TOKSIKOLOGIJA. -osnovni principi- Katarina Černe. Farmakologija z eksperimentalno toksikologijo, predavanje 6. maj 2009

Transcription

1 TOKSIKOLOGIJA -osnovni principi- Katarina Černe Farmakologija z eksperimentalno toksikologijo, predavanje 6. maj 2009

2 VSEBINA Definicije Področja toksikologije Vrste toksičnih snovi Izpostavljenosti (pot vnosa, trajanje, frekvenca) Vrste škodljivih učinkov - alergične reakcije, idiosinkrazija - takojšnji vs. zakasneli - reverzibilni vs. ireverzibilni - lokalni vs. sistemski Odnos med odmerkom in učinkom: LD 50,TD 50, NO(A)EL, LO(A)EL Učinki neodvisni od odmerka

3 VSEBINA Deskriptivna toksikologija - Mednarodno usklajeno testiranje toksičnosti - Genotoksičnost in mutagenost - Kancerogenost - Reprodukcijska toksičnost Klinična toksikologija - Najpogostejši vzroki zastrupitev v RS Določevanje mejnih vrednosti ADI, TDI, ARf, AOEL Literatura

4 TOKSIKOLOGIJA IZVOR BESEDE toxicon (grš.) = strup, ki ga uporabimo na puščici Homer (850 pr.n.š.) je v svojih epskih pesnitvah Odesiji in Iliadi omenjal strupene puščice.

5 TOKSIKOLOGIJA DEFINICIJA Toksikolgija je multidisciplinarna veda, ki preučuje škodljive učinke kemikalij na biološke sisteme.

6 ŠKODLJIVI UČINKIU So posledica: 1. vpliva na različne dele posameznih celic 2. interakcije s fiziološkimi procesi 3. neposrednega kemičnega delovanja na tkiva

7 ŠKODLJIVI UČINKI U - 1 So posledica škodljivega vpliva na različne dele posameznih celic. Primer: membrana - lipidna peroksidacija Inciatorji so predvsem reaktivne kisikove spojine (ROS).

8 ŠKODLJIVI UČINKI U - 2 So posledica škodljive interakcije s fiziološkimi procesi. Primer: vezava ogljikovega monoksida (CO) na: - hemoglobin, - mioglobin, - encime dihalne verige. CO je plin brez vonja, ki nastane pri nepopolnem izgorevanju snovi, ki vsebujejo ogljik (požar, izpušni plini, peči). CO je eden najpogostejši vzrokov smrti pri zastrupitvah. Vzrok smrti: možganski edem in zastoj srca ter dihanja zaradi hipoksije miokarda.

9 ŠKODLJIVI UČINKI U - 2 CO ima 250-krat večjo afiniteto do hemoglobina kot kisik. Nastali karboksihemoglobin (HbCO) zmanša kapaciteto krvi za prenos kisika in je glavni vzrok za tkivno hipoksijo. Obenem zavira disociacijo kisika iz hemoglobina, kar dodatno poslabša tkivno hipoksijo. CO se veže tudi na mioglobin in povzroča mišično nemoč ter motnje koordinacije. Pomembna je tudi vezava na encime dihalne verige, ki jih inhibira, kar je neposreden vzrok za tkivno hipoksijo.

10 ŠKODLJIVI UČINKI U - 3 So posledica škodljivega vpliva neposrednega kemičnega delovanja na tkiva. Primer: jedkost Kisline koagulacijski tip nekroze. Baze kolikvacijski tip nekroze.

11 PODROČJA TOKSIKOLOGIJE Različna področja glede na kriterij delitve: Mehanicistična toksikologija Deskriptivna toksikologija Regulatorna toksikologija Klinična toksikologija Forenzična toksikologija Industrijska ali poklicna toksikologija Epidemiološka toksikologija Okoljska toksikologija Toksikokinetika Celična in molekularna toksikologija Toksikologija ciljnih organov Glede na učinke: mutagenost, kancerogenost, reprodukcijska toksikologija, imunotoksikologija....

12 VRSTE TOKSIČNIH SNOVI Vse je strup in nič ni neškodljivo, samo odmerek loči zdravilo od strupa. Paracelsus Strup (odmerek) Izvor: naravni (toksini, težke kovine, strupeni plini..) vs. antropogeni Uporaba: aditivi, pesticidi, ind. kemikalije Izpostavljenost: preko okolja (hrana, voda, zrak, tla), poklicna, potrošnika. Razvrščanje nevarnih snovi in pripravkov.

