Általános méregtan

Általános méregtan

Növényvédelmi higiéniai és toxikológiai ismeretek

modul

• A toxikológia rövid története

• Toxikológiai alapfogalmak

• Dózis-válasz összefüggések

• Toxikodinámia

• Toxikokinetika

• Méreghatást befolyásoló tényezők

• Teratológia

• Mutagenitás

• Karcinogenitás

• Allergizáló hatás

Fontosabb témakörök

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikológia története = Emberiség története.

Ehető és nem ehető (mérgező) táplálékok.

Fejlődés → vadászat hadászat gyilkosság

A toxikológia rövid története

3

Nyílmérgek

(Maszály vadászok – 18000 évvel ez előtt) Őslakosok mai is használják.

A toxikológia rövid története

Phyllobates terribilis

Strychnos toxifera

Diamphidia nigro-ornata (Bushman arrow-poison beetle)

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Ókor

Ebers papirusz

1500 BC (ópium, bürök, ólom)

Cleopátra, Socrates

(A mérgek szándékos felhasználása)

A toxikológia rövid története

5

Dioscorides (40-90 AD)

Materia Medica

Mérgek csoportosítása

A toxikológia rövid története

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Középkor

Paracelsus (1493-1541)

„Minden anyag méreg, azonban mérgező tulajdonsága a dózistól függ”

Catherine Medici Toffana

(A mérgek szándékos felhasználása)

A toxikológia rövid története

7

Újkor

Orfila (1787-1853)

Rendszerezett összefüggések a mérgek kémiai szerkezete és biológiai

tulajdonsága, hatása között.

A mérgek szervszintű hatásainak vizsgálata.

A toxikológia rövid története

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

XX. Század

I.Világháború

Vegyi fegyverek

II. Világháború

Gerhard Schrader Paul Müller

Rachel Carson

A toxikológia rövid története

9

A TOXIKOLÓGIA SZAKTERÜLETEI

KLINIKAI TOXIKOLÓGIA

A klinikai toxikológusok általában olyan orvosok és állatorvosok akik a mérgezési esetek megelőzésével, diagnózisával és gyógykezelésével foglalkoznak.

EXPERIMENTÁLIS TOXIKOLÓGIA

Az experimentális toxikológusok kísérleti állatokon tanulmányozzák a testidegen kémiai anyagok károsító hatásait (méreghatás mechanizmusa, diszpozíció,

analitikai módszerek).

Toxikológiai alapfogalmak

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

A TOXIKOLÓGIA SZAKTERÜLETEI

KÖRNYEZETI TOXIKOLÓGIA

A környezeti toxikológusok a környezetszennyező anyagok hatásait vizsgálják a környezeti élőszervezeteken, populációkon, az

ökoszisztémákban és a bioszférában.  ÖKOTOXIKOLÓGIA ÉLELMISZER-TOXIKOLÓGIA

Az élelmiszerekben előforduló testidegen kémiai anyagokkal foglalkozik (szermaradék szintek).

IGAZSÁGÜGYI TOXIKOLÓGIA

Az igazságügyi toxikológia az igazságszolgáltatás számára nyújt a

mérgezéseket bizonyító, valószínűsíthető, vagy kizáró laboratóriumi vizsgálati eredményeket.

Toxikológiai alapfogalmak

11

A TOXIKOLÓGIA SZAKTERÜLETEI

Speciális szakterületek Ipari toxikológia

Foglalkozási toxikológia Engedélyezési toxikológia

Toxikológiai alapfogalmak

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Xenobiotikum = testidegen kémiai anyag Méreg

Azon szervetlen és szerves élettelen anyagok, amelyek már kis mennyiségben is az élő szervezetekbe, vagy a

testfelületre jutva azok károsodását idézik elő.

A méreg mennyiségi fogalom.

Toxin

Különböző élő szervezetek által termelt méreganyagok.

Mérgezés(toxikózis)

A méreg által kiváltott kóros állapot, megbetegedés.

Toxikológiai alapfogalmak

13

TOXIN

Élő szervezetekből származó méreganyagok (növények, állatok, mikroorganizmusok).

Fitotoxin Zootoxin

Bakteriotoxin Mikotoxin

Toxikológiai alapfogalmak

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Méreg anyag

 biológiai eredet (szolanin, ciánglikozidok stb.)

