Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Toxikologie II Daniel JUN a Kamil KUČA. Kontakt: Mgr. Daniel JUN, PhD. Ing. Kamil KUČA, PhD. (Mgr. Jan MAREK) ********************** Centrum pokročilých.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Toxikologie II Daniel JUN a Kamil KUČA. Kontakt: Mgr. Daniel JUN, PhD. Ing. Kamil KUČA, PhD. (Mgr. Jan MAREK) ********************** Centrum pokročilých."— Transkript prezentace:

1 Toxikologie II Daniel JUN a Kamil KUČA

2 Kontakt: Mgr. Daniel JUN, PhD. Ing. Kamil KUČA, PhD. (Mgr. Jan MAREK) ********************** Centrum pokročilých studií Fakulta vojenského zdravotnictví Univerzita obrany Třebešská Hradec Králové Tel.: (523) Fax:

3 Termíny přednášek: (3 hodiny) – obecná toxikologie (4 + 1 hodina) – obecná toxikologie (4 + 1 hodina) (4 + 1 hodina) (3 + 2 hodina) – výuka / Zk Další termíny pro Zk budou upřesněny na konci semestru.

4 ! Změna původních sylabů ! Rozšíření o obecnou toxikologii. Úvod do toxikologie + základní pojmy ADME (Absorption/Distribution/Metabolism/Excretion) Typy expozice Vybrané kapitoly Obecná toxikologie / Vybrané kapitoly 50/50

5 ZÁPOČET -VYPRACOVÁNÍ SEMINÁRNÍ PRÁCE -VYPRACOVÁNÍ 5 POJMŮ - TOXIKOLOGIE

6 Zkouška: Písemnou formou Bodový systém: 0 – 50 Neprospěl 50 – 70 Dobře 70 – 90Velmi dobře 90 – 100 Výborně Ústní zkouška jen v případě vylepšení známky a nebo nesplnění hranice 50 % na třetí pokus.

7 Doporučená literatura: Lüllmann et al. Farmakologie a Toxikologie. Grada, Beseda et al. Toxikológia. TU Zvolen, Timbrell. Introduction to Toxicology. CRC Press, Patočka. Úvod do obecné toxikologie. ZSF JU, 2003.

8 ÚVOD DO TOXIKOLOGIE

9 POJEM TOXIKOLOGIE: Toxikologie se zabývá studiem interakcí škodlivých látek s biologickými systémy. Multidisciplinární předmět (medicína, farmacie, org. chemie, analyt. chemie, …) S narůstajícím počtem nových chemických individuí (USA vyrábí cca 66 tis. látek + dalších 500 – 1000 nových každý rok) stoupá potřeba studia jejich efektů vůči biologickým systémům.

10 HISTORIE: Již primitivní člověk rozlišoval jedovaté rostliny či živočichy. Naučil se užívat jejich jedů k vlastnímu blahu. toxikon (toxická substance do které se ponořovaly hroty šípů) toxikos (luk) Studie o jedech počaly 1500 př.n.l. – Ebersův (Eberský) papyrus Starověké Řecko a Řím – travičství Sokrates – sebevražda (bolehlav)

11 Paracelsus (Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim) -zajímal se o chemii, biologii a medicínu „Všechny látky jsou jedy a závisí pouze na dávce, kdy látka přestává být jedem a stává se léčivem.“ „All substances are poisons; there is none that is not poison. The right dose differentiates a poison from a remedy.“ Základní postulát toxikologie

12 Typy chemických látek: 1.Léčiva 2.Potravní přísady 3.Průmyslové chemikálie 4.Látky znečišťující životní prostředí 5.Přírodní toxiny 6.Látky užívané v domácnostech

13 Ad 1) Léčiva Užívána pravidelně a dobrovolně lidmi na celém světě. Léky obecně silně ovlivňují biologické systémy (potenciálně toxické) opět Paracelsus 1) Předávkování 2) Vedlejší účinky Zvláštní skupina – veterinární léčiva

14 Ad 2) Potravní přísady Součástí potravin (pravidelně konzumovány - dobrovolně) Oproti lékům – neměly by mít žádnou biologickou aktivitu Patří sem např. – barviva, dochucovadla, konzervační látky,… Pozor! - ale i toxické látky vzniklé při zpracování z masa zvířat léčených vet. léky léky samotné metabolity Důležité sledovat DLOUHODOBOU TOXICITU.

15 Ad 3) Průmyslové chemikálie Způsobují zejména znečištění životního prostředí (viz. Dále Ad 4). Škodlivé pro zaměstnance provozů, ve kterých jsou vyráběny/zpracovávány/uchovávány; vznikají cíleně nebo jako vedlejší produkt. Expozice těmto látkám je ošetřena zákonem – expoziční limity. Nebezpečí – HAVÁRIE (Bhopál - methylisokyanát) Doba působení dlouhodobé (chronické – zaměstnanci v chemických provozech) krátkodobé (akutní - havárie,…)

16 Ad 4) Látky znečišťující životní prostředí Hlavním zdrojem jsou průmyslové procesy. Další zdroje – výfukové plyny, pesticidy... Polutanty uvolňovány dovzduchu vody (řeky, moře, podzemní voda,…) půdy (přímo nebo deštěm ze vzduchu) Mnoho látek dokáže setrvat v životním prostředí dlouhou dobu. Perzistentní (např. pesticidy)

