Elementy
toksykologii
Elementy
toksykologii
Definicje – toksykologia
Nauka o truciznach
(gr. toxicon – trucizna, logos –
nauka)
Nauka o szkodliwym działaniu
substancji chemicznych na żywy
organizm
Słownik terminów stosowanych w toksykologii. Secesja, Kraków, 1994.
Dosis sola facit
venenum
Wszystko jest
trucizną i nic nie
jest trucizną, bo
tylko dawka
czyni truciznę
Paracelsus
Teophrastus Bombastus
von Hohenheim (1493-
1541)
Alkohol etylowy
Małe dawki – do 10 g/dzień
Zmniejszenie prawdopodobieństwa
wystąpienia miażdżycy naczyń
wieńcowych
i tętniczych naczyń obwodowych*
Zmniejszenie ryzyka wystąpienia
choroby niedokrwiennej serca, zawału
serca i udaru mózgowego o 40-70%**
*Belleville J., The French paradox: Possible involvement of ethanol in the protective
effect against cardiovascular diseases. Nutrition, 2002, 18, 2, 173-177.
**http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez
Alkohol etylowy
Schilling-Siengalewicz S. Zarys medycyny sądowej i toksykologii. PZWL, 1950
Lekkie
0,5-1,5 g/dm
3
(‰)
Średnie
1,5-3,0 g/dm
3
(‰)
Ciężkie
3,0-5,0 g/dm
3
(‰)
Definicje –
trucizna
Substancja, która po wchłonięciu
do organizmu lub wytworzona
w organizmie, powoduje
zaburzenia jego funkcji lub śmierć
Słownik terminów stosowanych w toksykologii. Secesja, Kraków, 1994.
Definicje – toksyna, jad
Substancja trująca produkowana
przez żywy organizm, np.
bakterię, roślinę lub zwierzę
toksyna botulinowa (jad
kiełbasiany, wytwarzana przez
beztlenowe laseczki
przetrwalnikujące Clostridium
botulinum – laseczka jadu
kiełbasianego)
amanityna (muchomor
sromotnikowy)
tetrodotoksyna – najeżka
Dawka
Ilość substancji chemicznej podana,
pobrana lub wchłonięta do organizmu
warunkująca brak lub wystąpienie
określonych efektów biologicznych
wyrażonych odsetkiem organizmów
odpowiadających na tę dawkę;
zwykle jest podawana w jednostkach
wagowych na masę lub powierzchnię
ciała, niekiedy dodatkowo na dobę
Słownik terminów stosowanych w toksykologii. Secesja, Kraków, 1994.
Rodzaje dawek
Graniczna (progowa) – ilość substancji,
która wywołuje pierwsze dostrzegalne skutki
biologiczne
Toksyczna – ilość substancji, która po
wchłonięciu do organizmu wywołuje efekt
toksyczny
Śmiertelna – ilość substancji powodująca
śmierć organizmu po jednorazowym podaniu
Medialna dawka śmiertelna LD
50
(dosis
letalis) – statystycznie obliczona na
podstawie wyników eksperymentu na
zwierzętach ilość substancji chemicznej,
która powoduje śmierć 50% badanych
osobników
Słownik terminów stosowanych w toksykologii. Secesja, Kraków, 1994.
Klasyfikacja toksyczności
substancji chemicznych wg
Hodge’a i Sternera
Stopień
toksycznoś
ci
Określenie
toksyczności
LD
50
po
podaniu do
żołądka
(szczury)
[mg/kg]
Przypuszczalna
dawka śmiertelna
dla człowieka
1
Nadzwyczaj
toksyczna
≤ 1
ok. 0,065 g
(szczypta, < 7
kropli)
2
Silnie toksyczna
1-50
ok. 4 g (łyżeczka)
3
Średnio
toksyczna
50-500
ok. 30 g
4
Słabo
toksyczna
500-5000
ok. 500 g
5
Praktycznie
nietoksyczna
5000-15000
ok. 1000 g
6
Stosunkowo
nieszkodliwa
≥ 15000
≥ 1000 g
Zestawienie toksyczności ostrej
różnych substancji dla świnki
morskiej
Toksyna
LD
50
[µg/kg m.c.]