 ásványi származékok (Pb, Cd, Hg)

 szintetikus vegyi anyagok (gyógyszerek, növényvédő szerek,…)

“Szintetikus”  mérgező

“Természetes”  biztonságos Toxikológiai alapfogalmak

15

Expozíció

Az az alkalom, melynek során a szervezet meghatározott ideig érintkezésbe kerül a testidegen kémiai anyaggal.

(A veszéllyel történő tényleges kontaktus).

Veszély

Az ártalom okozásának lehetősége.

Az ami ártalmat okozhat (fizikai, kémiai, biológiai ágensek).

Kockázat = Veszély x Expozíció

Annak a valószínűsége, hogy az ártalom bekövetkezhet.

Toxikológiai alapfogalmak

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Az expozíció helye és módja

Szájon át (Tápcsatorna – táplálék, italok) Belégzéses (Tüdő - levegő)

Dermális (Bőr) Injektálás

- intravenás, intramuscularis, intraperitonealis…

Az expozíció módjának hatékonysága

iv. > inhalációs > ip. > im. > szájon át > dermalis

Toxikológiai alapfogalmak

17

Az expozíció időtartama és gyakorisága

Akut

Egyszeri expozíció, rövidebb mint 24 órás időtartam.

Szubakut

Ismételt expozíció 1 hónap vagy rövidebb időtartam.

Szubkrónikus

Ismételt expozíció 1 hónaptól 3 hónapig terjedő időtartam.

Krónikus

Ismételt expozíció több mint 3 hónapos időtartam (hónapok vagy évek).

Toxikológiai alapfogalmak

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Dózis

Valamely testidegen kémia anyag azon mennyisége, amely az élő szervezetbe belép, illetve felszívódik.

Élőlényre vonatkoztatás (mg/testtömeg kg)

Környezeti expozíció egységei: mg/l, mg/g(kg), mg/m³

Toxikológiai alapfogalmak

19

A méregerősség kifejezése

LD₅₀

Az a méregadag mg/testtömeg kg-ban kifejezve, amely a kezelt állatok 50%-át elpusztítja a megfigyelési időszak alatt.

LC₅₀

Az a mg/m³-ben kifejezett méregkoncentráció a belélegzett levegőben, amely a kísérleti állatok 50%-át meghatározott idejű inhalációs kezelés során elpusztítja (élelmiszer, takarmány, víz).

Toxikológiai alapfogalmak

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikológiai alapfogalmak

21

Testidegen kémiai anyag p.o. LD₅₀ mg/ttkg

Etilalkohol 10 000,0

Konyhasó 4 000,0

Morfin 900,0

Dithane M-45 10 700,0

Decis 2,5 EC 620,0

Temik 10 G 0,9

Nikotin 1,0

Aflatoxin B1 7,2

VX (harcigáz) 0,015

Dioxin 0,001

Tityustoxin 0,009

Tetanus toxin 0,000002

Botulinus toxin 0,000001

Csoportosítás a mérgező hatás erőssége alapján Toxikológiai alapfogalmak

Toxicitás LD₅₀ mg/ttkg Letális emberen p. o.

Rendkívül mérgező <1 néhány csepp, morzsányi

Igen mérgező 1-50 kávéskanálnyi,

késhegynyi Mérsékelten

mérgező

50-500 kupicányi, diónyi Enyhén mérgező 0,5-5 (g/kg) vizespohárnyi

Viszonylag nem mérgező

5-15 (g/kg) 0,5-1 liter Ártalmatlan >15 (g/kg) >1 liter

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Mérgező hatások típusai

Helyi

Az érintkezés helyén kialakuló károsodások

Helyi mérgezés:

• bőr

• a szem, az orr, a száj és a torok nyálkahártyája

• a légzőrendszer és a tápcsatorna bármely részén Toxikológiai alapfogalmak

23

Mérgező hatások típusai

Szisztémás (általános)

Az érintkezés helyétől távolabb eső szervekben, szövetekben kialakuló károsodások.

Felszívódás és eloszlás „szükséges” a célszervbe való eljutáshoz.

Célszervek

KIR, keringési rendszer, vér és vérképző rendszer, máj, tápcsatorna, vese, tüdő…

Toxikológiai alapfogalmak

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Mérgező hatások típusai

Kumulatív hatás

Az ismételt expozíció során a testidegen kémiai anyag csak részlegesen ürül, a visszamaradó mennyiségek folyamatosan deponálódnak.