17 Ad 5) Přírodní toxiny Produkovány živočichy, rostlinami či bakteriemi k obraně nebo za účelem získání potravy. Z chemického hlediska – široké spektrum sloučenin (od velmi jednoduchých látek po složité proteinové struktury) NENÍ PRAVDOU, ŽE TO CO JE PŘÍRODNÍ, TO JE BEZPEČNÉ Způsoby otravy kontaminace jídla (botulotoxin,…) náhodné pozření (houby, vraní oko,…) kousnutí (hadi, štíři,…) či píchnutí (včela,…)

18 Ad 6) Látky užívané v domácnostech = chemikálie denního uživání (detergenty, čistící prostředky, prací prášky,…) Intoxikace spíše akutní (hlavně děti). Častá skupina látek - iritanty (= dráždivé látky) „Nový JAR“ - koroziva (hydroxidy, kyseliny) „SAVO“ Zvláštní skupina – PESTICIDY - velmi toxické! - celosvětově miliony otrav ročně - zejména rozvojové země

19 TYPY EXPOZICE Způsob expozice je úzce spojen s původem toxické látky (plyny – inhalace; kapaliny – ingesce či transdermální přechod; pevné látky – ingesce). Rozlišujeme: 1.Úmyslná expozice 2.Expozice pracovní 3.Expozice environmentální 4.Expozice náhodná

20 Ad 1) Úmyslná expozice (Intentional Ingestioin) Užívání léků a potravních přísad – opakovaná až chronická expozice. Časté spojení s alergickými reakcemi Dlouhodobé pití ALKOHOLU a kouření CIGARET chronický toxický efekt

21 Ad 2) Expozice pracovní (Occupational exposure) Zejména opakované až chronické (kromě havárií). Cesta vstupu do organismu inhalace (plíce) trandermální (kůže) Typy havárií (akutní expozice) exploze rozlití chemikálií nedodržení dobré výrobní praxe

22 Ad 3) Expozice environmentální (Environmental exposure) Krátkodobé či dlouhodobé kontaminace životního prostředí. Havárie (příležitostně) Chronické (dlouhodobé) Intoxikace nejen zaměstnanců, ale i lidí žijících v blízkosti továrny. [jednorázové – akutní (uvolnění velkého množství látky)] [dlouhodobé – chronické (malá dávka uvolňována dlouhodobě)] SO 2, N X O Y, CO (průmyslové oblasti) Pesticidy – kontaminují vodu, půdu, vzduch

23 Ad 4) Expozice náhodná (Accidental poisoning) Spíše akutní (jednorázové otravy) Zejména – léčiva, pesticidy, látky užívané v domácnostech, přírodní toxiny Nejrozšířenější otravy – děti a důchodci Náhodné požití rostlin či jejich plodů (pokojové i volně rostoucí), hub (muchomůrka zelená), čistících prostředků, léků (dítě zamění s bonbóny),… Inhalace spalin při hoření (zejména plastických hmot) – požárníci.

24 Ad 5) Expozice úmyslná (Intentional poisoning) (záměrná, ve smyslu otravy) Vraždy s pomocí jedů nejsou v současnosti časté. Pravděpodobně díky dokonalým technikám umožňujícím prokázat jedy – usvědčení z užití otravné látky Proto hojněji užíváno v minulosti (starověké Řecko a Řím). Dnes problém – SEBEVRAŽDY (Suicidia) (užití zejména léků či produktů užívaných v domácnostech – př. pesticidy)

25 SELEKTIVNÍ TOXICITA = Rozdíl v citlivosti k jednotlivým toxickým látkám mezi jednotlivými živočišnými druhy tzn. daná látka je toxická pro potkana ale není toxická pro člověka Některé látky byly za tímto účelem vyvíjeny - vědci se při tom zaměřovali na biochemické pochody v jednotlivých organismech, které byly specifické jen pro určitý živočišný druh Nevýhoda!!! NEMOŽNOST PŘESNÉ PREDIKCE TOXICIT Z JINÝCH ŽIVOČICHŮ NA ČLOVĚKA

26 VZTAH DÁVKA - ODPOVĚD (1) „Všechny látky jsou jedy a závisí pouze na dávce, kdy látka přestává být jedem a stává se léčivem.“ Paracelsus Toxicita látky nezávisí pouze na toxických vlastnostech látky, ale hlavně na její dávce. Odpověď organismu na přítomnost toxické látky: *Smrt (prokazatelná) – nejjednodušší – hrubý parametr *Patologické změny (např. nekróza buněk) *Biochemické změny *Farmakologické změny *Chemické změny

27 VZTAH DÁVKA - ODPOVĚD (2) Rozlišujeme dva typy odpovědívše nebo nic (př. smrt,..) stupňovitá (% inhibice enzymu) U obou typů odpovědí můžeme získat typickou dose-response křivku. Dávkování: mg látky / kg hmotnosti