13 RAZVRŠČANJE ANJE IN OZNAČEVANJE Globally Harmonized System (GHS) 1. eksplozivno 2. vnetljivo 3. oksidativno 4. plini pod pritiskom 5. strupeno 6. jedko 7. dražilno: oči, koža, resp. 8. kemikalije, ki povzročajo preobčutljivost - koža 1. rakotvorno 2. mutageno 3. strupeno za razmnoževanje 4. okolju nevarno 5. nevarno za ozonsko plast

14 Osnovni principi v toksikologiji so večinima enaki kot v farmakologiji, a z druga drugačnim predznakom.

15 TOKSIKOKINETIKA / TOKSIKODINAMIKA TOKSIKOKINETIKA (ADME) Kaj telo naredi s strupom? TOKSIKODINAMIKA Kako strup učinkuje na telo?

16 Kemikalija ima škodljiv učinek le, če doseže ciljno mesto v ustrezni koncentraciji in je trajanje izpostavljenosti ustrezno dolgo.

17 IZPOSTAVLJENOST - od poti vnosa od poti vnosa toksične snovi v telo je odvisen: učinek, u njegova velikost in hitrost odgovora. intravenozno (i.v.) > inhalatorno > intraperitonealno (i.p.) > subkutano (s.c) > intramuskularno (i.m.) > intradermalno > oralno > dermalno

18 IZPOSTAVLJENOST- trajanje trajanje in frekvenca. Učinek je po enkratni in ponavljajoči i se izpostavljenosti lahko različen. izpostavljenost / FREKVENCA akutna / enkraten odmerek subakutna / ponavljajoč odmerek subkronična / ponavljajoč odmerek kronična / ponavljajoč odmerek TRAJANJE poskusna živali do 24 ur do 1 meseca (28 dni)* 1 3 mesece (90 dni)* Skoraj celo življensko dobo (18/24 mesecev miš/podgana) TRAJANJE človek (slabše definirano) enkraten vnos ali epizoda nekaj tednov nekaj mesecev nekaj mesecev nekaj let *trajanje standardnih testov

19 IZPOSTAVLJENOST: trajanje trajanje in frekvenca. Učinek je po enkratni in ponavljajoči i se izpostavljenosti lahko različen. Pogosto so znaki enkratne izpostavljenosti povsem drugačni (benzen: depresija CŽS) kot znaki kronične (večkratne) izpostavljenosti (benzen: levkemija)

20 IZPOSTAVLJENOST: trajanje trajanje in frekvenca.. Učinek U je po enkratni in ponavljajoči i se izpostavljenosti lahko različen.

21 VRSTE NEŽELENIH ELENIH UČINKOV U 1 alergične reakcije: z imunološkimi mehanizmi posredovana reakcija na neko snov, predpogoj senzitizacija penicilin - anafilaktični šok; 1 : idiosinkrazija: reakcija na zdravila kvalitativno nenormalna, običajno škodljiva in se pojavi pri majhnem številu posameznikov že ob prvem dajanju zdravila, genetski faktorji, antimalarik primakin - resna anemija ker zniža koločino reduciranega glutationa; pomanjkanje encima glukoza 6-phosphate dehidrogenaze G6PD (ta vzdržuje ustrezen nivo reduciranega glutationa in s tem preprečuje hemolizo); pojavi se pri 5-10 % afrokaribskih moških.

22 VRSTE NEŽELENIH ELENIH UČINKOV U 2 takojšnji vs. zakasneli (dietistilbestrol) dietilstilbestrol: za prevencijo abortusa; vaginalni rak pri mladih ženah, katerih matere so med nosečnostjo zaradi nevarnosti abortusa jemale dietilstilbestrol latentna perioda: let

23 VRSTE NEŽELENIH ELENIH UČINKOV U 3 reverzibilni vs. ireverzibilni - organi, ki se hitro regenerirajo, npr jetra, reagirajo običajno z reverzibilnimi okvarami; - organi, kot so CŽS, pa večinoma z ireverzibilnimi. Kancerogeni in teratogeni učinki so večinoma nepovratni.

24 VRSTE NEŽELENIH ELENIH UČINKOV U 4 lokalni vs. sistemski Lokalni učinki nastanejo na mestu prvega kontakta vstopni organi (koža, pljuča, GI trakt) - draženje -jedkost - lahko samo lokalni, npr. plin klor se skozi alveole ne absorbira, toda lokalna okvara pljučnega tkiva je lahko smrtna; -lahko samo sistemski: snov se absorbira v sistamski krvni obtok in deluje toksično na tarčni organ (ki ni vstopni organ).

