Toxikologie organických látek

Alifatické uhlovodíky narkotický účinek vzrůstá se zvyšováním M a s počtem násobných vazeb narkotický účinek vzrůstá rozvětvením řetězce a s přítomností kruhů podráždění očí, sliznic a kůže - rozpouštění tuků při požití nevyvoláváme zvracení C1 - C4 - nasycené dusivý účinek, nenasycené narkotický účinek C5 - C7 - poškození PNS - polyneuropatie, odmaštění pokožky - dermatitidy C4 - C12 - nebezpečné hořlaviny, se vzduchem výbušné směsy Parafínový olej - směs uhlovodíků  C16, Tv > 360°C - projímadlo

Aromatické uhlovodíky rozpouštědla tuků, olejů a vosků hepatotoxické a nefrotoxické účinky účinek na kardiovaskulární systém a krvetvorbu akutní i chronické účinky neurotoxické dráždivé účinky na kůži nesubstituované s vyšším počtem kruhů často významné karcinogeny Benzen Výroba a využití surovina pro výrobu polymerů, pesticidů, léků, barviv, plastů. pryskyřic,výbušnin, fotografických materiálů, aditiv do potravin..... rozpouštědlo vosků, pryskyřic, olejů a kaučuku.... aditivum do benzínů

Benzen Biotransformace benzenu Reaktivní metabolity benzenu atakující biomolekuly benzenoxid p - benzochinon mukonaldehyd epoxid tranns - dihydrokatecholu Benzen Toxikokinetika absorpce při inhalační expozici 80 %, GI expozici 95 % (zvířata) a transdermálně 22 - 36 % depozice v játrech, ledvinách, břišním tuku, mozku, kostní dřeni, placenta hlavní část metabolismu v játrech, také v kostní dřeni indukce vlastního metabolismu nemetabolizovaný benzen eliminován ve vydechovaném vzduchu (asi 17 %), metabolizovaný v moči Toxické účinky Kostní dřeň poškození kmenových buněk v kostní dřeni - akutní i chronická intoxikace leukopenie - nedostatek bílých krvinek - nebezpečí infekcí trombocytopenie - nedostatek krevních destiček - špatná srážlivost krve aplastická anemie - nedostatek červených krvinek - vliv na přenos kyslíku

Toxické účinky benzenu v závislosti na dávce a době expozice CNS spíše akutní účinky - podobnost s akutní otravou ethanolem (nejprve euforie, pak nejistá chůze, špatná artikulace, poruchy rovnováhy, následně nevolnost, ospalost a hluboká narkóza) Imunitní systém souvisí s poškozením kostní dřeně, spíše při chronické expozici Kůže odmaštění kůže následované infekcí - vznik dermatitid Genotoxicita a karcinogenita benzen způsobuje chromosomové aberace - klastogenický účinek prokazatelně způsobuje leukémii - zhoubné bujení krevních buněk

Biotransformace toluenu Kataraktogenní účinek Toluen Teratogení účinky toluenu jsou podobné fetálnímu alkoholovému syndromu Biotransformace toluenu 60 - 80 % 1% < Kataraktogenní účinek Toluen biotransformace na kyselinu benzoovou, nebo přímé vyloučení ve formě glukuronidů akutní účinky na CNS silnější než benzen - deprese CNS, narkóza, halucinace při akutní intoxikaci - ztráta sluchu (myši) není karcinogenní chronické účinky na CNS - trvalé závažné poškození mozku už po několikrát opakované expozici, dále poškození jater , ledvin,.... možné teratogení účinky - podobné fetálnímu alkoholovému syndromu PAU Naftalen hemolýza s následným poškozením ledvin sraženou krví - vysoké dávky způsobuje podráždění očí a šedý zákal - kataraktogenní účinek odmaštění kůže karcinogen třídy C (podle IARC) - možný karcinogen