28 VZTAH DÁVKA - ODPOVĚD (3) LD 50 dávka, při které umře 50 % intoxikovaných zvířat ED 50 dávka, při které se projeví sledovaný efekt u 50 % zvířat (= efektivní dávka) TD 50 dávka, při které se projeví toxicita u 50 % zvířat (= toxická dávka) 50% LD5O (= letalita)

29 VZTAH DÁVKA - ODPOVĚD (4) Toxicita se liší dle cesty podání toxické noxy. Toxicita se liší mezidruhově. Cesta podáníLD 50 (mg-1.kg-1) Orálně4.0 Subkutánně1.0 Intramuskulárně0.9 Intravenózně0.3 Př. toxicita DFP, králík NPLMyšPotkan VX2515 Soman11279 Tabun Př. LD 50, i.m.,  g/kg

30 VZTAH DÁVKA - ODPOVĚD (5) Terapeutický index: - důležitý parametr ve vztahu k lékům LD 50 TD nebo ED 50 Čím je větší, tím je větší rozpětí bezpečnosti dané látky. POZOR! Nedává ovšem informaci o průběhu dose-response křivky!

31 SYNERGISMUS, POTENCIACE V případě kdy do organismu vstoupí směs dvou látek. Mohou nastat 4 varianty: 1)Součet dvou toxicit – aditivní efekt. 2)Vyšší efekt než součet dvou toxicit (2 tox. látky se stejným efektem) – synergismus 3)Vyšší efekt ne součet dvou toxicit (2 tox. látky s různým tox. efektem; nebo jedna tox. a druhá ne) – potenciace 4)Snížení efektu - antagonismus

32 PRAHOVÁ DÁVKA = dávka, pod kterou není detekovatelná žádná odpověd organismu. (tato dávka platí pro všechny jedince v dané populaci) tzn. dávka pod kterou nedojde k žádnému úmrtí zvířete, k žádným patologickým změnám, k žádným biochemickým změnám …

33 NOAEL No Observed Adverse Effect Level NOAEL Dávka Odpověď Důležité pro nastavení expozičních limitů. USA – Threshold Limit Value UK – Maximum Exposure Limit

34 OSUD LÁTKY V ORGANISMU Osud toxické látky v organismu lze rozdělit do čtyř fází. ADME ABSORPCE DISTRIBUCE METABOLISMUS EXKRECE A D M E

35 ABSORBCE (1) – CESTY PRŮCHODU LÁTEK MEMBRÁNAMI 1.Filtrace póry 2.Pasivní transport 3.Aktivní transport 4.Usnadněná difůze 5.Fagoctóza / Pinocytóza

36 ABSORBCE (2) – FILTRACE Malé sloučeniny mohou procházet póry v membránách (tvořené proteiny). Pohyb jde pomocí koncentračního gradiendu. Př. Ethanol, močovina,…

37 ABSORBCE (3) – PASIVNÍ DIFUSE Asi nejdůležitější mechanismus absorbce Potřeba koncentračního gradientu Lipofilní látky Neionizované látky Fickův zákon: Rychlost difůze = KA (C 2 -C 1 ) pH tkáňových tekutin: Log [A - ] pH = pK a [HA] Jen neionické lipofilní látky budou absorbovány pasivní difůzí = pH-partition theory

38 ABSORBCE (4) – AKTIVNÍ TRANSPORT Potřeba specifického carrieru Potřeba energie Proces může být saturován nadbytkem substrátu Transport jde proti koncentračnímu gradientu Podobné substráty mohou soutěžit o vychytávání Různé typy aktivních transportů uniport – 1 molekula 1 směr symport – 2 mol. 1 směr antiport – 2 mol. 2 směry Př. obecný transport endogenních látek

39 ABSORBCE (5) – USNADNĚNÁ DIFŮZE Potřeba specifického carrieru Je nutný koncentrační gradient Proces může být saturován velkou koncentrací substrátu Není potřeba výdej energie Př. Transport glukózy z buněk střev do krevního oběhu

40 ABSORBCE (6) – FAGOCYTÓZA A PINOCYTÓZA Do buněčné membrány jsou uzavřeny drobné částice či kapky. Např. nerozpustné částice UO 2 či azbestu absorbované plícemi

41 ABSORBCE (7) – MÍSTA ABSORPCE Existuje mnoho potenciálních míst absorpce toxických látek. Mezi hlavní patří: 1) Kůže (transdermálně) 2) Plíce (inhalačně) 3) Gastrointestinální trakt (ingescí) Experimentálně užívané (invazivní) dále jsou: 4) Intravenózně – injekčně do žíly (i.v.) 5) Subkutánně – pod kůži (s.c.) 6) Intramuskulárně – do svalu (i.m.) 7) Intraperitoneálně – do dutiny břišní (i.p.)

