne) występują w mikroilościach i są zawarte w dużej ilości „matrycy” 4) rzadko zdarza się, że analizę wykonywać można bez uprzedniego odpowiedniego przygotowania próbki-

mineralizacja, ekstrakcja, destylacja, mikrodyfuzja itd.; wyjatki np. oznaczanie Zn we krwi czy fluoru w moczu

5) bywa, że koniecznym jest wykonanie analizy spacjacyjnej- w jakich połączeniach występuje dany związek, aby ocenić działanie występującej trucizny (np. Hg, HgCl=> nie wchłaniane, HgCl2,, MetHg=> wchłaniane)

6) końcowe oznaczenie badanej substancji opiera się najczęściej na metodach fizykochemicznych- określanych często jako analiza instrumentalna śladów

Wybór metody uzależniony jest wieloma czynnikami: co się oznacza i jakie ilości, z jakim materiałem mamy do czynienia, możliwości aparaturowe. Analiza specjacyjna: Np. zatrucie Hg i MetHg-> inne objawy Np. zatrucie Ba (ważne czy jest to BaSO4- używany w prześwietleniach, czy BaCO3- dobrze rozpuszczalny, daje zatrucia) Przygotowanie próbek do analizy. W analizach toksykologicznych dominuje materiał biologiczny. Przy ocenie wielkości ekspozycji sama znajomość stężenia substancji toksycznej w środowisku (powietrze, woda, gleba) nie przesądza o faktycznym narażeniu, ponieważ nie uwzględnia:

• Różnych dróg wchłaniania • Zmiany wentylacji płuc (wysiłku) • Stosowanie indywidualnych środków ochrony (np. maska gazowa)

Dla pełnej oceny narażenia koniecznym bywa oznaczenia tzw. biomarkerów- wywołana przez ksenobiotyk zmiana w komórkach, biochemicznych składników, procesach, strukturach lub funkcjach, która jest mierzalna w systemie biologicznym lub w próbce. Rozróżnia się biomarkery ekspozycji, efektu, wrażliwości, hepatotoksyczności, nefortoksyczności i inne. Biomarkerem może być:

• Sam ksenobiotyk • Metabolit • Zmiana aktywności określonego enzymu • Zmiana składu biochemicznego krwi • Inne

Wybór materiału biologicznego do badań (praktycznie u ludzi- mocz, kał, krew, ślina, włosy, powietrze wydychane) i moment jego pobrania wynikać powinien z dobrej znajomości toksykokinetyki i toksykodynamiki danego ksenobiotyku, a w szczególności drogi wydalania. Pobieranie i przygotowanie próbek do oznaczeń- często usuwanie przeszkadza w analizie matrycy, pełna izolacja i zagęszczenie analitu decyduje o jakości analizy. Sposób zależy od:

• Co mamy oznaczać- pierwiastki, związki chemiczne- organiczne lub nieorganiczne • Z jakim materiałem mamy do czynienia- np. powietrze, woda, gleba, materiał biologiczny

Definicje i normy dotyczące zanieczyszczeń powietrza: -W zakładzie pracy

• NDS- najwyższe dopuszczalne stężenie • NDSCh- najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe • NDSP- najwyższe dopuszczalne stężenie pułapowe

-w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt stały tj. mieszkania, szkoły itp. Obowiązują inne bardziej rygorystyczne normy Technika poboru prób ma elementy wspólne ale także zależne od fizycznej formy analizowanych substancji:

• Gazy i pary • Aerozole

Generalnie dwie koncepcje poboru próbek powietrza: -sposób aktywny z wymuszonym przepływem powietrza

• aspiracja- płuczki, rurki • izolacja- np. pipety gazowe

-sposób pasywny (bierny)- stosowany głównie dla oznaczania par i gazów Praktyczne ustalenie stopnia narażenia środowiskowego (pracowniczego) sprowadza się do:

• Pomiaru zanieczyszczenia powietrza • Analizy materiału biologicznego pochodzącego od osób eksponowanych

Oznaczanie metali:

-Rozpuszczanie- wypłukiwanie formy rozpuszczalnej -Mineralizacja materiału:

• na sucho • na mokro (kwasy lub ługi) • przy użyciu mikrofal • przy użyciu tlenu i wysokiej temperatury

-ekstrakcja- do rozpuszczalników organicznych po skompleksowaniu (np. Pb w moczu) Oznaczanie związków organicznych:

• Rozpuszczanie-wypłukanie • Ekstrakcja- np. ciecz/ciecz, ciało stałe/ciecz, osadzanie na adsorbentach • Ekstrakcja przyspieszona rozpuszczalnikiem- wysokie ciśnienie i temperatura • Mikrodyfuzja • Destylacja z parą wodną (w przypadku substancji lotnych) • Metoda „gorących par” heat space do GC • Ekstrakcja do wiszącej kropli lub SAME mikroekstrakcja do formy stałej- włókna krzemionkowe pokryte

materiałem sorpcyjnym

Analiza toksykologiczna Metody stosowane w toksykologii: 1) Metody widmowe- spektrofotometria absorpcyjna:

• w podczerwieni • w świetle widzialnym • w zakresie UV • tyndalometria, nefelometria- pomiar stopnia zmętnienia roztworu • absorpcyjna spektrofotometria atomowa (ASA)

2) Metody chromatograficzne • klasyczna chromatografia bibułowa, cienkowarstwowa (TLC) czy kolumnowa i ich współczesne modyfikacje • chromatografia gazowa (GC) • chromatografia cieczowa (HPLC) • chromatografia jonowa (JC)

Spektrometria mas MS- cząsteczki badanej substancji są jonizowane (elektronami lub chemicznie), a pozostałe jony są analizowane. Potwierdzenie struktury związków organicznych i analiza ilościowa. 3) Metody elektrochemiczne polarografia- woltamperometria potencjometria- użycie elektrod jonoselektywnych Schemat detektora mas

Elektrody jonoselektywne I.S.E. F- 0,02 mg/l- 20g/l pH 4-6 Na+, Br-, Cl-, CN-, I-, Ag+, S2-, Cu2+, Cd2+, Ca2+, K+, NO3-, NH4

+, NO2-

Źródło jonów

wlot

analizator Detektor jonów

komputer

Widmo mas

Wprowadzenie próbki

4) inne metody:

• pomiar ugięcia promieni rentgenowskich • analizy z zastosowaniem izotopów • analiza immunologiczna • NMR- jądrowy rezonans elektromagnetyczny- urządzenie do diagnozowania ludzi, ale także do analiz

chemicznych w biologii • Elektroforeza kapilarna • ICP-MS- spektrometria mas z jonizacją w plazmie indukcyjnie sprzężonej. Oznaczenia do 70 pierwiastków w

próbce z wykrywalnością ok. 10 ng/ml Walidacja metod analitycznych- wiarygodność i jakość wykonywanych analiz. Podstawy niezbędnej walidacji: 1) samokontrola

• krzywa kalibracji na badanym materiale • wzorzec wewnętrzny- GC, HPLC • ocena precyzji oznaczeń (rozrzut wyników) • ocena dokładności oznaczeń (różnica między faktycznym a oznaczonym stężeniem)

2) użycie materiałów referencyjnych 3) uczestnictwo w badaniach laboratoryjnych

NIEPOŻĄDANE DZIAŁANIA LEKÓW Niepożądane działanie leku (ang. ADR – Adverse Drug Reaction) – każde szkodliwe i niezamierzone działanie leku, które występuje przy jego podaniu w dawce zwykle stosowanej u człowieka w celach profilaktyki, diagnostyki i leczenia chorób lub w celu modyfikacji funkcji fizjologicznej organizmu Niespodziewane niepożądane działanie produktu leczniczego dopuszczonego do obrotu – niepożądana reakcja niewymieniona w charakterystyce produktu leczniczego lub w zatwierdzonych drukach informacyjnych (ulotka dla pacjenta) Ciężkie niepożądane działanie produktu leczniczego – takie działanie niepożądane, które bez względu na zastosowaną dawkę produktu leczniczego powoduje: zgon pacjenta, zagrożenie życia, konieczność hospitalizacji lub jej przedłużenie, trwały lub znaczny uszczerbek na zdrowiu lub wadę wrodzoną Zdarzenie niepożądane (efekt uboczny) (ang. Adbberse Event) – reakcja/objaw natury medycznej, która występuje podczas leczenie chorego produktem leczniczym niezależnie od istnienia lub braku związku przyczynowego ze stosowanym leczeniem. Może być ono: nieoczekiwane (wcześniej nie zostało zatwierdzone) lub poważne (doprowadza do uszczerbku na zdrowiu, śmierci, stanowi zagrożenie życia lub wymaga hospitalizacji). Np. jeśli chory złamie nogę w trakcie leczenia, to należy sprawdzić czy produkt leczniczy nie powoduje zaburzenia równowagi, spadku ciśnienia i związanych z tym zawrotów głowy, czy nie wpływanie niekorzystnie na gospodarkę mineralną organizmu. Jeśli wyeliminuje się możliwość takich działań, to można przypuszczać, że złamanie kończyny nie miało związku z prowadzoną terapią. Symbol klasyfikacyjny

Typ działania niepożądanego Przykład kliniczny

A (ang. augmentem)

Związany z mechanizmem działania leku i zastosowaną dawką

Ból głowy po azotanach, duszność po lekach

B (ang. bizzare) Reakcje niekorelujące z zastosowaną dawką, np. atopia, idiosynkrazja

Zespół Stevensona-Johansona i zespół Leyela

C (ang. chronic) Związek z dawką i czasem podania, zwykle NDL związane ze skumulowaną dawką całkowitą

Działania neurotoksyczne, hepatotoksyczny, kardiotoksyczne, ???

D (ang. deleyed) Reakcje opóźnione, także zalicza się tutaj działania teratogenne, embriotoksyczne, rakotwórcze

Osteoporoza steroidowa, silcestrol stos w czasie ciąży/laktacji i nowotwory narządów rodnych kobiet w następnym pokoleniu, izotretionina doustnie i działanie teratogenne

E (ang. end to use)

Związane z odstawieniem leku Objawy z odstawienia, np. ??? po zaprzestaniu podawania benzodiazepin, rzekomo błoniaste zapalenie jelit po doustnym stosowaniu an???

F (ang. failure) Nieoczekiwane niepowiedzenie lecznicze, brak efektu terapeutycznego, pomimo stosowania właściwego leku we właściwych

Odporność ….????

dawkach Cechy osobnicze chorego – wiek, płeć, sposób odżywiania, wysiłek fizyczny, genetycznie uwarunkowane różnice w aktywności enzymów metabolizujących leki, polimorfizm genetyczny enzymów, nadwrażliwość na leki, ciąża, współistniejące choroby. Cechy leku – właściwości fizykochemiczne, farmakokinetyczne, farmakodynamiczne, postać leku, dawka leku, częstość i droga podania Nieracjonalne łączenie dwóch lub kilku NLPZ Błędem jest kojarzenia kilku NLPZ – brak synergistycznego efektu terapeutycznego – NLPZ wykazują efekt pułapowy, ale nie wykazują efektu pułapowego w stosunku do indukowanych NDL Ryzyko NDL – krwawienie z przewodu pokarmowego, hepatotoksyczność, neurotoksyczność 68 zgłoszeń ciężkich NDL w 2009r. w Polsce – najczęściej połączenia: meloksikam i ketoprofen, naproksen+ketoprofen+diklofenak, nabumeton+nimesulid, nimesulid+duklofenak, polipragmazja, inne mieszanki Stosowanie brokerów rec H2 (ranitydyna, famotydyna) wraz z NLPZ – wzrost częstotliwości krwawień z przewodu pokarmowego, Blokery H2 maskują objawy związane z uszkodzeniem śluzówki. Oksykamy – ograniczenie stosowania Piroksykam, meloksykam, lornoksykam – reumatoidalne zapalenie stawów, stan zapalny w zapaleniu kości i stawów Wykreślone wskazania do stosowania:

⋅ Bóle kostno-stawowe w napadach dny moczanowej ⋅ Ból pooperacyjny ⋅ Leczenie stomatologiczne ⋅ Leczenie infekcji ⋅ Łagodzenie gorączki i bólu związanego z zapaleniem dróg oddechowych ⋅ Ostre stany pourazowe ⋅ Bóle korzeni nerwowych ⋅ Ostre schorzenia układu mięśniowo-stawowego (zapalenie ścięgien, zapalenie kaletki stawowej)

Prawidłowe łączenie NLPZ NLPZ (ASA lub ketoprofen lub ibuprofen lub diklofenak lub oksymaky) + paracetamol = TAK NLPZ + tramadol, nefopam = TAK

(niskie ryzyko wystąpienia ciężkich NDL) Paracetamol + tramadol, nefopam = TAK (niskie ryzyko wystąpienia ciężkich NDL) Paracetamol + metamizol = TAK (wysokie ryzyko wystąpienia ciężkich NDL) NLPZ + NLPZ = NIE Czynniki predysponujące do wystąpienia NDL Skażenie środowiska naturalnego lekami i ich metabolitami Leki wykrywane w środowisku w największych ilościach: NLPZ – ibuprofen, paracetamol, antybiotyki, sulfonamidy, β-blokery, leki p.padaczkowe, statyny, hormony (E2, T), leki p.histaminowe Metamizol sodowy (Pyralgina) Dłuższe stosowanie (11-31dni)zwiększa ryzyko wystąpienia agranulocytozy Krwawienia z przewodu pokarmowego (ryzyko: piroksykam> indometacyna> ibuprofen> diklofenak> naproksen> metamizol> paracetamol) Zagrożenia związane ze stosowaniem prometazyny u dzieci Diphergan stosuje się wyłącznie w całorocznym lub sezonowym alergicznym lub naczynioruchowym zapaleniu błony śluzowej nosa, alergicznym zapaleniu spojówek, świądzie, pokrzywce, chorobie lokomocyjnej, jako środek uspokajający w premedykacji, w okresie pooperacyjnym Prometazyna jest p/wskazana u dzieci do 2r.ż. oraz u kobiet w ciąży oraz karmiących piersią – zespół nagłej śmierci niemowląt, często występujący bezdech śródsennym u niemowląt Niebezpieczne interakcje Promazyny:

⋅ Diphergan + metamizol – hipotermia ⋅ Diphergan + efedryna – zaburzenia rytmu serca

Niewłaściwe kojarzenie leków w politerapii i ryzyko wystąpienia NDL ⋅ Łączenie leków mukolitycznych i mukokinetycznych z lekami p/kaszlowymi – zmniejszenie efektu

terapeutycznego, wzrost ryzyka powikłań ⋅ Okresy półtrwania leków mukolitycznych i mukokinetycznych: ⋅ Ambroksol 8-12godz., acetylocysteina 6 godz., karbocysteina – 8 godz., bromheksyna 10-16godz. (przechodzi do

ambroksolu) ⋅ Łączenie leków mukolitycznych z lekami p.histaminowymi I generacji – efekt cholinolityczny osłabia działanie

mukolityków ⋅ Łączenia fenspirydu i leków p/histaminowych – brak synergizmu działania ⋅ Łączenie mukolityków z preparatami wapnia – wapń ma zdolność zagęszczania wydzieli oskrzelowej –

zmniejszenie działanie mukolityków – NDL typu F

⋅ Równoczesne stosowanie fluorochinolonów(np. ciprofloksacyna) z poch. nitrofuranu (Furagin, Nifuratio) w infekcjach dróg moczowych

⋅ Równoczesne stosowanie klindamycyny i kolchicyny – intoksykacja kolchicyną, agranulocytoza, uszkodzenie nerek

⋅ Równoczesne stosowanie gentamycyny i furosemidu – sumowanie się toksyczności obu leków, znaczne ryzyko głuchoty

⋅ Stosowanie furosemidu, hydrochlorotiazydu i leków przeczyszczających (senes, bisacodyl) – wypłukiwanie potasu – duże ryzyko groźnych zaburzeń rytmu serca

⋅ Stosowanie digoksyny i preparatów wapnia – ostre incydenty sercowo - naczyniowe Błędy medyczne i błędy lekarskie – oba rodzaje błędów bezpośrednio dotyczą farmaceutów Błąd lekarski

⋅ Błąd w diagnozie ⋅ Błąd w wyborze terapii ⋅ Błąd w wyborze dawki i częstości dawkowania ⋅ Polipragmazja

Błąd medyczny

⋅ Pomyłka farmaceuty przy wydawaniu leku z apteki ⋅ Pomyłka pielęgniarki w podaniu niewłaściwej dawki lub na drodze jej podania

Zafałszowane leki nabywane w nielegalnej sieci dystrybucyjnej Najwięcej w Kanadzie, USA, Holandii, Francji, Włochach, Niemczech, Chinach, Japonii, Australii, Nowej Zelandii Nadwrażliwość na leki – immunologicznie uwarunkowana odmienna reakcja na lek Nadwrażliwość na drodze nieimmunologicznej – reakcje pseudoalegiczne – nietolerancje, idiosynkrazja – 90% NDL typu B U osób z astmą oskrzelową i atopią nadwrażliwość na leki na drodze nieimmunologiczne zachodzi 2x częściej Skóra jest najczęściej tkanką sygnałową w reakcjach nadwrażliwości na leki. Typ Patomechanizm reakcji Odczyny polekowe I Reakcja antygenu (alergenu) z przeciwciałami klasy IGE związanymi z

receptorami powierzchniowymi komórek tucznych i bazofilów Pokrzywka, obrzęk naczynioruchowy, anafilaksja

II Oddziaływanie przeciwciał klasy IgG i IgM z antygenami na powierzchni komórek, w efekcie czego z udziałem dopełniacza lub w procesie fagocytozy komórka jest niszczona

Cytopenia, zapalenia nerek

III Kompleksy immunologiczne powstałe w wyniku reakcji przeciwciała i antygenu, po aktywacji dopełniacza ulegają odkładaniu w obrębie tkanek, co prowadzi do ich uszkodzenia

Choroba posurowicza, zapalenia naczyń i zapalenie kłębuszków nerkowych

IV Udział mechanizmów odpowiedzi immunologicznej o charakterze komórkowym (np. limfocyty T, Th2, komórki CD4, CD8)

Zespół Stevensona-Johansona, zespół Leyela

Reakcje natychmiastowe: Pokrzywka i/lub obrzęk naczynioruchowy (stopień 1) Spadek ciśnienia tętniczego lub łagodna duszność (stopień 2) Ostra sinica, poważny skurcz oskrzeli, spadek ciśnienia tętniczego do mniej niż 60mmHg (stopień 3) Zatrzymanie krążenia lub oddychania (stopień 4) Leki: antybiotyki β-laktamowe (penicyliny, cefalosporyn), pirazolony, chinoliny, obce białka, insuliny, częściowo reakcje nadwrażliwości na NLPZ. Lateks –rękawice, gumowe ślinochrony (stomatologia), końcówki i rurki ssące twarzowe, fiolki i naboje zawierające środki znieczulenia miejscowego

