Základy toxikologie a ekologie Lenka Honetschlägerová Zuzana Honzajková Marek Šír
Seznam přednášek 17.9.2015 Úvod, vstup látek do organismu 24.9.2015 Biotransformace a vylučování 1.10.2015 Účinky látek 8.10.2015 Zjišťování toxicity 15.10.2015 Anorganické látky s- a p-prvky 22.10.2015 Anorganické látky d-prvky 29.10.2015 Organické látky 5.11.2015 Látky poškozující životní prostředí 12.11.2015 Bojové otravné látky 19.11.2015 Radioaktivní látky 26.11.2015 Přírodní toxiny 3.12.2015 Návykové látky 10.12.2015 Bezpečnost laboratorní práce a likvidace následků 17.12.2015 Předtermín
Co to je toxikologie? Samostatný vědní obor studující nepříznivé (toxické) účinky cizorodých chemických látek (xenobiotik) nebo jejich směsí na živé organismy
Kdy se člověk poprvé setkává s jedy? Od samého začátku existence člověka jako druhu Víno je posměvač, opojný nápoj křikloun; kdo při nich blouzní ten moudrý není. (kniha Přísloví 20, 1)
Kdy člověk začal jedy využívat? V pravěku k boji 1500 let před Kristem informace o opiu, bolehlavu, olovu, mědi, antimonu Indické védy pojednávají o otrušíku, opiu, oměji
Paracelsus (Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim, 1493-1548) Všechny látky jsou jedy a závisí jen na dávce, kdy látka přestává být jedem a stává se léčivem.
Příklady smrtelných dávek některých látek (na kilogram živé váhy) Vitamin C 12000 mg /kg Ethanol 3000 mg / kg Sůl 3000 mg / kg Nikotin 50 mg / kg Polonium 0,00001 mg/kg Butulotoxin 0,0000001 mg / kg
Látka, která již v malých množstvích nebo koncentracích, při jednorázové nebo opakované expozici, vyvolá těžké poškození organismu, nebo vyvolá jeho zánik Ve staré řečtině se výrazem toxon označoval luk a výrazem toxicon se označoval šíp šíp s otráveným hrotem toxicon pharmacon Šípové jedy: vývar z Tisu červeného (Taxus Baccata) nebo Omněje Šalamounku (Aconitum napellus) Toxikum (jed)
Xenobiotikum: Odvozeno z řeckého xenos cizí, bios život Toxicita: schopnost chemických látek působit na živé organismy nepříznivě Chemická látka vykazující nepříznivé (toxické) účinky je nazývána toxická látka, toxin, jedovatá látka, jed. Chemická látka: chemické prvky (elementy) a sloučeniny těchto prvků definovaného složení, respektive jejich směsi. Pro právní účely jsou jedy vyjmenovány v Nařízení vlády 467/2009 Sb., kterým se pro účely trestního zákoníku stanoví, co se považuje za jedy a jake je množství větší nez malé u omamných látek, psychotropních látek, přípravku je obsahujících a jedů
Klasifikace toxikologie I. Dělení: Deskriptivní, Mechanická, Regulační II. Dělení: Forenzní, Průmyslová, Klinická, Toxikologie životního prostředí ekotoxikologie, Vojenská, Predikční, Toxikologie psychotropních a omamných látek, Toxikologie potravin a aditiv, Agrochemická nebo zemědělská toxikologie III. Dělení: Obecná toxikologie, Speciální toxikologie
Působení jedů 2 podmínky: Musí dojít ke kontaktu Musí být v těle aktivní KONTAKT látka účinkuje přímo nebo po přeměně (biotransformaci) nebo se uloží či vyloučí ÚC INEK = biologická změna, která je projevem interakce látky s organismem nespecifický - vliv obecného chemického působení (pr. žíravina, narkotikum) specifický - specifický zásah do biochemického děje (obvykle spojen se specifickým enzymatickým aparátem)
Faktory ovlivňující toxický účinnek Na druhu látky Na dávce nebo koncentraci v prostředí, z něhož látka do organismu vstupuje Na cestě, kterou do organismu vstupuje Na citlivosti jedince Na vstřebatelnosti látky