42 ABSORBCE (7) – KŮŽE Stále exponována plynům, rozpouštědlům, různým roztokům,… Poměrně velká absorpční plocha tvořící bariéru mezi okolím a organismem. Horní vrstva (mrtvých buněk; není prokrvená) dostatečně brání průchodu látek. Prochází většinou látky – lipofilní (yperit, pesticidy, VX,…)

43 ABSORBCE (8) – PLÍCE Dýcháním se do těla dostává množství látek (pevné, kapalné, plynné). př. nox – CO, CH 3 Br, azbest, SO 2,… Absorpční plocha plic je cca m 2 s výborným prokrvením Krevní tok a rychlost dýchání ovlivňují absorpci látek plícemi. V krvi málo rozpustné látky – absorpce závisí na rychlosti toku krve. V krvi dobře rozpustné látky- absorpce závisí na rychlosti dechu. Malé částice jsou absorbovány pomocí – pinocytózy či fagocytózy. Závisí i na velikosti pevných částic

44 ABSORBCE (9) – GASTROINTESTINÁLNÍ TRAKT Mnoho látek přechází do organismu přes GIT (léčiva, potrava,…). Vstřebávání závislé na pH: ústa (neurální), žaludek (2), střeva (bazické) Díky tomu jsou různé látky absorbovány v jiných částech GIT. Závisí na jejich fyz.-chem. vlastnostech Lipofilní neionické látky se absorbují v celém GIT. Látky které ionizují se absorbují – jen v neionizované formě. Tzn. slabé kyseliny (žaludek), slabé báze (střeva),…

45 DISTRIBUCE (1) Po absorpci přechází látka do krevního řečiště Absorbce kůží – periferní řečiště Absorbce plícemi – pulmonární řečiště Absorbce orální – portální žíla V závislosti na fyzikálně-chemických vlastnostech látky je distribuována do jednotlivých tkání. Stejně jako při absorpci do organismu i nyní závisí na přechodech membrán (viz typy transportů) ( př. neionizované látky – pasivní transport; ….)

46 DISTRIBUCE (2) Koncentrace látky v plazmě a její plazmatická hladina reflektuje její distribuci. Distribuční objem (V D ): dávka (mg) V D = koncentrace v plazmě (mg.L-1) V D je takový objem tělních tekutin, ve kterém je daná látka zdánlivě distribuována. Objem distribuce může indikovat zda je toxická látka lokalizována v nějaké tkáni, či pouze v plazmě.

47 DISTRIBUCE (3) čas Koncentrace v plazmě Koncentrace chemikálie v plazmě a její změna v čase je reflexí absorpce, distribuce, metabolismu a exkrece. Koncentrace látky v plazmě je pro toxikology velmi důležitá informace: 1)Přesnější než dávka podaná ale neabsorbovaná 2)Reflektuje koncentraci v cílových orgánech 3)Lze z ní vypočítat poločas látky, V D, AUC 4)Může indikovat i typ distribuce 5)Ukazuje i na čas trvání expozice

48 Poločas látky v organismu T 1/2 : Vypočítán ze závislosti plazmatické koncentrace na čase. = je definován jako čas, za který se koncentrace látky sníží o polovinu Je určen metabolismem a exkrecí dané látky. Čím je vyšší, tím je látka delší dobu v organismu. DISTRIBUCE (4) T 1/ Time (min) C p ng.ml -1

49 DISTRIBUCE (5) Orální podání Intravenózní podání Čas (h) Plazmatická koncentrace (  g ml-1) AUC = Area under curve = Plocha pod křivkou Plocha pod křivkou je úměrná skutečně resorbovanému množství látky. Nižší protože nastává metabolizace látky v játrech FIRST-PASS EFEKT

50 DISTRIBUCE (6) Clearance [klírens] (Cl): -indikátor schopnosti organismu eliminovat cizí látku Dávka Cl = AUC

51 DISTRIBUCE (7) Interakce látek s plazmatickými proteiny a dalšími makromolekulami – má velmi důležitý toxikologický význam. Váží se nekovalentně (iontové interakce, hydrofóbní interakce,…). Navázáním je jejich distribuce pozměněna (i exkrece). Cizí látky v krvi většinou existují jak ve vázané formě na plazmatické bílkoviny tak ve volné formě (rovnováha). Vazba – iontové vazby, vodíkové vazby, hydrofóbní interakce, Van der Waalsovy síly. Nejčastěji se váží na albumin (př. warfarin), ale i na lipoproteiny (př. DDT).

52 Blood-Brain Barrier – BBB – Hematoencefalická bariéra Průchod látek do mozku versus distribuce v celém organismu Málo průchodná (jen lipofilní látky, ne látky ionické – nebo jen v omezené míře – pomocí přenašečů) Zvýšení průchodnosti - zvýšením poměru neionické formy (př. změnou pH krve) DISTRIBUCE (8)

53 Čas (h) Plazmatická koncentrace (  g ml-1) DISTRIBUCE (9) V případě, kdy interval absorbce dané látky je kratší než její poločas může dojít k její kumulaci. !Pozor! Při chronických intoxikacích Na stejném principu – podávání antibiotik

54 METABOLISMUS (1) Látky absorbované - obecně látky lipofilního charakteru (DDT, PCB) Absorbované látky - většinou - podléhají metabolismu (biotransformace) -biotransformace na látku lépe rozpustnou ve vodě -detoxikace (př. sukcinylcholin - svalový relaxant) -aktivace (organofosforové pesticidy) = redukován biologický poločas látky v organismu (a s ním spojená potenciální toxicita látky) Obecně - metabolismem zvýšení polarity látky a tím zvýšení rozpustnosti ve vodě DDT 3,3',4,4',5-Pentaklorbifenyl sukcinylcholin

