ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΦΑΣΕΙΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΔΡΑΣΕΩΝ ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΦΑΣΕΙΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΔΡΑΣΕΩΝ

Οδοί Εισόδου και Τόπος Δράσης Οι τοξικές ουσίες εισέρχονται από το ΓΕΣ (κύρια το στόμα), δέρμα, πνεύμονες ή παρεντερικά. Η παρεντερική είσοδος προκαλεί ταχύτερη και αποτελεσματικότερη δράση. Η τοξικότητα εξαρτάται επίσης και από το φορέα μεταφοράς της τοξικής ουσίας, π.χ. αν ο φορέας είναι λιπόφιλος ή υδρόφιλος που μπορεί να αυξήσει ή να διευκολύνει την απορρόφηση της τοξικής ουσίας.

Διάρκεια και Συχνότητα Έκθεσης Η τοξικότητα εξαρτάται όχι μόνο από τη διάρκεια έκθεσης αλλά και από τη συχνότητα έκθεσης στην τοξική ουσία. Οξείες δηλητηριάσεις παρατηρούνται μέσα σε 24 ώρες ή και νωρίτερα συνήθως από εφάπαξ χορήγηση της τοξικής ουσίας. Χρόνιες δηλητηριάσεις μπορεί να εμφανισθούν μετά από ημέρες, μήνες ή έτη, μετά την έκθεση του οργανισμού στην τοξική ουσία κάθε ημέρα, εβδομάδα, μήνα ή έτη. Στην χρόνια τοξικότητα παίζει ρόλο η διάρκεια και συχνότητα έκθεσης καθώς και ο βαθμός συσσώρευσης της τοξικής ουσίας από τον οργανισμό.

Είδη Τοξικών Ενεργειών Αντιδράσεις Ιδιοσυγκρασίας: Ανώμαλη αντίδραση του οργανισμού σε μια ουσία που καθορίζεται γενετικά (π.χ. η σουκινυλοχολίνη προκαλεί μυοχάλαση και άπνοια για αρκετές ώρες, λόγω πιθανής παρουσίας άτυπης ψευδοχολινεστεράσης). Άμεσες και Χρόνιες Τοξικές Επιδράσεις: Π.χ. η διαιθυλοστιλβεστρόλη οδηγεί σε αποβολές εμβρύων και ανάπτυξη καρκίνου του μαστού.

Είδη Τοξικών Ενεργειών Τοπικές και Συστηματικές Τοξικές Δράσεις: Π.χ. ισχυρά οξέα, βάσεις, οξειδωτικά προκαλούν τοπικές δράσεις στα σημεία του σώματος με τα οποία έρχονται σε επαφή. Ο τετρααιθυλιούχος μόλυβδος εκτός από τοπικές δράσεις προκαλεί και συστηματική δράση στο ΚΝΣ και τους νεφρούς. Η τοξική δράση μπορεί να εκδηλώνεται σε ένα ή περισσότερα όργανα, π.χ. ήπαρ, νεφροί, μυελό οστών (όργανα-στόχοι).

Είδη Τοξικών Ενεργειών Αλληλεπιδράσεις Τοξικών Ουσιών: Όπως και με τις αλληλεπιδράσεις φαρμάκων, οι τοξικές ουσίες μπορούν να αλληλεπιδράσουν με φάρμακα, άλλες τοξικές ουσίες ή τρόφιμα με αποτέλεσμα να επηρεασθεί η απορρόφησή τους, ο βαθμός σύνδεσής τους με τις πρωτεΐνες του πλάσματος, ο μεταβολισμός τους και η απέκκρισή τους (φαρμακοκινητικές αλληλεπιδράσεις), με αποτέλεσμα την αύξηση ή μείωση της τοξικότητάς τους. Υπάρχουν και οι φαρμακοδυναμικές αλληλεπιδράσεις (άθροιση ή μείωση τοξικής δράσης ή συνέργια). Παράδειγμα συνέργειας όσον αφορά την ηπατοτοξικότητα αποτελεί ο συνδυασμός αιθανόλης και τετραχλωράνθρακα. Παραδείγματα εξουδετέρωσης (αποτοξίνωσης) της τοξικής δράσης αποτελούν τα διάφορα αντίδοτα (ειδικά ή γενικά).

Είδη Τοξικών Ενεργειών Ανοχή στις Τοξικές Ουσίες: Μερικές φορές παρατηρείται μειωμένη ευαισθησία σε μια τοξική ουσία, στην οποία τα άτομα έχουν εκτεθεί για κάποιο χρονικό διάστημα (ανάπτυξη αντοχής ή ανοχής, π.χ. εξαρτησιογόνες ουσίες). Αυτό μπορεί να οφείλεται σε μειωμένη ευαισθησία του ιστού ή του οργάνου, ή σε ανεπαρκές ποσό της τοξικής ουσίας που φθάνει στον τόπο δράσης. Μερικές φορές η αντοχή μπορεί να οφείλεται στην επαγωγή πρωτεϊνών που δεσμεύουν το δηλητήριο (π.χ. οι μεταλλοθειονίνες δεσμεύουν το κάδμιο και το αδρανοποιούν).