Aspartam Methanol (CH3OH) Biotransformace methanolu CH3OH H2C=O HC=O Formaldehyd Kys. mravenčí NAD- NADH ADH ALDH ADH - alkoholdehydrogenasa ALDH - aldehyddehydrogenasa Biotransformace methanolu H2O + CO2 Aspartam Methanol (CH3OH) Toxikokinetika maximální koncentrace v krevní plazmě 30 - 60 min po požití metabolizován zejména v játrech, ale i v ledvinách v 1. kroku biotransfornace vzniká formaldehyd, katalýza ADH, afinita methanolu k ADH 10-krát menší než afinita Et-OH, tento krok limituje nástup symptomů formaldehyd - vysoce reaktivní toxin, T1/2 = 1 - 2 min, nestihne poškodit orgány kys. mravenčí - rychlost konverze na CO2 a H2O ovlivněna kys. listovou (vitamín B 11), po jejím vyčerpání dochází k hromadění kys. mravenčí v těle - hlavní toxický metabolit, nejvyšší koncentrace v plazmě za 2 - 3 dny !!! 10 - 70 % nemetabolizovaného methanolu vylučováno plícemi, 2 - 5 % močí metabolické uvolňování z umělých sladidel - Aspartam (NutraSweet)

Methanol (CH3OH) Mechanismus účinku Akutní otrava Specifické antidotum kyselina mravenčí způsobuje acidózu a blokádu oxidačního metabolismu zejména nervových buněk - vazba HCOOH na Fe3+ v enzymech ox. metabolismu, poškození očního nervu Akutní otrava za 1 h po požití zmatenost, ataxie, velmi slabá opilost - účinky methanolu za 6 - 30 h symptomy otravy kyselinou mravenčí poškození zrakových nervů - pocit mlhy, sněhové vánice, dočasná nebo trvalá slepota poškození CNS - parkinsonismus, atetóza, chorea GI symptomy - vnitřní krvácení Specifické antidotum ethanol - blokuje ADH, zabraňuje přeměně methanolu na formaldehyd

Toxikokinetika ethanolu při jednorázové aplikaci závislost na dávce Absorpce Maximální koncentrace v krevní plazmě Eliminace Konstantní metabolická rychlost 0,1 g/kg/h (muži) 0,0855 g/kg/h (ženy) Ethanol (CH3CH2OH ) Toxikokinetika úplná absorpce už v horních částech GI (ústa, jícen, žaludek) polovina dávky se absorbuje během 15 min, vrchol v plazmě 30 - 60 min vliv dávky a náplně žaludku na stupeň a rychlost absorpce oxidace v játrech, malé množství (2- 10 %) v žaludku (muži) při oxidaci alkoholu se uvolňuje velké množství energie tělo nevyužívá jiné zdroje - „faty liver“ a cirhóza jater Akutní účinky atak CNS - interakce s celou řadou neurotransmiterů, nejprve excitace, poté útlum, potlačení termoregulace, vliv na žlázy s vnitřní sekrecí vasodilatace - efekt při prevenci infarktu (1 alk. jednotka) vliv na sekreci žaludečních šťáv - aperitiv, alkoholická anorexie inhibice produkce antidiuretického hormonu - ztráty vody a minerálů acidóza, hypoglykémie farmakodinamická tolerance - adaptace neuronů, nástup akutních účinků při vyšší koncentraci alkoholu v krvi

Alkoholismus způsobuje cirhosu jater a poškození mozku Látky blokující aldehyd-dehydrogenázu se dají použít k léčení alkoholizmu Disulfiram Hnojník nebo Hník inkoustový (Coprinus atramentarius) Ethanol (CH3CH2OH ) Chronické účinky „Fatty liver“, cirhóza jater, hepatitická encefalopatie chronické poškození CNS nekróza neuronů - zhoršené vstřebávání vitamínu B1 (Thiamin), oxidativní stres (peroxidace lipidů) delirium tremens tolerance - farmakokinetická (indukce monooxigenázového systému) psychická závislost zvýšené riziko vzniku nádoru - indukce CYP 450 Teratogenní účinky fetální alkoholový syndrom - mentální i fyzická retardace dítěte hlavní riziko v počátečním stadiu těhotenství

