TOKSYKOLOGIA ŻYWNOŚCI

prof. dr hab. Anna Brzozowska, pok. 2124

zaliczenie - egzamin pisemny

część A test wyboru (30 pytań * 1 pkt.)

część B 10 pytań na które należy dać krótkie odpowiedzi (2 pkt za poprawną odpowiedź)

zalicza 32,5 pkt. max 50 pkt.

WYKŁAD 1 7.10.10r.

„Toksykologia żywności” Nikonorow M., PZWL Warszawa 1987

„Toksykologia współczesna” 2005r.

Rozporządzenia dotyczące żywności i żywienia oraz substancji szkodliwych.

Toksykologia - nauka o truciznach i zatruciach.

• bada aktualne lub potencjalne niebezpieczeństwo związane z działaniem na organizmy żywe trucizn (substancji chemicznych)

• bada mechanizmy działania truciznach opracowuje sposoby rozpoznawania i leczenia zatruć

• opracowuje sposoby zapobiegania zatruciom

Paracelsus - ojciec toksykologii.

„Wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną, tylko dawka decyduje, że jakaś substancja nie jest trucizną.”

Współczesna definicja trucizny: substancja, która wprowadzana w małych dawkach do organizmu wskutek swoich właściwości toksykodynamicznych może wywołać zaburzenia ustroju i śmierć.

W praktyce, za trucizny uznaje się te substancje, które związane są ze stosunkowo dużym ryzykiem działania szkodliwego.

Działanie niepożądane wynikające z reakcji chemicznych lub fizykochemicznych pomiędzy związkiem chemicznym, który wniknął do ustroju a układem biologicznym (DNA, enzymy).

Ksenobiotyk - substancja chemiczna nie będąca naturalnym składnikiem organizmu, substancja obca, egzogenna.

Zatrucie - proces chorobowy z klinicznymi objawami podmiotowymi i przedmiotowymi wywołany przez substancję chemiczną pochodzenia egzo- lub endogennego.

Podział zatruć ze względu na okoliczności ich powstawania:

• przypadkowe, np. zawodowe, pokarmowe

• rozmyślne np. samobójcze, mordercze

Podział zatruć ze względu na przebieg i nasilenie

• ostre - jednorazowa dawka, objawy szybko po kontakcie z substancją, gwałtowne

• podostre

• przewlekłe - ekspozycja przez dłuższy czas, efekt = dawka * czas

Działy toksykologii

• humanotoksykologia

• zootoksykologia

• fitotoksykologia

Działy toksykologii

• przemysłowa

• środowiskowa

leków

żywności

pestycydów

art. gospodarstwa domowego

kosmetyków

tworzyw sztucznych

• wojskowa

• sądowa

Cechy wspólne: te same związki chemiczne

Różnice: warunki ekspozycji (praca, choroba), dawkowanie (płuca, skóra), droga wchłaniania wg wskazań).

Toksykologia żywności dotyczy substancji chemicznych dostających się do organizmu z żywnością:

• występujących naturalnie

• dodawanych celowo

• zanieczyszczeń

• wytwarzających się w produktach w czasie procesów technologicznych lub przechowywania

• wytwarzających się w organizmie człowieka z substancji pochodzących z żywności

LOSY TRUCIZN W ORGANIZMIE

1. Droga i sposób dostania się do organizmu (wchłanianie)

Przez jamę ustną, droga pokarmowa, per os.

Mechanizmy wchłaniania takie same jak dla składników odżywczych

Wchłanianie przez przewód pokarmowy zależy od:

• rozpuszczalności substancji, wielkości cząsteczek

• obecności związków wchłanianych przy udziale tych samych przenośników lub za pomocą tego samego mechanizmu

• od pH treści pokarmowej (wpływa na rozpuszczalność)

• od integralności błony komórkowej, ukrwienia

Miejsca wchłaniania substancji obcych w przewodzie pokarmowym

• jama ustna - nikotyna, cyjanki, nitrogliceryna, fenole, strychnina, kokaina, piramidon, alkohol

• żołądek - alkohol, nikotyna, cyjanki, kwas salicylowy, aspiryna, kofeina, teofilina

• jelito cienkie - większość trucizn

• jelito grube - związki wytworzone przy udziale mikroflory

Zapobieganie wchłanianiu z przewodu pokarmowego

Węgiel adsorbuje:

• bardzo dobrze: atropina, ergotamina, fenol, jod

• dobrze: chinina

• średnio: alkohol etylowy, alkohol metylowy, cyjanki, DDT, kwas borowy, insektycydy FO

