Neurotoxikológia
Neurotoxikológia Neurotoxikológia Óravázlat 1. Bevezetés, a toxikológia fogalomrendszere, alapismeretek 2. Xenobiotikumok csoportjai, hatásaik 3. Természetes toxinok 4. Az idegrendszeri elemek támadási pontjai 5. Az idegrendszeri mérgezések lehetséges tünetei 6. Neurotoxikológiai vizsgálómódszerek I. 7. Neurotoxikológiai vizsgálómódszerek II. Számonkérés írásban, definíciók + néhány kifejtős kérdés
A toxikológia történetének főbb állomásai
Általános toxikológia ED50, LD 50
Általános toxikológia A dózis teszi a mérget. Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim alias Paracelsus (1493-1541) Alle Ding' sind Gift und nichts ohn' Gift; allein die Dosis macht, das ein Ding kein Gift ist. Minden dolog méreg, ha önmagában nem is az; csupán a mennyiség teszi, hogy egy anyag nem méreg.
A toxikológia története Toxikológia: mérgező anyagokkal, ezek hatásaival foglalkozó tudományág (görög toxinos méreg szóból). A toxikológia a farmakológiából önállósodott tudománnyá, az 1940-es évektől kezdődően saját fogalomrendszere alakult ki. Az 1990-es években már több, mint 10 millió vegyi anyagot regisztráltak, 50-100 ezer kerül a környezetbe ( ipar környezetvédelem) A legfontosabb csoportok:- nehézfémek - növényvédő szerek - egyéb ipari anyagok - élelmiszer adalékok - gyógyszerek - állatgyógyászati szerek - természetes toxinok
Toxikológia Fő feladata: hogy az embert és környezetét veszélyeztető kémiai károsodást idejekorán felismerje, preventíven megakadályozza. Expozíció felmérése: milyen mértékben lehetnek biz. populációk kitéve az adott hatásnak? Kockázatelemzés: sok esetben az anyag alkalmazásával járó egészségügyi/környezeti kockázatok és előnyök viszonyát kell vizsgálni. Szakágak: - ipari higiénés toxikológia (munkavédelem, környezetvédelem) - élelmiszerhigiénés toxikológia - háztartási anyagok, kozmetikumok toxikológiája - környezeti toxikológia - mezőgazdasági toxikológia - kísérleti toxikológia (pl. gyógyszerfejlesztés)
A mérgező anyagok csoportosítása Eredet alapján (növényi, állati, bakteriális, ásványi, szintetikus eredetű) Kémiai jelleg alapján (szerves, szervetlen, fémes, nem fémes, sav, lúg, szerves oldószer) Halmazállapot alapján (légnemű, cseppfolyós, szilárd) Felhasználási terület, forrás alapján (ipar, mezőgazdaság, vízszennyező, levegőt szennyező, táplálékban található anyagok stb.) Mérgező hatásuk alapján (nagyon mérgező, mérgező, ártalmas) A behatolási mód alapján (bélrendszeren, bőrön át, légzőrendszeren keresztül)
A mérgező anyagok csoportosítása (folytatás) Támadáspont alapján: - általános sejtmérgek (pl. fenol, cianid) - vérmérgek (pl. CO) - maró mérgek (pl. HCl- klórgázmérgezés) - enzimbénító mérgek - immunrendszerre ható mérgek - izomzatra ható mérgek - idegmérgek - máj-, vesekárosító anyagok - rákkeltő anyagok (DNS-károsítás) - hormonális rendszert megzavaró anyagok (endocrine disruptors) - magzatkárosító (teratogén) anyagok
Alapfogalmak Toxikológia: a mérgek szervezetre gyakorolt hatásaira vonatkozó ismeretrendszer Mérgek: - vegyi anyagok, amelyek kis mennyiségben a szervezetbe behatolva fizikai, kémiai, biokémiai, kórélettani hatásaikkal a szervezet életfolyamatait befolyásolják és ezzel az egészségi állapotot időlegesen vagy tartósan megzavarják, illetve halált okoznak. -Szervezetidegen anyagok (xenobiotikumok), amelyeknek már kis mennyisége (max. 15 g) betegséget vagy halált okozhat. Xenobiotikumok: olyan vegyi anyagok, amelyek az élőlény anyagcseréjéhez nem szükségesek, ezektől a szervezet igyekszik megszabadulni (fajspecifikus!).