Rodzaj toksyny
Jad kiełbasiany
0,00003
bakteryjna
Toksyna tężcowa
0,0001
bakteryjna
Rącznik pospolity
0,02
roślinna
Toksyna Ciguatera
0,5
zwierzęca (ryba)
TCDD (dioksyna)
1
syntetyczna
Toksyna kobry
20
zwierzęca (wąż)
Kurara
500
roślinna
Strychnina
500
roślinna
Morfina
4000
roślinna
Cyjanek potasowy
10000
syntetyczna
Siemiński M., Środowiskowe zagrożenia zdrowia. PWN, Warszawa,
2001.
Podział zatruć
Ostre – proces chorobowy wywołany przez
truciznę wchłoniętą do organizmu
w dawce jednorazowej, charakteryzujący się
na ogół dużą dynamiką objawów klinicznych
Podostre – szkodliwe zmiany są mniej
gwałtowne po podaniu jednorazowej lub
kilkakrotnej dawki
Przewlekłe – proces chorobowy powstający
w warunkach przewlekłego narażenia na
substancję toksyczną
Słownik terminów stosowanych w toksykologii. Secesja, Kraków, 1994.
Podział zatruć
Rozmyślne – samobójcze lub zbrodnicze
Przypadkowe – zdarzają się w życiu
codziennym, np. omyłkowe podanie leków
lub ich przedawkowanie, zatrucia
chemikaliami używanymi w gospodarstwie
domowym, itp.
Słownik terminów stosowanych w toksykologii. Secesja, Kraków, 1994.
Rodzaje zatruć w Polsce
Przyczyny zatruć w
Polsce
Czynniki decydujące o
toksyczności substancji
Właściwości fizykochemiczne
substancji toksycznej
Czynniki biologiczne
Czynniki środowiskowe
Właściwości fizykochemiczne
Budowa chemiczna
Rozpuszczalność
Stan rozdrobnienia
Rozkład substancji
Cechy organoleptyczne
Czynniki biologiczne
Przynależność gatunkowa
Płeć
Wiek
Stan zdrowia
Uwarunkowania genetyczne
Inne
Czynniki środowiskowe
Temperatura środowiska
Ciśnienie
Hałas
Zanieczyszczenie środowiska
Wybrane mechanizmy działania
toksycznego
Działanie fizyczne
Substancje organiczne przenikające przez
barierę krew/mózg kumulują się w tkance
nerwowej
i powodują działanie narkotyczne
Niedotlenienie tkanek lub nieprawidłowe
wykorzystanie energii spalania
Hemoliza krwinek czerwonych przez
arsenowodór prowadzi do toksycznej
niedokrwistości
Unieczynnienie hemoglobiny – np. przez CO
Zablokowanie oddychania tkankowego –
np. przez cyjanki
Wybrane mechanizmy działania
toksycznego
Inhibitory reakcji enzymatycznych
Inhibitory esterazy acetylocholinowej
rozkładającej acetylocholinę –
np. pestycydy fosforoorganiczne
Wpływ trucizn na procesy przewodzenia
bodźców w układzie nerwowym
Muskaryna (toksyna muchomorów) –
agonista receptora cholinergicznego,
powoduje ich pobudzenie
Botulina – wiąże się z błoną presynaptyczną,
blokuje kanały uwalniające acetylocholinę do
przestrzeni synaptycznej
Wybrane mechanizmy działania
toksycznego
Aktywne metabolity: wiązanie
kowalencyjne
Trwałe związanie substancji
z makrocząsteczkami tkanki powoduje jej
uszkodzenie (martwicę) – np. uszkodzenie
wątroby przez paracetamol
Działanie toksyczne wolnych rodników
Promieniowanie UV i Roentgena, dym
tytoniowy, niektóre leki prowadzą do
wzmożonego powstawania rodników
Wybrane mechanizmy działania
toksycznego
Działanie chemiczne –
kancerogeneza chemiczna
Etylenoimina, chlorek winylu mogą
wywołać zmiany metabolizmu i procesu
różnicowania komórek i powodować
rozwój nowotworów (kancerogenezę)
Oddziaływanie immunologiczne
ksenobiotyków
Antybiotyki z grupy penicylin,
nienarkotyczne leki przeciwbólowe
mogą wywoływać reakcję