• nie adsorbuje: kwasy mineralne, zasady, substancje nierozpuszczalne w wodzie

Zapobieganie wchłanianiu z przewodu pokarmowego

• sub. Adsorbujące

• wywoływanie wymiotów

• płukanie żołądka (do 2 godz. po spożyciu trucizny płynnej, do 4 godz)

• płukanie jelit

• zastosowanie odtrutek działających miejscowo (np. chlorek sodu - azotan srebra, tiosiarczan sodu - HCN, wersenian sodowo - potasowy - Cd, Pd)

2. Transport i wiązanie ustrojowe (bariery biologiczne).

Bariery przy wchłanianiu

• droga pokarmowa - nabłonek jelitowy

• droga inhalacyjna - nabłonek pęcherzyków płucnych

• droga dermalna - naskórek

Bariery specjalne:

• chroniąca ośrodkowy układ nerwowy: krew - mózg, krew - płyn mózgowo - rdzeniowy

• chroniące następne pokolenie: krew - łożysko, krew - jądro

• bariery niebłonowe - wiązanie z białkami krwi, cytoplazmy

krew - mózg

krew - płyn mózgowo rdzeniowy

Dyfuzja bierna (zw. Obce), transport aktywny (cukier, aminokwasy)

Zmiany w błonach powodują m.in.: nadtlenki kwasów tłuszczowych, bodźce akustyczne, w życiu płodowym i u niemowląt większa wrażliwość.

Substancje lipidowe przenikają łatwiej np. metylortęć (organiczna forma rtęci).

Krew - łożysko

Bariera dla związków silnie zjonizowanych i nierozpuszczalnych w tłuszczach, o dużym ciężarze cząsteczkowym.

Łatwo przenikają m.in. antybiotyki, narkotyki, alkohol etylowy, kofeina, nikotyna.

Zmiany morfologiczne przy niedotlenieniu np. kobiet palących.

Czynniki teratogenne - obumarcie zarodka, wady rozwojowe.

Krew - jądro

Skomplikowana budowa trójstopniowa, chroni męskie komórki rozrodcze:

1. śródbłonek naczyń włosowatych bez porów i przestrzeni międzykomórkowych

2. komórki nabłonkowo - mięśniowe ze strefami zamykającymi

3. połączenia kompleksowe między komórkami podporowymi

Bariera niebłonowa to połączenia z albuminami i globulinami krwi; z białkami enzymatycznymi (inhibicja); z białkami cytoplazmatycznymi (MT metalotioneina)

Zależy od pH, odwracalne, trwałość wiązania różna, przez gr. -SH, fosforylacja grup -OH, -COOH

związki obce konkurują o miejsce wiązania.

Połączenia takie nie przenikają przez ściany naczyń włosowatych, nie ulegają przesączaniu w kłębuszkach nerkowych.

Opóźniają metabolizm i wchłanianie.

Rola kwi:

• rozpuszczalnik, medium transportujące,

• transport substancji obcych w pierwszej kolejności do narządów dobrze ukrwionych

• redystrybucja do narządów mniej ukrwionych

• transport metabolitów do nerek

• wiązanie substancji z:

Hb np. CO (karboksyhemoglobina)

z białkami błon krwinek czerwonych np. Pb

z białkami osocza

WYKŁAD 2 14.10.2010r.

3. Rozmieszczenie i kumulowanie

Rozmieszczenie substancji obcych w organizmie zależy od:

• szybkości wchłaniania i wydalania

• częstotliwości wnikania o organizmu i dawek

• powinowactwa do tkanek i narządów

Główne miejsca odkładania się związków obcych:

• tkanka tłuszczowa (DDT, dieldryna, metoksychlor, WWA, PCB)

• kości: absorpcja na powierzchni lub trwałe wbudowanie (ołów, fluor, rad, stront, tetracykliny)

• narządy miąższowe: w jądrach komórkowych lub w cytoplazmie (kadm, ołów, rtęć nieorganiczna)

• włosy, paznokcie (metale ciężkie, narkotyki)

4. Przemiany w organizmie

Miejsca przemian: wszystkie tkanki, ale głównie:

• wątroba,

• nerki

• nabłonek jelitowy

Z udziałem różnych enzymów.