Fetální alkoholový syndrom Fetální alkoholický syndrom Mozek 6 - ti týdenního dítěte: vlevo: normální; vpravo: FAS Fetální alkoholový syndrom Fetální alkoholický syndrom Malý obvod hlavy Záhyby kůže v očních koutcích “Přivřené oči” Mělký kořen nosu ¨Tenký horní ret Krátký nos Nerozeznatelná drážka mezi nosem a horním rtem

Alkoholy Fenol výrazně leptavé účinky - nekrosa buněk na sliznicích smrtelná orální dávka pro člověka 5 - 12g po požití nejprve poleptání trávícího traktu a atak CNS, později poškození ledvin, myokardu, jater, pankreasu a sleziny usmrcuje mikroorganismy, výrazné cytotoxické účinky

Alkoholy Biotransformace ethylenglykolu Ethylenglykol součást nemrznoucích směsí, brzdových a hydraulických kapalin smrtelná dávka asi 100 ml pro dospělého člověka vznik toxických metabolitů - kyseliny glykolové a šťavelové 3 stádia akutní otravy CNS stadium (po 30 min - 12h) - podobné otravě ethanolem - euforie, pak útlum a nevolnost Kardiopulmonární stádium (po12-24h) - hyperventilace, tachykardie Renální stádium (po 24 - 72h) - poškození ledvin krystalky octanu vápenátého

Ethery vysoce hořlavé kapaliny se širokým rozsahem mezí výbušnosti po dlouhé době stání zejména ve skleněných nádobách - výbušné peroxidy - exploze při otevření zábrusové nádoby Diethylether (C2H5-O-C2H5) akutní orální i inhalační otrava - narkóza, ochrnutí dýchacího systému, smrt chronické otravy - mírná omámenost, únava, ospalost dlouhodobý kontakt vede k návyku - euforické stavy Halogenethery (1,1´- dichlordimethylether- ClCH2-O-CH2Cl) silně dráždivé účinky při inhalaci, potřísnění kůže i vniknutí do oka účinek podobný fosgenu - edém plic některé halogenethery jsou zařazeny mezi karcinogeny Ethylenoxid plyn páchnoucí po schnilých jablkách dráždí oči a sliznice (jako amoniak), plicní edém, podezřelý karcinogen

Aldehydy a ketony Formaldehyd (HCHO) účinek hepatoxický a nefrotoxický, často alergeny, některé patří ke karcinogenům, toxičtější než alkoholy a ethery hořlaviny I. třídy Formaldehyd (HCHO) bezbarvý plyn štiplavého zápachu, k dezinfekci 25 - 40% vodný roztok součást močovino- a melamino- pryskyřic - dřevotřískové desky, okály silně dráždivá látka s výrazně redukčními vlastnostmi - koagulace bílkovin mutagenní a karcinogenní účinky

Aldehydy a ketony Halogenketony Chloraceton (CH3-CO-CH2Cl) slzotvorné látky ve výzbroji armád a policií silně dráždí sliznice a zejména oční spojivky bromované a iodované deriváty mají silnější slzotvorný účinek než chlorované při styku s pokožkou způsobují dermatitidy a popáleniny Chloraceton (CH3-CO-CH2Cl) koncentrace 2,3 mg/l (605 ppm) je smrtelná během 10 min koncentraci 0,1 mg/l (26 ppm) nelze tolerovat déle než 1 min

Thiofosfáty (Parathion) Dithiofosfáty (Malathion) Nervově paralytické látky Organofosfáty - ireversibilní vazba na acetylcholinesterázu Organofosfáty estery odvozené od kyseliny fosforečné používané jako insekticidy a BOL R1-O O R2-O P — O — R3 Fosfáty (Paraoxon) = R1-O S R2-O P — O — R3 Thiofosfáty (Parathion) = R1-O S R2-O P — S — R3 Dithiofosfáty (Malathion) = Mechanismus akutního toxického účinku tvoří ireverzibilní vazbu s enzymem acetylcholinesterázou následkem inaktivace enzymu dochází k hromadění acetylcholinu v synapsích nervových zakončení nadměrná stimulace M a N - receptorů a porušení přenosu nervových impulzů