55 METABOLISMUS (2) Souhrnně: 1) transformace na v í ce polární metabolit 2) možný nárůst MW a velikosti l á tky 3) usnadnění exkrece a následná eliminace Výsledky: 1) Poločas látky v organismu se snižuje 2) Čas expozice látce se snižuje 3) Snižuje se možnost akumulace látky 4) Většinou se mění biologická aktivita látky 5) Mění se doba biologické aktivity látky Občas - opačný jev - snížení rozpustnosti (př. acetylace)

56 METABOLISMUS (3) Rozdělení metabolismu dle fází: 1. Fáze - změna cizí látky (funkcionalizace) 2. Fáze - konjugace Některé látky už jsou funkcionalizované - jdou rovnou do fáze 2 (fenol) Některé látky po konjugaci - opět funkcionalizovány (fáze 3) Většina enzymů pro metabolizaci lokalizována v játrech (většina látek přes GIT krví)

57 METABOLISMUS (4) Důležité vědět: a) ne všechny metabolizace v játrech b) enzymy mohou být lokalizov á ny jen v jednom typu buněk c) enzymy nejsou specifické na jednu danou látku, Enzymy jsou většinou umístěny v endoplazmatickém retikulu, dále pak cytosol a dalš í organely (př. mitochondrie)

58 METABOLISMUS (5) Metabolick é reakce 1. f á ze: 1)Oxidačn í reakce 2) Redukčn í reakce 3) Hydrolýza 4) Hydratace 5) Dehalogenace

59 METABOLISMUS (6) Ad 1) Oxidační reakce -většina katalyzována enzymovým systémem cytochromu P450 mono- oxygenáza (lokalizován v hladkém endoplazmatickém retikulu buňky, také jádro) -největší koncentrace v játrech -reakce potřebují NADPH, O 2, Mg

60 METABOLISMUS (7) Cytochrom 450: -čtyřicet isoenzymů, hem protein a Fe -potřebuje NADPH cytochrom P450 reduktázu (dodává elektrony) -enzymový proteín se označuje CYP - na metabolismu xenobiotik se pod í l í CYP1-3. CYP4 - mastn é kyseliny -60 typů reakc í -isoenzymy maj íš irokou specifitu

61 METABOLISMUS (8) Hlavn í typy oxidac í katalyzované cytochromem P450 -aromatick á hydroxylace -alifatick á hydroxylace -dealkylace z N,O,S atomů n á sledovan á oxidac í

62 METABOLISMUS (9) Některé oxidace katalyzovány jinými enzymy: - alkohol dehydrogenáza - xanthin oxidáza - mikrozomální amin oxidáza - monoamin oxidáza (MAO)... Také peroxidázy - katalyzují oxidace (př. benzen)

63 METABOLISMUS (10) Ad 2) Redukce: - katalyzov á ny buď cytosolovými reduktázami nebo střevními bakteriemi -nejznámější - redukce nitro- a azo- skupin - méně časté -redukce aldehydů a ketonů, epoxidů a dvojných vazeb, reduktivn í dehalogenace

64 METABOLISMUS (11) AD 3) Hydrolýza -estery a amidy - hydrolyzovány esterázami a amidázami -výskyt - cytosol buňky -různé tkáně, zejména plazma -př. sukcinyl cholin

65 METABOLISMUS (12) Ad 4) Hydratace -epoxide hydroláza - stabiln í epoxidy (mikrosomální frakce) - detoxikačn í reakce na méně reaktivní látky

66 METABOLISMUS (13) FÁZE 2 1.Sulfatace 2.Konjugace s kyselinou glukuronovou 3.Konjugace s glutathionem 4.Acetylace 5.Konjugace s aminokyselinami = konjugační reakce - přidání polární skupiny do cizí molekuly (do původní nebo z fáze 1)- více rozpustné, větší clearence, méně toxické (Ale)

67 METABOLISMUS (14) Ad 1) Sulfatace -adice sulfátu na hydroxylovou skupinu -katalyzováno sulfotransfer á zou, za pomocí fosfoadenosintransferázy -vznik pol á rn í ho produktu - velmi rozpustný

68 METABOLISMUS (15) Ad 2) Konjugace s glukuronovou kyselinou -je to pol á rn í, dobře rozpustn á kyselina -aduje se na OH, COOH, amino, thio skupiny -hlavn í m procesem 2. fáze metabolismu -glucuronosyltransferáza (mikrosom á ln í enzym) a UDP- glukuronovou kyselinu jako kofaktor

69 METABOLISMUS (16) Ad 3) Konjugace s glutathionem -často nastává při odstraňov á n í reaktivn í ch intermediátů -glutathion - tripeptid jater -je scavenger reaktivn í ch sloučenin -sulfhydrylov á skupina působ í jako nukleofil -katalyzují glutathion transfer á zy - epoxidy, aromatick é halogenidy a nitro sloučeniny, nenasycen é alifatick é sloučeniny

70 METABOLISMUS (17) Ad 4) Acetylace -není častá -méně rozpustný produkt -aromatick é amino sloučeniny, sulfonamidy,hydraziny, hydrazidy -acetyltransferázy (cytosol, j á tra, sliznice žaludku, bílé krvinky) -acetylkoenzym A jako kofaktor