Przemiany = biotransformacja

detoksykacja - takie przemiany, które prowadzą do powstania związków mniej szkodliwych lub nieszkodliwych

aktywacja metaboliczna - takie przemiany, które prowadzą do powstania związków bardziej toksycznych

Przykłady

1. Nie ulegają przemianom w organizmie

• silnie polarne, wydalane przez nerki (kwas ftalowy, kwasy sulfonowe)

• bardzo lotne wydalane przez płuca (eter etylowy, cyklopropanon)

• silnie lipofilne, kumulujące się w tkance tłuszczowej (PCB, bifenyle)

2. Ulegają detoksykacji

• SO2 do siarczanów

• fenol do glukuronidów

• benzo(a)piren poprzez epoksydy do fenoli, które są sprzęgane z kwasem glukuronowym

1. Ulegają aktywacji metabolicznej

• chloroform do fosgenu

• barwnik czerwony Red 2G do aniliny

• bezo(a)pirem poprzez epoksydy do epoksydioli

• metanol do formaldehydu

• As+5 do As+3

• kodeina do morfiny

Faza I Faza II

transformacja biosynteza

Substancja obca → Metabolit I fazy → Metabolit II fazy

utlenianie sprzęganie z

redukcja sub. endogenną

hydroliza

wydalanie

Frakcja mikrosomalna = rybosomy + retikulum endoplazmatyczne

enzymy mikrosomalne:

• monooksygenazy

• epoksyhydratazy

• glukuronylotransferazy

15 - 20% masy komórki

50 - 60% RNA

synteza kwasów tłuszczowych, sterydów, odtruwanie

Reakcje I fazy

Mikrosomalne

RH + O2 + H+ → ROH + H2O

• monooksygenazy zawierają hemoproteinę o typie cytochromu P-450 (wiele izoenzymów CYP o specyficzności substratowej)

• reduktaza NADPH - cytochrom P-450 flawoproteina, przenosi elektrony na Cyt-P450

• czynnik lipidowy zawiera fasfatydylocholinę niezbędny do prawidłowego połączenia cytochromu z reduktazą

Typy utleniania mikrosomalnego:

• aromatyczna hydroksylacja

• alifatyczna hydroksylacja

• N, O, S - dealkilacja

• epoksydacja

• desulfuracja

• sulfoksydacja

• N - hydroksylacja

WYKŁAD 4 28.10.2010r.

Kancerogeneza chemiczna

- indukcja chemiczna nowotworu czyli trwałe zmiany w zapisie lub realizacji (ekspresji) informacji genetycznej, przekazywane komórkom potomnym.

Zapoczątkowanie procesu kancerogenezy - zjawisko względnie mało prawdopodobne (potwierdzają to dane epidemiologiczne), ponieważ w organizmie istnieją mechanizmy ochronne:

- na poziomie komórkowym - detoksykacja

- na poziomie molekularnym - naprawa DNA

Etapy kancerogenezy chemicznej

• Inicjacja - zmiany w DNA o charakterze mutacyjnym, nowy klon komórek

• Promocja - wzrost zainicjowanych komórek, dalsze błędy genetyczne, ujawnienie się zmian

• Progresja - zezłośliwienie komórek, destabilizacja genetyczna, niekontrolowane namnażanie, przerzuty.

Czynniki współrakotwórcze (niegenotoksyczne) - zwiększają działanie czynnika rakotwórczego:

- kokancerogeny (podane jednocześnie)

- promotory (podane nawet po jednorazowej dawce kancerogenu, która sama nie wywołuje nowotworu).

Działają poprzez wpływ na: metabolizm kancerogenu, wzrost komórek, przepuszczalność błon komórkowych.

Schemat badań na rakotwórczość

Dawki: 0 - kontrolna, bez badanej substancji

A - najniższa, bez wpływu na wzrost i długość życia (>1/10 dawki C)

B1/B2/B3 - pośrednie

C - najwyższa, minimalna toksyczność (m. ciała <10%)

Z dietą, wodą lub kapsułki.

Zwierzęta - 50 sztuk samców, 50 sztuk samic po odstawieniu od matek.

Okres: szczury - 2 lata

Myszy, chomiki 1,5 roku

Psy, świnie 5-7 lat

Obserwacje:

- jak w teście przewlekłym

- czas przeżycia

- czas pojawienie się guzów

- umiejscowienie, wielkość guzów

- liczba guzów

Dowody działania rakotwórczego

Z doświadczeń na zwierzętach

• Wystarczające - związek przyczynowy między narażeniem a zwiększoną częstotliwością nowotworów złośliwych lub łagodnych u zwierząt min. 2 gatunków lub min. 2 niezależnych badaniach

• Ograniczone - dowód opiera się na 1 doświadczeniu, wątpliwa procedura badawcza, zwiększenie częstotliwości nowotworów łagodnych, tylko u niektórych szczepów.

• Niewystarczające - niedostatki w wynikach badań.

• Wskazujące na brak działania rakotwórczego na min. 2 gat.

