Toksykologia – nauka o truciznach. Dyscyplina naukowa badająca aktualne lub potencjalne niebezpieczeństwo związane z działaniem substancji chemicznych na żywe organizmy i ekosystemy, opracowująca systemy zapobiegania, rozpoznawania i leczenia zatruć.
Zadania toksykologii: prowadzenie badań naukowych, w celu rozszerzenia wiedzy o szkodliwym działaniu związków chemicznych. Ocena ryzyka, jakie stanowią substancje chemiczne dla organizmów żywych. Zalecanie społeczeństwu środków kontroli i zapobieganie szkodliwym skutkom działania środków chemicznych. Rozpoznawanie i leczenie zatruć.
Toksykolog – specjalista, wykrywający trucizny w materiale sekcyjnym lub biologicznym.
Trucizna – substancja, , która po wchłonięciu do organizmu lub wytworzona w organizmie i w niewielkich ilościach powoduje silne zaburzenia funkcji organizmu lub zgon.
Ksenobiotyk – substancje obce dla organizmu, które stwarzają zagrożenia toksyczne. Stopień szkodliwości zależy od wielu czynników, a zwłaszcza od wielkości przyjętej dawki.
Toksykologia leków - bada działania uboczne leków, przedawkowanie leków, uzależnienie od leków.
Toksykologia zawodowa - zajmuje się profilaktyką, diagnostyką i leczeniem zatruć zawodowych, opracowuje normy zawartości chemicznych w powietrzu na stanowiskach pracy.
Toksykologia środowiskowa - bada wpływ skażenia środowiska na człowieka.
Ekotoksykologia - zajmuje się szkodliwym wpływem substancji chemicznych występujących w środowisku na organizmy inne niż człowiek.
Toksykologia żywności - bada substancje dodawane do żywności.
Toksykologia pestycydów - zajmuje się skutkami oddziaływania środków ochrony roślin i nawozów sztucznych stosowanych w rolnictwie.
Toksykologia kliniczna - zajmuje się diagnozowaniem i leczeniem zwłaszcza ostrych zatruć, opracowuje nowe metody leczenia i odtrutki.
Toksykologia sądowo – lekarska - zajmuje się wykrywaniem i oznaczaniem trucizn, alkoholu, środków uzależniających w materiale biologicznym, zwłaszcza pobranym po śmierci.
Toksykologia wojskowa - bada toksyczność bojowych środków trujących (gazów bojowych) i środków służących do rozproszenia tłumów.
Toksykologia ustawodawcza - opracowuje akty prawne zapewniające bezpieczne użytkowanie substancji chemicznych.
Szkodliwe działanie związku chemicznego na organizm zależy od: źródła ekspozycji - rozmieszczenie: powietrze, gleba, woda, żywność. Substancji chemicznej - właściwości fizyko-chemiczne. Ekspozycji - drogi wchłaniania (skórna, układ oddechowy, doustna, pozajelitowa), wielkość ekspozycji (stężenie, dawka, szybkość wchłaniania). Organizmu - (człowiek, rasa, płeć, wrażliwość, stan zdrowia). Odpowiedzi - (natychmiastowa, opóźniona).
Narażenie (ekspozycja) - fizyczny kontakt żywego organizmu z czynnikiem fizycznym, chemicznym lub biologicznym, wyrażony stężeniem lub natężeniem i czasem trwania.
Efekt - każda biologiczna zmiana w organizmie, tkance lub narządzie spowodowana narażeniem na substancję chemiczną.
Efekt szkodliwy - nieodwracalna zmiana biologiczna pojawiająca się podczas lub po zakończeniu narażenia.
Zmiany niekorzystne – występują gdy wyniki pomiarów znajdują się poza zakresem wartości pomiarowych.
Działanie niekorzystne - odwracalne odchylenie od prawidłowej funkcji, które powraca do normy po ustaniu narażenia organizmu. Zależy od zdolności tkanki do regeneracji.