71 METABOLISMUS (18) Ad 5) Konjugace s aminokyselinami -cizí organické kyseliny -nejčastěji – glycin -kyselina reaguje s koenzymem A a následně s aminokyselinou

72 METABOLISMUS (19) Ad 6) Methylace -OH, NH 2,SH skupiny -methyltransferázy Stejně jako acylace - snížení rozpustnosti -př. methylace těžkých kovů (tím též změna toxicity vůči cílovému orgánu - ledviny x nervový systém)

73 METABOLISMUS (20) !!!! DETOXIKACE x AKTIVACE (př. paracetamol; pesticidy)

74 METABOLISMUS (21) FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ TOXICKOU ODPOVĚĎ -metabolismus je hlavním faktorem určujícím toxicitu látky -faktory ovlivňuj í c í dispozici n á sledně ovlivňuj í toxicitu Dělen í faktorů na: 1) fyzikálně-chemick é (pKa, lipofilita, velikost, tvar) 2) biologick é faktory (druh, věk, pohlav í, patologický stav...) - tyto faktory ovlivňuj í metabolizmus př. jeden izomer odbour á v á n v í ce než druhý

75 METABOLISMUS (22) 1) Druhov é rozd í ly Jednotlive živoči š n é druhy se velmi li ší ve sv é odpovědi na toxick é l á tky L é ky testovan é na zv í řatech - přechod na člověka – probl é m Veterin á rn í l é ky - nemohou se použ í vat pro v š echny druhy zv í řat 2) Živoči š n é kmeny (strains) pokusn á zv í řata

76 METABOLISMUS (23) 3) Pohlaví Samci a samice se li ší - odli š n é metabolick é pochody a hormon á ln í rozličnost Muži obecně maj í rychlej ší metabolismus Rovněž zn á m é rozd í ly při vylučov á n í př. ženy nižš í hladiny BuChE 4) Genetick é faktory a lidsk á variabilita při odpovědi -zvl áš ť důležit á u lid í (genetický mix) -genetick é defekty - toxick é reakce na někter á l é čiva alkoholdehydrogenáza (Indi á ni) Cholinester á zy - suxamethonium

77 5) Faktory životn í ho prostřed í -chemik á lie kterým je člověk vystaven v j í dle, vzduchu, vodě -lid é mohou být l é čeni kombinac í l é ků a pak může doj í t k intoxikaci těmito chemik á liemi -užívání jedn é l á tky může m í t efekt na to jak tělo bude reagovat na jinou l á tku +enzymov á indukce - po opakovan é expozici l á tky, vy šší aktivita enzymu - zvý š en í či sn í žen í toxicity dan é l á tky +enzymov á inhibice – snižování aktivity enzymu METABOLISMUS (24)

78 METABOLISMUS (25) 6) Patologick é změny -nebyly moc zkoum á ny -př. nemoci jater určitě ovlivn í metabolismus (enzymov á z á kladna) -tak é různ é nemoci (př. chřipka)

79 EXKRECE (1) Eliminace toxické látky z organismu určuje její biologický efekt Tzn. Rychlá eliminace snižuje pravděpodobnost výskytu toxicity látky a snižuje trvání jejího biologického efektu Eliminace cizí látky je odraženo buď v jejím plazmatickém poločase nebo poločase výskytu v organismu (whole body half-time) Plazmatický poločas reflektuje metabolismus, distribuci a exkreci Poločas výskytu v organismu je čas potřebný k eliminaci látky z organismu (reflektuje exkreci)

80 EXKRECE (2) Nejdůležitější cesty exkrece: 1.Moč (Ledviny) 2.Žluč (Játra) 3.Vydechovaný vzduch (Plíce) 4.GIT 5.Mateřské mléko 6.Pot

81 EXKRECE (3) 1) Exkrece močí Exkrece z krevního řečiště do moči – malé, ve vodě rozpustné molekuly (velké molekuly – neprocházejí glomerulus; lipofilní látky – jsou zpětně resorbovány z tubulů) Ledviny vlastně filtrují cizí látky z krve Tři mechanismy exkrece do moči: 1)Filtrace (přes póry v glomerulu) 2)Difůze (do tubulů) 3)Aktivní transport (do tubulární kapaliny) Základní jednotkou ledvin je nefron

82 EXKRECE (4) STRUKTURA LEDVIN: STRUKTURA NEFRONU:

83 EXKRECE (5) Vazba na plazmatické proteiny -může ovlivnit exkreci -látky s velkou afinitou jen částečně vylučovány pH moči - ovlivňuje reabsorbci látek z moči do krve - může být ovlivněno dietou (více bílkovin – kyselá) Rychlost toku moči z ledvin do močového měchýře - zvýšený tok usnadňuje exkreci

84 2) Exkrece žlučí Důležitá cesta exkrece velkých polárních látek Žluč je sekretována v játrech (hepatocyty), a žlučovodem do dvanáctníku, a následně stolicí ven z těla Důležitá je molekulová hmotnost vylučované látky (300 a více) Exkrece do žluči je aktivní proces zahrnující tři specifické transportní systémy ( pro neutrální látky, kationty a anionty) Stejně jako renální exkrece i exkrece do žluči může být saturována (nárůst koncentrace látky v játrech) EXKRECE (6)