Trombocytopenia indukowana heparyną (HIT) Dotyczy najczęściej chorych poddawanych zabiegom ortopedycznym (3%) oraz pacjentów leczonych w obrębie układu sercowo-naczyniowego (2%). W 60% rozwiniętej HIT – dalsze powikłania zakrzepowo-zatorowe (często zakrzepica żylna), najczęściej prowadzące do zgonu. Czas objawów klinicznych – 5-10dni po użyciu heparyny lub w pierwszym dniu Wszystkie heparyny mogą wywołać HIT Mylna jest opinia, że w przypadku podejrzenia HIT wystarczy zatrzymać podaż pochodnych heparyny, a reszta unormuje się sama Leczenie – bezpośrednie inhibitory trombiny (DTI), np. lepirudyna, biwalurydyna Reakcje uczuleniowe typu IV Osutka plamisto-grudkowa (różyczko podobna) – występowanie plam barwy różowej, czerwonej, łososiowej, z obecnością grudek mogących ulegać zlewaniu w większe wykwity Alergiczny wyprysk kontaktowy – poantybiotykowy, po środkach aseptycznych (jodyna powidonowana, chlorheksydyna), po lekach miejscowo znieczulających (benzokaina, lidokaina), NLPZ (ketoprofen), glikokortykosteroidy (budesonid, hydrokortyzon) Zespół Stevensona-Johansona i zespół Leyela (TEN, ang. toxic epidermal necrolysis) – zmianom skórnym towarzyszą: gorączka, dreszcze, silny ból, błony śluzowe są objęte zmianami zwykle w 90% (nadżerki, silne stany zapalne), oddzielaniu się naskórka towarzyszy duża utrata płynów, elektrolitów, rozwija się infekcja bakteryjna, choremu grozi posocznica, a w konsekwencji wstrząs oraz niewydolność wielonarządowa. Śmiertelność 60% przypadków Leki: kotrimoksazol, karbamazepina, lamotrygina, NLPZ (oksykamy), allopurinol, cefalosporyn Nadwrażliwość na kw. acetylosalicylowy (ASA) Nadwrażliwość na ASA (2,5% populacji ogólnej) – triada aspirynowa (najczęściej kobiety >30 r.ż., astmatycy, osoby z atopowym zapaleniem skóry) Podłoże immunologiczne – reakcje typu I (pokrzywka, obrzęk naczynioruchowy, skurcz oskrzeli, wstrząs anafilaktyczny) lub reakcje typu IV – osutka plamisto – grudkowa, plamica Osoby uczulone na aspirynę zazwyczaj dobrze tolerują paracetamol, ale w dawkach 500-1000 mg/dobę, nimesulid 100mg, meloksikam 7,5mg (wyższe dawki mogą wywołać reakcje krzyżowe). Jeśli reakcja uczulenia na ASA jest typu IV – osoby dobrze tolerują ibuprofen. 2% astmatyków wykazuje nadwrażliwość na ASA i paracetamol. Najczęstsze reakcje idiosynkrazji w Polsce Idiosynkrazja – defekt związany z genetycznie uwarunkowanymi nieprawidłowościami, prowadzący do krańcowej wrażliwości na bardzo małe dawki leków lub krańcowej niewrażliwości na bardzo duże dawki leku (bliskie dawce toksycznej). Wrażliwość na anestetyki wziewne i sukcynylocholinę prowadząca do wystąpienia objawów hipertermii złośliwej (HTZ) Złośliwy zespół neuroleptyczny (NMS) wywołany stosowaniem haloperidolu, metoklopramidu, poch. fenotiazyny, rezerpiny, lewodopy i karbamazepiny (maks. do 30dni od zażycia pierwszej dawki leku). NMS może prowadzić do wystąpienia parkinsonizmu polekowego ze skutkiem śmiertelnym (brak leków). Uczulenia na paracetamol i metamizol sodu. HIPERTERMIA ZŁO ŚLIWA Mechanizm: nagłe uwolnienie jonów wapnia z siateczki sarkoplazmatycznej i nadmierny katabolizm mięśni Objawy kliniczne: nagły wzrost temp. ciała ( co kilka minut o 1 stopień, nawet do 43stopni), sztywność mięśni, zaburzenia rytmu serca, wahania ciśnienia tętniczego, sinica, zlewne poty Badania biochemiczne: silny wzrost aktywności kinazy kreatynowej w surowicy, kwasica, hiperkaliemia Nieleczona – prawie zawsze przyczyna śmierci Leki: anestetyki wziewne, sukcynylocholina (śr zwiotczający), narkotyki: MDMA, kokaina Śwoatłonadwrażliwość wywołana lekami Niepożądany efekt farmakologiczny, do którego dochodzi w wyniku uczulenia skóry na aplikowany lek ogólnie i/lub miejscowo, w efekcie ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe (UV) pochodzenia sztucznego lub naturalnego Reakcje fitotoksyczne - bezpośrednie uszkodzenie komórek wywołane przez określony fotoprodukt bez zaangażowania składowych układu immunologicznego. Reakcje te zależą od dawki leku (wywołuje je duża dawka leku) i natężenia promieniowania Pojawiają się najczęściej kilka minut po aplikacji leku Leki: diuretyki tiazydowe, sulfonamidy, tetracykliny, hormony, cytostatyki, niektóre NLPZ (ketoprofen, naproksen), preparaty dziurawca, psoraleny, dziegcie, β-karoten, olejek bergamotowy, piżmo ambrowe Odmiany reakcji fototoksycznych

⋅ Silny rumień i obrzęk – trwa mx. 2-4dni, możliwa hiperpigmentacja , najczęściej psoraleny ⋅ Rumień pojawiający się po ok. 30min od ekspozycji, trwający 1-2 dni z objawami pieczenia i światu, najczęściej

dziegcie, tetracykliny

⋅ Przemijający wysiew bąbli pokrzywkowych z rumieniem i uczuciem palenia skóry, najczęściej naproksen, ketoprofgen, diuretyki tiazydowe, sulfonamidy

⋅ Reakcja lichanoidalna – podobna do liszaja płaskiego, nie występuje na błonach śluzowych, najczęściej hydrochlorotiazyd, chinina, olejek bergamotowy

⋅ Fotoonycholiza – zmiany płytki paznokciowej, najczęściej fluorochinolony, psoraleny, chloramfenikol, teracykliny ⋅ Przebarwienia skóry – purpurowo-szare zabarwienia po chloropromazynie, niebiesko brązowe po amiodaronie,

żółtawo-pomaranczowe po preparatach dziurawca Reakcje fotoalergiczne Reakcje fotoalergiczne – rozwijają się z zaangażowaniem komponentu humoralnego (reakcje typu natychmiastowego), jak i komórkowego (reakcje typu IV) układu immunologicznego w odpowiedzi na fotoaktywne związki Fotoalergię wywołują zazwyczaj dłuższe promieniowania UV-A Kliniczne objawy: pokrzywka świetlna, zmiany skórne liszajowate (lichenoidalne), wypryskowe, opuchnięcia Odczyny fotoalergiczne nie występują przy pierwsze ekspozycji na lek, do wywołania reakcji nie jest potrzebna duża dawka leku, pojawiają się zwykle po 24-72 godz. po ekspozycji na światło Leki: fenotiazyny, sulfonamidy, poch. sulfonylomocznika, ketoprofen, statyny, salicylany Ketoprofen, statyny, itrakonazol wywołują zarówno reakcje fototoksyczne, jak i reakcje fotoalegiczne

PESTYCYDY Pestis – szkodnik; Cedere – niszczyć Substancje syntetyczne lub naturalne stosowane w ochronie roślin, płodów rolnych, artykułów żywnościowych i higienie przeciw szkodnikom, czynnikom chorobotwórczym, chwastom, a także do zwalczania gryzoni. Do pestycydów zalicza się także defolianty, atraktanty, desykanty i regulatory wzrostu roślin. Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych W Polsce zarejestrowanych jest 894 związków na 31.12.2009r. Historia: 1000 r.p.n.e. – Chiny – siarka do zwalczania bakterii i grzybów 1690 r. – nikotyna – ekstrakt wodny z liści tytoniu stosowanych jako insektycyd 1700 r. – strychnina – p/gryzoniom 1761 r. – CuSO4 – zaprawianie ziaren pszenicy 1800 r. – arszenik As2O3 – trucizna p/gryzoniom Połowa XIXw. – rotenon 1885 r. – ciecz bordoska – CuSO4 + mleko wapniowe Lata 40-ste XXw. – ANTU, warfaryna, 1,2-dichloropropan, bromek metylu Lata 50-te XXw. – herbicydy, poch. fenylom ocznika, chlorofenoksykwasy Lata 60-te XXw. – tiazydy, chloroacetanilidy Połowa lat 70-tych XXw. – glifosat Wg WHO notuje się na całym świecie ok. 1.mln zatruć rocznie i 220 000 zgonów. Zarejestrowanych jest ponad 60tys. preparatów, a w nich ponad 1000 substancji czynnych.

• Zwalczanie chorób i zapobieganie epidemiom – insektycydy • Wzrost produktywności w rolnictwie, leśnictwie – insektycydy, herbicydy, fungicydy • Ochrona płodów rolnych i innych produktów w trakcie przechowywania – insektycydy, rodentycydy, fungicydy • Utrzymanie zieleni (ogrody, zieleń miejska) – herbicydy

Ok. 5% trafia na szkodniki – reszta na gatunki pożyteczne i środowisko

1) Wyginięcie pożytecznych gatunków (owady, ryby, ptaki, ssaki leśne) 2) Rozwój gatunków szkodliwych (przerwanie łańcucha pokarmowego) 3) Niekorzystny wpływ na rośliny 4) Długotrwałe skażenie gleby, wód, powietrza

Korzy ści i straty

• DDT – Muller - 1948r. Nobel w zakresie medycyny • Większość krajów – zakaz stosowania od lat 70tych XXw. (jedynie Południowa Afryka – 1996 –

zwalczanie malarii) Zużycie pestycydów

• Wydatki na pestycydy coraz wyższe (koszty R&D, kosztowna synteza nowych związków) • Stały wzrost w latach 1950-1980, obecnie stały poziom • Wzrost efektywności preparatów (synergizm, etc.)

LD50 DDT = 250mg/kg

LD50 synergetyk = 1000mg/kg LD50 DDT + synergetyk = 50 mg/kg

• Zintegrowany system zabiegów agrotechnicznych • Rolnictwo ekologiczne

Aktualne tendencje w produkcji pestycydów:

1. Poszukiwanie nowych środków (odporność szkodników) 2. Poszukiwanie „idealnego” pestycydu (selektywność, szybkość, silne lecz krótkotrwałe działanie, niska

toksyczność dla ludzi i zwierząt stałocieplnych) Podział pestycydów w zależności od kierunku stosowania: I. Zoocydy – środki do zwalczania szkodników zwierzęcych

a. Insektycydy – środki owadobójcze b. Akarycydy – do zwalczania roztoczy c. Nematocydy – do zwalczania nicieni d. Aficydy – do zwalczania mszyc e. Moluskocydy – do zwalczania ślimaków f. Rodentycydy – do zwalczania gryzoni g. Atraktanty – środki zwabiające h. Repelenty – środki odstraszające

II. Bakteriocydy – środki do zwalczania bakterii III. Herbicydy – środki do zwalczania chwastów

a. Totalne – niszczące wszystkie rośliny b. Wybiórcze – niszczące określone gatunki roślin c. Regulatory wzrostu – inhibitory, stymulatory

IV. Fungicydy – środki do zwalczania grzybów Sposoby działania: - kontaktowe – wchłaniane przez powłoki ciała - żołądkowe – wchłaniane przez przewód pokarmowy - duszące – wchłaniane przez układ oddechowy Podział chemiczny pestycydów:

a. Estry kwasów fosforowych (insektycydy fosforoorganiczne) b. Alifatyczne i aromatyczne połączenia chloru (DDT) c. Poch. kw. karbaminowego (Karbaryl) d. Poch. kw. ditiokarbaminowego e. Poch. kw. aryloalkanobarboksylowych (fenoksykwasy) f. Poch. triazyny g. Poch. nitrofenoli h. Poch. mocznika i. Związki organiczne rtęci, cyny, miedzi j. Piretroidy syntetyczne k. Inne związki

Toksyczność pestycydów uwzględnia średnią ostrą toksyczność związków wyrażoną wartością LD50 per os w mg/kg m.c. zwierzęcia doświadczalnego, najczęściej szczura.

Toksyczność ostra doustna środka LD50 (mg/kg m.c.)

Toksyczność ostra skórna (mg/kg m.c.)

I Bardzo toksyczne T+ ≤ 25 ≤ 50 II Toksyczne T 25 - 200 50 - 400 III Szkodliwe Xn 200 - 2000 400 - 2000 IV Mało szkodliwe > 2000 > 2000 Formy użytkowania pestycydów

• Preparaty pyliste - 2-10% substancji czynnej, nośnik • Roztwory wodne • Roztwory do emulgowania • Emulsje • Aerozole

Bezpieczeństwo stosowanie: Prewencja – okres, w ciągu którego ludzie i zwierzęta nie powinny stykać się z roślinami, na których stosowane są środki ochrony roślin, ani przebywać wśród roślin i w obiektach, w których stosowano te środki Karencja – okres czasu, który powinien upłynąć od ostatniego zbioru (3-45dni)

Narażenie człowieka na toksyczne działanie pestycydów:

1. Produkcja i konfekcja - hermetyzacja i mechanizacja, praca ze znaną substancją, badania lekarskie, świadomość pracowników - skutki ostre (awarie), skutki odległe (mutagenne, rakotwórcze, teratogenne, wpływ na płodność)

2. Stosowanie w rolnictwie, ogrodnictwie, leśnictwie - nieprzygotowanie społeczeństwa do kontaktu z chemikaliami - lekceważenie podstawowych zasad higieny ( mycia, jedzenia, palenia) - ręczne stosowanie pestycydów - ubiór ochronny - zatrudnienie kobiet i dzieci - synergistyczne działanie alkoholu - piecie mleka, mycie rąk rozpuszczalnikami organicznymi - uwarunkowania genetyczne (esteraza cholinowa do 3%)

3. Przypadkowe - niewłaściwe przechowywanie o oznakowanie - wykorzystanie opakowań - dostępność dla dzieci - lekkomyślne spożycie świeżo spryskiwanych owoców

4. Rozmyślne - łatwa dostępność - duża toksyczność - brak cech organoleptycznych

5. Pozostałości w artykułach spożywczych - ograniczenie stosowania pestycydów do niezbędnego z agrotechnicznego punktu widzenia minimum

MRL (minima residue level) – najwyższy dopuszczalny poziom pozostałości

⋅ Żywność, pasza dla zwierząt lub ich powierzchnia ⋅ Nadzorowane badania polowe (dobra praktyka rolnicza) ⋅ Ocena ryzyka z uwzględnieniem najbardziej wrażliwej grupy konsumentów

ADI – dopuszczalne dzienne pobranie – ilość substancji (mg/kg m.c./dzień), która może być bezpiecznie pobierana przez człowieka z żywnością i wodą do picia przez całe życie, bez znaczącego ryzyka dla zdrowia (FAO/WHO)

ADI jest 10-1000x mniejsze niż NOAEL ADI = NOAEL/współczynnik bezpieczeństwa (10,100,1000) INSEKTYCYDY – neurotoksyny Substancje stosowane do niszczenia owadów lub ograniczenia ich rozwoju

1. Insektycydy naturalne - znaczenie historyczne

- 2000 gatunków roślin zawiera substancje toksyczne dla owadów (nikotyna, rotenon, pyretryna) - duży koszt produkcji, brak odpowiedniej ilości surowca

2. Insektycydy nieorganiczne - związki As, Sb, F – prawie wycofane z użytku - duża toksyczność dla ludzi, zwierząt ciepłostałych, trwałość w środowisku

3. Insektycydy organiczne a. polichlorowe b. fosforoorganiczne c. karbaminianowe d. piretroidowe

Insektycydy polichlorowe 3 klasy chemiczne:

a. poch. dichlorodifenyloetanu DDT (Azotox), Metoksychlor (Muchozol) b. chlorowane związki cyklodienowe –wycofane Chlordon, Aldryna, Dieldryna c. chlorowane poch. benzenu i cykloheksanu

W 1939r. Muller stwierdził właściwości owadobójcze DDT Pierwsza nowoczesna grupa pestycydów Właściwości:

• nierozpuszczalne w wodzie, dobrze rozpuszczalne w tłuszczach, woskach i niepolarnych rozpuszczalnikach • wchłanianie wszystkimi drogami (wyj. DDT trudno wchłania się przez skórę) • trudno ulegają biotransformacji • wydalane wolno z kałem, moczem, mlekiem • kumulacja w tkance tłuszczowej i innych bogatych w lipidy (OUN) • przechodzą przez bariery ustrojowe • uwalniane z depozytów podczas głodu, gorączki, ciąży • oporne na działanie czynników atmosferycznych i klimatycznych • zalegają w glebie (t0,5 DDT = 9 lat)

czas rozkładu w 95% (lata)

DDT 4 – 30 Lindan 3 – 10 Aldryna 1 – 6 Dieldryna 5 – 25 Heptachlor 3 – 5 Biomagnifikacja – procesy zachodzące w ekosystemie, w wyniku których dochodzi do zwiększenia stężenia substancji toksycznej w każdym wyższym ogniwie łańcucha pokarmowego

a) woda -> fitoplankton -> zooplankton -> ryby wszystkożerne -> ryby mięsożerne -> ptaki b) pasza -> mleko -> masło

Biokumulacja = biokoncentracja – systematyczny wzrost ilości subst w organizmie lub w jego części, występuje gdy szybkość wchłaniania jest większa nić szybkość eliminacji. Biomagnifikacja – gdy stężenie substancji w danym organizmie jest większe niż w jego pożywieniu (łańcuch pokarmowy) - kumulacja w tkance tłuszczowej osób nie stykających się z nimi zawodowo; kilka – kilkadziesiąt mg/kg tkanki tłuszczowej z produktu pochodzenia zwierzęcego – mięso, żółtka jaj, mleko, śmietana, ryby słodkowodne oraz nowalijki; jarosze mniej Mleko kobiece 0,1-0,8 mg/kg Mechanizm działania:

• zaburzenia w przewodzeniu i przekazywaniu impulsów nerwowych • zaburzenia transportu Na i K przez błonę aksonu (inhibicja ATP-azy) • DDT hamuje zdolność kalmoduliny do transportu wapnia, powoduje zaburzenia repolaryzacji

Działanie estrogenopodobne: Ptaki – zaburzenia metabolizmu hormonów steroidowych -> niewystarczająca ilość uwolnionego Ca do budowy skorupek jaj -> wnikanie bakterii do wnętrza i obumarcie zarodka Objawy zatrucia ostrego:

• Okres utajenia, objawy po 6-24h od ekspozycji • Narastający niepokój, nadmierna pobudliwość nerwowa na bodźce zewnętrzne: światło, dźwięk, dotyk, parestezje • Nadpobudliwość na bodźce zewnętrzne • Drżenie mięśni

Przy większych dawkach: • Drgawki toniczno – kloniczne • Zgon – zahamowanie czynności ośrodka oddechowego lub migotanie komór

Objawy zatrucia przewlekłego:

• Zapalenie wielonerwowe – zaburzenia czucia, mrowienie, brak odruchów • Zmiany w EKG • Zwyrodnienie miąższu wątrobowego • Uszkodzenie kanalików nerkowych • Zmiany w szpiku kostnym

Leczenie:

⋅ Usunięcie trucizny nie zresorbowanej ⋅ Leczenie objawowe

o Środki uspokajające OUN (barbiturany) i p/drgawkowe, tlen + monitoring układu krążenia i oddechowego

o Leki osłaniające narządy miąższowe (metionina, cholina)

o Solne środki przeczyszczające (Na2SO4) o Nie wolno: alkohole, tłuszcze, mleko, wchłanianie z przewodu pokarmowego

Przykłady DDT – III klasa toksyczności (wycofany w 1971r.) Lindan – III klasa toksyczności Insektycydy fosforoorganiczne

• Pochodne kw. fosforowego, tri fosforowego, pirofosforowego (Chloropiryfos) • Pochodne gazów bojowych (soman, sarin, tabun)

Wzór ogólny R1 – alkil, alkoksyl R2 – aryl, fenol, halogen, CN

Właściwości:

• Budowa estrowa determinuje ich małą trwałość – łatwość hydrolitycznego rozpadu • Słabo rozpuszczalne w wodzie, dobrze w tłuszczach, rozpuszczalnikach organicznych • Nie kumulują się • Wchłaniane łatwo wszystkimi drogami – wysoka litofilność • Biotransformacja – desulfuracja, S-oksydacja, hydroliza – nieaktywne metabolity • Wydalane szybko z moczem (metabolity) • Tiopochodne ulegają w organizmie aktywacji metabolicznej do tlenowej pochodnej – odpowiedzialnej za działanie

toksyczne Mechanizm działania:

⋅ Na poziomie molekularnym dochodzi do fosforylacji centrum aktywnego esteraz, cholinoesteraz (AChE, BChE) – inhibicja esteraz, zwłaszcza AChE

⋅ Fizjologiczną rolą AChE jest hydroliza acetylocholiny ⋅ Podwyższenie poziomu Ach w zakończeniach pozazwojowych nerwów cholinergicznych i płytkach ruchowych

mięśni o Właściwa acetylocholinoesteraza (specyficzna)

Lokalizacja: erytrocyty, OUN Funkcja: hydroliza ACh

⋅ Pseudocholinoesteraza (niespecyficzna) BChE Lokalizacja: osocze Funkcja: udział w hydrolizie ???, nie w pełni poznana

⋅ Wiązanie praktycznie nieodwracalne (fosforylacja centrum aktywnego) 1. Zahamowanie szybko odwracalne 2. Zahamowanie powoli odwracalne 3. Stopniowa hydroliza zablokowanego enzymu

Reaktywacja za pomocą oksymów (pralidoksym PAM, toksogonina). Kompleks oksym – związek fosforoorganiczny, oksym łączy się z centrum anionowym enzymu, dysocjacja kompleksu, regeneracja enzymu. Objawy zatrucia (3 zespoły objawów):

1. Muskarynowe – stymulacja rec M – nagromadzenie się ACh w pozazwojowych zakończeniach nerwów cholinergicznych serca, mięśni gładkich, gruczołów ślinowych, nerek, przewodu pokarmowego, układu oddechowego

• Obfite ślinienie, łzawienie, pocenie • Nudności, wymioty, biegunki • Wzrost wydzielania z nosa i oskrzeli • Zwężenie oskrzeli • Zwężenie źrenic

2. Nikotynowe – stymulacja rec. N – dotyczą pobudzenie zwojów autonomicznych oraz płytek motorycznych mięśni poprzecznie prążkowanych

• Drżenie włókien mięśniowych • Drgawki kloniczno – toniczne

3. Ze str. OUN – nagromadzenie ACh w OUN • Lęk, niepokój, bezsenność, ból głowy • Utrata przytomności • Zgon wskutek porażenia ośrodka oddechowego lub mięsni oddechowych

Diagnostyka: • Poziom esterazy cholinowej • Osoby genetycznie uwarunkowane nie powinny pracować z pestycydami

Lecznie: Obowiązują zasady I pomocy, leczenie objawowe i podtrzymujące oraz zastosowanie odtrutek

• Atropina – konkuruje z ACh o receptory M – wypiera nadmiar endogennej ACh, nie pomaga wobec pobudzenia nerwowo – mięśniowego, ani nie hamuje rozwoju opóźnionego działania neurotoksycznego

• Reaktywatory enzymu – pralidoksym, obidoksym • Tlen • Diazepam – p/drgawkowe, bromek suksametonium • Nie wolno: alkohole, tłuszcze, mleko, olej rycynowy, śr. Depresyjnie na ośrodek oddechowy

Skutki odległe zatruć związkami fosforoorganicznymi (ZFO):

⋅ Syndrom wojny w zatoce – zespół objawów neurotoksycznych po raz pierwszy zaobserwowany u weteranów wojny w Zatoce Perskiej

⋅ OPIDN – opóźnione działanie neurotoksyczne: o Neuropatia obwodowa – porażenie kończyn dolnych, niezborność ruchów, zaburzenia czuciowe i

porażenie ogólne o Objawy pojawiają się zazwyczaj po ostrym zatruciu, kiedy zanikają cholinergiczne efekty działania (8-

14dni) o Obraz histologiczny – zwyrodnienie nerwów długich w części dystalnej, z wtórnym zniszczeniem

otoczek mielinowych o Mechanizm powstawania OPIDN nie jest do końca poznany – przypuszcza się, że odpowiedzialna się

esteraza neuropatyczna (NTE) – intergralne białko błonowe obecne w neuronach kręgowców, której stopień zahamowania jest proporcjonalny do nasilenia objawów

Insektycydy karbaminianowe

• Pochodne kw. N-metylokarbaminianowego (Karbaryl, Propoksar, Aldicabs) • Drogi wchłaniania:

� Inhalacyjna > p.o. >>> termalna • Metabolizm – hydroliza, metabolity efektywnie wydalane z moczem

Mechanizm działania:

• Inhibicja odwracalna AChE – karbamylacja centrum aktywnego • Stąd objawy podobne do zatrucia ZFO, ale łatwiejsze do leczenia • Kompleks mniej trwały niż z insektycydami fosforoorganicznymi • Bezpieczne inhibitory ChE nie wymagają aktywacji metabolicznej • Wpływ na płód tylko w dużych dawkach • Nie są mutagenne, kancerogenne

Leczenie – objawowe

• Podtrzymywanie akcji serca, oddychania • Tylko atropina • Reaktywatory enzymu są toksyczne

Preparaty: Karbaryl (III klasa toksyczności), Propoksur (II klasa toksyczności) Insektycydy piretroidowe, Piretryny, Piretroidy

• Estry kw. chryzantemowego i alkoholu • Modyfikacja struktury piretryn naturalnych • Wybiórczość działania (insektycydy III generacji) • Duża aktywność szkodnikobójcza • Mała toksyczność dla ludzi (kontaktowe zapalenie skóry, dychawica oskrzelowa), wysoki współczynnik

bezpieczeństwa • Mała trwałość

Zastosowanie: uprawa roślin, hodowla zwierząt, p/wszawicze szmpony Mechanizm działania:

• Hamowanie Ca, Mg, ATP-azy • Oddziałują z rec. GABA-Cl • Trucizna OUN, wpływa na pompę Na/K • Hamują działanie kalmoduliny – zwiększają wydzielanie neuroprzekaźników – zaburzenie homeostazy wapnia w

komórkach nerwowych

• Biotransformacja: utlenianie i hydroliza Preparaty: cypremetryna (III klasa toksyczności) Izomery cis są bardziej toksyczne niż trans Synergistyczne działanie ZFO i piretroidów pozwala zmniejszyć dawkę ZFO Piperonylobutoksyd – synergetyk, hamowanie przemiany metaboliczne (CYP 450) piretroidów, rotenonu, insektycydów karbaminianowych, sam wykazuje niską toksyczność Typ I – zespół T (tremor – drgawki) – związki nie posiadające gr. CN w położeniu α oraz naturalne piretroidy Typ II – zespół CS (choreoathethois and saliv…) – związki posiadające gr. CN w położeniu α – deltametryna, cypermetryna Brak specyficznej odtrutki, leczenie objawowe, zachowawcze – podtrzymywanie pracy serca i układy oddechowego, znoszenie drgawek, olejowe preparaty wit E w łagodzeniu parestezji Repelenty DEET – N,N-dietylo-meta-tokamid Biotransformacja – utlenianie CYP-450, metabolity wydalane głównie z moczem LD50 p.o. szczur ok. 2000 mg/kg m.c. Objawy neurotoksyczności u dzieci HERBICYDY Różna budowa chemiczna Substancje do zwalczania chwastów Najważniejsze:

1. Poch. kw. chlorofenoksykarboksylowego • Szeroko stosowane do niszczenia chwastów dwuliściennych w uprawach zbóż • III klasa toksyczności • Zwolnienie przemiany materii • Wydalane z moczem • Hamowanie syntezy tyroksyny • Silnie wiążą się z białkami • Powodują porażenie mięśni, trądzik chlorowy • Niewielka zdolność kumulacji • Zgon przez migotanie komór – duża dawka

Mechanizm toksycznego działania: Niszczenie błon komórkowych, słabe rozkojarzenie fosforylacji, przy dużych dawkach może występować hipertermia

2. Poch. dinitroalkilofenoli (I i II klasa toksyczności) DNOK – dinitroortokrezol Właściwości:

• Bardzo łatwo wchłaniają się wszystkimi drogami – zwłaszcza w podwyższonej temp otoczenia (25st) • Łączą się z białkami osocza (dość trwale) • Biotransformacja – redukcja jednej lub dwóch grup nitrowych • Wydalanie w postaci sprzężonej z kw. glukuronowym

Działanie: • Rozkojarzenie fosforylacji oksydacyjnej • Przyspieszenie przemiany materii (do 400%) • Zwiększenie zużycia tlenu • Pobudzenie glikolizy, zanik glikogenu w wątrobie i mięśniach • Kwasica, zanik tkanki tłuszczowej (kuracje odchudzające) • Met hemoglobinemia

3. Poch. bipirydylu – Parakwat, Dikwas

• Mechanizm wolnorodnikowy – zaburza fotosyntezę roślin • U ludzi wywołuje peroksydację lipidów tkanki płucnej -> obrzęk płuc -> zwłóknienie -> martwica

pęcherzyków płucnych • Bez względu na drogę podania przedostaje się do płuc • Leczenie mało skuteczne (hemoperfuzja)

4. Inne herbicydy

⋅ Tiazydy – atrazyna, simazyna, Promazyna Atrazyna mało toksyczne toksyna dla człowieka, ale bardzo toksyczna dla życia w wodzie (plankton, ryby)

⋅ Glifosat, Glifosynat Nie hamuje AChE Inhibitory szlaku metabolicznego roślinnego, nieobecnego u zwierząt LD50 > 5000 mg/kg m.c.

Związki Nieorganiczne Zagadnienia

• Kwasy • Zasady • Amoniak • Chlor • Cyjanowodór, cyjanki • Siarkowodór • Tlenek węgla (czad) • Szczawiany • Borany, kwas borny • Krzemionka • Fluor • Wanad

KWASY Dawki śmiertelne: H2SO4, HNO3 6-8g, HCl 15g Działanie: silnie żrąco na tkanki, błony śluzowe, skórę Wywołuje głębokie oparzenia, martwicę, zwęglenie (H2SO4) Objawy: perforacja przełyku, żołądka, jelit – uszkodzenie większych tętnic – silny ból, krwawe wymioty, zapaść, zgon. W razie przeżycia powstają blizny. Leczenie: - przy zatruciu doustnym- zawiesina MgO lub AL2O3 (10-20 g/ 500 ml wody), mydła (10g/ 1l wody), mleko, białko. n i e w o l n o : płukać żołądka, wywoływać wymiotów, podawać HCO3-, CO3–2, rozpuszczalnych OH- - oparzenia skóry i oczu – płukać 15 min. pod bieżącą zimną wodą – potem przemyć 2% NaHCO3. ZASADY NaOH, KOH, Ca(OH)2, NH4OH, podchloryny, LD 10-15ml 15%KOH Działanie: bardziej niebezpieczne niż kwasy – zmydlają tłuszcze, przenikają przez śluzówkę w głąb tkanek – wywołując pęcznienie i rozpuszczenie białek – (nieodwracalne!). Objawy: -pieczenie przewodu pokarmowego; -błony śluzowe warg i ust obrzmiałe o szklisto białym zabarwieniu; - krwawe wymioty, zapaść; - w razie przeżycia po kilku dniach mogą wystąpić krwotoki z żołądka i jelit, pozostawiają zwężenia i blizny. AMONIAK 25% NH4OH- LD 30ml Gaz w temperaturze pokojowej, lżejszy od powietrza. Występowanie:

• procesy rozkładu substancji białkowych i innych związków organicznych w kanałach ściekowych i wysypiskach; • działalność przemysłowa człowieka- produkcja nawozów sztucznych, przemysł chemiczny, materiałów

wybuchowych. Wchłanianie:

• drogi oddechowe; • skóra; • błony śluzowe przewodu pokarmowego.

Działanie: Polega na powstawaniu NH4OH na skutek kontaktu z błonami śluzowymi oczu, dróg oddechowych i skóry → obrzęk śluzówki, głośni, płuc → niewydolność krążenia, zapaść

• Gaz- działanie drażniące : błona śluzowa dróg oddechowych, spojówka oka, skóra. Ostra woń – porażenie zakończeń nerwów węchowych

• Doustnie drażni przewód pokarmowy, żołądek • Skóra- oparzenia II stopnia • Oczy- utrata wzroku ( uszkodzenie rogówki)

Objawy: ból, wymioty, kaszel → perforacja przełyku, żołądka → podrażnienie obrzęk płuc Oparzenia oczu - ślepota w późniejszym okresie zaćma, zanik siatkówki i tęczówki Rokowanie decyduje pierwsze 48h Leczenie:

� Zatrucia wziewne-całkowity spokój, pary kwasu octowego, tlen � Skóra i oczy- zmyć wodą � Zatrucia doustne- rozcieńczyć wodą, mlekiem, 1% kwas octowy � Zwalczać obrzęk głośni, zwężenie przełyku

Wpływ na organizm ludzki Stężenie

[ppm] Dopuszczalny czas przebywania

Charakterystyczny zapach wyczuwalny nosem przez większość ludzi.

25 [1] próg wykrywalności

Nieograniczony

35

8 godzin dziennie (maksymalne dopuszczalne stężenie trwałe)

Zapach bardzo wyraźnie wyczuwalny. 50

Wg niezbędnych potrzeb

Ostry nieprzyjemny zapach, przy krótkotrwałym wdychaniu bez szkodliwego wpływu na organizm ludzi zdrowych..

100

Opuścić pomieszczenie niezwłocznie

Podrażnienie śluzówki oczu, nosa i dróg oddechowych.

400-700 próg zagrożenia

Godzina przebywania przeważnie nie powoduje poważnych następstw

Napad kaszlu, uczucie zatykania oddechu, silne podrażnienie śluzówki nosa, oczu i dróg oddechowych.

1000-1700

Półgodzinne przebywanie może prowadzić do groźnych następstw

Silny kaszel, skurcze gardła, silne uczucie zatykania oddechu wraz ze żrącym podrażnieniem śluzówki nosa, oczu i dróg oddechowych

2000-5000

W ciągu 12 godziny może nastąpić śmierć przez uduszenie

Silne uczucie porażenia nerwowego i duszenia.

5000-6000

Śmierć następuje w ciągu kilku minut

(1): Próg wykrywalności w niskich temperaturach jest jeszcze niższy i wynosi 2 – 5 ppm. CHLOR Zastosowanie: przemysł chemiczny, do wybielania (włókiennictwo, przemysł papierniczy), dezynfekcja wody, gaz bojowy Działanie: - wyczuwalny w stężeniu 1:100 000; 2,5 razy cięższy od powietrza - powstawanie HCl przy zetknięciu z wilgotnymi błonami śluzowymi lub skórą - drażnienie błon śluzowych układu oddechowego, spojówek Objawy: - łzawienie, kaszel, kichanie, bóle mostkowe, duszność, obrzęk płuc - przy dużych stężeniach śmierć szybka wskutek obrzęku głośni Leczenie: całkowity spokój – pobudzenie krążenia, zwalczanie obrzęku płuc CYJANOWODÓR, CYJANKI Zastosowanie: dezynsekcja, deratyzacja(magazyny, statki, szklarnie, domy mieszkalne) - niewłaściwe przechowywanie cyjanków, spalanie celuloidu, ekstrakcje Ag i Au z rud, galwanoplastyka, fotografia, synteza chemiczna – estry metylowe i etylowe (cyklon) nasiona pestkowców (amygdalina) – dym tytoniowy – charakterystyczny

zapach (2-5mg/m3) gorzkich migdałów Wchłanianie: szybko z przewodu pokarmowego (węglowodany → cyjanohydryna), płuca, skórę Biotransformacja: - do rodanków (200x mniej toksyczne) u człowieka niska aktywność siarkotransferazy tiosiarczanowej – takżedo CO2, mrówczanów i łączenie z cystyną (kwas 1-iminotiazolidyno-4-karboksylowy) Wydalanie: z moczem – rodanki (80%), kwas 1-iminotiazolidyno-4-karboksylowy (15%) – przez płuca: HCN i CO2

Mechanizm działania: - zablokowanie transportu elektronów w oksydazie cytochromowej (cyt a/a3 → O2) co uniemożliwia wykorzystanie tlenu przez komórki (jasnoczerwona barwa krwi żylnej) - niedotlenienie OUN Objawy zatrucia: Duże stężenie (≥≥≥≥ 0,3mg/l)- natychmiastowa utrata przytomności, upadek z przeraźliwym krzykiem – porażenie ośrodka oddechowego – później akcji serca - mniejsze dawki (zgon po 10-60 min.) silne bóle głowy, lęk, duszności, ból w okolicy serca, rozszerzenie źrenic, drgawki kloniczno-toniczne i tężcowe, szczękościsk, długo zachowana przytomność – utrata czucia i odruchów Leczenie: 1/ natychmiast inhalacyjnie azotyn amylu - reaktywator oksydazy cytochromowej 2/ dożylnie (wolno) 10 ml 3% azotynu sodu – utworzona methemoglobina odciąga CN od oksydazy cytochromowej i odblokowuje enzym, powstaje cyjanomethemoglobina NaNO2 + hemoglobina→ MetHb MetHb + oksydaza cytochromowaCN → CNMetHb + oksyd.cytochr. 3/ dożylnie 10% Na2S2O3(tworzenie rodanków) 4/ płukanie żołądka 0,1% KMnO4 lub 5% H2O2 5/ podanie wersenianu dwukobaltowo-sodowego lub hydroksykobolaminy 6/ podanie tlenu + CO2 SIARKOWODÓR Gaz bezbarwny o zapachu zgniłych jaj, cięższy od powietrza. Występowanie: naturalnie- gazy wulkaniczne, niektóre gatunki ropy naftowej i gazu ziemnego, a także wody mineralne. Powstaje w procesach rozkładu gnilnego związków organicznych: kanały, ścieki, zbiorniki i doły kloaczne. Produkcja przemysłowa- rzadko stosowany, ale często produkt uboczny różnych procesów technologicznych ( produkcja wiskozy, gumy, kleju) Wchłanianie: płuca (łatwo), skóra (słabo) Wydalanie: niezmieniony przez płuca, z moczem jako siarczany Działanie toksyczne:

� blokowanie aktywnego żelaza w oksydazie cytochromowej – zaburzenie lub porażenie oddychania wewnątrzkomórkowego

� unieczynnianie grup – SH glutationu � blokowanie enzymów zawierających metale w grupie prostetycznej � łączenie się z methemoglobiną (sulfmethemoglobina) � uszkodzenie komórek OUN, jak również nerwów obwodowych oraz układu krwiotwórczego

Objawy zatrucia: Duże stężenia - działa bardzo gwałtownie, utrata przytomności, śmierć na skutek uduszenia Mniejsze dawki - działanie drażniące na błony śluzowe dróg oddechowych, napady kaszlu, zmiany zapalne i nieżyty dróg oddechowych (obrzęk płuc), zapalenie spojówek, światłowstręt Kumulowanie mikrouszkodzeń - ból głowy, zawroty, mdłości Objawy zatrucia: w dużych stężeniach (>1,4 mg/l) działa gwałtownie jak HCN – nagłe zatrzymanie oddechu, utrata przytomności (wejście do zbiorników, dołów bez maski) mniejsze stężenia – działanie drażniące na błony śluzowe dróg oddechowych, napady kaszlu, zmiany zapalne dróg oddechowych obrzęk płuc - światłowstręt, podrażnienie spojówek - zaburzenia krążenia Leczenie: - zapewnić całkowity spokój, przemyć skórę CuSO4 lub FeSO4, podać dożylnie NaNO2, inhalacyjnie azotyn amylu, tlen TLENEK W ĘGLA ( CZAD) Bezbarwny i bezwonny gaz,nieco lżejszy od powietrza, w bardzo dużych stężeniach zapach czosnku Występowanie: produkt niecałkowitego spalania węgla lub związków zawierających węgiel (gaz ziemny, ropa naftowa)

• przemysł emituje rocznie do atmosfery 232 mln ton CO (spaliny samochodowe) • z powietrzem tworzy mieszaniny wybuchowe

duża ilość zatruć samobójczych i przypadkowych (kominy o wadliwej konstrukcji, niewłaściwa obsługa pieców domowych i przemysłowych)

Wchłanianie: płuca (skóra i błony śluzowe min.) Wydalanie: płuca postać niezmieniona Mechanizm działania toksycznego:

1. Łączenie z hemoglobiną → niedotlenienie organizmu, powstaje HbCO tj. połączenie niezdolne do przenoszenia tlenu CO ma 210x większe powinowactwo do Hb niż do O2 Reakcja odwracalna, ale dysocjacja karboksyhemoglobiny 10x wolniej niż oksyhemoglobiny

2. Obecność CO stabilizuje połączenia Hb z O2; pogłębia się niedotlenienie organizmu. 3. Wiązanie CO z mioglobiną 4. Wiązanie CO z cytochromem P-450 5. Przechodzi przez łożysko - niedotlenienie płodu 6. Uszkodzenie układu sercowo-naczyniowego i OUN (zwiększa ryzyko dusznicy bolesnej i zawału serca) 7. Zaburzenia w przemianie węglowodanowej 8. Nie działa toksycznie na owady, (dlaczego?)

Objawy zatrucia: Zależność między ilością karboksyhemoglobiny we krwi, a stopniem zatrucia 1% Hb-CO - stężenie fizjologiczne (miasta) 4% zaburzenia reakcji organizmu (pogorszenie zdolności odróżniania wzrokiem małych różnic oświetlenia, błędy w badaniach testowych) 8-10% błędy arytmetyczne, odnajdowanie wyrazów w liczbie mnogiej – testy PALCZE ok. 10% osoby w stanie lekkiego zatrucia 20% ból głowy, tętnienie w uszach 50% porażenie funkcji kończyn (brak możliwości ucieczki) 60% KRYTYCZNE Powstawanie COHb zależy od czasu narażenia, stężenia CO, wysiłku fizycznego (przyspiesza powstawanie HbCO) Następstwa przebytego zatrucia ostrego – trwałe lub przemijające: Osłabienie lub utrata pamięci, silne bóle nerwowe, zaburzenia mowy, wzroku. Słuchu, smaku, powonienia, stany depresji lub pobudzenia Zatrucia przewlekłe – kumulacja mikrouszkodzeń (bóle głowy, uczucie zmęczenia, nudności, utrata łaknienia, bezsenność, utrata czucia w palcach) „Chód pingwini” – powolny na szeroko rozstawionych nogach LECZENIE: Usunięcie z miejsca zatrucia, sztuczne oddychanie, podanie O2 + CO2, błękitu metylenowego (redukcja żelaza w hemoglobinie), tioniny, cytochromu C, lekka hiperbaria SZCZAWIANY Zastosowanie: środki wybielające do czyszczenia metali w gospodarstwie domowym Kwas szczawiowy: działanie żrące RABARBAR- Liście duże ilości szczawianów Działanie:

• wiążą wapń w surowicy, hipokalcemia, tężyczka (stężenia Ca - gwałtowne pobudzenie mięśniowe z drgawkami i zapaścią)

• Szczawiany tworzą z jonami Ca nierozpuszczalne połączenia - zapobiegają krzepnięciu krwi, krzepliwość • NERKI- zwyrodnienie szkliste i stwardnienie kanalików- szczawian Ca w kanalikach – czopowanie –

bezmocz • Działanie żrące na błony śluzowe przewodu pokarmowego- nadżerki

Leczenie: � glukonian wapnia (dożylnie), Ca w dowolnej postaci doustnie: mleko, woda wapienna, kreda, glukonian, mleczan,

chlorek wapnia � NERKI- duże ilości płynów żeby nie strącały się szczawiany Ca � szybkie podanie preparatów wapnia rokuje szanse na wyleczenie

AZOTYNY, AZOTANY Zastosowanie: produkcja nawozów sztucznych, leków, peklowanie mięsa, a niekiedy także i ryb, w celu nadania im koloru, smaku i przedłużenia trwałości (azotan, azotyn sodowy i potasowy) Skażenie środowiska: · nawozy azotowe (gleba, woda i żywność) · odchody z ferm drobiowych i hodowli zwierząt inwentarzowych · odpady miejskie i przemysłowe związane z transportem · tlenki azotu uwalniane do atmosfery→→→→ azotany ↓↓↓↓ Działanie: rozszerzające naczynia wieńcowe i obniżające ciśnienie krwi (nitrogliceryna, azotan izosorbitolu) METHEMOGLOBINEMIA (jon azotynowy) -Osoby dorosłe mniej narażone - Dzieci do 6 m-ca życia wyjątkowo wrażliwe na azotany i azotyny pobrane z żywnością (marchew) i wodą pitną (10 ppm).

· Mniejsza kwasowość soku żołądkowego umożliwia rozwój drobnoustrojów zawierających enzymy redukujące azotany · Hemoglobina płodowa i krwinek czerwonych łatwiej ulega przemianie do methemoglobiny · Układ reduktazy NADH - methemoglobiny niedostatecznie rozwinięty · Pobieranie płynów u noworodka (0-3 m-cy) jest większe niż u niemowląt starszych uwzględniając masę ciała Azotany + II rzędowe aminy →→→→ nitrozoaminy (rakotwórcze); reakcja zachodzi w żywności przechowywanej w temp. pokojowej, w przewodzie pokarmowym, gdy spożywane warzywa mają nadmiar azotanów. Azotany przekształcają się łatwo do azotynów w glebie, wodzie, ściekach co powoduje wzrost stężenia azotynów w środowisku. Los w organizmie: wchłaniają się szybko z przewodu pokarmowego, również błony śluzowe i skóra (leki) Wydalanie: 90% z moczem Objawy zatrucia: Ból brzucha, głowy, zaczerwienienie twarzy i powłok skórnych, sinica, duszność, spadek ciśnienia →→→→ zapaść Leczenie: methemoglobinemia →→→→ Błękit metylenowy BORANY, KWAS BORNY Zastosowanie: wyrób farb ogniotrwałych, produkcja szkieł i materiałów nieprzemakalnych Lecznictwo: (zasypki i roztwory) – leki odkażające (?) Szczególnie niebezpieczne dla małych dzieci LD 2-5g Wchłanianie: skóra i przewód pokarmowy Los w organizmie: kwas wydala się bardzo wolno głównie przez nerki, w ciągu 48h wydala się 60% podanej dawki Kumulacja: mózg, wątroba, tkanka tłuszczowa, potem nerki, śledziona Toksyczność: NERKI →→→→ skąpomocz →→→→ bezmocz

• Zaburzenia żołądkowo-jelitowe (krwawe wymioty, biegunki) • Działanie odwadniające na protoplazmę komórkową →→→→

ciężkie zaburzenia przemiany materii →→→→ zaburzenia gospodarki elektrolitowej i równowagi kwasowo-zasadowej, działa toksycznie na wszystkie komórki.

• Obniżenie krzepliwości krwi Objawy zatrucia: złuszczanie skóry, gorączka, bezmocz Leczenie:

• zmyć skórę i błony śluzowe • płukanie żołądka zawiesiną węgla aktywnego • zwalczanie kwasicy, utrzymanie diurezy (podawanie płynów) • dializa pozaustrojowa

KRZEMIONKA Występowanie: liczne minerały Pył zawierający krzemionkę wytwarza się przy obróbce, wierceniu, kruszeniu, rozdrabnianiu kamienia: przemysł ceramiczny, górnictwo, piaskownie, budownictwo, spawalnictwo elektrodami otulonymi. 14-20 % spawaczy okrętowych choruje na pylicę Wchłanianie: drogi oddechowe cząstki 0,5-3 um fagocytowane w płucach, usuwane są z pęcherzyków płucnych przez komórki żerne (makrofagi), a następnie przedostają się naczyniami limfatycznymi do węzłów chłonnych, niektóre nie docierają do węzłów i gromadzą się w węzełkach wzdłuż naczyń. Guzki powiększają się na skutek proliferacji tkanki włóknistej tworząc →→→→ GUZKI KRZEMICZE →→→→ zwłóknienie płuc →→→→ rozedma utrudnione oddychanie →→→→ niewydolność krążenia. Działanie: pylica krzemowa- krzemowa kolagenoza płuc.

• ostra– wyjątkowo duże narażenie na pyły • przewlekła - oddychanie powietrzem zawierającym pył krzemionkowy przez 6 m-cy do 25 lat. • współistnienie pylicy nasila znacznie postęp zmian gruźliczych

Pylice – choroby spowodowane przewlekłym wdychaniem pyłów z rozwojem łącznej tkanki włóknistej(kolagenu) w miąższu płuc, co prowadzi do niewydolności oddechowej i krążeniowej. Podział pylic:

• kolagenowe – krzemowa, azbestowa, talkowa ,aluminiowa,pylica górników, spawaczy elektrycznych (elektrody otulone), pięciotlenek wanadu, tlenek manganu,zespół Caplana

• niekolagenowe – żelazica, siarczan baru, bawełna , płuco farmera Kolagen – sprężyste białko o potrójnym łańcuchu stanowiące około 30 % białek organizmu

Podstawowe białko strukturalne tkanki płucnej o stałej zawartości hydroksyproliny– 14 %, co wykorzystywane jest w diagnostyce eksperymentalnych pylic – test kolagenowy. Co trzecim aminokwasem w kolagenie jest glicyna. Wykonywanie testu kolagenowego

• insuflacja dotchawicza – na mokro lub na sucho • narażanie w komorach toksykologicznych • izolacja płuc po okresie rozwoju pylicy – co najmniej kilka miesięcy • wysuszenie płuc do stałej masy i poddanie kwaśnej hydrolizie ( 1300 C ) • oznaczenie hydroksyproliny i przeliczenie na suchą masę

Mechanizm( etiologia) powstawania pylicy (blisko 50 koncepcji): -mechaniczne działanie pyłu -kontaktowe działanie -zakładanie rozpuszczalności ziaren pyłu -immunologiczne podłoże choroby Leczenie pylic kolagenowych:

• zastosowanie enzymów proteolitycznych • zastosowanie polimerów powierzchniowo czynnych • zastosowanie leków aktywnych immunologicznie ( immunosupresory i immunostymulatory)

F L U O R GAZ: bardzo aktywny chemicznie, nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym - formy związane: sole fluorowe, minerały (fluoryty, apatyty) fluorowodór Źródła: naturalnym źródłem emisji F do atmosfery są erupcje wulkaniczne. Tereny bogate we fluoryty i apatyty Indie, Kenia, Afryka Pd. - zawartość fluoru w wodzie wynosi kilkadziesiąt mgF/l, Polska wysokie stężenia na terenie Żuław Wiślanych i okolice Nysy. Stężenia w wodzie powinny mieścić się w zakresie 0,5-1,5 mgF/l, natomiast zalecane przez WHO 0,7 mgF/l. Zanieczyszczenia przemysłowe (skażenie wody i powietrza): huty aluminium, żelaza, szkła, fabryki nawozów fosforowych. Główne źródła narażenia człowieka na fluor: woda pitna i żywność. Zastosowanie: produkcja glinu, magnezu, nawozów fosforowych, pestycydów, spawalnictwo, wytrawianie szkła kryształowego, trutki na gryzonie leki ( anestetyki np. izofluran , leki przeciewnowotworowe 5- fluorouracyl, fluor w osteoporozie) Wchłanianie: droga oddechowa (HF) i pokarmowa (rozpuszczalne fluorki). Norma dla wody pitnej 1,5mg/l. Fluorowanie wody pitnej, pasty do zębów z fluorem Kumulacja: tkanki twarde: kości i zęby, a także włosy i paznokcie Tworzenie się fluorohydroksyapatytu w kościach 3Ca3PO4 • Ca(OH)2 – hydroksyapatyt 3Ca3PO4 • Ca FOH - fluorohydroksyapatyt Wydalanie: z moczem (90%) Działanie:

� małe dawki – profilaktyka próchnicy i osteoporozy. � duże dawki – ostre zatrucia � zaburzenia gospodarki wapniowej tężyczka, � działanie żrące na błony śluzowe żołądka F HF, nudności wymioty, biegunka, rozlany ból brzucha. � HF bardzo toksyczny, silnie żrący, ciężkie rany oparzeniowe, martwica � F inhibitor enzymów – hamuje aktywność enzymów biorących udział w tworzeniu cząstek ATP na drodze

glikolizy i fosforyzacji oksydatywnej � F upośledza przyswajanie i katabolizm tłuszczów � zmniejsza proces fagocytozy-podatność na infekcje � stężenia Ca i Mg � przewlekłe- fluoroza zębów plamistość i zmiana barwy szkliwa-fluoroza kości, zmiany uwapnienia stawów

wiązadeł i kości, stwardnienie rozsiane kości Leczenie: glukonian Ca i Mg Wanad

• Wanad uznawany był przez długi czas jako wyłącznie toksyczny. • Dziś wiadomo, że jest niezbędny do prawidłowego przebiegu procesów metabolicznych a zwłaszcza lipidów,

cholesterolu, fosfolipidów. Działa podobnie do insuliny. • Mechanizm toksycznego działania nie jest dokładnie poznany – główne kierunki działania to inhibicja aktywności

wielu enzymów i uszkadzanie układu krwiotwórczego. • Narażenie na związki wanadu występuje szczególnie w przemyśle metalurgicznym i podczas czyszczenia pieców

opalanych olejami i gazami. Popiół powstający po spaleniu mazutu zawiera do 82% pentatlenku wanadu V2O5.

Związek ten opuszczający w formie dymu lub pyłu kominy rafinerii, elektrowni czy ciepłowni jest główną przyczyną zanieczyszczenia środowiska i w konsekwencji ekspozycji środowiskowej ludzi.

• W rejonach miejskich 90% wanadu emitowanego do atmosfery pochodzi ze spalania paliw płynnych.

METALE • Metale stanowią szczególne zagrożenie dla zdrowia człowieka, między innymi przez to iż skutki działania

toksycznego mogą ujawnić się nawet po wielu latach. • Ich zawartość w środowisku jest dość zróżnicowana, a działanie zależy od rodzaju narażenia i pobranej dawki,

rodzaju pierwiastka, postaci chemicznej, a także od właściwości osobniczych, stanu zdrowia, a nawet stanu odżywienia organizmu

• w postaci metalicznej nie wchłaniają się (są nieszkodliwe)- wyjątek : rtęć • tlenki metali - w temperaturze wrzenia -dymy; cząstki 0.1-0.3 µm- wchłaniają się przez drogi oddechowe • najsilniejsze działanie : związki dobrze rozpuszczalne i łatwo dysocjujące; związki nierozpuszczalne takie

jak(HgS, Hg2Cl2, BaSO4, PbSO4) nie działają toksycznie • toksyczność wzrasta ze stopniem utlenienia (Mn, Cr, Ni); silnie trujące połączenia tlenkowęglowe-karbonylki

(Ni, Fe) ; wybitnie toksyczne połączenia organiczne (Pb, Hg) Działanie na poszczególne układy i narządy:

• skóra a) rozcieńczone roztwory -ściągające, denaturacja białek ran i błon śluzowych b) stężone roztwory - żrąco - przenikają w głąb organizmu

• nerka - uszkodzenie kanalików białkomocz, aminoacyduria, bezmocz - Hg, Pb, Cd, Cr, U, Pt • wątroba - As, Co, Be, Se, Zn • naczynia włosowate - As, Sb, Bi, Mn, Au • mięsień sercowy - Cd, Pb, Co, As, Cu, Hg • układ oddechowy:

- działanie drażniące i zapalne Cr (nos), As (oskrzela), Be (płuca) - długotrwała ekspozycja - zwłóknienie płuc pyły Al, Fe

• układ immunologiczny - nadwrażliwość - Be, Cr, Ni, Au, Hg-CH3 , Pt - immunosupresyjne -Pb, Cd, Ni, Cr, As, Hg-CH3, Sn org.