A visszamaradó mennyiségek felhalmozódnak, és ezek a felhalmozódott mennyiségek már képesek (súlyosabb) mérgező hatást okozni.

Toxikológiai alapfogalmak

25

Együttes méreghatások

Addíció

Két testidegen kémiai anyag hatása összeadódik (2+3=5).

Szinergizmus

Két testidegen kémiai anyag együttes hatása meghaladja a kettő egyszerű összegét (2+3=10).

Potencírozó hatás

Az egyik testidegen kémiai anyag, amely önmagában nem mérgező, fokozza egy mérgező testidegen kémiai anyag károsító hatását

együttes jelenlétük alkalmával (0+2=10).

Antagonizmus

Két testidegen kémiai anyag csökkenti egymás hatását.

Toxikológiai alapfogalmak

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Együttes méreghatások

Antagonizmus

Két testidegen kémiai anyag csökkenti egymás hatását.

-Funkcionális antagonizmus -Kémiai antagonizmus

-Diszpozíciós antagonizmus -Receptor antagonisták

Toxikológiai alapfogalmak

27

Dózis-válasz összefüggések

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Dózis-válasz összefüggések

29

Dózis-válasz összefüggések

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

LD

–hez hasonló paraméterek

ED

–Közepes hatékony (effektív) dózis TD

– Közepes toxikus dózis Terápiás index

–LD

vagy TD

és ED

aránya LD

/ED

vagy TD

/ED

Dózis-válasz összefüggések

31

Dózis-válasz összefüggések

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Dózis-válasz összefüggések

33

Toxikodinámia

TOXIKUS HATÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA

 a hatás jellege alapján

 károsítás módja alapján

 károsítás helye alapján

 speciális méreghatások

TESTIDEGEN

KÉMIAI ANYAG ÉLŐSZERVEZET

TOXIKODINÁMIA

TOXIKOKINETIKA

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikodinámia

35

TOXIKUS HATÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA

A hatás jellege alapján

 Minden vagy semmi

Osztódó sejt (zigóta) Erős hatás

Közepes hatás

Elhalás

Töretlen fejlődés

Toxikodinámia

TOXIKUS HATÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA

A hatás jellege alapján

 Fokozatos hatás

 NOAEL (No Observed Adverse Effect Level) a legtöbb vegyi anyagnál meghatározható

küszöbdózis

 alatt

Ø károsító hatás

 felett

dózisfüggő károsodás

 Ø küszöbdózis

(genotoxikus karcinogének)

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikodinámia

37

TOXIKUS HATÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA

• NOEL

No Observed Effect Level

= Az a legmagasabb dózisszint, amelynél nincs megfigyelhető hatás.

• NOAEL

No Observed Adverse Effect Level

= Az a legmagasabb dózisszint, amelynél nincs megfigyelhető káros hatás.

Toxikodinámia

TOXIKUS HATÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA

• LOEL

Lowest Observed Effect Level

= Az a legalacsonyabb dózisszint, amely már statisztikailag és/vagy biológiailag észlelhető hatást okoz az expozíciónak kitett populációban.

• LOAEL

Lowest Observed Adverse Effect Level

= Az a legalacsonyabb dózisszint, amely már statisztikailag és/vagy biológiailag észlelhető káros hatást okoz az expozíciónak kitett populációban.

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikodinámia

39

TOXIKUS HATÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA

Toxikodinámia

TOXIKUS HATÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA

Célpont

 Általános sejtméreg (savak, lúgok, As, Hg)

 Sejt- és szövet specifitás

 vérméreg (CO - Hb)

 idegméreg (Cl-CH - neuron)