Odwracalne skutki – działania związków chemicznych. Są odchyleniami od prawidłowej struktury lub funkcji, które powracają do zakresów wartości fizjologicznych po przerwaniu narażenia.
Nieodwracalne skutki - pozostają lub nawet nasilają się po zakończeniu narażenia. Taki charakter mają następujące efekty: uszkodzenie płodu, marskość wątroby, nowotwory złośliwe.
Podział substancji chemicznych ze względu na charakter działania: działające miejscowo i systemowo.
Działanie miejscowe - polega na wywołaniu efektu ograniczonego do miejsca kontaktu z tkanką.
Działanie systemowe – działanie układowe - ujawnia się po wchłonięciu do krwioobiegu i przemieszczeniu do tkanki docelowej. Większość substancji chemicznych wykazuje działania układowe, charakteryzuje się pewną wybiórczością, polegająca na uszkodzeniu jednego lub kilku organów lub tkanek określonych jako krytyczne.
Narząd krytyczny - narząd, który jako pierwszy osiąga krytyczne stężenie substancji toksycznej.
Stężenie krytyczne - stężenie w komórce przy którym zachodzą zmiany czynnościowe komórki, odwracalne lub nieodwracalne, niepożądane lub szkodliwe. W narządzie krytycznym występuje substancja krytyczna. Wrażliwość tego narządu zależy od drogi wchłaniania, płci, wieku.
Efekt krytyczny - przyjęto swoisty efekt lub jego prekursora w warunkach narażenia na substancję chemiczną.
Działanie toksyczne - substancji chemicznej zależy od jej dawki i stężenia w atakowanym narządzie lub układzie.
Dawka - ilość substancji chemicznej podana, pobrana lub wchłonięta do organizmu w określony sposób, warunkująca brak lub występowanie efektów biologicznych wyrażonych odsetkiem organizmów odpowiadających na tę dawkę. Dawka wyrażona jest w jednostkach wagowych na masę lub powierzchnię ciała, czasem na dobę. [mr/kg/d], [mg/kg/h].
Rodzaje dawek: Dawka graniczna zw. także dawką progową. Jest to ilość substancji, która wywołuje pierwsze poszczególne skutki biologiczne. Dawka lecznicza – wykazuje działania farmakoterapeutyczne i nie wywołuje istotnych zakłóceń procesów fizjologicznych. Dawka toksyczna – ilość substancji, która po wchłonięciu do organizmu wywołuje efekt toksyczny. Dawka śmiertelna – ilość substancji powodująca śmierć organizmu po jednorazowym podaniu.Dawka pobrana – ilość substancji zawarta w spożytym pokarmie, w wydalonym powietrzu lub w materiale nałożonym na skórę. Dawka wchłonięta – ilość substancji, która przeniknęła przez granicę wymiany faz do organizmu ze środowiska zewnętrznego.
Medialna dawka śmiertelna LD50 – wskaźnik toksyczności ostrej, statycznie obliczalna na podstawie wyników eksperymentu na zwierzętach i ilość substancji chemicznej, która powoduje śmierć 50% badanych osobników.
Zatrucie - proces chorobowy z klinicznymi objawami podmiotowymi i przedmiotowymi, wywołany przez substancję chemiczną pochodzenia egzogennego i endogennego.
Podział zatruć ze względu na dynamikę: zatrucia ostre – szybki i szkodliwy rozwój zmian w organizmie, po jednorazowym podaniu dawki trucizny. Śmierć następuje po 24 godzinach. zatrucie podostre - szkodliwe zmiany w organizmie występują mniej gwałtownie po podaniu jednorazowej dawki czy nawet kilkukrotnej. zatrucie przewlekłe – powstają w skutek działania małych dawek trucizny, zwykle kumulującej się w organizmie, wchłanianych przez dłuższy czas.
Podział zatruć ze względu na występowanie: zatrucie rozmyślne - samobójcze lub zbrodnicze zatrucie przypadkowe - stanowią bardzo duże zagrożenie.