• układ nerwowy - Hg (metaliczna) - OUN - Pb - OUN szczególnie dzieci, obwodowy UN - Al - otępienie starcze, pacjenci dializowani - As - neuropatie obwodowego UN - Mn - zmiany degeneracyjne w układzie pozapiramidowym - Tl - antagonizm z K+ w UN - organiczne połączenia Hg(CH3)2 , Pb, Sn, Au

Działanie rakotwórcze As, Cr, Ni (płuc), Be, Cd, Co - mechanizm działania :

• zamiana Zn w białkach regulujących (Ni, Co, Cd) • uszkodzenie polimerazy DNA

Działanie na enzymy • inhibicja - wiązania z grupami : -SH , -PO4, -NH2, -COOH • inhibitory enzymów mikrosomalnych Cd, Co, Sn, Hg-CH3

Ołów Źródła narażenia populacji generalnej

• huty ołowiu - strefa zanieczyszczenia powietrza i gleby wskutek opadu pyłów do 15 km • spalanie benzyny z dodatkiem Pb (gleba i kurz)- zasięg globalny wyroby chemiczne- farby zawierające ołów

(dzieci - pica), baterie i akumulatory • palenie tytoniu

Pobranie dzienne • ÷ 0.5 mg –woda, żywność, powietrze

Wchłanianie zależne od: → postaci w jakiej występuje metal → drogi wchłaniania → okresu narażenia → płci → wieku

• drogi oddechowe - nierozpuszczalne pyły (narażenie zawodowe, fagocytoza) • skóra - związki organiczne (tetraetylek) lub rozpuszczalne w tłuszczach , olejach (farby)

• przewód pokarmowy - związki nieorganiczne dorośli- poniżej 10 % dzieci (3 m.ż.÷8 lat) do 50 % Rozmieszczenie

• krew- 95 % wiąże się z erytrocytami – błoną komórkową lub Hb (kruchość, łamliwość - anemia hemolityczna)- 2 - 5 % z białkami osocza (glicerofosforan, II-rzędowy PO4)

• Dystrybucja do tkanek i narządów miąższowych wątroba, płuca, serce, nerki, mózg wtręty wewnątrz jądra komórkowego, mięśnie, skóra, szpik kostny

• kości (90 % ogólno-ustrojowego Pb) zwłaszcza płaskie i zęby (zastępuje Ca 2+ w hydroksyapatycie - III-rzędowy PO4) - t0.5 ok. 20 lat

• przechodzi przez łożysko (płód) Wydalanie

• pobierany z pożywieniem - z kałem w ok. 90 % • podany pozajelitowo w postaci związków nieorganicznych - głównie przez nerki • wchłonięty do organizmu - 76 % z moczem

- 16 % z kałem (PbS) - 8 % włosy, pot

Mechanizm działania toksycznego • trucizna protoplazmatyczna- łączy się z grupami - SH białek i enzymów uszkodzenie kanalików

proksymalnych nerek- 600 µg Pb/l - zahamowanie resorpcji zwrotnej (Na+/K+ ATP-azy) (aminoacyduria, glikozuria, hiperfosfaturia-zmiany odwracalne) Przewlekła nefropatia ołowicza zwłóknienie śródmiąższowe zanik kłębków krwiomocz→ białkomocz→skąpomocz →zgon

• obwodowy UN– (układ krytyczny dorośli) osłabienie , porażenie mięśni prostowników (opadanie stopy, dłoni) - zaburzenie czucia w wyniku uszkodzenia otoczki mielinowej aksonu.

• OUN- układ krytyczny u dzieci: -już<100 µg Pb/l krwi zmiany czynnościowe mózgu- obniżenie IQ -400 ÷ 500 µg Pb/l krwi- nadpobudliwość, obniżona zdolność skupienia uwagi, złe wyniki w nauce, obniżony IQ, bóle głowy -wyższe stężenia- encefalopatia- uszkodzenie włośniczek w OUN, degeneracja neuronów -obniżenie aktywności GABA- Pb łączy się z kalmoduliną- białkiem regulatorowym Ca w OUN

• układ krwiotwórczy- układ krytyczny (dorośli): zahamowanie syntezy hemoglobiny, skrócenie życia erytrocytów, niedokrwistość hemolityczna (500 µg Pb/l) jako kliniczny skutek działania Pb

Inhibicja enzymów biorących udział w biosyntezie hemu- najczulszy biochemiczny efekt przewlekłego narażenia na Pb a)zahamowanie ALA-D (dehydratazy kw. δ- aminolewulinowego)- ALA-D we krwi (100 µg Pb/l), ALA w moczu (400 µg Pb/l) b)zahamowanie oksydazy koproporfirynogenu (COPROD) koproporfiryn (CP) III w moczu c)zahamowanie syntazy ferrochelatazy (syntetazy hemu) wolnych protoporfiryn w erytrocytach (FEP) (200 ÷ 250 µg Pb/l) Fe w surowicy d)zaburzenia syntezy globiny Diagnostyka zatruć 1) ALA-D we krwi - najczulsza (100 µg/l) 2) ALA w moczu (400 µg/l) 3) CP w moczu (400 µg/l) 4) FEP w erytrocytach (200 ÷ 400 µg/l) 5) zasadochłonnych erytrocytów 6) Pb we krwi i w moczu Objawy kliniczne zatrucia w zależności od stężenia ołowiu we krwi

Toksyczność Stężenie ołowiu we krwi ug/dl

niska średnia silna

Dzieci 35-50 50-70 >70

Dorośli 40-60 60-100 >100

Objawy

-bóle mięśni -parestezje -uczucie zmęczenia -letarg -podrażnienie -okazjonalne zaburzenia pokarmowe

-bóle stawów,uczucie zmęczenia -trudności koncentracji -męczliwość mięśni,drżenia -ból głowy -ból brzucha, wymioty,chudnięcie zaparcia

-niedowłady i podrażnienia -encefalopatia, napady padaczkowe, utrata przytomności, śpiączka, śmierć -rąbek ołowiczy na dziąsłach -kolka

Objawy zatrucia ostrego

• kolka ołowicza- początkowo brak łaknienia, niestrawność, zaparcia, atak kolki czyli rozległy napadowy ból brzucha wskutek skurczu mięśni gładkich jelit, bladość skóry, bradykardia

• ostra encefalopatia ołowicza (głównie dzieci, rzadko u dorosłych)- stany otępienne, drażliwość, ból głowy, drżenia mięśniowe, halucynacje oraz zaburzenia pamięci i brak koncentracji; w kolejnym stadium: delirium, drgawki, paraliż i śpiączka

• działanie nefrotoksyczne- aminoacyduria, glikozuria, zahamowanie transportu jonowego Objawy zatrucia przewlekłego (ołowica)

• cera ołowicza (bladoszara z żółtym odcieniem wskutek hemolizy i skurczu tętniczek w skórze) • rąbek ołowiczy na dziąsłach (PbS)- 1÷2 mm pasmo szaro-niebieskie wokół zębów • smak metaliczny w ustach • objawy nefrotoksyczne, neurotoksyczne- nerwy obwodowe, hemolityczne • zaburzenia czynnościowe wątroby

Leczenie zatruć

• chelaton (Na2Ca EDTA)- 40 x przyspieszenie wydalania ołowiu w postaci niezjonizowanej- test mobilizacyjny- i.m., powolny wlew i.v. ( wydalanie z moczem) Nie wolno doustnie - ułatwia wchłanianie Pb z p.pokarm.

• DMSA - kwas 2,3-dimerkaptobursztynowy • DMPS - 2,3-dimerkaptopropano-1-sulfonian • kuprenil (penicylamina) • cytrynian Na • środki przeczyszczające

Nie wolno: samego BAL (2,3-dimerkapto-1-propanol), ale podaje się w encefalopatii BAL + Na2CaEDTA Tetraetylek ołowiu - DL dla dorosłego 250 mg

• Wchłanianie - bardzo łatwo przenika przez skórę, • drogi oddechowe i przewód pokarmowy • Kumulacja- tkanka nerwowa, wątroba,<kości • Biotransformacja- trietylek (neuro-hepatotoksyczny) dietylek (mocz) • Działanie- neurotoksyczne- nieodwracalne uszkodzenie kory mózgowej, drgawki, zaburzenia psychiczne, zgon

(obrzęk mózgu, niewydolność krążenia), • uszkodzenie wątroby, mięśnia sercowego, nerek, • kory nadnerczy

Leczenie- utrudnić wchłanianie (wymioty, ze skóry- zmywać naftą, następnie wodą z mydłem)- brak odtrutki- chelaton, penicylamina (mało skuteczne) Arsen

• Zastosowanie • Pestycydy • Garbarstwo • impregnacja • (insektycydy, drewna, defolianty, herbicydy) • szkło • medycyna (Salvarsan- ameboza, zimnica, kiła;- płyn Fowlera zaw. ok. 1% As- leczenie niedokrwistości, łuszczycy,

astmy oskrzelowej) Pobranie dzienne: 10 ÷ 370µg- żywność (owoce morza), woda (Tajwan, Płd. Ameryka>100µg/l) Wchłanianie:

• przewód pokarmowy- populacja generalna (nieorg. zw. As3+ lepiej niż As5+ 55 ÷ 95 %, zw. organiczne 75 ÷ 85 %)

• płuca- narażenie zawodowe (wdychanie pyłu As2O3 i zw. poch. lub par 40-60 %, AsH3 w 60 %) • skóra

Rozmieszczenie: • krew- 95% z erytrocytami, 5% z białkami surowicy • równomiernie: śledziona, wątroba, nerki, płuca, śluzówka jelit, tkanka nerwowa, mięśnie, odkłada się w łożysku-

kumulacja tkanki bogate w keratynę: włosy, paznokcie, skóra, kości Biotransformacja:

• As5+ po połączeniu z glutationem (GSH) przechodzi As3+ • metylacja w wątrobie :

kwas MMA rsenowy (metyloarsenowy) • kwas DMA rsenowy (dimetyloarsenawy)

Wydalanie:

• żółć- zw. As3+ • mocz - zw. nieorg. As3+ (okres półtrwania 2h, 8h, 8dni) As5+,(2h, 9,5h, 38dni), MMA, DMA • pot • powietrze • mleko • włosy- znaczenie diagnostyczne- część najbliższa skórze (czas zatrucia)

a)forma zewnętrzna- gruczoły potowe i łojowe b)forma wewnętrzna- keratyna

Mechanizm działania toksycznego :

• inaktywacja enzymów -As3+ duże powinowactwo do grup –SH -aminotransferaz -DH pirogronianowa (kofaktor kwas liponowy- z luizytem tworzy cykliczne połączenia) -lipazy -esterazy -fosfatazy

• zanik aneuryny vit B1 - zapalenie wielonerwowe • zahamowanie przemiany materii • uszkodzenie naczyń włosowatych (skóra bladoszara) • rozkojarzenie fosforylacji oksydacyjnej (zw.As 5+)

Zatrucia ostre ( As2O3): -silne wymioty (gorzkie z żółcią), -biegunki (niekiedy z krwią) przez kilka dni -bardzo silne piekące bóle brzucha -metaliczny smak w ustach -odwodnienie ustroju (zab. wodno-elektrolitowe) -wstrząs -zmniejsza się wydalanie moczu->bezmocz -bóle głowy, utrata przytomności, osłabienie serca, zgon Duże dawki: szybka utrata przytomności i zgon; (As2O3) w ciągu 8÷10h porażenie serca i oddychania, nawet bez objawów żołądkowych Zatrucia przewlekłe:

• skóra - melanoza (jasnokawowe zabarwienie) wskutek porażenia i uszkodzenia drobnych naczyń krwionośnych- trudno gojące się rany, owrzodzenia, pęcherze i ropnie niezakaźne- zgorzel kończyn (Tajwan- ”choroba czarnej stopy”); kruche paznokcie, szarzejące i wypadające włosy; rogowacenie naskórka stóp i dłoni; w jamie nosa- owrzodzenia, niekiedy perforacja przegrody (arsenian Ca)

• obwodowy układ nerwowy- zapalenie wielonerwowe, osłabienie odruchów, porażenie mięśni • narządy miąższowe

-wątroba- stłuszczenie, żółtaczka, marskość -nerki- uszkodzenie kłębków - serce- niewydolność krążenia, zmiany w EKG

• krew-hemoliza, uszkodzenie szpiku • utrata słuchu (dzieci)- Japonia

LECZENIE ZATRUĆ

• BAL (British anti-Lewisite)- nieskuteczny w zatruciu AsH3 • DMPS • wit. B1 i B6, wit. C • nawodnienie organizmu

Działania odległe As Działanie rakotwórcze:

• nowotwory płuc - narażenie inhalacyjne na nieorg. zw.- prod. pestycydów, wydobywanie Au, hutnictwo metali nieżelaznych)

• nowotwory skóry - po doustnym przyjmowaniu zw. As (także woda - Tajwan, płyn Fowlera) • nowotwory i schorzenia wątroby, nerek, pęcherza

Arsenowodór AsH3

• bezbarwny gaz- powstaje przy wyprażaniu rud metali z domieszką As, -przy prażeniu pirytów -zanieczyszczenie kwasów nieorg. (H2SO4) -w produkcji sody, fosforu

Działanie: silna trucizna krwi - hemoliza krwinek - wiąże katalazę- H2O2, MetHb przechodzi do surowicy krwi i tkanek, skóra żółtobrązowa -niewydolność krążenia -uszkodzenie narządów miąższowych (kora nadnerczy, OUN, mięsień sercowy, wątroba, nerki, śledziona) Kadm -metaliczny nieszkodliwy, nie zmienia wartościowości, nie tworzy połączeń organicznych Dzienne pobranie:

• do 50µg (głównie z żywnością- zboża, skorupiaki, ryby, wątroba, nerki), w dymie tytoniowym (1.7 µg/papieros) Narażenie populacji generalnej- choroba itai-itai (Japonia 1946 r) - zatrucia spowodowane przez spożycie żywności i wody pochodzącej z obszarów skażonych ściekami z huty cynku, zawierającymi Cd, Pb i Zn- bóle reumatyczne i mięśniowe, osteoporoza- szczególnie kobiety po 50 r.ż. Zastosowanie:

• Powłoki • Pestycydy antykorozyjne (CdCl2) • stopy z Cu • baterie Cd-Ni • (przewody telegraf., telef., tramwajowe) • produkcja tw. sztucznych • reaktory atomowe • amalgamat kadmu (pochłaniacze neutronów, dentystyka) • pigmenty, barwniki (żółcień kadmowa CdS)

Wchłanianie:

• drogi oddechowe - aerozol CdO (0.1 ÷ 0.3 µm) (naraż. zawod.) w postaci dymów, pyłów i par • z przewodu pokarmowego (0.5 ÷ 12 %) - ↓ Fe, Ca, Zn, białko ; metalotioneina(MT)

Rozmieszczenie:

• transport za pomocą niskocząsteczkowego białka wiążącego wapń- (Ca-BP) • we krwi -głównie w erytrocytach (70%)

Kumulacja :

• 50 % w nerce (narząd krytyczny)- bardzo długi t0,5 18÷36lat; w połączeniu z metalotioneiną • w mniejszym stopniu w wątrobie i w kościach

Wydalanie: głównie z moczem, z kałem ↓ Ocena ekspozycji: aktualnej→ krew przebytej→ mocz Działanie toksyczne: - bardzo szkodliwe dymy i pary- CdO- zatrucia inhalacyjne- długi wielogodzinny okres utajenia objawów - sole kadmu : węglan, azotan działają mniej energicznie - w zatruciu ostrym np.: CdO i węglanem- duża śmiertelność ZATRUCIA OSTRE

• Inhalacyjne

- objawy toksyczne po 2÷10h; - obrzęk płuc w ciągu doby od zatrucia - osłabienie, bóle i zawroty głowy, dreszcze, wzmożona potliwość, gorączka do 40°C, nudności, wymioty, pieczenie w klatce piersiowej, ślinotok, silny kaszel,

• po 12-36 godzinach: obfita wydzielina płucna, • obrzęk płuc, niewydolność krążenia, niewydolność • nerek, biegunka,uszkodzenie wątroby • Przewód pokarmowy- objawy po 30min. od spożycia 0.35÷3.5g. Objawy jak w fazie drugiej zatrucia

inhalacyjnego. ZATRUCIA PRZEWLEKŁE

• rozedma płuc (inhalacyjne) • uszkodzenie czynności nerek - narząd krytyczny - uszkodzenie kanalików- aminoacyduria, glikozuria,

hiperkalcemia, proteinuria- wydalanie β2- mikroglobuliny (najczulszy test) • w wątrobie tworzenie połączenia Cd-Mt( Cd-metalotioneiną)→ toksyczne działanie wolnego Cd2+ • jądra - uszkodzenie komórek Leydiga i Sertoliego- martwica (antagonizm do Zn) • trzustka- komórki β- zaburzenia metabolizmu węglowodanów, hiperglikozuria • kości- zaburzenia metabolizmu Ca- osteomalacja (rozmiękczenie), osteoporoza (rzeszotowatość)- odwapnienia

kości długich i bruzdy odwapnieniowe w kościach płaskich (łopatki, kości biodrowe)- silne bóle utrudniające chodzenie

• inhibicja enzymów- aldolaza, fosfataza • zaburzenia metabolizmu metali niezbędnych- Zn, Cu, Ca, Fe, Mg • nadciśnienie • rakotwórczość- rak płuc u szczurów ( udowodniony)- rak płuc, gruczołu krokowego u ludzi LECZENIE: chelaton,monitorowanie gazów we krwi tętniczej, • leczenie zaburzeń i wentylacji płuc, podanie tlenu

RTĘĆ Zastosowanie: aparatura pomiarowa, przemysł chemiczny i elektrochemiczny ( chlor, alkalia), fotografia , medycyna, pozłacanie, brązowanie, fungicydy (zaprawy nasienne) Zanieczyszczenie środowiska:

• spalanie produktów ropy naftowej i węgla, • ścieki przemysłowe i komunalne • stosowanie pestycydów- fungicydy

Narażenie populacji generalnej: -nagromadzanie Hg w żywności pochodzenia morskiego (ryby - tuńczyk, kraby, ślimaki) i lądowego (ptactwo łowne z terenów, gdzie stosowane są fungicydy) Podział związków Hg ze względu na działanie toksyczne

• rtęć metaliczna (Hg0) • połączenia nieorganiczne rtęci (np.: HgCl2) jedno- i dwuwartościowe • organiczne połączenia rtęci

-związki alkilortęciowe, szczególnie→ metylortęć Wchłanianie: •drogi oddechowe - pary rtęci Hg0, metylortęć (w ok. 80%) •skóra- Hg0, metylortęć, HgCl2 •przewód pokarmowy -związki organiczne (95%) -związki nieorganiczne (7 %) -nie wchłania się: Hg0 (0,01%), kalomel Hg2Cl2 Rozmieszczenie:

• krew- erytrocyty -związki organiczne (metylortęciowe- zawartość- znaczenie diagnostyczne)- białka osocza- związki nieorganiczne, związki fenylortęciowe-(podobnie jak połączenia nieorganiczne- łatwa przemiana do zw. nieorg)

• włosy- w narażeniu na Met-Hg zawartość we włosach proporcjonalna do zawartości we krwi (znaczenie diagnostyczne) Ckrew/Cwłosy

Kumulacja:

• nerki- z metalotioneiną do 90% Hg zawartej w ustroju (w ekspozycji na sole nieorganiczne, pary Hg0, związki organiczne)

• mózg- metylortęć w postaci kompleksu z Cys (podobieństwo do metioniny) łatwo przechodzi przez inne bariery ustrojowe- pary Hg0 (↑ niż w eksp. na zw. nieorg.)