85 EXKRECE (7) Některé látky po kontaktu se střevní mikroflórou mohou být metabolizovány na lipofilnější látku, která může být reabsorbována a opět se vrátit do jater. Enterohepatická recirkulace Exkrece žlučí tedy může: 1)Zvýšit poločes látky 2)Vést k produkci toxičtějších látek 3)Zvýšit zátěž jater 4)Být saturována a tím vést k zničení jater

86 EXKRECE (8) 3) Exkrece plícemi -důležitá cesta exkrece těkavých látek a plynných metabolitů -Př % benzenu eliminováno plícemi -Exkrece probíhá pasivní difůzí z krve do plícních sklípků (alveolů) [koncentrační gradient] -Látky lipofilní – prochází Díky rychlé výměně plynů – stálé zachování koncentračního gradientu

87 EXKRECE (9) 4) Mateřské mléko -velmi důležité (novorozenci – potrava) -Zvláště lipofilní látky - př. DDT – pro matku netoxické Další: 5) Pot 6) Slzy 7) Sperma 8) Sliny 9) Žaludeční šťávy

88 TYPY EXPOZICE AKUTNÍ – jednorázová dávka ve větším množství AKUTNÍ TOXICITA (ihned po akutní expozici) CHRONICKÁ – opakovaná expozice CHRONICKÁ TOXICITA (po týdnech, měsících…)

89 CESTY EXPOZICE 1.Gastrointestinální trakt (GIT) 2.Inhalace - plíce 3.Kůže Cesta vstupu může ovlivnit systémovou toxicitu. Místo toxického efektu může být důležité při lokální toxicitě v místě absorpce Př. Iritanty mohou způsobit zánět v místě absorpce Azbest – zničení buněk plic

90 JINÉ TYPY PODÁNÍ TOXICKÝCH LÁTEK 1.Intravenózní – rychlý nástup 2.Intramuskulární – pomalý nástup 3.Intraperitoneální (experimentální) – rychlý nástup 4.Subkutánní (experimentální) – pomalý nástup

91 TYPY ODPOVĚDI NA TOXICKOU LÁTKU Biologický systém může odpovídat na toxickou látku mnoha způsoby (Smrt je jen jeden ze způsobu odpovědí) Šest kategorií odpovědi na toxickou látku (na základě konečného výsledku): 1.Přímý toxický vliv: poškození tkání 2.Biochemické poškození 3.Farmakologický či fyziologický efekt 4.Imunotoxicita 5.Teratogenita 6.Genotoxicita 7.Karcinogenita Mohou se překrývat Jedna látka může mít více typů efektů

92 TOXICITA NA CÍLOVÝ ORGÁN JÁTRA – častým místem toxického efektu; přímá expozice Díky:a) jejich pozici v těle vzhledem k jejich zásobování krví (z GIT) b) jejich struktury c) jejich roli v metabolismu d) jejich funkci Z GIT jsou látky transportovány přímo do jater portální vénou. Do jater jde 25 % krve ze srdce. Hepatocyty (jaterní buňky) jsou metabolicky velmi aktivní. V některých případech mohou vznikat toxické metabolity Do žluče mohou být exkretovány toxické látky a tím ničit žlučovod.

93 Ledviny Přímá expozice Mají poměrně velkou metabolickou aktivitu a velký krevní průtok. Jsou exkrečním orgánem. Některé látky působící toxicky na ledviny jsou koncentrovány (př. kadmium) Plíce Přímá expozice Těkavé látky a mikročástice (prach a saze; př. azbest) Velký průtok Mozek Blood-Brain Barrier – znemožnění průchodu některých látek

94 Základní mechanismy způsobující toxické odpovědi ve všech orgánech mohou být rozděleny: 1)Primární efekt – vyskytující se na molekulární úrovni (př. kovalentní vazba k makromolekulám,…) 2) Sekundární efekt - zničení makromolekul nebo změny v jejich struktuře či změny v jejich funkci (např. organel) 3) Terciální efekt – nekróza, apoptóza, …

95 Ad 1) Přímý toxický vliv: poškození tkání Přímá toxicita na tkáně končí zničením tkáně, manifestované jako nekróza. Je to proces při kterém jsou zničeny buňky, okolní tkáň je ovlivněna a nastává zánětlivá odpověď. Nekróza je ireverzibilní proces. Apoptóza – programovaná smrt buněk. Je součástí normálního znovuobnovování tkání. Může být stimulována toxickými substancemi.