Είδη Τοξικών Ενεργειών Δοσο-εξαρτώμενη Τοξικότητα: Βασική αρχή της Τοξικολογίας είναι ότι ο βαθμός τοξικότητας εξαρτάται από τη δόση. Πολλές τοξικές ουσίες παρουσιάζουν διαφορετικό βαθμό τοξικότητας στα διάφορα όργανα ή ιστούς. Μεγάλη σημασία έχει η συσσώρευση, η δράση και ο μεταβολισμός μιας τοξικής ουσίας σε ένα συγκεκριμένο όργανο ή ιστό.

Tοξικολογικές επιδράσεις Η γένεση τοξικολογικών, ή βιολογικών επιδράσεων, είναι μια υπερβολικά σύνθετη διαδικασία που περιέχει πολλά βήματα ή μέρη. Είναι χρήσιμο να κατηγοριοποιηθούν οι τοξικολογικές επιδράσεις σε τρία στάδια. (1) Η φάση της έκθεσης, η οποία καλύπτει και περιέχει όλους εκείνους τους παράγοντες που είναι υπεύθυνοι για τον καθορισμό των συγκεντρώσεων της τοξικής ουσίας που έρχεται σε επαφή με ένα οργανισμό, (2) η τοξικοκινητική φάση, που περιλαμβάνει τις φυσιολογικές διαδικασίες, που επηρεάζουν τη συγκέντρωση της τοξικής ουσίας ή των ενεργών μεταβολιτών της, στο σημείο επίδρασης ή στους υποδοχείς του οργανισμού και (3) η τοξικοδυναμική φάση, που περιλαμβάνει αλληλεπιδράσεις της τοξικής ουσίας με τη μοριακή θέση της δράσης της και τις βιοχημικές ή βιοφυσικές εκδηλώσεις, που τελικά οδηγούν στην εμφάνιση τοξικών επιπλοκών.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΦΑΣΗ ΕΚΘΕΣΗΣ Για την απορρόφηση, μια τοξική ουσία θα πρέπει να είναι παρούσα σε μοριακή δομή τέτοια που να μπορεί να κυκλοφορήσει στον οργανισμό και να είναι σχετικά λιπόφιλη για να διεισδύσει στις βιολογικές μεμβράνες. Ο βαθμός του ιονισμού της ουσίας και το ph, στο σημείο της απορρόφησης, είναι σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη βιοδιαθεσιμότητα και την απορρόφηση της τοξικής ουσίας. Η βιοδιαθεσιμότητα είναι ένα μέτρο εκτίμησης του κατά πόσο η ουσία έχει γίνει διαθέσιμη για πρόσληψη από τον οργανισμό μετά από την κατάποση, οπότε και μπορεί να γίνει διαθέσιμη για πρόσληψη από τους ιστούς. Πολλαπλές αλληλεπιδράσεις μεταξύ της τοξικής ουσίας και των διαφόρων συστατικών στις τροφές επηρεάζουν την απορρόφηση των συστατικών.

Η πρόσληψη και η εξουδετέρωση μιας τοξικής ουσίας γίνεται κυρίως μέσω της διαδικασίας παθητικής διάχυσης, και ένας παράγοντας βιοσυσσώρευσης Kb, μπορεί να εκπροσωπεί ένα συντελεστή απομάκρυνσης (διαχωρισμού) για την τοξική ουσία ανάμεσα στον οργανισμό και το περιβάλλον, π.χ. ένας αναστρέψιμος διαχωρισμός ανάμεσα σε δυο διαμερίσματα (στρώματα) ελαίου (που αντιπροσωπεύει την κυτταρική μεμβράνης) και ύδατος (που αντιπροσωπεύει το κυτταρόπλασμα).

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΞΙΚΟΚΙΝΗΤΙΚΗ ΦΑΣΗ Όλες οι φυσιολογικές διαδικασίες και οι παράγοντες που εμπλέκονται στην απορρόφηση, την κατανομή, τη βιομετατροπή, και την απέκκριση μιας τοξικής ουσίας περιλαμβάνονται στην τοξικοκινητική φάση. Για την συγκέντρωση της τοξικής ουσίας που καταναλώνεται/ καταπίνεται από έναν οργανισμό, ένα κλάσμα της δόσης φθάνει στη γενική κυκλοφορία ή γίνεται διαθέσιμο συστηματικά. Η υπόλοιπη εναπομείνασα δόση αποβάλλεται με τα περιττώματα. Εάν η τοξική ουσία καταναλωθεί μόνο μια φορά, η διαθεσιμότητα θα εξαρτηθεί από την δόση, το ρυθμό απορρόφησης και το ρυθμό αποβολής. Σε χρόνια έκθεση, η συγκέντρωση στο πλάσμα τελικά καταλήγει σε ένα σταθερό επίπεδο, π.χ. η ποσότητα που απορροφάται είναι ίση με την ποσότητα που αποβάλλεται στη μονάδα του χρόνου. Συνήθως η αποβολή αυξάνει όσο η συγκέντρωση στο πλάσμα αυξάνει. Η συγκέντρωση του τοξικού παράγοντα που φθάνει στο στόχο ή στους υποδοχείς ορίζεται ως τοξικολογικά διαθέσιμη ή βιοδιαθέσιμη. Όμως, η κατάσταση περιπλέκεται καθώς οι τοξικές ουσίες μπορεί να μετατραπούν σε άλλα προϊόντα ή μεταβολίτες, που προκαλούν βιοενεργοποίηση ή βιοαποτοξίκωση. Η βιοενεργοποίηση συμβαίνει όταν ο μεταβολίτης είναι ενεργός και η βιο-αποτοξίκωση όταν ο μεταβολίτης είναι βιολογικά ανενεργός.