25 VRSTE NEŽELENIH ELENIH UČINKOV U 5 Toksikologija tarčnih organov Imunotoksičnost Reprodukcijska toksičnost: plodnost, razvojna toksičnost (teratogenost) Genotoksičnost Kancerogenost Motnje hormonskega ravnotežja ( ločeno od reprodukcijske toksičnosti)

26 ODNOS MED ODMERKOM IN UČINKOM Kadar so toksični učinki odvisni od odmerka lahko za toksičnost določimo naslednje vrednosti: TD 50 LD 50 Toxic Dose Lethal Dose NO(A)EL No Observed (Adverse) Effect Level LO(A)EL Low Observed (Adverse) Effect Level

27 ODNOS MED ODMERKOM IN UČINKOM Kadar so toksični učinki odvisni od odmerka lahko za akutno toksičnost določimo naslednje vrednosti: LD 50 = letalni odmerek (zaužitje, dermalno) LC 50 = letalni odmerek (inhalacija) Testiranje na živalih za določanje LD 50 z zaužitjem ni več dovoljeno!!! LD 50 je odmerek [mg/kg telesne teže], ki povzroči smrt pri 50 % izpostavljenih osebkih (živali)

28 LD 50

29 ODNOS MED ODMERKOM IN UČINKOM TI = LD50 / ED50 Terapevtski indeks uporaben pri predoziranju MV = LD1 / ED99 Meja varnosti uporabna za oceno varnosti

30 ED, TD, LD

31 ODNOS MED ODMERKOM IN UČINKOM Kadar so toksični učinki odvisni od odmerka lahko za toksičnost pri ponovljivih odmerkih določimo: NOAEL = [mg/kg/dan] najvišji testni odmerek pri katerem nismo opazili nobenih negativnih učinkov. LOAEL= [mg/kg/dan] najnižji testni odmerek pri katerem smo opazili negativne učinke.

32 OBLIKA KRIVULJE ODMEREK - UČINEK

33 Učinki, ki so lahko neodvisni od odmerka: nekateri kancerogeni učinki nekateri teratogeni učinki alergija

34 Deskriptivna toksikologija testi za preskušanje toksičnost Glodalci so glavni model za človeka. Slika: piebaldism - človek in miš imata podoben defekt v pigmentaciji kot rezultat mutacije gena za normalno migracijo melanocitov.

35 Mednarodno usklajeno testiranje toksičnosti Za zdravila: ICH: International Conference on Harmonisation of technical requirements for registration of pharmaceuticals for human use. Evropa (CPMP /EMEA: The Europian Agency for the Evaluation of Medicines for Human use) Japonska (MHLW:Ministry of Health, Labour and Welfare) ZDA (FDA: Food and Drug Administration) Za kemikalije in pesticide: OECD: Organisation for Economic Co-operation and development. Države članice OECD (ZDA EPA: Environmental Protection Agency, Japonska MHLW) + GLP za MAD (Mutual Acceptance of Data)

36 ICH predklinično no testiranje Safety Guidelines Genotoksičnost Kancerogenost Reprodukcijska toksičnost Toksikokinetika in farmakokinetika Toksičnost pri enkratnem odmerku in kronična toksičnost Varnost za biotehnološke proizvode Farmakološke študije za varnost Imunotoksikologija

37 IZPOSTAVLJENOST- trajanje trajanje in frekvenca. Učinek je po enkratni in ponavljajoči i se izpostavljenosti lahko različen. izpostavljenost / FREKVENCA akutna / enkraten odmerek subakutna / ponavljajoč odmerek subkronična / ponavljajoč odmerek kronična / ponavljajoč odmerek TRAJANJE poskusna živali do 24 ur do 1 meseca (28 dni)* 1 3 mesece (90 dni)* Skoraj celo življensko dobo (18/24 mesecev miš/podgana) TRAJANJE človek (slabše definirano) enkraten vnos ali epizoda nekaj tednov nekaj mesecev nekaj mesecev nekaj let *trajanje standardnih testov

38 Genotoksičnost nost in mutagenost Indukcija Intaktna DNA v somatski ali spolni celici Interakcija z mutagenom Fiksacija s celičnim podvajanjen Poškodovana DNA Mutacija gena, kromosoma Popravilo DNA Ni učinka Iniciacija tumorja teratogenost Celična smrt (apoptoza, nekroza)

39

40 Kancerogenost Kdaj testiramo zdravila? - Če je predvidena klinična uporaba najman 6 mesecev kontinuirano - Če rezultati dugih študij kažejo na kancerogeni potencial - QSAR - Akumulacija izhodne substance ali metabolita v tkivu Gre za dolgodobne študije na miškah (18 mesecev) ali na podganah (24 mesecev). Kancerogene substance delimo na 2 skupini: 1. Genotoksični kancerogeni 2. Epigenetski kancerogeni