Przyczyny ostrych zatruć: trucizny przemysłowe - stosowane w różnych procesach produkcyjnych, nie wykazują przez dłuższy czas objawów, mogą występować skutki bardzo odległe w czasie, mają bardzo złożony charakter. trucizny środowiskowe - działalność człowieka, nawozy sztuczne, pestycydy, żywność, która zanieczyszczona jest mikroorganizmami, leki i środki odurzające, tlenek węgla (zatrucia ostre i przewlekłe). Ponadto zatrucia przez: Alkohole, Gazy, Grzyby, Rośliny, Inne.
Czynniki wpływające na toksyczność ksenobiotyków: budowa chemiczna i właściwości fizyko-chemiczne, czynniki biologiczne, czynniki środowiskowe.
Budowa chemiczna ksenobiotyków: Wprowadzenie do związków chemicznych grupy: grupy karboksylowej –COOH, wprowadzenie grupy sulfonowej -SO3H, wprowadzenie grupy tiulowej –SH, wprowadzenie grupy metoksylowej -OCH3, wprowadzenie grupy acytylowej -COCH3, Grupy te zmniejszają toksyczność, a nawet w niektórych przypadkach całkowicie likwidują szkodliwe działanie pierwotnej substancji.
Metabolizm kesonobiotyków - Całość procesów, określających los substancji obcych w organizmie.
Metabolizm – przemiana materii, zespół reakcji chemicznych zachodzących w żywych organizmach, zazwyczaj z udziałem enzymów. Proces metabolizmu: wchłanianie (absorpcja), rozmieszczenie (dystrybucja), przemiany biochemiczne (biotransformacja), wydalanie.
W metabolizmie ksenobiotyków biorą udział: procesy transportu (wchłanianie, dystrybucja, wydalanie), w których substancje przechodzą przez błony biologiczne, procesy biotransformacji, w których w przemianach enzymatycznych lub nieenzymatycznych, ksenobiotyki ulegają przekształceniu do jednego lub kilku metabolitów.
Transport ksenobiotyków przez błony biologiczne odbywa się przez: transport bierny (dyfuzja bierna), transport przez pory (absorpcja konwekcyjna), transport ułatwiony, transport aktywny, transport przez pory jonowe, endocytozę.
prawo Ficka - Szybkość dyfuzji jest wprost proporcjonalna do wielkości powierzchni błony i różnicy stężeń po obu jej stronach, a odwrotnie proporcjonalna do grubości błony.
Wchłanianie (absorpcja) - polega na przejściu substancji ze środowiska zewnętrznego do krążenia ogólnego (krew i chłonka). Wchłanianie zachodzi różnymi drogami: pokarmową, skórna (dermalną), wziewna (inhalacyjna), pozajelitowa (parenteralna - dożylną, dootrzewną, pordzenną, domięśniową, doskórną, podskórną), przez jamy ciała (doodbytniczą, dopochwową, dospojówkową). W toksykologii największe znaczenie mają drogi: doustna, wziewna, skórna.
Wchłanianie przez skórę ksenobiotyków ma istotne znaczenie w zatruciach zawodowych (np. środkami ochrony roślin, niektórymi środkami bojowymi- np. iperyt, luizyt, sarin).
Skóra – stanowi najważniejszą barierę oddzielającą organizm ludzki od środowiska zewnętrznego. Jest w różnym stopniu przepuszczalna dla bardzo wielu związków chemicznych. Powierzchnia skóry dorosłego człowieka wynosi 1,25-2 m2 w zależności od umiejscowienia jej grubości u człowieka wynosi 0,25-4 mm.
Budowa skóry: naskórek, skóra właściwa, tkanka podskórna.
mechanizmy przenikania ksenobiotyków przez skórę: transport transepidermalny – zachodzi przez warstwy komórek naskórka oraz przestrzenie międzykomórkowe, transport transfolikularny – zachodzi przez przydatki skóry, główne gruczoły łojowe i mieszki włosów.