immunologiczną
Losy trucizn w organizmie –
główne procesy
Wchłanianie (absorpcja)
Rozmieszczenie (dystrybucja)
Przemiany biochemiczne
(biotransformacja)
Wydalanie
Wchłanianie
Przejście substancji ze środowiska
zewnętrznego do krążenia
ogólnego
Drogi wchłaniania
pokarmowa
skórna (dermalna)
wziewna (inhalacyjna)
Droga pokarmowa
Wchłanianie substancji
toksycznych jest niewielkie, ze
względu na
słabe ukrwienie jamy ustnej
wysoką kwaśność soku żołądkowego
zasadowy odczyn jelita cienkiego
Substancje w większości są
metabolizowane i ulegają
detoksykacji w wątrobie przed
wchłonięciem
Droga skórna (dermalna)
Zależy przede wszystkim od
bezpośredniego przejścia przez komórki
naskórka
przeniknięcia przez mieszki włosowe
i gruczoły łojowe
Przez skórę przenikają głównie
substancje rozpuszczalne w tłuszczach
i jednocześnie rozpuszczalne w wodzie
Wchłanianie substancji wzmaga
pocenie się i wilgotność skóry
uszkodzenia skóry
Droga oddechowa
Duża powierzchnia układu
oddechowego → duża łatwość
wchłaniania substancji
Wchłanianie przez układ
oddechowy zależy od
częstości i głębokości oddechów
stosunków anatomicznych i
rozmiarów dróg oddechowych
właściwości fizycznych substancji
biochemicznej czynności związku
Rozmieszczenie trucizn
Nierównomiernie w poszczególnych
tkankach
Transport przez krew
W postaci wolnej – aktywna
Związane z białkami osocza –
nieaktywna
Biotransformacja
Reakcje I fazy (funkcjonalizacji)
Reakcje II fazy (sprzęgania,
biosyntezy)
Reakcje I fazy
Modyfikacja struktury chemicznej
substancji przez wytworzenie grup
funkcyjnych, niezbędnych do procesu
sprzęgania
hydroksylacja
utlenianie
redukcja
hydroliza
Reakcje II fazy
Metabolit lub trucizna, mająca już
ugrupowanie polarne, sprzęga się ze
związkami dobrze rozpuszczalnymi
w wodzie, np. kwasem
glukuronowym, siarkowym,
glutationem
Wydalanie – drogi
wydalania
Z moczem – głównie w postaci metabolitów,
rzadziej w postaci niezmienionej; substancje
dobrze rozpuszczalne w wodzie, o małej
masie cząsteczkowej
Z kałem – substancje toksyczne trafiające
z krwioobiegu do wątroby przechodzą do
żółci, skąd są wydalane do światła przewodu
pokarmowego; substancje o masie
cząsteczkowej > 300-500·10
3
Z powietrzem wydychanym – substancje
lotne
Inne – ze śliną, potem, mlekiem, włosami
Wybrane
substancje
toksyczne
Metale i metaloidy
Nie podlegają biodegradacji
Detoksykacja
łączenie z białkami (metalotioneina)
odkładanie w formie nierozpuszczalnej
w przestrzeniach międzykomórkowych
składowanie
wydalanie z odchodami
Działanie toksyczne
nefrotoksyczne, hepatotoksyczne,
kancerogenne, genotoksyczne
Cd, Pb, Hg, As
Niemetale
Związki tlenu z węglem – tlenek węgla,
CO
łączy się z hemoglobiną, blokowanie
przenoszenia tlenu, niedotlenienie
piecyk gazowy w małej łazience z niedrożnym
przewodem kominowym może w ciągu 1 minuty
wytworzyć 29 dm
3
CO – dawka, która może
spowodować śmierć
Związki cyjanowe – cyjanowodór i cyjanki
blokują enzymy oksydacyjne,
zawierające Fe
blokują transport elektronów
http://pl.wikipedia.org/wiki/Cyjanki
Rozpuszczalniki
Działanie
narkotyczne na oun
toksyczność narządowa – nerki, wątroba, szpik
kostny
Grupy rozpuszczalników
Alkohole – etylowy, metylowy
Glikole
Węglowodory aromatyczne – benzen, toluen, anilina