Ξενοβιοτικές ουσίες είναι ευαίσθητες στο περιβάλλον που θα βρεθούν πχ το pH επιφέρει αλλαγές στα χημικά χαρακτηριστικά των φαρμάκων, τα οποία με τη σειρά τους επιδρούν στη συμπεριφορά των φαρμάκων (πχ διαλυτότητα). Η πλειοψηφία των ξενοβιοτικών ουσιών απορροφάται με παθητική διάχυση

Επίδραση του pH (1) Πρέπει να εξετασθούν: η επίδραση του pH του περιβάλλοντος που βρίσκεται η ξενοβιοτική ουσία, το φορτίο της ουσίας, η ικανότητα της ουσίας να διαπερνά τις κυτταρικές μεμβράνες. Η δράση της ξενοβιοτικής ουσίας εξαρτάται από την απορρόφησή της, η οποία εξαρτάται από τη δυνατότητα διεύλευσης από τις κυτταρικές μεμβράνες.

Επίδραση του pH (2) Εξ αιτίας της λιπιδικής φύσης των μεμβρανών, ο ρυθμός της παθητικής διάχυσης εξαρτάται από τη λιποδιαλυτότητα του φαρμάκου. Μόρια με ηλεκτρικό φορτίο δεν είναι λιποδιαλυτά, έτσι οι αλλαγές που μετατρέπουν ένα αφόρτιστο μόριο ουσίας σε φορτισμένο, μειώνουν ταυτόχρονα την ικανότητά του να διαπερνά τις κυτταρικές μεμβράνες.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΞΙΚΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΦΑΣΗ Οι διαδικασίες που εμπλέκονται στην αλληλεπίδραση μεταξύ της τοξικής ουσίας και των μοριακών θέσεων δράσης της συνιστούν την τοξικοδυναμική φάση. Οι μοριακές θέσεις δράσης περιλαμβάνουν ,τους υποδοχείς για αναστρέψιμα δραστικές ουσίες ή σημεία, τα οποία είναι υπεύθυνα για την επαγωγή των χημικών αντιδράσεων και πρόκληση βλαβών για μη αναστρέψιμα δραστικές τοξικές ουσίες. Η προέλευση της τοξικοδυναμικής είναι η φαρμακοδυναμική, οι απαρχές της οποίας μπορεί να αναζητηθούν στις αρχές του 1800. Οι φοιτητές στη φαρμακευτική διδάχθηκαν ότι ο μηχανισμός δράσης των φαρμάκων θα πρέπει να διερευνηθεί με επιστημονικά μέσα προκειμένου να διατυπωθεί μια λογική ερμηνεία για τους μηχανισμούς δρασης. Η μελέτη του μεταβολισμού και οι στατιστικές μέθοδοι εξομοίωσαν την φαρμακολογία σε επιστήμη εφάμιλλη της χημείας και της φυσιολογίας.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΔΟΣΟΕΞΑΡΤΩΜΕΝΗ ΣΧΕΣΗ ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΔΟΣΟΕΞΑΡΤΩΜΕΝΗ ΣΧΕΣΗ Κανένας χημικός παράγοντας δεν είναι πλήρως ασφαλής και κανένας δε θα πρέπει να θεωρείται απολύτως επιβλαβής. Ο μοναδικός παράγοντας που θα μπορούσε να καθορίσει την εν δυνάμει ωφελιμότητα ή βλάβη ενός συστατικού είναι η σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης του χημικού παράγοντα και της επίδρασης που προκαλείται στον βιολογικό μηχανισμό. Ένας χημικός παράγοντας θα μπορούσε να επιτραπεί να έρθει σε επαφή με ένα βιολογικό μηχανισμό χωρίς να έχει επιπτώσεις στο μηχανισμό, με την προϋπόθεση ότι η συγκέντρωση του χημικού παράγοντα θα είναι κάτω από το ελάχιστο αποτελεσματικό επίπεδο. Εάν κάποιος θεωρήσει ότι το τελικό αποτέλεσμα εκδηλώνεται σαν μια συνολική ή μηδενική απάντηση ή μια κβαντική απάντηση, όπως ο θάνατος, και ότι η ελάχιστη συγκέντρωση δεν έχει καμία επίδραση, τότε θα πρέπει να υπάρχει ένα εύρος συγκεντρώσεων της χημικής ουσίας που θα δίνουν μια βαθμιαία επίδραση κάπου ανάμεσα στις δύο ακραίες τιμές. Ο πειραματικός καθορισμός αυτού του εύρους των δόσεων είναι η βάση αυτής της δοσο-εξαρτώμενης σχέσης.