Alapfogalmak Mérgezés: maga a szervezetben lejátszódó folyamat, azon tünetegyüttesek összessége, amelyeket a mérgező veszélyes anyagok nem kívánt toxikus hatásaik révén hozhatnak létre, függetlenül a szervezetbe való bejutás módjától. A mérgezés alapmechanizmusa: ionoknak és molekuláknak előbb a határfelszíneken, majd a belső szervek sejtjeinek membránján való áthatolása. Tünet: adott dózis mellett az élő szervezetnek a károsítás hatására kialakuló, érzékelhető válaszreakciói.
Alapfogalmak Dózis - a szervezetbe jutó méreg mennyisége (ettől függ a mérgek által előidézett megbetegedés). Mennyiség/testsúlykg-ban adják meg. NO(A)EL (No (Adverse) Effect-Level): legmagasabb, még hatástalan dózis. DTM (Dosis Tolerata Maxima): az a legnagyobb méregmennyiség, amelyet a szervezet káros következmények nélkül eltűr. TDI (tolerable daily intake): DTM hosszútávon, [mg/kg/nap] DTm (Dosis Toxica Minima): az a legkisebb mennyiség, amely már mérgező hatást fejt ki. DLC (Dosis lethalis certa): biztosan halálos adag. LD 50 közepesen halálos dózis (a kísérleti állatok 50%-ának elhullását eredményezi). Kísérleti toxikológiai szempontból fontos.
Dózis-hatás görbe
Dózis-hatás görbe - Hormézis hormáein [hormein], görög= mozgásba hoz, serkent" Kincaid B and Bossy-Wetzel E (2013) Front. Aging Neurosci. 5:48. glasstone.blogspot.com U vagy J alakú dózis-hatás görbe, káros anyag alacsony dózisa kedvező hatású lehet, van egy optimális dózis Bizonyos tápanyagok pl. vitaminok, sport Környezeti szennyezőkre, káros hatásokra is igaz lehet (sugárzások)?
A toxikus anyagok interakciói Gyakran többféle mérgező anyagnak van egyszerre kitéve a szervezet Additív hatás: több kémiai anyag hatása összeadódik. Szinergiás hatás: több kémiai anyag egymás hatását erősíti. Potencírozás: Egy nem toxikus anyag egy másik, toxikus anyag toxicitását fokozza. Antagonizmus: a mérgek károsító hatásának kölcsönös gyengítése, esetleg megszüntetése. Ez az alapja sok antidótum működésének is.
hatáserõsség A toxikus anyagok interakciói Szinergia Addíció A Potencírozás + B Antagonizmus A B A + B A B A B A + B A B A + B
A mérgezések súlyossága Könnyű lefolyású mérgezés: kis mennyiségű méreg, enyhe tünetek, melyek gyorsan, maradéktalanul eltűnnek. Középsúlyos mérgezés: a mérgező anyagra jellemző, kifejezett, de nem életveszélyes tünetek. Életveszélyes mérgezések: átmeneti vagy tartós utóbetegség maradhat vissza. Halálos mérgezés: percek, órák vagy napok alatt következhet be a végső hatás.
Manifeszt mérgezések Akut mérgezés kifejlődése gyors néhány perctől pár óráig, ritkán pár napig tart, általában egyszeri nagy adag méreg hatására alakul ki. szubakut mérgezés elhúzódóbb,több napig tartó, kisebb méregadagok hatására alakul ki. krónikus mérgezés esetén az első tünetek a folyamatos méregfelvételtől számítva, hónapok esetleg évek múlva jelentkeznek. Kis menny. ismételten szervezetbe jutó méregadagok idézik elő. Rejtett mérgezések A mérgezés időbeli lefolyása igen kis mennyiségű méreganyag hatására a szervezetbe enyhe, korai, rejtett elváltozás kialakulása (szubakut, vagy krónikus mérgezés kezdete után) máj, központi idegrendszer, immunapparátus érintésével, de klinikai mérgezés csak később manifesztálódik.
A mérgek tulajdonságai Kumulatív tulajdonság (parenchymás szervek, KIR) felhalmozódás Oldódási tulajdonság (víz-, vagy zsíroldékonyság), egyéb kötődési lehetőségek (a vízben oldódó toxikus anyagok gyorsan kiürülnek, biológiai félélettartamuk rövid, míg a zsírban oldódók a vérpályából hamar eltűnnek, viszont a zsírszövetben hosszan raktározódnak - perzisztencia) Bomlékonyság, a lebomláshoz szükséges idő (biológiai félélettartam) A bomlástermék (metabolitok) tulajdonságai, jellemzői Toxikus detoxikáció: a kiindulási anyagnál mérgezőbb vegyületek képződhetnek.