Wchłanianie przez układ oddechowy ksenobiotyków: Głównym elementem czynnościowym płuc są pęcherzyki płucne. U dorosłego człowieka jest ich 300-500 mln, a powierzchnia oddechowa wynosi 70-100 m2.
Wchłanianie przez przewód pokarmowy - Najwięcej trucizn przedostaje się do organizmu drogą pokarmową (leki, zanieczyszczenia chemiczne wody i żywności). Przewód pokarmowy ma około 8 m długości, największą zdolność wchłaniania wykazuje jelito cienkie. Powierzchnia jelita cienkiego (fałdy okrężne, kosmyki, krypty jelitowe) wynosi około 200-300 m2. Ksenobiotyki wchłaniające z przewodu pokarmowego (za wyjątkiem jamy ustanej przełyki i częściowo odbytnicy) trafiają z krwią żylną przez żyłę wrotną do wątroby. Tu ulegają biotransformacji, do różnych metabolitów i wydaleniu do żółci lub zatrzymaniu w wątrobie i nie przedostają się do krążenia ogólnego.
Wydalanie moczem - jest związane z 3 procesami tworzenia się moczu: Przesączenie kłębuszkowym, Wchłonieniem zwrotnym, Wydzieleniem kanalikowym. Szybkość wydalania substancji przez nerki charakteryzuje tzw. klirens (współczynnik oczyszczania) określający objętość osocza krwi oczyszczonej, z danej substancji w jednostce czasu.
Wydalanie z żółcią - Wątroba, ze względu na swoje funkcje detoksykacyjne odgrywa rolę filtru chroniącego organizm przed działaniem wielu trucizn. Substancje wchłonięte w przewodzie pokarmowym zanim trafią do krążenia ogólnego, przedostają się w całości przez żyłę wrotną do wątroby. Tu mogą związać się z białkami, ulec biotransformacji lub zostać wydalone z żółcią w postaci nie zmienionej lub jako metabolity. Z żółcią wydalają się insektycydy polichlorkowe, dioksyny.
Wydalanie z powietrzem - Szybkość eliminacji ta drogą zwiększa się wraz ze zwiększeniem wentylacji płuc i szybkości przepływu krwi przez płuca. Istniejącą zależność między stężeniem etanolu we krwi i powietrzu wydalonym wykosztuje się przy kontroli trzeźwości kierowców.
Chemia środowiskowa – bada obecność substancji chemicznych w środowisku, ich rozmieszczenie oraz wpływ czynników chemicznych na los substancji fizyko-chemicznych w środowisku.
Populacja – grupa organizmów jednego gatunku występująca na danym terenie. Wykazuje właściwości wspólne dla całej grupy, a nie dla poszczególnych osobników (gęstość zaludnienia, współczynnik urodzin i umieralności, rozkład wieku i płci).
Ekosystem – podstawowa jednostka funkcjonalna w przyrodzie, w której zachodzi obieg materii i energii między częścią żywą i nieożywioną.
Ekologia – zajmuje się wzajemnymi zależnościami między organizmami, a ich żywym i nieożywionym środowiskiem.
Biosfera – jest strefa zamieszkaną przez organizmy żywe. Składa się z dolnej części atmosfery, aerosfery (troposfera wraz z dolną częścią stratosfery), wszystkich wód (hydrosfera) oraz powierzchniowej warstwy skorupy ziemskiej (litosfera).
Substancje zanieczyszczające - wywierają niekorzystny wpływ przez swą nadmierną ilość w środowisku, choć same przez się nie są zazwyczaj substancjami silnie toksycznymi.
Substancje skażające – substancje trujące dla organizmu człowieka i innych żywych organizmów.
Podział substancji skażających - pierwotne (w takiej formie jak wyemitowane), - wtórne (powstałe w toku reakcji chemicznej, stają się toksyczne, same z siebie nie są niebezpieczne).