Οι τοξικολόγοι επιχειρούν να καθορίσουν την αιτία- και το αποτέλεσμα της σχέσης ανάμεσα σε μια δεδομένη χημική ένωση και σε ένα οργανισμό προκειμένου να καθορίσουν τι θεωρείται ασφαλές επίπεδο για τους ανθρώπους. Ο έλεγχος της τοξικότητας, όσο προσεκτικά και εάν γίνεται, δεν είναι αναμενόμενο να αποκαλύψει όλες τις εν δυνάμει ανεπιθύμητες ενέργειες. Η εξάρτηση δόσης-αποτελέσματος αναφέρεται στη σχέση μεταξύ της δόσης έκθεσης της ουσίας και της αντίδρασης του οργανισμού που έλαβε την ουσία. Η σχέση δοσοεξάρτησης καθορίζεται από εργαστηριακά πειράματα, συνήθως σε πειραματόζωα, στα οποία χορηγούνται διαφορετικές δόσεις που περιλαμβάνονται σε ένα εύρος συγκεντρώσεων. Τα πειραματόζωα αξιολογούνται για ανεπιθύμητες ενέργειες, οι οποίες πρέπει να είναι μετρήσιμες και περιγράψιμες. Η καταληκτική επίδραση μπορεί να είναι μια φυσιολογική αντίδραση, μια βιοχημική αλλαγή ή μια αλλαγή συμπεριφοράς.

Όταν μετράμε την τοξικότητα μιας ουσίας, η καταληκτική επίδραση που επιλέγεται είναι σχετική με οργανισμούς του ίδιου είδους καθώς και με διαφορετικά είδη. Οι καταληκτικές επιδράσεις που συνήθως επιλέγονται για τοξικολογικές μελέτες, περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων και την αποτελεσματική δόση και τη θανατηφόρο δόση. Η αποτελεσματική δόση συνήθως έχει θεραπευτικά αποτελέσματα, όπως οι δόσεις που προκαλούν αναισθησία ή αναλγησία. Σε μελέτες οξείας τοξικότητας, μετράται η θανατηφόρος δόση L50, που στατιστικά αποτελεί την εκτιμώμενη δόση, η οποία όταν χορηγείται στον πληθυσμό, καταλήγει σε θάνατο του 50% του πληθυσμού.(Αποτελεί την εφάπαξ δόση μιας τοξικής ουσίας που προκαλεί θάνατο στο 50% των πειραματόζωων. Αποτελεί την πρώτη πειραματική διαδικασία της τοξικότητας μιας χημικής ουσίας)

Εικόνα 2: Μια τυπική σιγμοειδής δοσοεξαρτώμενη καμπύλη και προσδιορισμός της LD50

Μέση Θανατηφόρος Δόση (LD50) Για τον προσδιορισμό της χορηγούμε διαφορετικές δόσεις της ουσίας σε ομάδες πειραματόζωων και προσδιορίζεται η θνησιμότητα για κάθε δόση. Προκύπτει μια σιγμοειδής καμπύλη η οποία στον άξονα των Υ έχει τη θνησιμότητα (%) και στον άξονα των Χ τις δόσεις (mg/kg) σε λογαριθμική κλίμακα. Τα όρια της καμπύλης αρχίζουν από μηδέν (0) θνησιμότητα και φθάνουν το 100% σε πολύ υψηλές δόσεις.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ Σε πρακτικές συνθήκες, υπάρχουν διαφορές ανάμεσα στα μέλη μιας υποθετικά ομοιογενούς ομάδας πληθυσμού κυττάρων, ιστών και ζώων. Οι διαφορές σπάνια είναι φανερές αλλά γίνονται εμφανείς όταν ένας βιολογικός μηχανισμός δοκιμάζεται, όπως όταν εκτίθεται σε ένα χημικό παράγοντα. Εάν ένας χημικός παράγοντας είναι ικανός να προκαλέσει κάποια αντίδραση (όπως θάνατος)και η αντίδραση ποσοτικοποιείται, δε θα αντιδράσουν όλα τα μέλη της ομάδας στην ίδια δόση με πανομοιότυπο τρόπο. Αυτό που θεωρούνταν ως «είτε μια συνολική είτε μια μηδενική» (all or none) αντίδραση, απευθύνεται σε μεμονωμένα άτομα της ομάδας ελέγχου, και ουσιαστικά είναι μια βαθμιαία αντίδραση όταν ελέγχεται συνολικά ως προς όλον τον πληθυσμό. Αυτού του είδους οι αποκλίσεις ως απάντηση ενός προφανώς ομοιογενούς πληθυσμού σε μια δεδομένη συγκέντρωση χημικής ουσίας γενικώς φαίνεται να είναι αποτέλεσμα βιολογικής διακύμανσης.

