toksyczność
Toksyczność — Toksyczność – zdolność substancji chemicznej do wywołania uszkodzeń w organizmie żywym, skutkujących zatruciem bądź zaburzeniami czynności komórek, narządów bądź całego organizmu.
Czynniki wpływające na toksyczność substancji chemicznych
Toksyczność jest zdolnością substancji chemicznej do wywołania uszkodzeń w organizmie w przypadku jej połknięcia, wchłonięcia przez drogi oddechowe bądź przez skórę. Uszkodzenia te skutkują zatruciem organizmu lub zaburzeniami czynności komórek, narządów bądź całego organizmu.
Toksyczność jest skutkiem reakcji zachodzących pomiędzy substancją toksyczną a układem biologicznym. Efekt toksyczny może mieć charakter ostry wskutek silnego oddziaływania substancji toksycznej w krótkim okresie czasu (od kilku minut do kilku dni) bądź przewlekły (chroniczny) wskutek długotrwałego gromadzenia się tej substancji w organizmie.
Do czynników wpływających na toksyczność substancji chemicznej zaliczane są:
- właściwości fizykochemiczne (zewnątrzustrojowe):
– rozpuszczalność w wodzie i tłuszczach warunkująca wnikanie przez błonę komórkową– temperatura wrzenia i parowania (np. niska temperatura wrzenia oraz duża prężność par warunkuje
szybsze pojawienie się efektu toksycznego);
– wielkość cząsteczek (np. mniejsze cząsteczki wywołują silniejszy efekt toksyczny poprzez ich szybsze
wchłanianie do krwi w pęcherzykach płucnych– budowa chemiczna i struktura cząsteczki – obecność wiązań nienasyconych, długość łańcucha
i stopień jego rozgałęzienia, izomeria strukturalna (silniejsza toksyczność związków o ugrupowaniu
para i izomerów lewoskrętnych), obecność podstawników zwiększających toksyczność.
- czynniki biologiczne (wewnątrzustrojowe) – właściwości organizmu żywego:
– wiek i rozwój osobniczy (najsilniejszy efekt toksyczny u dzieci i osób starszych);
– płeć (np. kobiety bardziej narażone na toksyczne działanie pestycydów i leków psychotropowych
w porównaniu z mężczyznami);
– czynniki genetyczne (np. genetycznie uwarunkowane choroby metaboliczne– czynniki środowiskowe (ciśnienie atmosferyczne, światło, temperatura, promieniowanie jonizujące).
Dawka a toksyczność substancji chemicznej
Dawka toksyczna (DT, łac. dosis toxica) określana jest jako ilość substancji chemicznej wywołująca efekt toksyczny po wniknięciu do organizmu, skutkujący zatruciem bądź zaburzeniami czynnościowymi; wyrażana w jednostkach wagowych na masę ciała.
Toksyczność danej substancji chemicznej, oprócz dawki i właściwości fizykochemicznych oraz właściwości biologicznych organizmu, zależna jest także od drogi wchłaniania tej substancji, czasu i sposobu jej podawania, stopnia jej szkodliwości, czasu potrzebnego do wywołania efektu toksycznego oraz gatunku. W związku z tym wartość dawki toksycznej substancji jest w praktyce trudna do określenia; wiele problemów sprawia również wyznaczenie granicy pomiędzy dawką leczniczą (DT, łac. dosis therapeutica) a dawką toksyczną oraz granicy pomiędzy dawką toksyczną a dawką śmiertelną (DL, łac. dosis letalis).
Ilościowa ocena toksyczności substancji chemicznej
Określenie toksyczności danej substancji chemicznej polega na pomiarze jej wpływu na dany gatunek, populację, organizm, narząd, tkankę lub pojedynczą komórkę. Odbywa się to głównie poprzez badania toksykologiczne in vitro przy użyciu komórek, linii komórkowych oraz biomarkerów (mierzalnych zmian w komórkach organizmu i zachodzących w nich reakcji biochemicznych wywołanych przez substancję toksyczną) oraz badania in vivo na zwierzętach laboratoryjnych (myszach, szczurach, którym wstrzykuje się badaną substancję toksyczną).
W związku z tym, że poszczególne organizmy danej populacji wykazują różne reakcje na identyczną dawkę substancji toksycznej, określenie toksyczności często wykonuje się na poziomie populacji, dzięki czemu możliwe staje się określenie przybliżonej dawki toksycznej dla pojedynczego organizmu.
Wskaźnikami wykorzystywanymi w pomiarze toksyczności substancji chemicznej są:
- medialna dawka toksyczna (TD₅₀) – dawka wywołująca efekt toksyczny u 50% organizmów, którym podano badaną substancję toksyczną;
- medialna dawka śmiertelna (LD₅₀) – dawka wywołująca śmierć 50% organizmów, którym podano dawkę badanej substancji toksycznej;
- medialne stężenie śmiertelne (LC₅₀) – stężenie gazowej substancji toksycznej wywołujące śmierć 50% organizmów narażonych na jej działanie.
Medialna dawka śmiertelna (LD₅₀) wykorzystywana jej przy podziale toksycznych substancji chemicznych w zależności od wywoływanego ostrego efektu toksycznego i określenia prawdopodobnej dawki śmiertelnej dla człowieka:
- substancje nadzwyczaj toksyczne – ok. 0,065 g,
- substancje bardzo toksyczne – 4 g,
- substancje średnio toksyczne – 30 g,
- substancje słabo toksyczne – 250 g,
- substancje praktycznie nietoksyczne – 1000 g,
- substancje nieszkodliwe – powyżej 1000 g.
Medialna dawka śmiertelna (LD₅₀) (mg/kg masy ciała) wykorzystywana jest również do klasyfikacji toksycznych substancji chemicznych dostających się do organizmu drogą pokarmową:
- substancje bardzo toksyczne – LD₅₀ < 25; np. arszenik (20mg/kg), cyjanowodór (1,5mg/kg);
- substancje toksyczne – 25 < LD₅₀ < 200; np. nikotyna (50mg/kg);
- substancje szkodliwe – 200 < LD₅₀ < 2000; np. tetrahydrokannabinol (THC) (1259g/kg);
- substancje nieklasyfikowane – 2000 < LD₅₀; np. sól kuchenna (3000 mg/kg).
Do oceny bezpieczeństwa leków wykorzystywany jest wskaźnik (indeks) terapeutyczny (TI):
gdzie:
- TD₅₀ – dawka leku wykazująca działanie toksyczne u 50% badanych organizmów;
- ED₅₀ – efektywna dawka leku, przy której osiąga się 50% oczekiwanego efektu leczniczego bądź 50% organizmów wykazuje oczekiwany efekt leczniczy.
Substancje lecznicze najbezpieczniejsze dla organizmu cechują się wysokim wskaźnikiem terapeutycznym.