Emisja – ilość substancji chemicznej uwalnianej do środowiska [masa/czas].
Imisja – całkowite stężenie zanieczyszczeń w środowisku pochodzące ze źródeł naturalnych i sztucznych. [mg/l] [mg/g].
Dystrybucja zanieczyszczeń – przemieszczanie zanieczyszczeń.
Adsorpcja – zależy od właściwości fizykochemicznych substancji. Przez silne przyleganie do osadów rzecznych lub morskich zmniejsza się wielkość ekspozycji dla organizmów pelagicznych (wolnopływających), z jednoczesnym zwiększeniem się narażenia organizmów bentosowych (żyjących na dnie akwenów). Na rozmieszczenie w wodzie, litofilność. Powodują one podział substancji między wodę a lipidy zawarte w organizmach żywych. Wychwytywanie przez adsorbenty różnych zanieczyszczeń.
Transformacja – w skutek działania czynników fizykochemicznych (światło słoneczne) lub biologicznych (mikroorganizmy w glebie) następuje ich rozkład (degradacja), biodegradacja i fotodegradacja.
Dostępność biologiczna danej substancji – ta część całkowitej zawartości substancji w media rum środowiska, która może być pobrana.
Rozkład (degradacja) następuje w skutek transformacji,
Biokumulacja – proces w którym całkowita ilość substancji chemicznej w organizmie żywym wzrasta w ciągu całego życia (większe wchłanianie niż wydalanie).
Biokoncentracja – gdy średni poziom substancji jest wyższy w organizmie niż w środowisku.
Biomagnifikacja – gdy stężenie substancji w danym organizmie jest większe niż w jego pożywieniu.
Biomarkery – wyrażają odpowiedź biologiczną na substancję chemiczną, która jest wskaźnikiem wielkości ekspozycji bądź działania toksycznego.
Środowisko naturalne – ogół czynników ekologicznych mających bezpośrednie znaczenie dla życia i rozwoju człowieka. Skażenie środowiska naturalnego jest następstwem działalności człowieka. To wszelkie niekorzystne zmiany wywołane przez czynniki Fizyczne (skażenie promieniotwórcze i termiczne), Chemiczne, Biologiczne (skażenie bakteryjne).
Źródłami naturalnymi zanieczyszczeń powietrza są: pożary lasów i stepów, wybuchy wulkanów, unoszenie cząstek gleby, pył wodny zawierający sól morską.
antropogenicznymi źródłami zanieczyszczenia powietrza są: Spalanie węgla i ropy naftowej w elektrowniach, zakładach przemysłowych i gospodarstw domowych, Transport samochodowy. Uboczna produkcja zakładów przemysłowych (np., zakładów chemicznych i hut),
zanieczyszczeniami powietrza są: tlenek węgla, ditlenek siarki, węglowodory, pyły i tlenki azotu.
Samooczyszczanie wód – polega na mikrobiologicznym rozkładzie związków organicznych do dwutlenku węgla i wody, azotanów i innych prostych związków nieorganicznych. Do tego procesu niezbędny jest tlen z powietrza i proces fotosyntezy roślin wodnych.
Układ wieloprzedziałowy – uwarza się cały organizm. Ksenobiotyk w zależności od swoich właściwości po wprowadzeniu do ustroju, zatrzymuje się w organizmie w różnych miejscach zwanych przedziałami.
Przedział: tkanka, osocze krwi. A – przedział szybkowymienny (osocze krwi), B – przedział wolnowymienny (miejsce kumulacji w ustroju, tkanki tłuszczowe), E – związek lub metabolit wydalany z organizmu. M – metabolit. I: Aàk1àE, II: Aàk4àMàk5àE, III: Eßk1ßAßk2,k3àB, gdzie: k1,k5 – stałe wydalania, k2,k3 – stałe szybkości przejścia substancji pomiędzy przedział A i B, k4 – stała szybkość metabolizacji substancji. Model jednoprzedziałowy jak i inne modele, odnoszą się do jednorazowego podania substancji i są stosowane w przypadku zatruć ostrych.