Ως απάντηση σε μια τοξική ουσία, οι βιολογικές διακυμάνσεις ανάμεσα στα μέλη ενός είδους είναι συνήθως χαμηλές συγκριτικά με τη διακύμανση μεταξύ των ειδών. Οι διαφορές μεταξύ των ειδών του πληθυσμού αντικατοπτρίζουν συνήθως διαφορές μεταβολικές είτε βιοχημικές μέσα στο ίδιο το είδος. Το να ελέγχει κάποιος την επίδραση μιας τοξικής ουσίας σε ένα ομοιογενή πληθυσμό ζώων μειώνει τις εν δυνάμει πιθανές αιτίες μεγάλης/ υψηλής διακύμανσης που μπορεί να ισχύουν σε ένα ετερογενή πληθυσμό, εάν σταθμιστεί ως προς το φύλο και την ηλικία. Η ομοιογένεια των υπό μελέτη ειδών επιτρέπει αξιόπιστες μετρήσεις ανάμεσα στα μέλη ενός πληθυσμού που μοιράζονται κοινά χαρακτηριστικά. Για αυτό το λόγο οι μελέτες τοξικότητας συνήθως χρησιμοποιούν αμιγή στελέχη τρωκτικών ή οργανισμών.

Κριτήρο για έναν πειραματικό έλεγχο τοξικότητας αποτελεί το γεγονός ότι η αντίδραση πρέπει να ποσοτικοποιείται και ότι κάθε ζώο σε μια σειρά από υποθετικά ομοιόμορφα μέλη πρέπει να λάβει μια κατάλληλη δόση χημικού ώστε να παράγει μια πανομοιότυπη αντίδραση. Τέτοια δεδομένα θα πρέπει να μπορούν να σχεδιαστούν και να κατανεμηθούν σε μία καμπύλη κατανομής συχνότητας-αντίδρασης. Οι καμπύλες αυτές ιδανικά αντιπροσωπεύουν τη διακύμανση των δόσεων που απαιτούνται για να αναπαραχθεί μια ποσοτικοποιημένη πανομοιότυπη αντίδραση σε ένα ευρύ πληθυσμό από υπό μελέτη αντικείμενα. Σε ένα μεγάλο πληθυσμό, ένα μεγάλο ποσοστό ζώων που λαμβάνουν μια συγκεκριμένη δόση θα αντιδράσουν με ποσοτικοποιημένη πανομοιότυπη συμπεριφορά, όπως μια ιδιαίτερη αντίδραση (θάνατος). Εάν η δόση ποικίλει από υψηλή σε χαμηλή, κάποια ζώα θα παρουσιάσουν την ίδια αντίδραση σε μία χαμηλή δόση ενώ κάποια άλλα θα απαιτήσουν μεγαλύτερη δόση. Η καμπύλη δείχνει ότι ένα μεγάλο ποσοστό από ζώα που λαμβάνουν μια δεδομένη δόση θα αντιδράσουν με ένα ποσοτικοποιημένο πανομοιότυπο τρόπο.

Εικόνα 3: Μια τυπική κωδωνοειδής καμπύλη απαντητικής συχνότητας ως προς τη θνησιμότητα, συγκρίνοντας τη δόση με το θάνατο

. Σε ένα πληθυσμό Καυκάσιων κάποιος θα μπορούσε να πει ότι το 66% των αντιδράσεων είναι μέσα σε μία τυπική απόκλιση από τη μέση δόση. Το 86% των ατόμων θα απαντήσει στη δόση με δύο τυπικές αποκλίσεις από την μέση δόση ενώ το 95% μέσα σε τρείς τυπικές αποκλίσεις. Παρά ταύτα τα τοξικολογικά δεδομένα μπορεί να αναλυθούν με τέτοιο τρόπο που να επιτρέπουν σε κάποιον να χρησιμοποιήσει αποδεκτές στατιστικές μεθόδους για να εκτιμήσει τα αποτελέσματα. Στην πράξη οι τοξικολόγοι συνήθως αναλύουν τα δεδομένα μετατρέποντας τα αρχικά σε μια αθροιστική κατανομή. Οι καμπύλες συχνότητας- αντίδρασης συνήθως δε χρησιμοποιούνται.

Η ουσία είναι να χρησιμοποιηθούν τα δεδομένα σε μια μορφή καμπύλης που να συσχετίζει τη δόση της χημικής ουσίας με την αθροιστική κατανομή της αντίδρασης- απάντησης των ζώων που απεβίωσαν. Με το να προσδιορίζουμε τις καμπύλες με δοσο-εξαρτώμενες αντιδράσεις σημαίνει ότι κάνουμε πειραματική μελέτη με ομάδες ομοιογενείς που τους δίδεται η ουσία σε διάφορες δόσεις. Η δόση βρίσκεται σε πειραματικό επίπεδο και θα πρέπει να είναι σε τέτοια επίπεδα που να μην σκοτώνει κανένα από τα ζώα της μελέτης. Η αρχική δόση θα πρέπει να είναι τόσο χαμηλή όσο να μην σκοτώσει τα περισσότερα από τα ζώα της μελέτης. Οι ενδιάμεσες δόσεις θα πρέπει να είναι πολλαπλές. Η κατανομή των δεδομένων σε μια καμπύλη που συσχετίζει τη δόση του τοξικού παράγοντα με την αθροιστική αναλογία των ζώων μας δίνει μια σιγμοειδή καταγραφή.