Chlorowane węglowodory aromatyczne –
chloroform, tetrachlorek węgla
Ropa naftowa i produkty jej destylacji
Inne – aceton, disiarczek węgla
Pestycydy
Insektycydy z grupy węglowodorów
chlorowanych (OC)
DDT, aldryna, lindan; neurotoksycznie
Insektycydy fosforoorganiczne (OP)
malation; neurotoksycznie
Insektycydy karbaminianowe
sevin; neurotoksycznie
Izotopy
promieniotwórcze
Źródło promieniowania jądrowego α,
β i γ oraz promieniowania Roentgena
= promieniowanie jonizujące
radioliza wody
powstanie wolnych rodników
Działanie
uszkodzenia somatyczne – choroba
popromienna
genetyczne – naruszenie zdolności
organizmu do prawidłowego
przekazywania cech potomstwu
Wpływ
zanieczyszczeń
środowiska na
zdrowie człowieka
Charakterystyka
środowiskowych zagrożeń
zdrowia
Niskie dawki czynnika szkodliwego – brak
ostrych przypadków zatruć
Długi czas narażenia – 24 h/dobę, przez
wiele lat
Odległe skutki zdrowotne narażenia –
np. nowotwory, alergie, chroniczne
schorzenia
Narażenie wszystkich grup, także
najbardziej wrażliwych – dzieci, osoby
starsze
Zanieczyszczenia powietrza –
źródła
Antropogeniczne
chemiczna konwersja paliw
wydobycie i transport surowców
przemysł chemiczny, rafineryjny i metalurgiczny,
cementownie
składowiska surowców i odpadów
motoryzacja
Naturalne
wybuchy wulkanów
erozja skał
pył kosmiczny
pożary lasów i stepów
Zanieczyszczenia powietrza –
rodzaje
Pyły (popioły lotne, sadza, stałe
związki organiczne, azbest, pestycydy)
Gazy (tlenki siarki, azotu i węgla,
węglowodory, ozon, radon, fluor)
Zanieczyszczenia biologiczne
(mikroorganizmy wraz z produktami
ich metabolizmu oraz
makroorganizmy,
np. grzyby)
Zanieczyszczenie powietrza
w pomieszczeniach
zamkniętych
Zapachy, dwutlenek węgla (CO
2
) oraz para wodna
wytwarzana przez samych mieszkańców
Wydzielanie się pary wodnej podczas gotowania,
mycia się i sprzątania
Dym tytoniowy
Wydzielanie spalin podczas różnych procesów
spalania
Chemikalia domowe i kosmetyki
Parowanie rozpuszczalników z klejów, farb, lakierów,
mebli, dywanów i tekstyliów
Kurz z tekstyliów i wyposażenia domowego
Roztocza i zarodniki
Zwierzęta domowe
Substancje wytworzone wskutek
wypalenia jednego papierosa
[µg]
Substancja
Ilość
Substancja
Ilość
Substancje
smoliste
44 100
Aceton
250 – 1300
Tlenek węgla
25000 – 67
000
Pirydyna
90 – 930
Tlenek azotu
1950 – 2300 Dimetylonitroamin
a
0,52 – 3,38
Formaldehyd
1300 – 2000
Wodorocyjanek
74
Chlorek metylu
1300
Aldehyd propylowy
55 – 560
Amoniak
980 – 150
000
Acetoaldehyd
40 – 3100
Nikotyna
800 – 6750
Kadm
0,45
Dwutlenek azotu
625
Benzo(a)piren
0,068 – 0,14
Fenole
600
Arsen
0,012
Zanieczyszczenia emitowane przez
niektóre materiały budowlane i
wykończeniowe
Substancja Materiał
Węglowodory
alifatyczne
Farby i emalie, lakiery, wykładziny
podłogowe, płyty styropianowe, kleje
Węglowodory
aromatyczne
Farby i emalie, lakiery, wykładziny
podłogowe, płyty styropianowe, tapety, kleje
Alkohole
Farby i emalie, lakiery, wykładziny
podłogowe, kleje
Estry
Farby i emalie, lakiery, wykładziny
podłogowe, płyty styropianowe, kleje
Ketony
Farby i emalie, lakiery, wykładziny
podłogowe, płyty styropianowe, tapety, kleje
Terpeny
Farby i emalie, kleje
Zanieczyszczenia wód
Źródła
ścieki przemysłowe i komunalne