Toxicita chemických látek závisí jen na její dávce Otrava intoxikace, je poškození organismu v důsledku působení jedovaté látky Letální dávka smrtelná odhaduje se výpočtem koeficientu LD 50 Expozice působení toxické látky na organismus Trvání expozice (doba působení) Jednorázová Opakovaná Subakutní Subchronická Chronická
Toxikokinetika zkoumá osud toxické látky v organismu popisuje průběh absorpce toxické látky (vstup), distribuce (rozvod toxické látky do organismu), biotransformace (přeměna toxické látky) a exkreci (vyloučení toxické látky nebo jejích metabolitů z organismu) Toxikodynamika - mechanismy a projevy působení (účinky na buňky, tkáne a organismus) sleduje odezvu
Toxikokinetika Bariéry: kůže, hematoencefalicka bariéra, placentární bariéra, buněčna membrána Vstup: vdechnutí (inhalační), prostup kůží (transdermální), požití (gastrointestinální), lze zahrnout i vstupy injekční Distribuce: z krve k cílovým orgánům Biotransformace: proces chemicke přeměny látek v organismu Vylučování
Kůže Plocha u člověka asi 1,5-2 m 2, hmotnost bez tuku až 3,5 kg, s tukem až 20 kg, z několika vrstev pokožka (epidermis) - vrchní vrstva, různě tlustá, staří lidé a děti tenčí, 5 vrstev, nejsvrchnější rohovatí (buňky se průběžně plní keratinem) a chrání škára (dermis) - pod pokožkou - vazivová vrstva, která určuje pružnost, mechanickou odolnost a pevnost, různě silná (oční víčka nejtenčí, paty a dlaně silná), ústí cévy, nervy, žlázy (potní, mazové), vlasové míšky, lymfatické cévy a buňky imunitního systému podkoží (hypodermis) - vazivo a tuk - chrání už orgány před mechanickými a teplotními vlivy
http://www.bioderma.com/cz/v-doteku-s-pokozkou/kuze-samostatny-organ.html
Hematoencefalická bariéra chrání mozek, lipidoproteinová bariéra mezi krví a mozkem, odděluje vnitřní prostředí buněk mozkového parenchymu od krve, neurony (v lidském mozku asi 10 11 neuronů, každý 7000 synaptických spojení) a glie (10krát až 50krát více než neuronů, spojovací tkáň) nepropustná pro hydrofilní látky, pro vstup potřebných živin speciální transportní mechanismy, u novorozenců prostupnost vyšší http://fblt.cz/skripta/regulacni-mechanismy-2-nervova-regulace/12-likvor-hematoencefalicka-a-hematolikvorova-bariera/
Placentární bariéra bariéra mezi krevním oběhem matky a krevním oběhem plodu, krev se nemísí, chrání plod před účinky látek užívaných matkou, ale její propustnost větší než u hematoencefalické bariéry př. pronikají protilátky, léky, i viry (HIV, zarděnky), metadon ½ koncentrace z matky (rozkládá se v játrech), ethanol 1:1, ale v plodu působí víc, protože se rozkládá pomalu, FAS u 30 % dětí alkoholiček, jinak přirozeně 1 ze 750 novorozeňat tj. 0,13 %
Buněčná membrána vrstva bílkovin (polární), fosfolipidová dvouvrstva (nepolární), vrstva bílkovin (polární), prostou difúzí ve směru rozdílu koncentrací pasivně, procházejí látky lipofilní do Mr 500 a molekuly s malou hmotností O 2, CO 2, i voda, proti směru aktivně se spotřebou energie, i většina toxických látek (př.diethylether, benzen, DDT, barbituráty) http://psych.lf1.cuni.cz/bp/1.5.htm
Vstup - inhalační dýchací soustavou nosní dutina, hrtan, průdušnice, průdušky, průdušinky, plicní sklípky (300 až 400 milionů alveolů) povrch okolo 80 m2 místo hlavní výměny plynů mezi krví a okolím často nevědomky (plyny bez zápachu) projev místní (látky dráždivé) nebo celkový, kdy látka přejde z plic do krevního oběhu - čas projevu v sekundách, neprochází játry, působí přímo pevné malé částice (<1 m) se dostanou až do plicních sklípků, odkud buď vydechnuty, nebo pohlceny tzv. prachovými buňkami (fagocytovány) resorpce v plicích výborná: př. rtuť kovová v trávicím traktu se prakticky nevstřebá, v plicích páry rtuti až z 50 % se vstřebají