Η καμπύλη μπορεί να χωριστεί σε περιοχές διαφορετικής σημαντικότητας Η καμπύλη μπορεί να χωριστεί σε περιοχές διαφορετικής σημαντικότητας. Αρχικά υπάρχει μια γραμμική περιοχή, όπου η επίπτωση της κβαντικής επίδρασης είναι άμεσα συσχετιζόμενη με τη συγκέντρωση της ουσίας. Είναι επίσης προφανές ότι η ουσία θα μπορούσε να θεωρηθεί ως επιβλαβής ή ασφαλής, εξαρτώμενη από τη δόση που χορηγείται. Το LD50 είναι μια στατιστικά ληφθείσα τιμή, που είναι η καλύτερη εκτίμηση της δόσης που απαιτείται για να προκαλέσει το θάνατο στο 50 % του πληθυσμού. Αυτή η τιμή πάντα συνοδεύεται από μια εκτίμηση πιθανού λάθους.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΙΣΧΥΣ ΚΑΙ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΙΣΧΥΣ ΚΑΙ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ Οι σχετικές τοξικότητες δύο συστατικών μπορούν να συγκριθούν με δεδομένο ότι οι κλίσεις των δοσοεξαρτώμενων καμπυλών είναι περίπου παράλληλες. Εάν το LD50 για το Β είναι μεγαλύτερο από αυτό του Α, το Β είναι λιγότερο ισχυρό από το Α. Ένα παράδειγμα αποτελεί η σύγκριση των σχετικών τοξικοτήτων των δυο συστατικών σε σύγκριση με τις δόσεις που απαιτούνται για να προκληθεί μια ίση επίδραση- θάνατος.

Εικόνα 4: Καμπύλες δόσης-απόκρισης: Διαφορετικές κλίσεις για διαφορετικούς μηχανισμούς δράσης. Η καμπύλη Α έχει την ίδια κλίση με την καμπύλη Β, αλλά οι κλίσεις των Α και Β είναι και οι δύο διαφορετικές από εκείνη της καμπύλης C.

Εντούτοις, το LD50 για κάποιους θα μπορούσε να βρίσκεται σε μικρογραμμάρια και για άλλους σε γραμμάρια. Δύο ή περισσότερες ουσίες που έχουν περίπου τις ίδιες κλίσεις προυποθέτουν παρόμοιους μηχανισμούς τοξικής δράσης. Η ουσία C είναι πιθανό να μην έχει τον ίδιο μηχανισμό δράσης όπως οι ουσίες Α και Β. Σημειώστε ότι το LD50 της C είναι περισσότερο από το LD50 της Α και της Β, αλλά το αντίστροφο είναι αληθές για το LD50 των ουσιών C και Β. Η ουσία C είναι λιγότερο τοξική από την Α ή την Β στα LD95. Η σχετική τοξικότητα των παρομοίως σχηματισμένων καμπυλών μεταβάλλεται προς τα αριστερά καθώς η τοξικότητα αυξάνει. Χρειάζεται μεγαλύτερη δόση τοξικής ουσίας για να προκαλέσει την ίδια ανταπόκριση με αυτή μιας τοξικής ουσίας που είναι περισσότερο τοξική.

Καθώς οι καμπύλες πλησιάζουν πιο κοντά στον άξονα y, οι τοξικές ουσίες γίνονται πιο ισχυρές., π.χ. για υψηλότερης δραστικότητας τοξική ουσία απαιτούνται χαμηλότερες συγκεντρώσεις για να προκληθεί η ίδια αντίδραση. Καθώς η καμπύλη μετακινείται μακριά από τον άξονα y, προς τα αριστερά, υπάρχει μία μείωση στην τοξικότητα, πχ πλέον τοξικές ουσίες απαιτούνται για να έχουμε μια ίση αντίδραση- ανταπόκριση. Για αυτό η δραστικότητα μιας ουσίας σχετίζεται με την τοξικότητα της. Μια πιο δραστική τοξική ουσία παράγει μια τοξική απάντηση σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις και αντιστρόφως. Για δυο ουσίες, μια ποικιλία από κλίσεις είναι πιθανή όταν δοσοεξαρτώμενα δεδομένα για διαφορετικές ουσίες αναλύονται.