• wątroba, mięśnie, kości Wydalanie:

• metylortęć- (90%) z kałem • zw. nieorganiczne i Hg0- z moczem w większym stopniu niż z kałem→ także: ślina, pot, mleko

Nieorganiczne związki rtęci Działanie:

• trucizna protoplazmatyczna- połączenia z grupami– SH białek i enzymów→ inhibicja DH bursztynianowej i γ-GTP • martwica nabłonka kanalików nerkowych i uszkodzenie kłębków (mechanizm immunologiczny)→ wielomocz→

skąpomocz→ bezmocz Zatrucia ostre: -pieczenie w jamie ustnej, smak metaliczny, wymioty, zapalenie dziąseł, czarny rąbek rtęciowy u nasady zębów, owrzodzenie warg i policzków, obrzęk ślinianek -działanie nefrotoksyczne (rzadziej w zatruciu parami Hg) -pary Hg- niewydolność układu oddechowego Zatrucia przewlekłe parami rtęci:

• uszkodzenie bariery krew-mózg, otoczki mielinowej neuronów, hamowanie syntezy białka w mózgu, eretyzm rtęciowy- kłótliwość, drażliwość, pobudliwość, łatwe zmiany nastroju, gniew lub apatia;

• encefalopatie - niezborność ruchów, utrudnione chodzenie, niemożność wykonywania ruchów precyzyjnych Leczenie zatruć

• BAL- (we wczesnym stadium zatrucia- chroni nerkę nie mózg) • unitiol- sulfonowa pochodna BAL, ułatwia eliminację zw. Hg z żółci • N-acetylopenicylamina • dializa pozaustrojowa (przez kilkanaście dni aż do regeneracji komórek nabłonka kanalikowego)

Organiczne związki rtęci Masowe zatrucia ludności: Minamata 1953 r. ścieki przemysłowe → ryby- Niigata 1960 r., Irak 1972 r.→ pieczywo z pszenicy lub zboża przeznaczonego do siewu (zaprawy alkilortęciowe) Zastosowanie:

• fungicydy • medycyna (znaczenie historyczne)- związki arylo-, alkoksy- i alkilortęciowe- trwałe są tylko alkilortęciowe

Wchłanianie: dobre wszystkimi drogami Rozmieszczenie:

• erytrocyty (całkowite w ciągu 30h) • wątroba

OUN (ok. 3dni) -przenikają przez barierę krew/mózg- nieodwracalne uszkodzenie niektórych części OUN- komórki ziarniste kory móżdżku i kory mózgowej (ośrodek wzroku)- zahamowanie syntezy białka w mózgu

• przenikają przez barierę łożyskową - nieodwracalne uszkodzenie mózgu (depolimeryzacja mikrotubuli - hamowanie podziału komórkowego w rozwijającym się OUN, upośledzenie formowania się struktury mózgu)

Wydalanie: cykl enterohepatyczny- z żółcią Objawy zatrucia: -długi okres utajenia (kilka miesięcy) -parestezje wokół ust (mrowienie, kłucie, pieczenie) depozyt MetHg w organizmie- 25-40mg -ataksja- utrata czucia w kończynach, zaburzenia chodzenia (zaburzenia równowagi)- 50-80 mg -zaburzenia mowy (dyzartia)- 100-150mg -utrata słuchu (200-300 mg), smaku, węchu -koncentryczne ograniczenie pola widzenia -zaburzenia psychiczne (zmienny nastrój– śmiech naprzemiennie z płaczem) -śpiączka→ zgon LECZENIE ZATRUĆ

• żywice politiolowe • N-acetylo-D, L–penicylamina →BAL wzmaga przenikanie metylortęci do mózgu

Chrom Zastosowanie: - produkcja stopu- żelazochrom i stali nierdzewnej - przemysł metalurgiczny, chemiczny - garbarstwo- siarczan chromu - produkcja farb i barwników - galwanizacja- kwas chromowy - produkcja cementu Rola fizjologiczna: Cr3+- metabolizm glukozy (GTF-kompleks z kwasem dinikotynowym i GSH), przemiany cholesterolu, białek (składnik trypsyny, kofaktor enzymów), stabilizacja struktury RNA Dzienne spożycie: 50-200µg Wchłanianie:

• układ oddechowy- Cr3+ zatrzymywany w tkance płucnej ( frakcja respirabilna)- rozpuszczalne chromiany wchł. • skóra - zw. Cr 6+ i zw. Cr 3+ ( Cr 6+ silne alergeny kontaktowe, 2x szybciej ) • przewód pokarmowy- Cr3+ (poniżej 0,5÷3%) Cr6+ (3÷6%)

Rozmieszczenie:

• zw. Cr6+ łatwo przenikają przez błony- związane we krwi głównie z hemoglobiną, wewnątrz komórek - redukcja do Cr 3+

• zw. Cr3+ w osoczu związane z transferyną Biotransformacja: redukcja Cr6+ do Cr3+ wewnątrz komórek za pośrednictwem GSH, cysteiny i cytochromu P-450 Wydalanie: - głównie z moczem Cr3+ - w mniejszym stopniu z kałem Działanie: -żrąco na skórę Cr6+ (owrzodzenie śluzówki nosa, perforacja przegrody nosowej, dermatozy alergiczne) -uszkodzenie nerek ( kanalików nerkowych) -mutagenne, teratogenne -chromiany→ Cr3+ działanie na DNA- bezpośredni karcynogen- rak płuc Kobalt Zastosowanie: -metalurgia- produkcja stopów o dużej wytrzymałości, wysokiej temperaturze topnienia i odpornych na działanie czynników utleniających -barwienie szkła i porcelany -dodatek do piwa jako stabilizator piany (Kanada, USA, Belgia) Rola fizjologiczna: → pierwiastek niezbędny- cyjanokobalamina (wit. B12) Dzienne spożycie: 5÷45µg Wchłanianie: - przewód pokarmowy- rozpuszczalne zw. 30÷40% Kumulacja: -najwyższe stężenia: wątroba, nerki Wydalanie: -głównie z moczem w ciągu kilku dni -część jest zatrzymywana w organizmie t0,5=ok.1rok Działanie toksyczne : -skóra- alergiczne kontaktowe zapalenie skóry, czerwienica (rumieniowate grudki) -serce – kardiomiopatie, obniża kurczliwość i przewodzenie impulsów -układ oddechowy- nawet bardzo niskie stężenia Co powodują podrażnienie błon śluzowych- narażenie inhalacyjne→ trudności w oddychaniu, zwłóknienie płuc, duszność -rakotwórcze -długotrwałe doustne przyjmowanie dużych dawek (wysokie stęż. w wodzie pitnej, glebie)– wole Leczenie zatruć: chelaton

Miedź Zastosowanie:

• przemysł elektryczny - dobry przewodnik • produkcja stopów (mosiądz, brąz, stopy z Al, Mn, Be) • impregnacja drewna • środki owadobójcze i grzybobójcze

Skażenie środowiska: w pobliżu kopalń i hut - gleba, pył - do 50 km, ścieki komunalne i przemysłowe; kumulacja w roślinach→ zatrucia Rola fizjologiczna: -udział w procesach oksydacyjno-redukcyjnych (oksydaza cytochromu c, dysmutaza ponadtlenkowa, katalazy, peroksydazy) -metabolizm i transport żelaza -metabolizm kolagenu Rozmieszczenie: we krwi kompleks z ceruloplazminą (choroba Wilsona), aminokwasami i albuminami Kumulacja: wątroba i nerki - kompleks z metalotioneiną Wydalanie: głównie z kałem, mocz do 5% Działanie: 1) zatrucia ostre - rzadko - CuSO4 (dawka toksyczna 20g) -0.5 g → wymioty; -uszkodzenie wątroby (→ żółtaczka, niedokrwistość hemolityczna), nerek, naczyń włosowatych, biegunka, bolesne skurcze jelit -zgon po kilku godzinach, zatrzymanie serca w skurczu,hipotermia, sinica, porażenie oddechu 2)zatrucia przewlekłe- tlenki Cu w procesach technolog., -prod. spożywcze (wino, owoce- CuSO4) -drogi oddechowe- przekrwienie błon śluzowych nosa, nieżyt żołądka i jelit, biegunka, chroniczne uszkodzenie płuc -uszkodzenie wątroby - skóra- nieuszkodzona, swędzenie, zapalenie -zapalenie spojówek, owrzodzenie i zmętnienie rogówki, błony śluzowej i gardła, owrzodzenie przegrody nosowej Leczenie: chelaton, penicylamina Cynk Zastosowanie:

• metalurgia • stopy • galwanizacja • powłoki antykorozyjne • ogniwa galwaniczne • farby, emalie • katalizator • lecznictwo - łagodny środek ściągający i antyseptyczny

Skażenie środowiska: -pył z hut, gleba (wpływ na rośliny) -spalanie węgla, ropy, stałych odpadów komunalnych -ścieki komunalne Rola fizjologiczna:

• anhydraza węglanowa • karboksypeptydaza • dehydrogenaza alkoholowa (ADH) • fosfataza • insulina

→niedobór- karłowatość i niedorozwój płciowy Rozmieszczenie: wątroba, nerki, trzustka, jądra, oko- kompleksy z albuminami i globulinami; kompleksy z metalotioneiną w wątrobie i nerce Wydalanie:

• kał (80%) • mocz • mleko

Działanie: -przewód pokarmowy- stosunkowo mało toksyczny: gorączka, wymioty, bóle brzucha, biegunki ( zatrucia wskutek przechowywania mleka i kwaśnych produktów w naczyniach ocynkowanych) -drogi oddechowe- dymy ZnO (< 0.5 µm)- gorączka odlewników- w pęcherzykach płucnych tworzą z białkami związki o właściwościach pirogennych (dreszcze, bóle mięśni, gorączka, kaszel, leukocytoza)- objawy występują nagle po 4÷12h od ekspozycji i ustępują po 24÷48h Mangan Zastosowanie:

• metalurgia • stopy • przemysł chemiczny (utleniacz) • przemysł ceramiczny • elektrody spawalnicze • barwniki • produkcja środków ochrony roślin, nawozów sztucznych • środki przeciwstukowe (połączenia organiczne- MMT- metylocyklopentadienylotrikarbonyle Mn)

Rola fizjologiczna: -metabolizm węglowodanów i lipidów -tworzenie tkanki łącznej, kości -procesy rozrodcze -kofaktor enzymów: arginaza, dysmutaza ponadtlenkowa, DH cytrynianowa -niezależny kofaktor oksydacyjnej fosforylacji Niedobór: działanie teratogenne, zahamowanie wzrostu włosów, paznokci, zapalenie skóry; hipercholesterolemia, cukrzyca, schizofrenia Rozmieszczenie: -przechodzi przez barierę krew-mózg i łożyskową -w osoczu związany z α2-makroglobuliną i transferyną (Mn3+ z transferyną przechodzi przez barierę krew-mózg) Wydalanie:

• kał (z żółcią) • mocz (ok.1 %) • pot • mleko • włosy, paznokcie

Działanie : -zaburzenia metabolizmu Fe -zmniejszenie stężenia dopaminy w zwojach podstawy mózgu- uszkodzenie układu pozapiramidowego- zniszczenie komórki zwojowej→ objawy neurologiczne i psychiczne- parkinsonopodobne: drażliwość, otępienie, maskowata twarz, drżenie kończyn, trudności w chodzeniu, wymuszony śmiech i płacz - narażenie inhalacyjne na dymy i pyły- podrażnienie dróg oddechowych, duszność, manganowe zapalenie płuc Leczenie:

• chelaton • KMnO4

-zastosowanie w roztworach 1 : 2 ÷ 10 000 -działanie żrące 1 ÷ 5 % roztworów (martwica tkanek) -5 ÷ 10 g LD (człowiek)

Leczenie: Na2S2O3 Nikiel Zastosowanie:

• przemysł chemiczny (katalizatory) • przemysł spożywczy (katalizator przy wyrobie margaryny) • elektrody, sprzęt laboratoryjny • baterie Ni-Cd • stal, stopy • niklowanie

Występowanie: -węgiel, ropa naftowa- spalanie- skażenie środowiska

-ścieki przemysłu metalurgicznego -dym tytoniowy Rola fizjologiczna: -małe ilości- metabolizm lipidów, aktywacja niektórych enzymów, zwiększenia aktywności hormonalnej, stabilizacja struktur kwasów nukleinowych. Wchłanianie: -przewód pokarmowy - słabo -drogi oddechowe- 30% Ni dostającego się do płuc jest zatrzymywane ; ok. 20% ulega wchłonięciu Rozmieszczenie: - transportowany w osoczu w połączeniu z albuminami i aminokwasami- gromadzi się w kościach, nerkach, wątrobie, jelitach, płucach (w małym stopniu, wzrasta z wiekiem) -t0,5 w osoczu 20÷34h -karbonylek niklu przechodzi przez barierę krew-mózg i gromadzi się w mózgu Wydalanie: mocz (17 ÷ 39 h),żółć, pot, łzy, mleko, plwocina, niezaabsorbowany z kałem Działanie:

• karbonylek niklu- najbardziej toksyczny (rafinerie Ni) - obrzęk i zapalenie płuc, astma • pył Ni- rozedma płuc • uczulenia (egzemy), zapalenie skóry (monety, biżuteria) • Podrażnienia spojówek, błon śluzowych • pył Ni, Ni3S2, Ni(CO)4 - nowotwory nosa i płuc, perforacja przegrody nosowej, zapalenie i nowotwory zatok • Bóle głowy, wymioty, mdłości, bezsenność • Uszkodzenia wątroby,śledziony, nerek, nadnerczy, mózgu

Leczenie: chelaton, dietyloditiokarbaminian Na (ostre zatrucia karbonylkiem Ni) Tal- TL Zastosowanie:

• Przemysł chemiczny (katalizator) • Stopy z rtęcią w termometrach do niskich temperatur • Produkcja szkła (soczewki) • Komórki fotoelektryczne • Dawniej stos. Jako rodentycydy i depilator, w leczeniu chorób wenerycznych, gruźlicy, czerwonki, brucelozy

Wchłanianie:

• Drogi oddechowe • Przewód pokarmowy • Skóra

Kumulacja: -najwyższe stężenia kolejno: nerki → serce → mózg → skóra → wątroba → kości → mięśnie szkieletowe Rozmieszczenie: -głównie w przestrzeni wewnątrzkomórkowej -przechodzi przez łożysko Wydalanie:

• mocz • kał • włosy, mleko

Mechanizm działania toksycznego:

• antagonizm w stosunku do K+ - szczególnie w stosunku do Na+/K+ATPazy- depolaryzacja błon • powinowactwo do grup- SH enzymów, szczególnie w mitochondrialnym łańcuchu oddechowym

Objawy zatrucia ostrego:

• przewód pokarmowy- nudności, wymioty, biegunka, bóle brzucha, po ok.2 tyg. zaparcia • objawy neurologiczne- po okresie utajenia (kilka godzin lub dni)- obwodowy i ośrodkowy UN (antagonista K)-

pobudzenie układu parasympatycznego, zapalenie wielonerwowe, porażenie kończyn, drgawki • wypadanie włosów- po ok. 2-3 tyg.; pękanie paznokci- białe

poprzeczne rąbki Messa

• w ciągu kilku dni od zatrucia u nasady włosów czarna obwódka • brunatno-szare złogi na dziąsłach • rzadziej uszkodzenie wątroby i nerek • po 2- 4 tyg. zaburzenia psychiczne- psychoza, paranoja, halucynacje

Zatrucia przewlekłe:

• wypadanie włosów, zmiany atopowe skóry • objawy ze strony przewodu pokarmowego • uszkodzenie nerek • zmiany funkcjonalne układu endokrynnego

Leczenie: • antidotum metallorum • KJ, Na2S2O3 • DMSA (kwas dimerkaptobursztynowy) • węgiel aktywowany ( także po dłuższym czasie) • Błękit Pruski - (akceptowane tylko w Niemczech) zwiększa wydalanie z kałem

Nie stosuje się: • BAL • chelaton

Toksykologia rozpuszczalników

Rozpuszczalniki organiczne:

• Alkohole i glikole • Węglowodory aromatyczne • Chlorowcowe pochodne węglowodorów • Nitrowe i aminowe pochodne węglowodorów aromatycznych

Na toksyczność rozpuszczalników wpływają:

• Działanie narkotyczne • Działanie swoiste, związane z budową chemiczną, wchłanianiem, kumulacją i biotransformacją

ETANOL Zastosowanie: W przemyśle spirytusowym, browarniczym Jako rozpuszczalnik lakierów, mas plastycznych, kosmetyków, leków Do ekstrakcji Do syntezy licznych związków organicznych Główną przyczyną zatruć jest spożywanie alkoholu. W wyniku przewlekłego spożywania etanolu rozwija się tolerancja, a objawy fizycznego uzależnienia rozwijają się po jego odstawieniu. Właściwości toksyczne obejmują wpływ na OUN, układ sercowo-naczyniowy, układ pokarmowy, rozwój prenatalny oraz interakcje z innymi procesami chorobowymi. Wchłanianie:

• Układ oddechowy • Przewód pokarmowy- jama ustna, żołądek, jelito cienkie • Skóra

Dystrybucja Krew (max stężenie 30 min. od spożycia na pusty żołądek- dystrybucja przez barierę łożyskową oraz do narządów i tkanek (wątroba, nerki, mózg) Eliminacja Ok. 90% wchłoniętej dawki utlenia się do CO2 i H2O. Proces ten zachodzi we wszystkich tkankach, głównie jednak w wątrobie. Przyjmuje się, że człowiek dorosły spala w ciągu 1h ok.. 10g etanolu Wydalanie:

• Pot • Powietrze wydychane (2-5%) • Mocz (1-4%) • Mleko

Działanie toksyczne

Działa silnie depresyjnie, narkotycznie i hepatotoksycznie. Mechanizm działania związany jest biotransformacją i dużą toksycznością metabolitów. Aldehyd octowy (trucizna protoplastyczna)→ denaturacja enzymów i białek Kwas octowy→ kwasica metaboliczna Nadużywanie alkoholu przez kobiety w ciąży prowadzi do zespołu poalkoholowego uszkodzenia płodu (FAS). Dzieci nałogowych alkoholiczek- tylko 7% bez wad rozwojowych Niedobór masy ciała, wodogłowie, upośledzenie umysłowe, zmiany w OUN, charakterystyczny wygląd twarzy (opadanie powiek, niedorozwój żuchwy, często rozszczepienie podniebienia), anomalnie stawowe, wnętrostwo, w ok. 50% wady serca (FAE). Objawy zatrucia u człowieka zależą od stężenia alkoholu we krwi. Stężenia w ‰ 0,1-0,2- rozproszona uwaga, dłuższe spostrzeganie 0,5-1,0- osłabienie ostrości widzenia, adaptacja do ciemności, pobudzenie, wesołość, drobne zaburzenia równowagi 1,0-1,5- wyraźna euforia, agresja, odhamowanie, opóźniony czas reakcji, brawura, nadmierna pewność siebie (najwięcej wypadków komunikacyjnych!!) >2- wyraźne objawy zatrucia, zaburzenia równowagi i koordynacji, wzmożona senność 3,1-4,0- odurzenie, objawy porażenia, zaburzenia świadomości, utrata przytomności, osłabienie funkcji fizjologicznych 4,0-5,0- śpiączka i śmierć Leczenie W leczeniu ostrego zatrucia stosuje się:

• 0,9% NaCl, fruktozę, glukozę (dożylnie) • tlen • węglany • glikozydy nasercowe i leki odwadniające

W szczególne ciężkich przypadkach konieczne jest zastosowanie dializy otrzewnowej. W leczeniu choroby alkoholowej rzadko stosuje się disulfiram (ANTICOL), obecnie akamprozat (CAMPRAL). METANOL Występuje: w przemyśle jako produkt suchej destylacji drewna Zastosowanie: jako rozpuszczalnik, do wyrobu politury meblowej, w przemyśle chemicznym do otrzymywania formaldehydu, skażania alkoholu etylowego oraz jako środek przeciwdziałający zamarzaniu. Wchłanianie:

• Przewód pokarmowy • Układ oddechowy • Skóra

Dystrybucja: narządy i tkanki- proporcjonalnie do ich uwodnienia Biotransformacja ETANOL, 4-METYLOPIRAZOL (fomepizol)

OHCOHCOOHHCHOOHCHALDHADH

223 +⇔⇔⇔

Przemiana 5-krotnie wolniejsza!!! w porównaniu z alkohole etylowym. Działanie toksyczne: kwas mrówkowy, formaldehyd Formaldehyd:

• Trucizna protoplazmatyczna • Zwyrodnienie siatkówki, nerwu wzrokowego, nabłonka rogówki • Zwyrodnienie narządów miąższowych (wątroby, nerek, serca)

Kwas mrówkowy:

• Kwasica metaboliczna • Uszkodzenie OUN • Porażenie naczyń

GLIKOL ETYLENOWY Ze względu na łatwą dostępność- częste zatrucia tym alkoholem.