Organofosfáty Nadměrné dráždění muskarinových receptorů Plíce - nadměrná produkce hlenu Srdce - potlačení srdeční aktivity, pokles krevního tlaku GI - zvýšená činnost žláz s vnitřní sekrecí (nadměrné slinění), kontrakce hladkého svalstva a povolení svěračů (průjem, zvracení) Oči - mióza (zúžení zorniček) Nadměrné dráždění nikotinových receptorů CNS - hyperaktivita, tremor (třesavka) Nervosvalové spojení - křeče svalstva, smrt obvykle v důsledku ochrnutí dýchacích svalů Antidota Atropin - blokuje příslušné receptory Pralidoxim - reaktivace enzymu acetylcholinesterázy

Halogenované uhlovodíky Alifatické působí jako narkotika - účinek se zvyšuje s počtem halogenů hepatotoxicita, nefrotoxicita - účinek se zvyšuje s počtem halogenů často dráždivé účinky na dýchací cesty, často karcinogeny Chlormethan (CH3Cl) nervový jed s vysokým narkotickým účinkem pravděpodobné karcinogenní účinky - nedostatek dat Dichlormethan (CH2Cl2) jedna z metabolických cest - vznik CO a CO2 narkotikum, poškozuje játra pravděpodobný lidský karcinogen - prokázáno na zvířatech

Halogenované uhlovodíky Tetrachlormethan CCl 4 • CC l 3 O P450 Peroxidace mastných kyselin Chloroform - objeven 1831, poprvé k narkóze 1847 (Edinburg) Halogenované uhlovodíky Trichlormethan (CHCl3) - chloroform dříve používán jako anestetikum - v koncentracích způsobujících narkózu se projevují toxické účinky jedna z metabolických cest vede na COCl2 (fosgen) - poškození jater také při stání na světle vzniká fosgen - poškození dýchacích cest pravděpodobný lidský karcinogen - B2 (podle EPA) Tetrachlormethan (CCl4) příjemně voní, těžší než vzduch narkotický a nefrotoxický účinek silně hepatotoxický - vznik volných radikálů, peroxidace lipidů jaterních buněk, horší při konzumaci tuků a alkoholu při vysokých teplotách (požáry) - vzniká fosgen (dříve v hasicích přístrojích) pravděpodobné teratogenní i karcinogenní účinky

Halogenované uhlovodíky Polychlorované bifenyly (PCB) syntetické halogenované uhlovodíky vyráběné od roku 1929 nereagují s kyselinami ani se zásadami, jsou termostabilní - dielektrická náplň transformátorů a kondenzátorů další využití - plastifikátory, barvy, pesticidy (rozpouštědlo) vzniká nedokonalým spalováním halogenovaných uhlovodíků (PVC), při nedokonalém spalování PCB vznikají dibenzofurany a dibenzodioxiny Toxikokinetika snadno se absorbují, ukládají se zejména v tukové tkáni (játra), procházejí placentou, akumulují se v mateřském mléce při oxidaci vznikají reaktivní meziprodukty - epoxidy, čím více Cl, tím se hůře metabolizuje a více se ukládá akumulace v potravním řetězci - největší příjem z potravy s vysokým obsahem tuků

Halogenované uhlovodíky Polychlorované bifenyly (PCB) akutní účinky PCB nevýznamné akutní otrava směsí PCB a dioxinů - syndrom „Yusho“ Reprodukční a vývojová toxicita nepříznivý vliv na pohyblivost spermií, menší porodní váha a obvod hlavy novorozenců, předčasné porody, nižší IQ, zhoršená pozornost dětí Karcinogenní účinky zvýšené riziko vzniku nádorů v GI - zejména játra, málo konzistentní data induktor CYP450 - metabolická aktivace dalších karcinogenů Imunotoxicita vliv na počet a poměrové zastoupení bílých krvinek - imunosupresivní účinek Další účinky hepatotoxicita, vliv na pigmentaci kůže vliv na na žlázy s vnitřní sekrecí - snižuje počet vajec u ptáků, mění poměr pohlaví