Κάθε ουσία έχει μια αναγνωρίσιμη κλίση για τη δοσο-εξαρτώμενη σχέση Κάθε ουσία έχει μια αναγνωρίσιμη κλίση για τη δοσο-εξαρτώμενη σχέση. Η κλίση της καμπύλης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ευρετήριο για το περιθώριο ασφάλειας το οποίο ορίζεται ως το μέγεθος του εύρους των δόσεων που εμπλέκονται στη διακύμανση από τη μη αποτελεσματική δόση σε μια θανατηφόρο δόση. Οι δόσεις κυμαίνονται ανάμεσα στη δόση που παράγει θανατηφόρο αποτέλεσμα και στη δόση που δεν παράγει ένα θανατηφόρο ή επιθυμητό αποτέλεσμα. Ο παράγοντας F έχει μεγαλύτερο περιθώριο ασφαλείας από ότι ο παράγοντας E. Εάν οι καμπύλες είναι παράλληλες, τα περιθώρια ασφαλείας μπορεί να μην είναι διαφορετικά.

Εικόνα 5: Η κλίση των δοσοεξαρτώμενων καμπυλών επηρεάζει το περιθώριο τη ασφάλειας.

Ο θάνατος είναι το έσχατο σημείο τοξικότητας, όμως και άλλες επιπλοκές είναι πιθανές από επιθυμητές έως μη επιθυμητές και ακόμα και επιβλαβείς. Παραδείγματα μπορεί να δοθούν με τα φάρμακα καθώς αυτά έχουν παρενέργειες. Σαν κανόνας , μια χημική ουσία είναι φάρμακο όταν οι ανεπιθύμητες ενέργειες του δεν είναι σημαντικές σε σύγισηση με τις επιθυμητές ενέργειες. Η μορφίνη προκαλεί αναλγησία αλλά και αναπνευστική καταστολή, ενώ τα αντισταμινικά ή η πενικιλίνη μπορεί να έχουν ανεπιθύμητες ανοσολογικές επιδράσεις. Οι ανεπιθύμητες επιδράσεις είναι επίσης δοσοεξαρτώμενες. Εντούτοις, κάθε ανεπιθύμητη ενέργεια ή εν δυνάμει μη επιθυμητή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να φτιαχτεί η καμπύλη δοσοεξάρτησης.

Εικόνα 5: Η κλίση των δοσοεξαρτώμενων καμπυλών επηρεάζει το περιθώριο τη ασφάλειας.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ Εκλεκτική Τοξικότητα ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ Εκλεκτική Τοξικότητα Υπάρχουν τοξικές ουσίες που προκαλούν γενικευμένη τοξικότητα (σε πολλά όργανα και ιστούς) και άλλες που προκαλούν τοξικότητα σε ένα όργανο ή ιστό. Έτσι, οι τοξικές ουσίες ή τα φάρμακα εμφανίζουν εκλεκτική δράση σε κάποιο συγκεκριμένο όργανο ή ιστό ή οργανισμό (π.χ. αντιβιοτικά). Η εκλεκτική τοξικότητα μπορεί να οφείλεται σε τοξικοκινητικούς λόγους (διαφορές στην απορρόφηση, κατανομή – εκλεκτική συσσώρευση σε ένα όργανο ή ιστό -, μεταβολισμό και απέκκριση) ή στην εξειδικευμένη δράση της στο όργανο-στόχο.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ Εκλεκτική Τοξικότητα ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ Εκλεκτική Τοξικότητα Η εκλεκτική τοξικότητα χημικών ουσιών που παρατηρείται μεταξύ των διαφόρων ειδών συχνά οφείλεται σε διαφορές που παρουσιάζουν τα ζωικά και φυτικά κύτταρα ή μικρόβια. Οι χημικές ουσίες προκαλούν τοξικές δράσεις μέσω μεταβολών που επιφέρουν στη βιοχημεία και φυσιολογία των οργανισμών

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ Η διάκριση των ουσιών σε τοξικές, εξαιρετικά τοξικές ή μη τοξικές αποτελεί σχετικό φαινόμενο και θα πρέπει να περιγραφεί ως η σχετική δοσο-εξαρτώμενη σχέση μεταξύ των συστατικών. Όμως είναι επίσης σαφές ότι η εισαγωγή της ιδέας της τοξικότητας ως ένα σχετικό φαινόμενο είναι αληθής μόνο όταν οι κλίσεις των καμπυλών της δοσο-εξαρτώμενης σχέσης για τα συστατικά είναι βασικά όμοιες. Στον πίνακα 1 υπάρχει ένας χρήσιμος οδηγός για την κατηγοριοποίηση της τοξικότητας με βάση την ποσότητα μιας ουσίας που είναι αναγκαία για να προκαλέσει βλάβη π.χ. η θανατηφόρος δόση, βασισμένη στο διεθνές μετρικό σύστημα.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ

Άλλος τρόπος να κατηγοριοποιηθούν οι θανατηφόρες δόσεις είναι με το να συγκριθεί ο λόγος ενός ελάχιστα τοξικού επίπεδου μιας ουσίας με το ελάχιστα επαρκές επίπεδο όπως γίνεται για τα θρεπτικά συστατικά Για παράδειγμα, όταν συγκρίνουμε βιοτίνη (τοξική δόση 50 mg) και βιταμίνη Α (τοξική δόση 5 mg) παρατηρείται ότι απαιτείται 10 φορές περισσότερο από την τοξική δόση της βιοτίνης από του στόματος για να προκληθεί κάποιο ανεπιθύμητο αποτέλεσμα. Η τοξικότητα είναι σχετική και θα πρέπει να περιγράφεται σαν σχετική δοσοεξαρτώμενη συσχέτιση ανάμεσα στις ουσίες.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑΣΤΡΕΨΙΜΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΤΟΞΙΚΗΣ ΑΠΑΝΤΗΣΗΣ ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΑΣΤΡΕΨΙΜΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΤΟΞΙΚΗΣ ΑΠΑΝΤΗΣΗΣ Κάθε σκέψη σχετικά με την ασφάλεια ενός χημικού θα πρέπει να λάβει υπόψη το βαθμό στον οποίο η αντίδραση σε μια τοξική ουσία είναι αναστρέψιμη. Με άλλα λόγια, καθώς η συγκέντρωση μιας ουσίας μειώνεται στους ιστούς και αποβάλλεται από το σώμα, είναι δυνατόν οι επιδράσεις από την τοξική ουσία να αναστραφούν; Είναι γνωστό ότι μετά από μια μοναδική έκθεση ( μία μόνο έγχυση φαρμάκου), το σώμα σε κάποιο χρονικό διάστημα θα αποβάλλει την ουσία. Αλλά οι βιολογικές επιδράσεις θα εξαφανιστούν εν καιρώ; Η αναστροφή των ανεπιθύμητων ενεργειών θα μπορούσε να κατηγοριοποιηθεί ανάλογα με τον τύπο της αντίδρασης, ως άμεσα αναστρέψιμη, μη άμεσα αναστρέψιμη και μη αναστρέψιμη. Οι περισσότερες επιδράσεις, εκτός από τις θανατηφόρες, είναι αναστρέψιμες εάν η χημική ουσία υποχωρεί με την πάροδο του χρόνου. Όμως μόλις η επίδραση εμφανιστεί , τότε η παρουσία της χημικής ουσίας μπορεί να διαρκέσει περισσότερο. Ένα παράδειγμα αποτελούν οι οργανοφωσφορικές ενώσεις και ο στόχος τους που είναι η χοληνεστεράση. Η τοξικότητα των οργανοφωσφορικών καταλήγει σε μια ανενεργή εστεράση, που σημαίνει ότι οι επιδράσεις είναι μη αναστρέψιμες, τουλάχιστον μέχρι τη στιγμή που θα συντεθεί νέα εστεράση, μια διαδικασία που μπορεί να διαρκέσει έως και μερικές εβδομάδες.

Σε αναστρέψιμες τοξικολογικές επιδράσεις, μόλις το χημικό αποβληθεί, το διαταραγμένο σύστημα θα επανέλθει στην πρότερη φυσιολογική κατάσταση είτε άμεσα είτε αργότερα μόλις γίνει αναγέννηση. Συγκεκριμένες τοξικολογικές επιδράσεις που είναι μη αναστρέψιμες, ειδικά όταν απειλείται η ζωή του ανθρώπου, περιλαμβάνουν και τερατογενέσεις και καρκινογενέσεις. Η έκθεση σε αυτές τις ξενοβιοτικές ουσίες θα πρέπει να είναι περιορισμένη, λόγω των συνεπειών. Όμως πολλές ουσίες δεν εμπίπτουν σε κάποια συγκεκριμένη κατηγορία και οι τοξικολόγοι θα πρέπει να βασιστούν σε συγκρίσεις in vitro και in vivo για να καθοριστεί εάν οι ενώσεις παράγουν τοξικότητα.

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΕΡΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ VS ΥΠΟΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ Σε κάποιες περιπτώσεις, δεν υπάρχουν συγκεκριμένες δόσεις που να αποτελέσουν βάση για την πρόκληση συγκεκριμένης απάντησης στον γενικό πληθυσμό. Για αυτό μια καμπύλη κατανομής θα μπορούσε να δείξει την φυσιολογική αντίδραση, μια υπερευαισθησία ή μια υποευαισθησία (μειωμένη ευαισθησία). Το επόμενο σχεδιάγραμμα αποτελεί ένα διάγραμμα μιας θεωρητικής ουσίας. Η μέση δοσο-εξαρτώμενη σχέση υπάρχει, όπως φαίνεται στη γραμμή Β. Οι γραμμές Α και C είναι οι ακραίες απαντήσεις στην τοξική ουσία. Τα άτομα που αποκλίνουν από τη μέση τιμή προς την κατεύθυνση της γραμμής Α είναι υπερευαίσθητα και αυτά που αποκλίνουν από την γραμμή Β προς τη γραμμή C έχουν μειωμένη ευαισθησία.

Εικόνα : Σχέσεις μέσης δόσης που απεικονίζουν υπερευαισθησία και υποευαισθησία