Vegyi anyagok toxicitás szerinti felosztása a valószínű halálos orális emberi adag alapján: szupertoxikus (1,0 mg/kg) rendkívül toxikus (1,1-50,0 mg/kg) nagyon toxikus (50,1-500,0 mg/kg) toxikus (500,1-5000,0 mg/kg) enyhén toxikus (5000,1-15000,0 mg/kg) gyakorlatilag nem toxikus (>15.000 mg). A vegyi anyagok toxicitása
Toxicitási jelölések Anyagok toxicitásának jellemzése: Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) H mondatok (Hazard) a veszélyes anyagok veszélyeire utaló mondatok Pl. H221 Tűzveszélyes gáz, H319 Súlyos szemirritációt okoz. P mondatok (Precaution) a veszélyes anyagok biztonságos használatára utaló mondatok P221 Minden óvintézkedést meg kell tenni, hogy ne keveredjen éghető anyagokkal, P262 Szembe, bőrre vagy ruhára nem kerülhet. (régebben R és S mondatok)
Európai Uniós szabályozások GHR rendszer Globális Harmonizálási Rendszer
Európai Uniós szabályozások Registration, Evaluation, Authorization and restriction of Chemicals (REACH)
A mérgező anyagok várható hatásainak elemzése Kockázatbecslés az Európai Közösségi Tanács 1989 óta megköveteli a munkáltatótól, hogy a munkavédelmi keretirányelv alapján kockázatbecslést végezzen. 1. a veszély elemzése 2. a veszély lehetséges csökkentése 3. a veszélyről tájékoztatás Magyarország: ÁNTSz, Országos Kémiai Biztonsági Intézet
A mérgezés keletkezési okai Szándékos: öngyilkossági vagy gyilkossági szándékkal elkövetett mérgezések. Mo-n a gyógyszerekkel, növényvédő szerekkel elkövetett öngyilkossági kísérletek száma nő. Véletlenek vagy balesetek: legnagyobb hányada foglalkozási és háztartási eredetű. Medicinális: gyógyszerek helytelen használata, túladagolása vagy felcserélése Magyarország 2010.: közel 12 ezer bejelentett mérgezés (gyógyszer, alkohol, növényvédőszer a legtöbb), áldozatok 12%-a gyerek
A mérgek útja a szervezetben
A mérgek útja a szervezetben (ADME) A mérgek útja: a mérgek bejutása a szervezetbe, felszívódás, megoszlás, (felhalmozódás), lebomlása, kiürülése a szervezetből Bejutás módja: Indirekt (közvetett) bejutás: bőrön (főleg zsírban oldódóak), nyálkahártyán, emésztőrendszeren, légutakon keresztül Kezdetben lokális (helyi) hatást fejtenek ki, helyi tüneteket okoznak. Direkt (közvetlen) bejutás: izmokon, hasüregen keresztül vagy közvetlen a véráramba. Toxikológai szempontból ezeknek nincs jelentősége, kivéve medicinális mérgezés, öngyilkosság vagy toxikománia eseteit)
Felszívódás (absorption) A mérgek útja a szervezetben A mérgek bármilyen úton jutnak be a szervezetbe, elérik az érpályát. Rövid időn belül az egész szervezetre kiterjedő szisztémás hatást okoznak. Megoszlás (distribution) A vérpályába jutott anyagok további sorsa a vérben való oldódásuktól függ. A vérbe történő abszorpció (kötődés) és a vérből történő deszorpció (kijutás) idővel egyensúlyba kerül. A zsíroldékony anyagok a vérpályát hamar elhagyják, és lerakódnak a zsírszövetekben. A gyengébb zsíroldékonyságot mutató anyagok viszont a vért gyorsan telítik. Felhalmozódás Ha a kiürülés nem tud lépést tartani a bejutással, a mérgek kumulálódnak. A vízben oldódó xenobiotikumok gyorsan kiürülnek, biológiai féléletidejük rövid, míg a zsíroldékonyak hosszan raktározódhatnak a zsírszövetekben.
A mérgek útja a szervezetben Lebomlás (metabolism) A méregtelenítés legfontosabb szerve a máj. A szervezetbe került xenobiotikumok nagy része kémiailag átalakul (biotranszformáció: oxidáció, glukuronidálás, szulfatálás, metilálás), lebomlik (metabolizáció), majd kiürül a szervezetből. Ez a folyamat a detoxikáció. Az is előfordulhat, hogy a kiinduló anyagnál mérgezőbb metabolit keletkezik (toxikus detoxikáció). Kiválasztás (elimination) A mérgek különböző mértékben átalakítva (detoxikáció, toxikus detoxikáció) kiürülnek a szervezetből. A kiválasztás szerve lehet a tüdő, nyálkahártya, különböző mirigyek, de a legtöbb méreg a vesén keresztül ürül ki a szervezetből.
