toksyny

Toksyny, toksyny bakteryjne — Toksyny – to trucizny naturalne pochodzenia zwierzęcego, roślinnego lub wydzielane przez drobnoustroje. Pojęcie toksyny odnosi się do wszystkich substancji, które mogą być szkodliwe dla tkanek, organów czy procesów biologicznych organizmów żywych natomiast toksyny są wytwarzane tylko przez inne organizmy żywe. Toksyny pochodzenia zwierzęcego to zootoksyny a pochodzenia roślinnego to fitotoksyny. Wśród zootoksyn wyróżniamy fosfolipazy, proteazy, hialuronidazy oraz białka, w tym głównie enzymy. Do fitotoksyn należą również białka ale też polipeptydy, alkaloidy i glikozydy cyjanogenne. Bakterie mogą produkować do środowiska zewnętrznego egzotoksyny lub endotoksyny, które nie są wydzielane ale znajdują się w błonie zewnętrznej. Do egzotoksyn należą między innymi enterotoksyny czyli toksyny powodujące zatrucia pokarmowe. Niektóre grzyby również wytwarzają toksyny. Nazywamy je mykotoksynami.

Toksyczność

Paracelsus powiedział „Dosis facit venenum” co oznacza, że tylko dawka czyni, że dana substancja nie jest trucizną więc wszystko może nią być. Jednak na toksyczność substancji wpływają też różne inne czynniki. Jest to między innymi droga wchłaniania substancji toksycznej ale także częstotliwość zażywania oraz czas trwania ekspozycji. W zależności od dawki i efektu jaki dana dawka wywołuje rozróżniamy kilka pojęć.

Dosis minima czyli dawka progowa to dawka substancji powodująca pierwsze, dające się zaobserwować skutki biologiczne. Jest to najmniejszy poziom narażenia. Dosis therapeutica jest to dawka lecznicza. Wywołuje ona działanie farmakoterapeutyczne bez jednoczesnych zakłóceń procesów fizjologicznych, które miałyby istotne znaczenie. Dosis toxica oznacza dawkę toksyczną. Jest to ilość danej substancji, która będzie dawała efekt toksyczny po wchłonięciu do organizmu. Dosis letalis jest to natomiast dawka śmiertelna czyli taka, która powoduje śmierć po jednorazowym podaniu. W toksykologii stosuje się pojęcie dawka śmiertelna medialna oznaczana jako LD50. Jest to obliczona doświadczalnie dawka danej substancji, która spowoduje śmierć 50% badanych organizmów. W zależności od zakresu LD50 substancje dzieli się według klas toksyczności. Wyróżnia się również pojęcie stężenie krytyczne czyli takie stężenie, które powoduje w komórce zajście zmian czynnościowych niepożądanych oraz szkodliwych. Zmiany te mogą być odwracalne bądź nieodwracalne. Narządem krytycznym natomiast nazywamy narząd, w którym jako pierwszym zostanie osiągnięte stężenie krytyczne oddziałującej substancji toksycznej.

Pochodzenie toksyn

Toksyny czyli trucizny pochodzenia naturalnego są wytwarzane przede wszystkim przez bakterie chorobotwórcze ale także przez grzyby trujące oraz rośliny i zwierzęta jadowite. Toksyny bakteryjne można podzielić ze względu na skład chemiczny, działanie na inne komórki oraz na sposób ich wytwarzania w komórkach bakteryjnych. W przypadku podziału toksyn ze względu na ich skład chemiczny bierze się pod uwagę obecność prostych lub złożonych białek bądź peptydów mogących zawierać grupę węglowodanową lub lipidową oraz obecność LPS czyli liposacharydu złożonego z trzech regionów. W skład regionów wchodzi lipid A, ologocukier rdzeniowy oraz cukrowe łańcuchy boczne. Inny podział opiera się na umiejscowieniu toksyny. Jeśli toksyna stanowi integralną część struktury komórki bakteryjnej, to nazywamy ją endotoksyną. Działanie takiej substancji ujawnia się dopiero po rozpadzie komórki. Jeśli toksyna jest wydzielana przez mikroorganizmy aktywnie do otaczającego środowiska to mówimy o egzotoksynie. Egzotoksyny są to mocno zróżnicowane polipeptydy wytwarzane zarówno przez bakterie Gram-dodatnie jak i Gram-ujemne. Endotoksyny natomiast występują tylko u bakterii Gram-ujemnych w postaci lipopolisacharydu o podobnej budowie i działaniu u różnych gatunków. Egzotoksyny są bardziej toksyczne i mogą spowodować śmierć już w dawkach mikrogramowych. Z kolei endotoksyny stanowią zagrożenie śmiertelne w dawkach miligramowych.