nawozy sztuczne i środki ochrony roślin
z terenów użytkowanych przez rolnictwo
i leśnictwo
depozycja zanieczyszczeń powietrza
Skutek
zmiana smaku, zapachu, barwy i pH
wody oraz jej zmętnienie
Zanieczyszczenia wód –
rodzaje
azotany
chlorki
siarczany
fosforany
jony metali ciężkich
fenole
aminy aromatyczne
barwniki
pestycydy
detergenty
wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne
radioizotopy
bakterie Escherichia coli
Zanieczyszczenia
żywności
Chemiczne
Pierwiastki – Al, Pb, Cd, Hg, Zn
Pozostałości pestycydów
Antybiotyki
Azotany i azotyny
Biologiczne
Drobnoustroje
Mikotoksyny – toksyczne produkty
metabolizmu niektórych grzybów
pleśniowych
Skutki zdrowotne narażenia
na zanieczyszczenia
środowiskowe
Nowotwory
Uczulenia
Zmiany zwyrodnieniowe, np. rogówki oka i
płuc
Zaburzenia metabolizmu
Zaburzenia odporności organizmu
Zaburzenia rozrodczości
Zaburzenia sfery psychicznej
obniżenie wskaźnika IQ
zaburzenia pamięci
zaburzenia zachowania
Uszkodzenie materiału genetycznego
Wpływ hałasu
na zdrowie
człowieka
Co to jest hałas?
Aleksander Brückner
dawniej nieznane, może do hała- dorobione,
a „hała-” lub „hara-” to okrzyk lekceważenia,
jak hała-drała, na hałaj-bałaj
Encyklopedia PWN
dźwięk niepożądany lub szkodliwy dla zdrowia
ludzkiego
Słownik Języka Polskiego
głośny dźwięk, odgłos wywołany np.
stukaniem, trzaskaniem, uderzeniem; stuk,
trzask, huk, łomot
nieprzyjemne, głośne dźwięki, odgłosy
zakłócające spokój; zgiełk, wrzawa, harmider
zamieszanie wokół jakiejś sprawy; poruszenie,
rozgłos
Źródła hałasu
przemysł
inne
źródła wewnątrz
budynków
prace budowlane
ruch powietrzny
ruch drogowy
ruch kolejowy
Skutki narażenia na hałas
Słuchowe
ubytek słuchu
Pozasłuchowe
krążenia
pokarmowy
nerwowy
ruchu
dokrewny
psychikę
Hałas – wpływ
na zdrowie
Poziom
hałasu [dB]
Szkodliwość
< 35
nieszkodliwe
35 – 70
zmęczenie układu
nerwowego
70 – 85
ujemny wpływ na
zdrowie
> 90
uszkodzenie słuchu
Zaburzenia snu
Pierwotne
utrudnione zasypianie
zmiany w fazach snu
spłycenie jego głębokości
wybudzanie się i skracanie czasu trwania
snu
Wtórne
zmęczenie
złe samopoczucie
zmniejszona sprawność intelektualna
i psychiczna
Inne zaburzenia
przemęczenie, rozdrażnienie
zaburzenia równowagi, szum w
uszach
i zawroty głowy
nadciśnienie
choroba wrzodowa
występowanie różnych dolegliwości
więcej stwierdzanych chorób
wpływ na stan psychiczny człowieka
Interakcje hałasu ze związkami
ototoksycznymi
Substancje chemiczne
toluen
styren
disiarczek węgla
Leki
antybiotyki - streptomycyna,
gentamycyna, tobramycyna
niektóre leki moczopędne
salicylany, w tym aspiryna
Problem
w Unii Europejskiej narażenie na hałas
dotyczy ok.
100 mln osób
*
co piąty pracownik
w Europie, aby być
słyszanym, jest zmuszony podnosić głos
przynajmniej przez połowę czasu pracy*
7% Europejczyków
cierpi z powodu
zaburzeń słuchu związanych z
wykonywaną pracą*
uszkodzenie słuchu wywołane hałasem
to zgłaszana
najczęściej choroba
zawodowa
w Europie**
*
Work and health in the EU: a statistical portrait (Panorama of the European Union). European
Commission Brussels, 2004. ISBN: 92-894-7006-2
**
Data to describe the link between OSH and employability. European Agency for Safety and
Health at Work, 2002. ISBN 92-95007-66-2