41 Kancerogenost

42 Spontano pojavljanje tumorjev

43 Reprodukcijska toksičnost Informacije o neželenih učinkih na: Živalska vrsta: -podgana 1. moško in žensko plodnost - kunec (embrio-fetalni 2. embrionalni razvoj razvoj, segment 2) (= teratogenost) 3. fetalnem razvoju vključno z učinki na potomce med laktacijo 4. maternalna splošna toksičnost

44 Reprodukcijska toksičnost

45

46 KLINIČNA NA TOKSIKOLOGIJA obravnava zastrupitve pri ljudeh. Z izrazom zastrupitev (intoksikacija) označujemo nenamerne (akcidentne) in namerne (suicidne, homicidne oziroma kriminalne) zastrupitve, ne glede na vrsto strupa. Predoziranje je nenamerna, zmotna prekoračitev terapevtične doze zdravil s toksikološko simptomatiko. Škodljivi neželeni učinki zdravil so škodljivi učinki zdravil pri pravilni uporabi (prava doza, na pravilen način in upoštevajoč pravo indikacijo ter vse kontraindikacije).

47 Najpogostejše snovi pri obravnavanju zastrupitev ali suma nanje Center za zastrupitve, Klinični center Ljubljana 24-urno konzultativno informacijsko služba

48 Zastrupitve po skupinah (prirejeno po Mednarodni klasifikaciji bolezni-10) za leto 2007: Rang Skupina snovi Št. 1. Neopioidni analgetiki (skupaj paracetamol, salicilati drugi nesteroidni protivnetna zdravila 2. Benzodiazepini Zaužite gobe Droge (heroin, metadon, kokain, kanabinoidi, amfetamin in derivati) Etanol Antidepresivi (skupaj MAO, triciklični, SSRI ) Antipsihotiki (fenotiazini, butirofenoni, tioksanteni idr.) Antiepileptiki in sedativno-hipnotična zdravila Pesticidi (skupaj insekticidi, herbicidi idr.) Toksični učinek drugih opredeljenih snovi (vse, česar ne znamo klasificirati) Jedke snovi Mila in detergenti Organska topila Zaužite rastline (vse razen gob) Kardiovaskularna zdravila Ogljikov monoksid

49 leto 2007 Rang Snov Št. 1. ETANOL (alkoholne pijače) ZOLPIDEM (Sanval) DIAZEPAM (Apaurin) alprazolam (Helex) paracetamol (Lekadol, ) herbicidi in fungicidi kvetiapin (Sproqueel) olanzapin (Ziprexa) citalopram (Cipramil, ) kokain heroin bromazepam (Lexaurin, ) nafta in bencin NaOH tramadol (Tramal) kanabis ogljikov monoksid 17 Rang Snov Št. 15. sertralin (Zoloft, ) metadon rodenticidi paroksentin (Paroxat, ) plini v požaru hipoklorit (razkužilo) diklofenak (Naklofen) zaviralci angiotenzinske konvertaze (Enalapril, ) 18. zaviralci adrenergičnih receptorjev beta (Propranolol, ) 18. venflaksin (Efectin, ) acetilsalicilna kislina (Aspirin) karbamazepin (Tegretol) risperidon (Risperdal, ) naproksen (Nalgesi) 13

50 Določevanje mejnih vrednosti na osnovi toksikoloških kih učinkovu Zaužitje: ADI (acceptable daily intake)- kronično TDI (tolerable daily intake) kontaminanti - kronično ARf (acute reference dose) - akutno Delavci: AOEL (acceptable operator exposure level)

51 ADI = dovoljen dnevni vnos ADI = je maksimalna količina snovi izražena na kg telesne teže, kateri je lahko posameznik ali populacija izpostavljena celo življenje brez tveganja (aditivi, FFS, biocidi). [mg/kg*dan] telesna teža odraslega je 60 kg ADI = NOAEL (za kronično študijo)/ varnostni faktor (100)

52 Literatura Seminarji: 1. Neželeni učinki zdravil-farmakovigilanca 2. Pesticidi 3. Toksikologija težkih kovin Rang and Dale S Pharmacology (Sixth edition). Rang HP, Dale MM, Ritter JM, Flower RJ. Section 1, Section 6 (Individual variation and drug interaction, Harmfull effects of drug, Drug discovery and development), neželeni učinki in zastrupitve pri posameznih zdravilih. Goodman s & Gilmans The pharmacological basis of therapeutics (Tenth edition). Hardman JG, Limbird LE. Izbrana poglavja: Anticholinestereza Agents, Section XVI Toxicology: Heavy metals, Nonmetalic Environmental toxocants (Air polutions, solvents and vapours, and pesticides). Casarett and Doulll s Toxicology. Tha basic science of poisons (Fifth edition). Klaasen CD.