Prof. MVDr. Zdeňka Svobodová, DrSc. Přednáška č. 1 Vymezení předmětu toxikologie, mechanismus působení jedů, metody hodnocení toxicity, klasifikace jedů, historické údaje Prof. MVDr. Zdeňka Svobodová, DrSc.

Toxikologie Definice: Toxikologie je věda, která se zabývá studiem nepříznivých účinků chemických, fyzikálních a biologických agens na živé organismy a ekosystémy včetně prevence a léčby těchto nepříznivých účinků. (Society of Toxicology)

Historie toxikologie Používání jedů a shromažďování informací o nich se datuje do nejstarších údobí lidské civilizace Jedy hrály významnou roli v historii a politice Jejich použití je umožněno lidskými negativními vlastnostmi (jako strach, touha po moci nebo hněv), ale také nedostatkem informací, ignorancí, nepozorností či nedbalostí Ve veterinární praxi jsou pak kromě záměrných otrav a nehod zvláštní kategorií otravy zvířat spojené se sebevražednými úmysly jejich majitelů

Známé osobnosti věnující se výzkumu jedů: Dioscorides : první klasifikace jedů, navrhnul použití emetik jako prostředků k léčbě otrav - Paracelsus : „Všechny substance jsou jedy, neexistuje žádná, která by jím nemohla být. Pouze dávka odlišuje jed od látky neškodné nebo léku.“ - byl to lékař – alchymista; položil základy farmakologie, toxikologie a moderní terapie, objevil vztah dávka-účinek

Historicky známé otravy a traviči: Král Mithridates Eupator (1. století před kristem) Užíval malé dávky 36 různých jedů, aby si na ně vybudoval toleranci a nemohl být zákeřně otráven. Když na něj později jeho syn spáchal atentát a král již neměl možnost uprchnout z paláce, chtěl se vyhnout zavraždění a pozřel dávku jedu. Jed ale na něj neměl efekt, takže krále musel zabít jeho věrný sluha. Od té doby se imunitě vůči jedům říká mithridatismus. - Princip návyku: Zvýšení obrany již při resorpci – snížená penetrace jedu do organismu Zvýšení kapacity detoxifikačních mechanismů Zabudování jedu do biochemických procesů – riziko abstinenčního syndromu Příklady látek, na něž se dá vybudovat návyk : arsen, sůl, morfin a další rostlinné jedy

Sokrates Jeden z nejvýznamnějších antických filozofů Byl popraven (donucen k sebevraždě), vypil číši bolehlavu Bolehlav plamatý (Conium maculatum) je plevel rostoucí na rumištích a v příkopech, obsahuje alkaloid koniin, který působí obrnu svalstva a smrt zadušením za plného vědomí. Ve středověku bylo povolání traviče běžné, nejznámějšími traviči jsou ženy: - Kateřina Medicejská (manželka francouzského krále Jindřicha II.) a Lukrezia Borgia (dcera papeže Alexandra VI.). - V Itálii byla velmi slavnou dodavatelkou jedů žena jménem Tofana, která připravovala jedovatou kosmetiku s obsahem arsenu ("Aqua Tofana").

I v novodobých dějinách se setkáme s velkým množstvím otrav, nejčastěji se jedná o zneužití ve válce a nebo o únik průmyslových chemikálií: První světová válka – použití bojových plynů (soman, sarin) Druhá světová válka - nacističtí důstojníci nosili kapsli s jedem – kyanid. Také použití kyanidů (Zyklon) k vyvražďování v koncentračních táborech Nedávná doba - otrava ukrajinského prezidenta Juščenka, agenta Litviněnka apod. Mnoho případů otrav zvířat, v poslední době neustále zmiňován karbofuran jako nebezpečný prostředek zneužívaný k záměrným otravám Mnoho případů otrav z jídla – chemické havárie, používání jedů a jejich uvolňování do životního prostředí bez prostudování všech jejich možných účinků a následků: - Minamata Disease (Japonsko, 1950 – 1960) – otrava methylrtutí u zvířat i lidí - Irák – 60. léta 20. století – otrava z obilí namořeného pesticidem na bázi fenylrtuti - Itai-Itai Disease (ouch-ouch disease) – 50. léta 20. století – otrava kadmiem - Yusho disease - 1968 v Japonsku – otrava PCB

Metody hodnocení toxicity Založené na známých případech z praxe, případových studiích Metody předpovědi toxicity Testy toxicity ad 1) Pokud není možnost testovat danou látku či vliv na lidech a zvířatech. Důležité vypozorovat a odvodit co nejvíce poznatků ze známých případů takovýchto otrav.