Do zatruć może też dojść przez grzyby kapeluszowe, które często przypominają gatunki jadalne a mogą spowodować ciężkie a nawet śmiertelne zatrucia. Toksyny są wytwarzane również przez pleśnie. Źródłem mykotoksyn, czyli toksyn produkowanych przez grzyby, najczęściej są zakażone produkty spożywcze ale pleśnie mogą też się namnażać w budynkach. Wśród mykotoksyn znajdują się między innymi aflatoksyny występujące na fistaszkach i zbożu czy patulina wytwarzana na grzybach występujących na wielu owocach i warzywach. Niektóre rośliny same produkują toksyczne związki takie jak glikozydy, alkaloidy, saponiny czy olejki lotne, które w zbyt dużej dawce mogą stanowić zagrożenie. Zwierzęta wytwarzające toksyny robią to w celu obronnym. Produkują jady między innymi w gruczołach jadowych lub ślinowych w postaci białek z enzymami proteolitycznymi.

Droga substancji toksycznych

Toksyny mogą się dostawać do organizmu różnymi drogami. Wchłonięta ze środowiska dawka odgrywa ważną rolę w działaniu konkretnej substancji. Substancje toksyczne mogą być wchłaniane drogą pokarmową czy wziewną, ale również przez jamy ciała czyli na przykład donosowo, dopochwowo, doodbytniczo czy dospojówkowo. Toksyny mogą być też wchłaniane przez skórę, ale także drogą parenteralną czyli z pominięciem procesu wchłaniania. Przez iniekcję toksyny dużo szybciej się rozprzestrzeniają a może się ona odbywać między innymi drogą dożylną, domięśniowo czy podskórnie.

Substancje wchłonięte do organizmu trafiają do krwiobiegu i dalej ulegają metabolizmowi. Dzieli się on na trzy główne fazy z czego pierwsza polega na utlenieniu, redukcji i hydrolizie. Produkty fazy pierwszej służą w procesach fazy drugiej czyli łączeniu ich z aminokwasami, kwasem glukuronowym i siarkowym. Zachodzi proces metyzacji, acetylacji a także tworzą się kwasy merkaptopurowych i tiocyjanianów. W fazie trzeciej produkty pochodzące z fazy drugiej ulegają aktywacji do wolnych rodników. Wszystkie te procesy prowadzą do utworzenia bardziej polarnych związków niż przy ich wchłonięciu do organizmu. Zapewnia to łatwiejsze ich wydalanie. Niektóre z substancji nie ulegają metabolizmowi i biotransformacji. Są to na przykład substancje lotne takie jak eter etylowy czy związki silnie lipofilne jak pestycydy chloroorganiczne a także związki silnie polarne, takie jak kwas szczawiowy. Przy całym procesie metabolizmu ksenobiotyków, czyli substancji obcych, ważną rolę odgrywają hepatocyty czyli podstawowe komórki wątroby. Kolejnym etapem po biotransformacji jest wydalenie toksyny z organizmu. Narządem, zajmującym główną rolę w wydalaniu są nerki. Substancje mogą być wydalane wraz z moczem a także z żółcią, z potem, z mlekiem i ze śliną a także z wydychanym powietrzem. W przypadku niektórych trucizn może dojść do uszkodzenia kanalików nerkowych a nawet do niewydolności nerek.