Vstup - transdermální Kůží často při nehodě neporušenou je obtížný, propouští lépe lipofilní látky a i ty pomalu, hydrofilní mohou pronikat pouze potními a mazovými žlázami a vývody vlasových folikulů, které zabírají jen 0,1 až 1 % povrchu kůže př. u léčiv, která účinkují v malých dávkách (nikotinové náplasti)
Vstup - transdermální porušená pokožka propouští neomezeně, až jako intravenózní - vstup přímo do krve Injekční vstup - pro látky, ktere by se rozkládaly nebo špatne vstřebávaly: do žíly (intravenózní) nejrychlejší nejrizikovější, do svalu (intramuskulární) pr. léky proti bolesti, pod kůži (subkutánní) pomale pr. antibiotika, inzulín do dutiny břišní (intraperitoneání) Implantace - tuhe sterilní přípravky pod kůži či do tkáne chirurgickým zákrokem (pr. Pohlavní hormony - antikoncepce)
Vstup - gastrointestinální Orální ústy - krátká doba zdržení, vstřebaná látka jde přímo do krve, bez působení jater (př. lék nitroglycerin pod jazyk v minutách, nikotin) v žaludku a dál - velký povrch a rozdíly v ph v jednotlivých částech v žaludku ph 1-2 potlačena disociace slabých kyselin, jsou lipofilnější v tenkém střevu ph 6-7,5 kyseliny ionizovány, slabé zásady ne (aminy) vstřebané látky jdou do jater, kde zpracovány až z 90 %, proto je rozdíl v účincích látek jdoucích přímo do krve a látek jdoucích přes játra doba nástupu účinků je 20-30 minut, ovlivňuje přítomnost potravy celkově se lipofilní látky vstřebávají velmi dobře, ionizované špatně, látky v prostředí těla nerozpustné projdou, nevstřebají se a vyloučí se, nástup účinku okolo 30 minut Rektální konečníkem - pro léky, nástup účinků velmi rychlý, opět přímo do krve, bez jater
Distribuce Látka vstřebána do krve a distribuuje se k cílovým orgánům. 1. prokrvení orgánu - nejvíce mozek, játra, ledviny, srdce, plíce, nejméně tuková tkáň; 2. relativní molekulová hmotnost látky (menší lépe); 3. rozpustnost látky - lipofilní se hromadí v tukových tkáních, podle rozdělovacích (distribučních) koeficientů, což je poměr rovnovážných koncentrací látky v obou médiích (plazma a bílkoviny, krev a tuk atp.) K ow = c oil /c water 4. chemická struktura látky - afinita vůči některým tkáním př. jodidy vychytávány štítnou žlázou, vápník kostmi 5. vazba látky na bílkoviny krevní plazmy - vodíkovými, iontovými i polárními vazbami - velký komplex nemůže pronikat kapilární stěnou, proto prochází jen volná molekula látky
Distribuční objem - schopnost látky distribuovat se v těle popisuje experimentální veličina V d = D iv / c 0 D iv c 0 V d dávka podaná intravenózně (mg), koncentrace v plazmě (mg/l) objem, ve kterém by bylo potřeba látku rozpustit, aby výsledná koncentrace byla rovna počáteční koncentraci v krevní plazmě ukládá-li se látka v orgánech, pak je její distribuční objem větší než objem krve velikost závisí na charakteru látky, lipofilní látky mají velký distribuční objem, disociované, hydrofilní mají malý distribuční objem
Literatura http://ekoinovace.vscht.cz/studmater/zte.pdf http://www.kch.tul.cz/sites/default/files/texty /bozp/cizidokumenty/esf_stud_opora_kolska_toxikologi e.pdf Petr Klusoň, Jedová stopa, ACADEMIA, Praha 2015