Zastosowanie:

• Jako rozpuszczalnik w przemyśle farbiarskim, drukarskim, włókienniczym, kosmetycznym • Jako środek wyjściowy do produkcji materiałów wybuchowych

Problemem toksykologicznym są płyny niezamarzające do chłodnic samochodowych, płyny hamulcowe, preparaty przeciw zamarzaniu szyb, mycia szyb. Wydalanie:

• Powietrze wydychane (CO2 60% w ciągu 3 dni) • Mocz (w postaci niezmienionej 20-30%; kwas szczawiowy ~2% przyjętej dawki 2-6 tygodni)

Kwas glikolowi, kwas glioksalowy, kwas szczawiowy→ kwasica metaboliczna→ układ oddechowy, układ krążenia Wytrącane szczawiany:

• W świetle drobnych naczyń krwionośnych • W tkance mózgowej • W części proksymalnej kanalików nerkowych (zmiany nekrotyczne nabłonka kanalika nerkowego)

Leczenie Postępowanie lecznicze polega na szybkim usunięciu glikolu etylowego z przewodu pokarmowego, zahamowaniu metabolizmu glikolu (podanie etanolu, fomepizolu) oraz zwalczaniu kwasicy. Jednocześnie konieczne jest wyrównanie zaburzeń krążeniowo-oddechowych z intubacją i oddechem wspomaganym lub kontrolowanym. WĘGLOWODORY AROMATYCZNE BENZEN Zastosowanie:

• Bardzo szeroko w syntezie chemicznej jako produkt do otrzymywania fenoli, nitropochodnych, pochodnych aniliny, barwników, styrenu, detergentów.

• Jako rozpuszczalnik gumy, farb, lakierów, tłuszczy, żywic. Benzen jest jedną z najgroźniejszych trucizn przemysłowych. Odznacza się dużą lotnością, szczególnie niebezpieczne są procesy, w których benzen ma dużą powierzchnię parowania. Wchłanianie:

• Drogi oddechowe • Skóra • Przewód pokarmowy

Dystrybucja: tkanki bogate w lipidy Biotransoformacja

Wydalanie: -mocz

• w postaci niezmienionej 0,1-0,2% • fenole i wielofenole w postaci glukuronianów i siarczanów

• pirokatechina • hydrochinon • kwas fenylomerkapturowy • kwas mukonowy

- z wydychanym powietrzem 16% Wydalanie fenolu z moczem osiąga maksimum między 4 a 8 godziną ekspozycji, a w ciągu 48h wydala się u człowieka średnio 40% wchłoniętej dawki benzenu. OUN: Działanie narkotyczne- duża lipofilność benzenu określa jego powinowactwo do struktur lipidowych, lipidowych tym do otoczki sfingomielinowej co powoduje zmianę jej struktury i przewodnictwa; rozlane, zanikowe zmiany w tkance mózgowej. Szpik kostny: Uszkodzenie proliferujących komórek krwinek czerwonych lub białych (pronormoblasty, normoblasty i promielocyty) zmiany morfologiczne krwi, niedokrwistość plastyczna lub białaczka. Działanie rakotwórcze benzenu Aberracja chromosomów, tworzenie związków epoksydowych, tworzenie wolnych rodników ·OH→ białaczka (przeważnie limfocytarna), nowotwory wątroby, nowotwory płuc. TOLUEN I KSYLEN- homologi benzenu Toluen i ksylen działają silniej narkotycznie niż benzen, bardziej drażnią błonę śluzową i skórę. W zatruciach przewlekłych nie spotyka się zmian w narządzie krwiotwórczym, które są charakterystyczne dla zatruć benzenem. ANILINA Zastosowanie: do produkcji środków wybuchowych, barwników organicznych, jako przeciwutleniacz, w przemyśle farmaceutycznym do produkcji leków NITROBENZEN Zastosowanie: do produkcji środków wybuchowych i amin aromatycznych, jako rozpuszczalnik, a w przemyśle kosmetycznym jako środek zapachowy. Wchłanianie:

• Skóra • Przewód pokarmowy • Drogi oddechowe

Bitransformacja Aminy aromatyczne ulegają w ustroju enzymatycznemu utlenieniu, które zachodzi głównie w wątrobie. Biotransformacja- przede wszystkim N-hydroksylacja we frakcji mikrosomalnej.

Wydalanie Mocz (p-aminofenol, p-nitrofenol) Powietrze wydychane (w postaci niezmienionej) Działanie toksyczne Działanie methemoglobinotwórcze- przemiany hemoglobiny (Fe2+) w formę utlenioną- methemoglobinę (Fe3+), która nie ma zdolności prznoszenia tlenu.

Odtrutki: błękit metylenowy przy MetHb Działanie rakotwórcze

Ogranicza się przede wszystkim do niektórych amin (dwupierścieniowych, poch. naftalenu lub difenylu). Najsilniejsze właściwości rakotwórcze wykazują 2 związki: 2-naftyloamina i benzydyna- wywołują raka pęcherza moczowego.

2-naftyloamina benzydyna CHLOROWCOWE POCHODNE WĘGLOWODORÓW ALIFATYCZNYCH Chlorowcowe pochodne węglowodorów alifatycznych tworzą się podczas utleniania wody pitnej metodą chlorowania. Ich prekursorami są naturalne kwasy humusowe (THM= chloroform, bromodichlorometan, dibromochlorometan, bromoform). Związki te kojarzy się z zapadalnością na nowotwory przewodu pokarmowego i układu moczowego. CHLOROFORM Zastosowanie: jako rozpuszczalnik w przemyśle, przy produkcji płynów chłodzących, tworzyw sztucznych, dawniej używany jako środek do znieczulenia ogólnego. Wchłanianie:

• Drogi oddechowe • Skóra • Przewód pokarmowy

Biotransformacja

fosgenlowychlorometyalkoholtriCHClPcyt

→→−450.

3

Działanie toksyczne:

• Depresja OUN; jest narkotykiem wywołującym pełną narkozę chirurgiczną • Zmiany w wątrobie peroksydacja błon komórkowych- żółtaczka, marskość • Zmiany martwicze kanalików nerkowych

TRICHLOROETYLEN Zastosowanie: jako rozpuszczalnik farb, emalii, tłuszczów (do prania na sucho), środek owadobójczy, bakteriobójczy. Wchłanianie:

• Przewód pokarmowy • Płuca • Skóra

Dystrybucja: proporcjonalnie do zawartości lipidów w tkankach Biotransformacja: trochloroetylen→ wodzian chloralu→ trichloroetanol→ kwas trochlorooctowy Wydalanie: Mocz -50% trichloroetanol w postaci glukuronidu -15-20% kwas trichlorooctowy -3-5% kw. monochlorooctowy Objawy zatrucia: W zatruciu przewlekłym charakterystyczne jest porażenie nerwu trójdzielnego. Śmierć jest następstwem porażenia ośrodka oddechowego i zatrzymania akcji serca. W zatruciu przewlekłym- żółtaczka, uszkodzenie wątroby i nerek. TETRACHLOREK WĘGLA Zastosowanie: jako rozpuszczalnik kauczuku, olejów, tłuszczów, żywic, wosków, do ekstrakcji nasion oleistych, prania skór i materiałów włókienniczych, do wyrobu lakierów, klejów, freonu. Służy jako czynnik dyspersyjny środków owadobójczych, używany jest do napełniania gaśnic przeciwpożarowych. Wchłanianie:

• Drogi oddechowe • Skóra • Przewód pokarmowy

Dystrybucja: Proporcjonalnie do zawartości tłuszczu w tkankach (szpik kostny, tkanka nerwowa)

Wydalanie:

• Powietrze wydychane • Mocz • Kał

Bardzo wolno wydala się z organizmu, jego biologiczny okres półtrwania wynosi ok. 75 dni. Objawy zatrucia Przebiegają dwufazowo:

I- początek zatrucia- objawy narkotyczne- pobudzenie psychiczne i ruchowe, nudności II- po kilku dniach przebiegających bez dolegliwości, wyst. silne uszkodzenie narządów miąższowych- wątroby,

nerek i mięśnia sercowego. Przy bardzo wysokich stężeniach występuje stan śpiączki i śmierć na skutek porażenia ośrodka oddechowego lub zatrzymania czynności serca.

W wyniku kumulacji niewielkich dawek w tkance tłuszczowej rozwijają się objawy ze strony układu nerwowego, nieżyt oskrzeli oraz zaburzenia za strony układu pokarmowego.

STRES OKSYDACYJNY Definicja stresu oksydacyjnego

• Stan fizjologiczny komórki, w którym zaburzona jest równowaga oksydoredukcyjna, co wiąże się z nadprodukcją reaktywnych form tlenu (RFT).

• RFT (w przeciwieństwie do tlenu cząsteczkowego) są zdolne do niekontrolowanego utleniania organicznych składników komórki prowadząc w ostateczności do jej apoptozy.

• Niski poziom RFT wywiera korzystny wpływ na komórki regulując proliferację i aktywację komórek. Reaktywne formy tlenu: Tlen singletowy (O2) Anionorodnik ponadtlenkowy (O2·-) Rodnik wodorotlenowy (OH·), monotlenek azotu (NO) Nadtlenek wodoru (H2O2), ozon, metale przejściowe Metale przejściowe: 1. jony żelaza (II) i miedzi (I) redukujące tlen cząsteczkowy do O2, a następnie do OH (reakcja Fentona) 2. Kobalt przy użyciu dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) redukują tlen cząsteczkowy do O2·- 3. Utlenianie wanadu poprzez nadtlenek, przy udziale NADPH prowadzi do powstania O2·- Anionorodnik ponadtlenkowy: utlenia związki zawierające grupy tiolowe ( np. cysteinę, glutation zredukowany), związki redukujące (np. askorbinian, NADH), metale przejściowe, kolagen. Powstawanie wolnych rodników

• Reakcje fotochemiczne- promieniowanie ultrafioletowe (UV C i UV B)- bezpośrednie oddziaływanie z DNA- mutagenność, UV A- powstawanie ozonu.

• Działanie fotouczulające- witamina B2, pochodne nukleotydów (NADH, NADPH), ftalocyjny, związki z układem porfirynowym, bilirubina, niektóre leki.

• Ultradźwięki- oddziaływanie na roztwory wodne falami akustycznymi (sonifikacja)- rodnik hydroksylowy, nadtlenek wodoru, nadtlenoazotyn.

• Mitochondrialny łańcuch transportu elektronów (MTE)- zbudowany z serii przenośników elektronów (flawoproteiny, białka żelazowo-siarkowe, ubichinon, cytochromy)- anionorodnik ponadtlenkowy.

• Wybuch tlenowy- masowe wytwarzanie wolnych rodników jako odpowiedź na zakażenie lub reakcję zapalną.

• Schorzenia naurodegeneracyjne- choroba Parkinsona- rodnik hydroksylowy i nadtlenek wodoru. • Enzymatyczna peroksydacja kwasu arachidonowego- synteza prostanoidów (prostaglandyna, tromboksany,

lukotrieny) z kwasu arachidonowego przy udziale cyklooksygenazy i lipooksygenazy. • L-arginina lub syntezy tlenku azotu (NOS)- powstawanie monotlenku azotu. • Reperfuzja po niedokrwieniu- rodnik ponadtlenkowy, nadtlenek wodoru.

Stres oksydacyjny jako przyczyna chorób:

• Miażdżyca, • Cukrzyca, choroby nerek, • Schorzenia neurodegeneracyjne, • Stany zapalne, choroby reumatyczne, • Nadciśnienie tętnicze, • Procesy karcynogenezy.

Peroksydacja lipidów

• Powstawanie nadtlenków lipidów jako produkt wolnorodnikowego utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych.

• Inicjacja- oderwanie się od kwasów tłuszczowych atomów wodoru lub całej reszty kwasu wchodzące w skład fosofolipidu- rodnik hydroksylowy, rodniki nadtlenkowe, ozon, tlenek i dwutlenek azotu.

• Propagacja- dlasze uszkodzenia kwasów tłuszczowych- rodnik inicjujący ginie. • Terminacja- powstają wolne rodniki białek. • Eliminacja- rozpad reszt kwasu tłuszczowego- powstają szkodliwe dla komórek wolne aldehydy, np. dialdehyd

malonowy (MDA), 4-hydroksy-2-nonenal. Aldehydy mogą powodować pękanie nici DNA, są cytotoksyczne, działają mutagennie i kancerogennie.

Uszkodzenia białek

• Utlenienie grup tiulowych (-SH)- rodnik ponadtlenkowy, nadtlenek wodoru i rodnik wodorotlenkowy. • Konsekwencja: zaburzenie działania transporterów i enzymów, naruszona homeostaza wapniowa. • Utlenienie grup tiulowych w błonach komórkowych- zwiększenie przepuszczalności błon komórkowych. • Powstawanie w białkach grup redukujących- redukcja cytochromu c i metali. • Ochronne działanie przeciwko redukcji białek- glutationowy bufor redoks we krwi pełnej i osoczu krwi.

Mechanizmy obronne komórek przed działaniem RFT Białka wiążące jony metali przejściowych→ enzymy antyoksydacyjne→ przeciwutleniacze endo- i egzogenne Pierwsza linia obrony organizmu- niedopuszczenie do powstawania i oddziaływania nadmiaru RFT ze składnikami komórki. Druga linia obrony- przerywanie łańcuchowych reakcji RFT.

Stres oksydacyjny Adaptacja Aktywacja czynników transkrypcyjnych

Aktywacja onkogenów

Uszkodzenia składników komórkowych

Uszkodzenia DNA

Peroksydacja lipidów

Uszkodzenia białek

Zmiany Mutacje

Niestabilność

genetyczna Oporność na leki

Wzrost tempa proliferacji

Tworzenie przerzutów

Nasilony metabolizm Zaburzenia w przekazywaniu sygnałów onkogennych

Stany zapalne

Trzecia linia obrony- usuwanie skutków reakcji RFT z makrocząsteczkami komórkowymi. Przeciwutleniacze Podział ze względu na pochodzenie: -endogenne np. enzymy antyoksydacyjne, glutation, kwas liponowy, kwas moczowy, estrogeny, laktoferyna, koenzym Q10, biopierwiastki -egzogenne np. witaminy A, C, E, karotenoidy (α- i β-karoten, likopen, luteina), ksantofile, polifenole, koenzym Q10, biopierwiastki Enzymatyczny system antyoksydacyjny

• Dysmutazy ponadtlenkowe (SOD)- katalizuje reakcje dysmutacji aniorodnika ponadtlenkowego (do nadtlenku wodoru i tlenu). 3 izoformy: zewnątrzkomórkowa, cytoplazmatyczna z miedzią i cynkiem, itochondrialna z manganem.

• S-transferazy glutationowe (GST)- przeciwdziałają procesom nowotworzeni, katalizują reakcje sprzęgania z ksenobiotykami.

• Peroksydazy glutationowe (GPx)- selenozależne • Reduktazy glutationowe (GSHR) • Katalazy- rozkładają nadtlenek wodoru

PIERWSZA POMOC W ZATRUCIACH

Dominują zatrucia samobójcze, później przypadkowe. Zatrucia: leki, alkohole (etylowy, metylowy, pozostałe), CO, pestycydy, rozpuszczalniki, substancje żrące, muchomor sromotnikowy, związki metali. Wskaźniki śmiertelności- najwyższy w alkoholach, CO, pestycydach, substancjach żrących, muchomorze sromotnikowym, związkach metali, mały przy lekach. Pierwsza pomoc w zatruciach: -szybka i właściwa -2 sposoby postępowania: 1) leczenie objawowe- utrzymywanie człowieka przy życiu; gdy nie jest znana przyczyna zatrucia lub nie ma skutecznego sposobu leczenia przyczynowego; wyłącznie prowadzi lekarz. a)zwalczanie objawów patofizjologicznych- stan nieprzytomności, drgawki, łagodzenie bólu, utrzymywanie równowagi kwasowo-zasadowej i elektrolitowej.. b) utrzymanie ważnych dla życia czynności -oddechowej i akcji serca -zwalczanie niedomogi układu naczyniowego, wątroby, nerek, przewodu pokarmowego 2) Leczenie przyczynowe: a) usunięcie niezresorbowanej trucizny z organizmu b) usunięcie resorbowanej trucizny c) zastosowanie odtrutek Usunięcie niezresobowanej trucizny. Postępowanie zależy od: -drogi podania -czasu, jaki upłynął od zatrucia -właściwości trucizny Zatrucie drogą inhalacyjną

• Usunięcie zatrutego z miejsca działania trucizny. • Zastosować sztuczne oddychanie- o ile nie istnieje obawa obrzęku płuc (Cl2, COCl2)

Zatrucia przez skórę: • Oblanie znacznej części ciała (fenol, anilina, tetraetylek Pb, kwasy, zasady). • Usunąć przylegającą odzież. • Zmyć skórę bieżącą wodą- 15min (gorąca woda ułatwia resorpcję). • Zneutralizować kwasy roztworem NaHCO3 lub mydła; zasad- 1% roztworem kwasu octowego, winowego.

Zatrucia drogą pokarmową: a) usunięcie trucizny z żołądka

• Do 4-5h od zatrucia, najlepiej w 1 godzinie; przy wolno resorbujących się truciznach (alkaloidy opium, grzyby) także po upływie dłuższego czasu.

• Płukanie żołądka (lekarz)- aż będą klarowne popłuczyny dodaje się środki neutralizujące (np. KMnO4), pierwszą porcję pobrać do analizy toksykologicznej; przeciwwskazania: substancje żrące (perforacja przełyku lub żołądka, szczękościsk, wstrząs, drgawki, żylaki przełyku).

• Wywołanie wymiotów (mechanicznie, syrop wymiotnicy lekarskiej, łyżka NaCl na szklankę ciepłej wody); przeciwwskazania: jak przy płukaniu żołądka, utrata przytomności, śpiączka, zatrucie rozpuszczalnikami organicznymi (zachłyśnięcie), detergentami (pienienie).

b) usunięcie trucizny z jelit • Środki przeczyszczające- solne (Na2SO4), olej parafinowy (dzieci), nie wolno podawać środków ulatwiających

resorpcję substancji litofilnych (olej rycynowy), środków drażniących jelita (glikozydy antrachinonowe), alkoholu • Wlewy odbytnicze- w zatruciach metalami ciężkimi, czopki

Usuwanie trucizny resorbowanej a)przez układ oddechowy

• Im większa różnica ciśnień parcjalnych gazów w płucach i otaczającym powietrzu i im mniejsza ich rozpuszczalność we krwi, tym szybciej następuje wydalanie.