ad 2) Existuje vztah mezi chemickou strukturou a biologickým efektem chemických látek. Neplatí to stoprocentně, nicméně tento poznatek slouží k základní orientaci v toxikologickém nebo farmakologickém mapování účinku látek – metoda Quantitative Structure – Activity Relationship (QSAR) - snižuje se počet použitých pokusných zvířat. ad 3) Testy toxicity probíhají na různých úrovních: buňky a tkáně (in vitro testy) organismy biocenózy

Testy na úrovni buněk a tkání – primární + stabilní buněčné kultury - Test s neutrální červení - Výhoda v rychlosti, reprodukovatelnosti, nízkých finančních i časových nákladech - Nevýhoda - nevypovídají nic o vlivu na celé orgánové soustavy a organismus jako celek - Použití jako screeningové testy před pokusy na živých organismech

Testy na organismech – nejčastěji používané, všechny vývojové stupně (bakterie až savci). Metody unifikovány - Organisation for Economic Cooperation and Development (OECD) a International Organization for Standardization (ISO). Testy na biocenózách jsou nejlepší, postihují nejen vliv látky na organismy samotné, ale i na celá společenství živočichů, rostlin a dané životní prostředí. Prováděny jsou ale málo – časová a hlavně finanční náročnost.

OBECNÁ TOXIKOLOGIE Definice toxinu: Toxin je jakákoliv substance, která i v malém množství nebo nízké koncentraci, po jednorázovém nebo opakovaném podání, způsobí poškození nebo smrt organismu Dle profesora Švagra: „jakákoliv substance kvalitativně či kvantitativně cizí organismu, která je schopná způsobit chemické nebo fyzikální poškození tomuto organismu, by měla být klasifikována jako toxin" Faktory ovlivňující toxicitu: Playeho princip CCC (DCC): - Koncentrace (Concentration - Doses) - Komplexace (Complexation) - Kompetice (Competition)

Koncentrace: Obvykle čím větší dávka, tím větší efekt Některé toxiny – fenomén nazvaný hormeze – jiný efekt při malých a jiný při velkých dávkách Komplexace: Obecné pravidlo toxikologie – co je rozpustné, může být toxické = nerozpustné sloučeniny se nevstřebávají a nemají účinek Její princip často využíván v terapii (př. cheláty)

Kompetice: Kompetice dvou substancí o jeden receptor, enzym nebo vazebné místo (př. chloridy a dusitany, metanol a etanol, rodenticidy a vitamín K atd.)

Synergismus a antagonismus: Interakce dvou nebo více látek, jejich účinek se současným užitím zvyšuje – aditivní (př. kombinace dvou organofosfátů) nebo znásobený účinek (pyrethroidy + piperonylbutoxid) Antagonismus Interakce dvou nebo více látek, které při současném užití mají nižší efekt než každá samostatně - Chemický antagonismus (neutralizační reakce, interakce kation + anion, chelatace) - Funkční antagonismus – využívá se při symptomatické léčbě otrav – opačné působení na stejné struktury, ovlivnění stejného pochodu, receptoru atd. (antikonvulziva u křečových jedů apod.)

Toxikokinetika – osud jedu v organismu: Zahrnuje absorpci, transport a distribuci, biotransformaci a vylučování jedů Cesty absorpce: - gastrointestinální trakt - dýchací orgány - kůže a sliznice - parenterální (s. c., i. m. nebo i. v. injekce) – také vstříknutí hadího či jiného živočišného jedu do organismu

Transport a distribuce: - Transport toxinů v krvi – volně v plasmě nebo navázané na některé struktury (albumin, ceruloplasmin, krvinky) - Při distribuci se největší množství toxických látek dostává do jater a ledvin. Jinak má spousta jedů afinitu vůči specifickému orgánu či orgánové soustavě – tzv. tropismus Biotransformace: - Některé látky vyloučeny z těla nezměněny - Většina látek prochází biotransformací – aktivace či redukce toxického účinku - Speciální typ je biotransformace pre-absorpční v GIT: např. tvorba fosfanu ze ZnP3, uvolnění kyanidů z kyanogenních glykosidů atd.

- Hlavním orgánem biotransformace ale zůstáváají játra – proces probíhá ve 2 fázích: fáze 1 fáze 2 XH X – OH X – O – Konjugát XH xenobiotikum je přeměněno oxidací (redukcí, hydrolýzou) na polárnější metabolit X – OH, který může být více nebo méně toxický než původní sloučenina, a tento je pak substrátem pro konjugační reakce, kdy vzniká již neaktivní derivát

- játra (žluč a pak faeces) - gastrointestinální trakt (faeces) Vyloučení jedů: - ledviny (moč) - játra (žluč a pak faeces) - gastrointestinální trakt (faeces) - plíce - mléčná žláza - slinné žlázy - pot, slzy, mazové žlázy