Halogenované uhlovodíky Dibenzodioxiny a dibenzofurany skupina 210 syntetických sloučenin nežádoucí meziprodukt při spalování (PVC, PCB, Luxol, ale i tabák) a chemických výrobách (zpracování Al) nejvýraznějším plošným zdrojem domácí topeniště!!!! součást emisí z papíren, hutí, závodů na výrobu plastů, pesticidů agrochemikálie s obsahem halogenovaných fenoxyoctových kyselin Agent Orange herbicid, používaný za války ve Vietnamu - kontaminován dioxiny Veteráni - prokazatelně: vznik chlorakné, sarkom měkkých tkání - pravděpodobně: vznik diabetu 2 typu, myelomu a neuropatie, vznik leukémie a rozštěpu páteře u potomků veteránů Dibenzodioxiny a dibenzofurany

Dibenzodioxiny a dibenozofurany Příčiny úmrtí - Yusho Dibenzodioxiny a dibenozofurany všechny CDD, CDF a PCB podobný mechanismus účinku TEQ - toxický ekvivalent - množství čistého 2,3,7,8 TCDD, které má stejné toxické účinky jako hodnocená směs Toxikokinetika nejlépe se vstřebávají CDD a CDF se čtyřmi Cl akumulace v tucích a měkkých tkáních (játra) ,T1/2 = 5 - 15 let induktory CYP 450, porucha syntézy celé řady proteinů Toxické účinky 2,3,7,8 TCDD - velmi vysoká akutní toxicita (narozdíl od PCB) - pokusná zvířata hynou během 1- 6 týdnů - ztráta váhy, celková sešlost expozice vysokým dávkám - chlorakné (syndrom „Yusho“) následky subakutní a chronické expozice - zvýšené riziko vzniku rakoviny ? možné mechanismy karcinogenního účinku přímý genotoxický účinek indukce enzymů - zvýšená aktivace jiných karcinogenů (kokarcinogen) porušení mezibuněčné komunikace

Dibenzodioxiny a dibenozofurany Viktor Juščenko - 2004 Dibenzodioxiny a dibenozofurany Toxické účinky omezená data ukazují na možnost, že dioxiny způsobují poškození jater, imunitního systému, dráždí dýchací cesty a poškozují kardiovaskulární systém Analýza CDD a CDF nutné použit GC - HRMS (plynová chromatografie - vysokorozlišovací hmotová spektrometrie (pořizovací cena zařízení cca 20 mil Kč, cena jedné analýzy cca 20 000 Kč) emisní limit - 0,1 ng TEQ/ m3 Velké průmyslové havárie spojené s únikem CDD a CDF 1962 - 1970 - Vietnamská válka - Agent Orange 1976 - Seveso (Itálie) - únik plynů z výroby pesticidů - chlorakné, na celém zasaženém území zkoumány možné teratogenní účinky - 0 1968 - Yusho - chlorakné, „Black baby syndrom“ 1971 - Missoury - postřik nezpevněných cest olejem s TCDD - efekt 0

Nitro- a aminosloučeniny skupina látek s podobnými účinky na lidský organizmus při biotransformaci dochází k redukci nitroskupiny na aminoskupinu a naopak k oxidaci aminoskupiny na nitroskupinu do organizmu snadno pronikají i přes neporušenou pokožku charakteristickou známkou otravy je výrazná cyanóza (zmodrání) - hlavně rty (důsledek methemoglobinémie) některé sloučeniny mají i karcinogenní účinky Nitrobenzen akutní expozice - methemoglobinémie, při vysoké koncentraci bolesti hlavy, únava, bezvědomí, křeče, smrt v důsledku zástavy dechu TDL0 člověk 200 mg/kg na zvířatech zjištěno také poškození jater, ledvin, sleziny a CNS chronická expozice vede u člověka také ke vzniku methemoglobinémie, jsou některé důkazy o hepatotoxicitě

Nitro- a aminosloučeniny Aminobenzen- anilin meziprodukt při výrobě azo- a trifenylmethanových barviv nepříjemný zásaditý zápach do organizmu vniká plícemi, zažívacím traktem i přes neporušenou pokožku akutní intoxikace se projevuje únavou, poruchami jater a ledvin při chronické otravě navíc anémie (poškození červených krvinek)