• Sztuczne oddychanie- gdy nie ma obawy wystąpienia obrzęku płuc. b)przez nerki

• Wywołani intensywnej diurezy- w celu zwiększenia diurezy kłębkowej i zmniejszenia resorpcji zwrotnej- rozcieńczenie trucizny.

• Podanie roztworów hipotonicznych, ziół moczopędnych. • Wpływanie na pH moczu.

-kwaśny mocz- kwasy są resorbowane, a alkaliczne są wydalane -zasadowy mocz- zasady są resorbowane, a kwasy są wydalane

• Przy zatruciu słabymi kwasami- podanie dożylne NaHCO3 lub mleczanu sodu • Przy zatruciu słabymi zasadami- podanie doustnie NH4Cl, kwas askorbowy • Nie wolno wywoływać diurezy przy zatruciu metalami ciężkimi (Hg, Cd, Cu, Pb)- uszkadzają kanaliki nerkowe,

wtedy stosuje się dializę pozaustrojową lub otrzewnową, także w zatruciach metanolem, glikolem etylenowym, ciężkiej kwasicy metabolicznej.

• Substancje nieulegające dializie (parakwat, insektycydy fosforoorganiczne, glikozydy naparstnicy)- usuwa się za pomocą hemoperfuzji (przepuszczenie krwi pacjenta przez filtr kolumnowy, w którym na żywicy lub węglu aktywowanym następuje adsorpcja niektórych związków chemicznych).

• Środki napotne (alkohol). • Transfuzja wymienna krwi (substancje hemolityczne, methemoglobinotwórcze)

Uwagi ogólne:

• Odizolować zatrutego od urazów, hałasu, światła. • Przy zatruciu substancjami żrącymi podawać papki, kleik skrobiowy.

Stosowanie odtrutek Odtrutki (antidota) zmniejszają lub znoszą działanie toksyczne. Mechanizm działania:

a) wiązanie fizyczne b) oddziaływania chemiczne c) antagonizm farmakologiczny

A) Odtrutki o działaniu fizycznym

• Wiążą trucizny na swojej powierzchni na zasadzie absorpcji- w jelitach połączenia te mają małą trwałość- dodatkowo stosuje się środki przeczyszczające.

• Węgiel aktywowany lekarski, zwierzęcy- obojętny dla organizmu- podany w wodnej zawiesinie wiąże substancje nieorganiczne i organiczne (alkaloidy, toksyny bakteryjne, grzyby)- skuteczniejszy, jeżeli podany bardzo szybko zamiast węgla- świeżo zwęglony i silnie rozdrobniony chleb.

• Glinka biała- słabsza- stosowana przy zatruciach zasadami. B) Odtrutki o działaniu chemicznym Działanie na zasadzie:

• Zobojętnienia • Wytrącania nierozpuszczalnych osadów

• Tworzenia połączeń kompleksowych • Redukcji • Utleniania

I. Zobojętnianie

• Kwasy- zawiesina MgO, Al2O3, roztwory mydła (↑CO2- perforacja żołądka); nie wolno: węglanów HCO3-

• Zasady- rozcieńczone roztwory kwasu octowego, cytrynowego, winowego • Skóra i oczy- najpierw przemywać długo zimną wodą, potem zobojętnić

II. Nierozpuszczalne osady • Często z uwagi na szeroki zakres działania mają charakter uniwersalny. • Białko jaj kurzych- zatrucia metalami (z wyjątkiem Tl), metaloidami, substancjami żrącymi-działają ?? białczany

ulegają hydrolizie. • Odtłuszczone mleko- zawiera białka (kazeina, albumina, globuliny) neutralizuje i osłania: ze względu na C??;

neutralizuje szczawiany, fluorki; przeciwwskazania: przy zatruciach związkami litofilnymi. • Tanina i inne garbniki (bardzo mocna herbata)- wytrąca sole metali ciężkich, alkaloidy, glikozydy. • Antidotum metallorum- stabilizowany roztwór 0,5% H2S, wiąże większość metali w tym Tl (opracował w 1936r.

prof. Strzyżowski). III. Odtrutki, które przeprowadzają truciznę w związki nierozpuszczalne lub chelatowe: Związki Ca- zatrucia fluorkami i szczawianami Siarczan protaminy- zatrucia heparyną (nierozpuszczalne połączenia z heparyną) Desferal (desferoksamina)- zatrucia Fe Dimerkaptol (BAL)- zatrucia As, Hg; przeciwwskazania: w zatruciach Tl, Se, Cd, V, Te; dimerkaptopropanosulfon (UNITOL)- mniej toksyczny, rozpuszczalny w wodzie Wersenian Ca-diNa (CaNa2EDTA, Chelaton)- zatrucia Pb Wersenian kobaltowy (CoEDTA)- zatrucia CN- Penicylamina (Cuprenil), odmiana prawoskrętna- zatrucia Cu, Pb, Co, Zn, Hg Kwas dietylenotriaminopentaoctowy (DTPA)- zatrucia Pb, Zn, Fe, Mn. IV. Redukcja methemoglobiny błękitem metylenowym- małe dawki C) Odtrutki o działaniu farmakologicznym I. Odtrutki działające przez blokowanie receptorów: a)nalokson, nalorfina, lewalorfan- antagoniści narkotycznych analgetyków i opioidów- budowa podobna do morfiny, współzawodnictwo o te same receptory- zatrucia morfiną, heroiną, apomorfiną, kodeiną, dihydrokodeiną b) benzylopenicylina potasowa (Penicyllium crystalisatum) zatrucia muchomorem sromotnikowym- toksyny muchomora łączą się z albuminami- połączenie 10x bardziej toksyczne od toksyn- penicylina blokuje receptory albuminy c)flumazenil (Anexate)- swoista odtrutka na pochodne benzodiazepiny, 1-2mg wybudza zatrutego ze śpiączki d)salicylan fizostygminy- w zatruciu atropiną, skopolaminą i ich syntetycznymi odpowiednikami (cholinolityki), grzybami atropinowymi (muchomor czerwony), efedryną, amfetaminą, hioscyjaminą, tubokuraryną, lekami spazmolitycznymi, lekami psychotropowymi e)chlorpromazyna- z zatruciu amfetaminą f)atropina- w zatruciu pilokarpiną, fizostygminą, związkami fosforoorganicznymi (znosi objawy muskarynowe), karbaminianowymi, grzybami muskarynowymi (strzępiaki, lejkówki) g)papaweryna- w zatruciach solami baru h)witamina K- w przedawkowaniu bis-hydroksykumaryn (dikumarolu, warfaryny) i)protamina- w przedawkowaniu heparyny II. odtrutki blokujące przemiany metaboliczne trucizn: Alkohol etylowy- w zatruciu metanolem lub glikolem, większe powinowactwo do dehydrogenazy alkoholowej. III. reaktywatory a)reaktywatory oksydazy cytochromowej w zatruciu CN-

• związki methemoglobinotwórcze: azotan azylu, azotan sodu • wersenian kobaltowy- CoEDTA (kelocyanor)

b)reaktywatory hemoglobiny w zatruciach związkami methemoglobinotwórczymi: • błękit metylowy:

-dawki: 10-15mg/kg m.c.→ powstaje MetHb 1-2mg/kg m.c.→ powastej Hb z MetHb c)reaktywatory cholinoesterazy w zatruciach związkami fosforoorganicznymi (sarin, owadofas, sadofas, malation, paration, dichlorofas)

• PAM (pralidoksym)- metylojodek pirydyno-2-aldoksym; stosowany dawniej • Obidoksym- działa silniej i szybciej; stosowany obecnie

IV. odtrutki swoiste oparte na działaniu przeciwciał: • Digitalis-Antidot- surowica w zatruciach digoksyną, digitoksyną i ich pochodnymi • Anatoksyna jadu żmii- surowica w ukąszeniu żmii

V. komora hiperbaryczna- w zatruciach CO2- tlen pod wysokim ciśnieniem

TOKSYKOLOGIA PRZYSZŁO ŚCI

Wyzwania i przyszłość toksykologii 1. Monitorowanie stanu środowiska naturalnego

• Specjacja w analityce • Podejście holistyczne- badanie łącznego działania różnych czynników • Kojarzenie uzyskiwanych wyników z kondycją zdrowotną poszczególnych populacji

Ogólnie rzecz biorąc efekty działań środowiskowych można wykorzystać w następujący sposób:

• Dostarczenie specjalistom z innych dziedzin naukowych argumentów na rzecz nowych koncepcji i teorii. • Wykorzystanie informacji analitycznych przez decydentów na etapie podejmowania decyzji politycznych i

gospodarczych. • Podniesienie poziomu świadomości środowiskowej wśród szerokich kręgów społeczeństwa (na podstawie

informacji o stanie społeczeństwa) 2. Wprowadzenie markerów wczesnych skutków zdrowotnych i indywidualnej wrażliwości. 3. Walka z nadużywaniem leków, narkotyków i środków dopingujących- sfera świadomości i modelu, filozofii życia. 4. Badanie mechanizmów działania ksenobiotyków- pełna ocena toksykokinetyczna i toksykodynamiczna ze szczególnym uwzględnieniem tzw. odległych skutków działania. 5. Analityka jako podstawowy warsztat pracy toksykologa:

• doskonalenie obecnych metod • nowe techniki, np. immunodializa, biosensory • wprowadzenie metod „alternatywnych” w doświadczalnictwie

6. Opracowanie i egzekwowanie norm postępowania z chemikaliami, w tym organizacja służb ochrony przeciwchemicznej (REACH), przygotowanie stosownych informacji, szacowanie ryzyka utraty zdrowia, współopiniowanie określonych działań technologicznych np. manipulacji genetycznych. Czy modyfikacje genetyczne pożywienia nie niosą za sobą zmian w biologicznym działaniu? Należy udowodnić, że takie pożywienie nie jest szkodliwe. Reach- Registration, evaluation, autorisation of chemicals- rejestracja, ocena, zezwolenie- pakiet legislacyjny UE zakładający obowiązkową rejestrację substancji chemicznych. Nanotechnologia Z nanocząsteczkami spotykamy się w codziennym życiu: kosmetyki, środki czystości, farby, produkty spożywcze, leki, tekstylia, komputery, samochody itd. Zmiana formy substancji materiału na formę nano o wymiarach poniżej 100nm budzi niepokój gdyż zmianie ulega wiele właściwości. Zmienia się stosunek masa-powierzchnia, co stawia znak zapytania czy można tu operować jedynie masą dawki. Powierzchnia styku ksenobiotyku w formie nano z receptorem jest znacząco większa. Średnica podwójnej helisy DNA wynosi ok. 1nm, typowy wirus chorobotwórczy ma średnicę 100nm. Pomiędzy tymi dwoma wymiarami rozciąga się obszar działania nanomedycyny. Nanomedycyna Kiedy łykami zwykła aspirynę tylko niewielki procent leczy, reszta zawartości marnuje się i trafia do ścieków. Próba wybiórczego zabicia komórek rakowych trucizną okupiona jest ogromnymi skutkami ubocznymi. Nanomedycyna otworzy nowe możliwości diagnozowania i leczenia chorób, w szczególności chorób nowotworowych. Do nanocząsteczki nazywanej dendrymerem dołączamy odpowiednie przeciwciało przeciwnowotworowe, substancję wybiórczo wychwytywaną przez komórki rakowe oraz znacznik lub lek. Kompleks ten dociera do komórek rakowych i umozliwia diagnozowanie lub oddziaływanie lecznicze. Będzie to inteligentna broń w wojnie przeciwko nowotworom działająca na zasadzie: znajdź i zniszcz. Bioterroryzm- nowe problemu; wiele czynników oddziaływania

• Biologiczne- laseczki wąglika, wirusy ospy, żółtej febry, Ebola, pryszczyca, toksyna otulinowa • Chemiczne- sarin, soman, V-gazy, iperyt siarkowy, dioksyny, izocyjanian metylu • Radiologiczne- materiał wybuchowy z jakichkolwiek substancji promieniotwórczych- rynek nielegalnego handlu

subst. rozszczepialnymi jest powszechnie dostępny; bomba atomowa- łatwa do produkcji o ograniczonym polu rażenia ale powoduje panikę

Koncepcja zielonej chemii jako element zrównoważonego rozwoju- ekorozwój. Rozwój tak, ale nie kosztem środowiska. Częścią zielonej chemii jest zielona chemia analityczna Zielona chemia analityczna, priorytety:

• Eliminacja (lub co najmniej znaczące zmniejszenie ilości) zużywanych odczynników w szczególności rozpuszczalników organicznych

• Redukcja emisji oparów, gazów, jak również wytwarzania ciekłych i stałych odpadów w laboratoriach analitycznych

• Eliminacja z procedur analitycznych odczynników wykazujących dużą toksyczność i/lub ekotoksyczność (np. zastąpienie benzenu przez inne rozpuszczalniki)

• Redukcja zużycia przecy i energii w procedurach analitycznych (w przeliczeniu na pojedynczy analit) „BIAŁY DOKUMENT”

• światowa produkcja chemikaliów w ciągu ostatnich 70 lat wzrosła z 1mln do 400mln ton • na rynku zarejestrowanych jest 100tys. różnych substancji, których 10% sprzedawane jest w ilości przekraczającej

110 ton a 20% w ilości 1-10 ton • bezpośrednio w przemyśle chemicznym zatrudnionych jest 1,7mln osób, a pośrednio ok. 3mln

Związek pomiędzy stanem zanieczyszczenia środowiska (głównie powietrza), a występowaniem w całych populacjach:

• Chronicznych nieżytów oskrzeli- zespół „chorego biura” • Chorób alergicznych i astmy • Zmniejszenia się w ciągu ostatnich kilkunastu lat płodności mężczyzn w krajach rozwiniętych technologicznie;

związki o działaniu podobnym do estrogenów np. alkilofenole, żywice epoksydowe. Ftalany obniżają poziom testosteronu. Endocrine disruptor.

• „chemiczne bomby zegazowe”- odpady zakopane i zatopione (iperyt w Bałtyku), nadużywanie chemii w rolnictwie • odrębnym zagadnieniem są chlorowanie wody (konieczna dezynfekcja) czy wykorzystywanie w technice azbestu

„biały dokument”- 02.2001r.; Komisja UE; strategia przyszłej polityki w zarządzaniu substancjami chemicznymi. Zgodnie z jego założeniami wszystkie substancje chemiczne produkowane w ilości wyższej niż tona i nie posiadające pełnej dokumentacji muszą być przetestowane pod względem bezpieczeństwa dla zdrowia człowieka i środowiska. Komisja zakłada, że testowaniu zostanie poddane 300000 ubstancji. Schemat badań:

• Dla substancji produkowanych w ilości do 10 ton- badanie in vitro • Produkowane w ilości 10-100 ton- testy podstawowe in vivo • 100-1000ton- „I poziom” testowania • >1000ton- „II poziom” testowania

Szacuje się, że min. liczba zwierząt potrzebnych do przeprowadzenia testów (pomimo zastosowania metod analitycznych) 13mln w tym 9 mln ssaków Metody alternatywne

• Metody spełniające wszystkie lub którąkolwiek z zasad 3R: • Replacement- zastępowanie zwierząt w eksperymencie przez modele badawcze „nieodczuwające cierpień” • Reduction- zmniejszenie liczby zwierząt, na których trzeba przeprowadzić badania, aby uzyskać założoną

informację • Refinement- doskonalenie metod w kierunku zmniejszenia cierpień zwierząt w eksperymencie

Kategorie badań alternatywnych: -Badania przesiewowe

• wyznaczają priorytety w dalszych badaniach • dyskwalifikują substancje na wczesnym etapie

-badania dodatkowe • rozszerzają wiedzę o mechanizmie działania, metabolizmie, różnicach międzygatunkowych, specyficznej

toksyczności (komórkowej, tkankowej, narządowej) -badania zastępcze

• zastępują odpowiednie badania na zwierzętach Metody alternatywne stosowane w toksykologii- za i przeciw Poziom/model Korzyści Wady Organizmy wyższe Pełna odpowiedź, jak w klasycznych

metodach Koszty, względy etyczne, różnice międzygatunkowe

Organizmy niższe (ryby, bezkręgowce)

Odpowiedź całego, zintegrowanego organizmu

Często istotna różnica w odpowiedzi w porównaniu z organizmem wyższym

Izolowane narządy Zachowanie pełnego systemu tkanek i naczyń

Żywy organizm „dawca narządów”, wysoki koszt, brak pełnej odpowiedzi, ograniczona żywotność

Izolowane komórki Ograniczenie liczby zwierząt, możliwość ścisłej standaryzacji procedur, zachowanie specyficznych właściwości komórek, niskie koszty, krótki czas trwania badań

Żywy organizm „dawcą” komórek, ograniczona żywotność, brak lub ograniczona odpowiedź zintegrowanego systemu biologicznego

Hodowle komórkowe Brak bezpośredniego użycia zwierząt, Ograniczona pojemność enzymatyczna

możliwość ścisłej standaryzacji procedur, jednorodność materiału biologicznego, niskie koszty, krótki czas trwania badań, duża różnorodność modeli, w tym komórki ludzkie

systemu, ograniczona żywotność, brak lub ograniczona odpowiedź zintegrowanego systemu biologicznego

Modele chemiczne lub biochemiczne Brak użycia zwierząt, niskie koszty, stabilność systemu, duża różnorodność modeli

Ograniczona odpowiedź

Symulacje komputerowe Brak użycia zwierząt, niskie koszty, szybka odpowiedź

Informacje dotyczące ograniczonego zakresu struktur chemicznych

Możliwość zastosowania badań in vitro do przewidywania skutków zdrowotnych (podsumowanie obecnego stanu wiedzy): 1. Odzwierciedlenie sytuacji występującej in vivo jest praktycznie niemożliwe w warunkach in vitro. 2. Dobrze przygotowany test in vitro powinien być oparty na hipotetycznym patomechanizmie działania badanych substancji. Powinien mieć wyraźnie zdefiniowany parametr mierzony oraz zawierać informację, jaki punkt uchwytu działania toksycznego odnosi się do efektu obserwowanego in vivo. 3. Nie trzeba szukać wysokiej korelacji z wynikami testów in vivo ale udowodnić, że test in vitro odzwierciedla istotne zjawisko prowadzące do powstania efektu toksycznego w organizmie. 4. Tylko bateria dobrze zaplanowanych testów może dostarczyć wystarczającej informacji aby przewidywać działanie substancji in vivo. Przyczyny uzyskiwania fałszywie negatywnych lub fałszywie pozytywnych wyników w badaniach in vitro w porównywaniu z badaniami in vivo: 1. Substancja jest słabo wchłaniana in vivo lub nie wchłania się w ogóle. 2. Substancja jest wchłaniana, ale w pierwszym rzędzie podlega przemianom metabolicznym w wątrobie. 3. Dystrybucja substancji in vivo jest nierównomierna; efekt zależy od ilości substancji docierającej do organu docelowego działania, nie od dawki pobranej. 4. Substancja jest szybko eliminowana z ustroju. 5. Porównywane wyniki z badań in vitro i in vivo pochodzą od róznych gatunków. 6. Model doświadczalny in vitro jest źle zaplanowany (dobór materiału, wiek). 7. Warunki eksperymentu są nieodpowiednie (temperatura, nieodpowiedni nośnik, pH, rozpuszczalność, parowanie).