Z badań epidemiologicznych

• Wystarczające - związek przyczynowy między narażeniem a występowaniem nowotworu u ludzi, przy wykluczeniu czynników zakłócających, np. palenie tytoniu

• Ograniczone - związek przyczynowy między narażeniem a występowaniem nowotworu u ludzi, lecz nie można wykluczyć wpływu błędu przy zbieraniu danych oraz czynników zakłócających

• Niewystarczające - istniejące badanie nie są wystarczające (zły model, mała moc statystyczna)

Kategoria	Znaczenie klasyfikacji dla ludzi	Dowody
				U ludzi	U zwierząt
1	Kancerogen	Wystarczające	Wystarczające
2a	Prawdopodobnie rakotwórcze	Ograniczone	Wystarczające
2b	Przypuszczalnie rakotwórcze	Ograniczone	Niewystarczające
3	Substancja nieklasyfikowana	Brak danych
4	Prawdopodobnie nie rakotwórcze	Brak danych	Wskazujące na brak działania rakotwórczego

Orzechy areca (betel) używane do żucia

Owoce - pestkowce o wielkości kurzego jaja. Wewnątrz nasiona zwane orzechami katechowymi, a w nich alkaloidy (0,3-0,6%) - głównie arekolina.

Działanie teratogenne

Toksyczne działanie substancji na zarodek lub płód:

- śmierć zarodka

- zmiany anatomiczne (zniekształcenia)

- zaburzenia czynnościowe

- opóźnienie rozwoju

- przedwczesne urodzenia i inne

Okres największej wrażliwości u człowieka 3-12 tydzień ciąży.

Przykłady czynników teratogennych dla zwierząt: antybiotyki: penicylina; tetracykliny; sulfonamidy; metale ciężkie Hg, Pb, Se, Cd, substancje chemiczne: nikotyna, barbital, morfina, nitrozo aminy,; środki ochrony roślin; rozpuszczalniki: chloroform, CCI4, benzen, ksylen; aflatoksyny; hipo- i hipertermia; niedotlenienie; radiacja; wirusy: różyczka, kiła; niedobory składników odżywczych.

Okresy największej wrażliwości na czynniki teratogenne

	Ciąża	Ogranogeneza
Człowiek	36-40 tyg.	3 - 12 tydzień
Szczur	21 dni
Mysz	19 dni
Królik	32 dni
Chomik	15 dni

Talidomid

1957r. w sprzedaży w Niemczech i W. Brytanii

1960r. próba wprowadzenia na rynek USA, brak zgody

1960 - 1961r. - działanie teratogenne, między 25 a 50 dniem ciąży, hamuje angiogenezę, od 15tys. przypadków narażenia. Ok. 4 tys. żyje do dziś, ich dzieci dziedziczą wady (nawet w 3 pokoleniu).

Talidomid wykorzystywany do walki z nowotworami, dzięki działaniu hamującemu angiogenezę (tworzenie naczyń krwionośnych).

Działanie na płodność i rozrodczość

- 2 pokolenia szczurów

- obserwacje: procent zapłodnień; liczba młodych w miocie; ciężar ciała po urodzeniu i odstawieniu od matki; śmiertelność noworodków.

Neurotoksyczność

- zmiany czynnościowe, strukturalne, biochemiczne w ośrodkowym lub obwodowym układzie nerwowym

Opóźniona neurotoksyczność - opóźnione wystąpienie objawów:

- ataksji (niezborność ruchów)

- obwodowych aksonopatii (zmiany w wypustkach komórek nerwowych) w rdzeniu kręgowym i w nerwach obwodowych

- hamowanie esterazy neurotoksycznej w mózgu

Pojedyncza dawka, kury, 21 dni, dożołądkowo lub przez 14 dni, kury, obserwacja 28 dni, dożołądkowo.

Immunotoksyczność

1. Immunosupresja - stan osłabionej odpowiedzi immunologicznej, zwiększa zapadalność na chorób infekcyjne i wydłużenie czasu ich trwania na skutek:

• Hamowania produkcji przeciwciał i komórek odpornościowych np. limfocytów

• Atrofii lub zmian morfologicznych w narządach i tkankach układu odpornościowego (grasica, szpik, migdałki, śledziona, węzły chłonne)

Przykładowe immunosupresory:

Promienie rentgenowskie, talidomid, niedobór selenu, cynku, przedawkowanie cynku, dioksyny, WWA, etanol (już w okresie życia płodowego), organiczne związki cyny, niektóre metale n. chrom, ołów, nikiel.

Metody badań

- badanie stężeń immunoglobulin, stężeń komórek odpornościowych

- badanie narządów

- badanie przebiegu zakażeń bakteryjnych

Nadwrażliwość

Nadmierna, szkodliwa odpowiedź organizmu

• Zmieniony jakościowo (opaczny) sposób reagowania, nietypowy dla ogółu populacji

• Brak ścisłej zależności między występowaniem reakcji a ilością spożytego pokarmu.