A mérgek sorsa a szervezetben A toxikus anyagok szervezetbe jutása, megoszlása, kiválasztódása függ: A toxikus anyag fizikokémiai tulajdonságaitól Az érintett szerv sejtjeinek, sejtalkotó elemeinek struktúrájától és funkciójától. A toxikus hatás módja és mértéke függ: a kiválasztás módjától és gyorsaságától, a toxikus anyagok molekuláinak illetve ionjainak a célszervek sejtmembránjaihoz való kötődésének erősségétől. A xenobiotikumok csoportosítása későbbi hatásuk alapján: Amelyek csak a sejtmembránon fejtik ki hatásukat, de nem károsítanak a sejt belsejében. Amelyek a behatolás során a membránt nem károsítják, de a sejtalkotóelemekkel reakcióba lépnek. Amelyek mind a membránra, mind az intracelluláris organellumokra toxikus hatást gyakorolnak.
A toxikus hatás erőssége Függ attól, hogy mennyire életfontosságú a szervezet számára az a membrán vagy receptor, amelyikhez a vegyi anyag kapcsolódik, és ezáltal annak működését gátolja vagy megszünteti. Mennyire erősen, reverzibilisen vagy irreverzibilisen kötődött a vegyi anyag a receptorhoz. Először funkcionális, majd strukturális változások mutatkoznak, ha a gyakorlatban egyenként még nem mérhető mértékű toxikus hatások összeadódnak a szervezetben, melyek végül manifeszt mérgezésben nyilvánulnak meg. Korai felderítés szerepe: biokémiai változások meghatározása, mielőtt morfológiai változások következnek be (biológiai monitorozás, praktikusan időszakos orvosi vizsgálat)
A mérgek hatásmechanizmusa 1. Szummációs hatású anyagok: Ilyen mérgezéseknél a dózis nagyságának nincs jelentősége. A szervezetbe jutott méreg a későbbiekben el is bomolhat és ki is kerülhet a szervezetből. Amíg a méreg a szervezetben tartózkodik, irreverzibilis károsodásokat hozhat létre, amelynek biológiai hatása megmarad. Amennyiben ugyanez vagy hasonló szerkezetű anyag valamikor újra a szervezetbe kerül, az új károsodás hozzáadódik a régihez. Ilyen mérgezés esetén tehát nincsen veszélytelenül kis, küszöb alatti dózis. Ezen a módon hatnak a rákkeltő vegyületek.
A mérgek hatásmechanizmusa 2. Kumulatív hatású anyagok: Elraktározódnak a zsírszövetekben, a nagy zsírtartalmú parenchymás szervekben és az erősen lipoiddús központi idegrendszerben. Ennek következtében a toxikus anyag mennyisége a szervezetben minden egyes bevitel után növekszik. Toxikus hatást csak akkor fejtenek ki, ha már bizonyos mennyiséget a szervezetben elértek (küszöb). Ilyen módon hatnak a zsíroldékony xenobiotikumok, pl. klórozott szénhidrogének.
A mérgek hatásmechanizmusa 3. Koncentrációs hatású anyagok: Nem halmozódnak fel a szervezetben, hanem kiürülnek, ezért hatásuk nem tartós. Mindegyik ilyen típusú anyag rendelkezik egy rá jellemző küszöbszinttel, amely alatt a szervezetbe kerülve nem fejt ki toxikus hatást. A specifikus küszöbszint alatt még az igen erős mérgek sem toxikusak. Ezen módon hatnak a vízoldékony anyagok.
A mérgek szervszintű hatásai A vérre ható mérgező anyagok megváltoztatják a vérplazma ph-ját és az oldott ionok koncentrációját (K +, Cl - ) ill. az oxigénszállítást akadályozhatják. A szívet károsító anyagok szívritmuszavarokat okozhatnak. A máj mint a méregtelenítési folyamatok fő szerve a legtöbb mérgező anyag támadáspontját képezi (sárgaság, cirrózis). A vese, a mérgek kiválasztó szerve fokozott mértékben ki van téve a mérgek és anyagcseretermékeik károsító hatásának. A bőrre ható mérgek irritációt, marásos sérüléseket okoznak. A légzőszervekre hatnak a gáz- és illó mérgek. A mutagén hatású anyagok rákkeltőek. A placentán átjutó anyagok magzatkárosító hatásúak lehetnek, fejlődési rendellenségeket okozhatnak. A hormonhatású anyagok (endocrin disruptor) megzavarják a hormonális szabályozást. Az idegrendszeri hatású szerekkel fogunk részletesen foglalkozni, elváltozások elemzése, mérési lehetőségei
Neurotoxikológia