96 Ad 2) Biochemické poškození Biochemické poškození může vést k vývoji patologických změn jako je degenerace buněk ale můžou jednoduše způsobit i smrt celého organismu zasažením některých vitálních funkcí (př. buněčné dýchání – CN; CO memoglobin) Ad 3) Farmakologický či fyziologický efekt Farmakologické a fyziologické odpovědi jsou takové, při kterých jsou ovlivněny funkce organismu. (př. krevní tlak)

97 Ad 4) Imunotoxicita Toxické reakce zahrnující imunitní systém. Hypersenzitivita či alergická reakce – nepřímá imunotoxicita -Nastává když je imunitní systém stimulován po tom, co byl jedinec exponován chem. látce, která se může vázat k makromolekule a měnit ji. Čtyři typy hypersenzitivních reakcí – reakce I-IV typu Imunosuprese – přímý efekt na imunitní systém = potlačení imunitní odpovědi Imunostimulace – přímý efekt

98 Ad 5) Teratogenita Ovlivnění vývoje plodu. Vede k funkčním a strukturálním abnormalitám plodu a vznikajícího organismu. Teratogeny jsou často relativně netoxické pro matku ale interferují s vývojem embrya v jednotlivých stádiích. Charakteristiky teratogeneze: 1)Teratogeny jsou z hlediska působemí selektivní pro organismus ve vývoji spíše než k matce. 2)Citlivost embrya či plodu se liší ve vztahu ke stupni expozice 3)Pozorované abnormality jsou specifické ke stupni expozice spíše než k chemikálii 4)Vztah dávka-odpověď je strmá

99 Obecně jsou výsledky expozice vyvíjeného organismu limitovány do čtyř základních kategorií: 1.Smrt a interupce 2.Malformace 3.Zastavení růstu 4.Funkční porucha Někdy se může teratogenní efekt vyvinout později během života potomků než během těhotenství.

100 Ad 6) Genotoxicita Mutace vznikají z interakcí mezi chemikálií a genetickým materiálem – dědičná změna v genotypu buňky a tím přechází chyba na dceřiné buňky další generace. Interakce chemikálií s genetickým materiálem může být rozdělena do třech typů: Aneuploidizace (ztráta či zisk celého chromozomu), clastogeneze (ztráta, přidání nebo přeskupení části chromozomu) a mutageneze (ztráta, přidání či změna malého počtu páru bazí v chromozomu) První dvě poruchy mají obvykle značný efektu na buňku. Změna párů bazí může vést jak k malým chybám nebo k důsledkům jako posun celého genetického kódu.

101 Ad 7) Karcinogenita Karcinogenita je produkce maligních nádorů vznikajících nekontrolovanou proliferací buněk jako odpověď na expozici chemikáliím. Karcinogeny nemusí být vždy mutageny. Karcinogeneze je vícekrokový proces zahrnující iniciaci, promoci a progresi. Iniciace- produktem jsou ireverzibilní změny Promoce-následuje iniciaci; změna genetické exprese a růst klonu nového buněk Během progrese vznikají změny ve fenotypu a buňky se stávají maligním tumorem.

102 BIOMARKERY Určení expozice, detekce odpovědi a určení citlivosti k chemikáliím zahrnuje sledování rozličných biomarkerů. Existují biomarkery: Expozice organismu toxické látce Odpovědi organismu na expozici Citlivosti organismu k chemikáliím Biomarkery expozice (málo) zahrnují hladiny vlastní toxické látky v krvi, její metabolity a adukty s proteiny charakterizující vnitřní expozici. Je mnoho biomarkerů odpovědi (jakákoliv změna struktury či funkce). Biomarkery citlivosti jsou více limitovány a jsou jednotlivými indikátory jako je přítomnost nebo absence enzymů.

103 ÚVOD DO OBECNÉ TOXIKOLOGIE Prof. Jiří Patočka

104 Kapitola I. – ÚVOD DO TOXIKOLOGIE Definice toxikologie a základních toxikologických pojmů Zdravotní rizika chemických látek, jejich hodnocení a řízení Rozdělení a toxikologická klasifikace chemických látek Specializované oblasti toxikologie

105 Kapitola II. – OBECNÁ TOXIKOLOGIE Vztahy mezi chemickou strukturou látky a toxickým účinkem Metody experimentální toxikologie Faktory ovlivňující toxický účinek chemické látky Selektivní a orgánová toxicita

106 Kapitola III. – TOXIKINETIKA A BIOTRANSFORMACE TOXICKÝCH LÁTEK Absorpce Distribuce Exkrece Biotransformace

107 Kapitola IV. – MECHANISMY TOXICKÉHO ÚČINKU Interakce s biomakromolekulami Inhibitory enzymů Inhibitory iontových kanálů Inhibitory mikrotubulů Látky modifikující DNA

108 Kapitola V. – KLINICKÉ PROJEVY INTOXIKACE Účinek na gastrointestinální trakt Účinek na kardiovaskulární systém Účinek na dýchací systém Účinek na játra a ledviny Účinek na imunitní systém Účinek na nervový systém

109 Kapitola VI. – OBECNÉ ZÁSADY TERAPIE OTRAV Klasifikace otrav Metody eliminace xenobiotik z organismu Detoxikace xenobiotik Nespecifická antidotní terapie Specifická antidotní terapie

110 Kapitola VII. – SOUČASNÉ POSTAVENÍ A PERSPEKTIVY DALŠÍHO ROZVOJE TOXIKOLOGIE


Stáhnout ppt "Toxikologie II Daniel JUN a Kamil KUČA. Kontakt: Mgr. Daniel JUN, PhD. Ing. Kamil KUČA, PhD. (Mgr. Jan MAREK) ********************** Centrum pokročilých."

Podobné prezentace


Reklamy Google