Toksykologia środowiskowa – zajmuje się szkodliwym działaniem na człowieka substancji chemicznych występujących w środowisku. W celu uzyskania wiarygodnej oceny poziomu narażenia środowiskowego niezbędne są informacje z zakresu: chemii środowiskowej, toksykologii i ekologii.
Chemia środowiskowa bada obecność substancji chemicznych w środowisku ich rozmieszczenie.
Monitoring środowiska – pozwala określić czy wywołane przez substancje zmiany biologiczne w organizmie …
Szkodliwe działanie danego związku chemicznego w środowisku człowieka zależy od: wielkość produkcji i rozmieszczenie geograficzne danego związku chemicznego, obecność substancji towarzyszących (zanieczyszczeń), trwałość substancji w środowisku, zdolność do nagromadzenia w środowisku oraz biomagnifikacja w łańcuchu pokarmowym, wielkość narażonej populacji, toksyczność danego związku chemicznego dla różnych gatunków, wpływ na różne czynniki fizyczne i chemiczne środowiska (np. pH gleby).
Chemiczne zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego – ze względu na liczbę i ilość emitowanych substancji oraz łatwość rozprzestrzeniania się nawet na sąsiednie kraje i kontynenty, zanieczyszczenia powietrza są najważniejszym źródłem skażenia środowiska naturalnego.
Na Obecność pyłu w powietrzu ma znaczenie: rozmiar cząstek, pogoda, wilgotność powietrza.
Skład powietrza: azot (78%), tlen (21%), argon, para wodna, di tlenek węgla, neon, tlenek di azotu, ksenon, zanieczyszczenia.
Naturalne zanieczyszczenia powietrza – pożary lasów i stepów, wybuchy wulkanów, unoszenie cząstek gleby, pył wodny zawierający sól morską.
Antropogeniczne źródła zanieczyszczenia powietrza – spalanie węgla i ropy naftowej w elektrowniach, zakładach przemysłowych i gospodarstwach domowych, transport samochodowy oraz uboczne produkty zakładów przemysłowych.
Podstawowe zanieczyszczenia powietrza – tlenek węgla, di tlenek siarki, węglowodory, pyły i tlenki azotu, W mniejszych ilościach: związki ołowiu, fluoru, siarkowodóru i chlorowodoru.
Smog typu londyńskiego – zanieczyszczenia o charakterze redukującym – zawierają dużo di tlenku siarki i dymu. Ditlenek siarki w warunkach nasycenia powietrza przez wodę utlenia się do aerozolu kwasu siarkowego i siarczanów. Rolę katalizatorów tych reakcji odgrywają sole metali i ziarna pyłów. Ditlenek siarki działa silnie drażniąco na układ oddechowy.
Główne przyczyny powstawania gazów cieplarnianych: spalanie paliw konwencjonalnych, masowy wyrąb lasów tropikalnych, beztlenowa fermentacja w bagnach i składowiskach odpadów, uprawa ryżu.
Warstwa ozonowa – ok. 25 km od powierzchni Ziemi. Pochłania promieniowanie ultrafioletowe. Troposfera – znajduje się poniżej warstwy ozonowej jest dzięki temu chroniona przed promieniowaniem o dużej energii. Promieniowanie to jest toksyczne dla organizmów jednokomórkowych oraz komórek na powierzchni ciała zwierząt i wyższych roślin.
Kwaśne opady atmosferyczne – powodują zakwaszenie środowiska, zmniejszenie naturalnego odczynu pH opadów atmosferycznych z 6 – 6,5 do poniżej 5 co powoduje rozpuszczenie metali, zwłaszcza glinu z gleby i uszkodzenie korzeni roślin. Kwaśne opady odpowiedz lane są za zniszczenie lasów, zwłaszcza iglastych.
Samoczyszczenie powietrza atmosferycznego – większe cząstki osad...
pitol23