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikodinámia

41

SEJTSZINTŰ MECHANIZMUSOK

Károsítás helye

 Sejtmembrán

 Sejtmetabolizmus

 Sejtmag

Toxikodinámia

SEJTSZINTŰ MECHANIZMUSOK

 Sejtmembrán károsodás Nem specifikus

Specifikus

 Nem specifikus

 sejtelhalás

detergensek, alkohol

 membrán lipidek/fehérjék peroxidációja paraquat, széntetraklorid, Cu

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikodinámia

43

SEJTSZINTŰ MECHANIZMUSOK

 Sejtmembrán károsodás

 Specifikus  szelektív károsodás

 Ion csatorna

kötödés  membrán potenciál megváltozása

 aminósav-receptor (GABA, glicin, glutamát) Cl-ion permeabilitás megváltozik

GABA-antagonista (Cl-CH)

gátolják a Cl kiáramlását  görcsök

Toxikodinámia

SEJTSZINTŰ MECHANIZMUSOK

 Sejtmetabolizmus károsodása

 Elektrontranszport (mitochondrium) 1 sejtlégzés gátlása

ETC gátlása (NAD-NADH rendszer + citokróm oxidáz blokkolása)  citotoxikus anoxia (cianid)

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikodinámia

45

SEJTSZINTŰ MECHANIZMUSOK

 Sejtmetabolizmus károsodása

 Elektrontranszport (mitokondrium)

2 az oxidatív foszforiláció szétkapcsolása

ATP termelés szétkapcsolása az ETC blokkolása nélkül  szabad energia Ø tárolás

 testhőmérséklet  (dinitro/klór-fenol)

Toxikodinámia

SEJTSZINTŰ MECHANIZMUSOK

 Sejtmetabolizmus károsodása

 Nukleinsav/Fehérje szintézis gátlása

 replikáció/transzkripció megváltozása

 normál szerkezeti/enzim fehérjék kimerülése (aflatoxin, szerves higanyvegyületek)

 Interferáció a Zsírmobilizációval

 akkumuláció a sejten belül

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikodinámia

47

SEJTSZINTŰ MECHANIZMUSOK

 Sejtmag károsodása

 DNS károsodás

 mutáció mutagén hatás

 daganatképződés  karcinogén hatás GENOTOXIKUS vegyi anyagok

alkiláló ágensek (etilén-imin, -propiolakton) nitrózaminok, PAH

Toxikokinetika

Dosage Effects

Site of Action Plasma

Concen.

Toxikokinetika Toxikodinámia

Toxikokinetika: Tanulmányozza a testideg kémiai anyagok szervezeten belüli mozgását, beleértve a felszívódási, eloszlási, biotranszformációs és a kiválasztási folyamatokat.

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

49

A méreg sorsa a szervezetben

I. Felszívódás (Abszorpció)

A testidegen kémiai anyagnak az érintkezés helyéről a szisztémás keringésbe való kerülése.

A biológiai membránok (szelektív permeabilitás, peroxidáció iránti érzékenység).

A biológiai membránokon való áthaladás történhet:

– diffúzióval vizes fázison át (filtráció), – diffúzióval lipoid fázison át,

– aktív transzport, – facilitált diffúzió,

– fagocitózis, pinocitózis.

Toxikokinetika

Membrán transzport

•Biológiai membrán szerkezete

foszfolipidek + fehérjék

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

51

Membrán transzport

Diffúzió a vizes fázison át (Filtráció)

 kis, vízoldékony molekulák (< 100)

 pórusokon keresztül

 koncentrációgrádiens irányában

 energia forrás: hidrosztatikus vagy ozmotikus grádiens

Toxikokinetika

Membrán transzport

Diffúzió a lipoid fázison át

 a testidegen kémiai anyagok legfontosabb transzport mechanizmusa

 koncentrációgrádiens irányában

befolyásoló tényezők

membrán vastagsága, felület mérete,

a testidegen kémiai anyag koncentrációja, zsíroldékonyság,

disztribúciós koefficiens, ionizáció mértéke

 diffúzió sebessége = K ^. A (C₂-C₁)/d

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

53

Membrán transzport

Diffúzió a lipoid fázison át

 feltételek

zsíroldékony + nem ionizált

 energia forrás: koncentrációgrádiens

Toxikokinetika

Membrán transzport

Aktív transzport

 koncentrációgrádiens ellenében

 specifikus membrán karrier szükséges

 metabolikus energia (ATP) szükséges

 anyagcsere mérgekkel gátolható

tápanyagok, endogén anyagok

! testidegen kémiai anyagok (ólom)

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

55

Membrán transzport

Facilitált diffúzió

 specifikus membrán karrier szükséges

 metabolikus energia Ø

 energia forrás: koncentrációgrádiens

Toxikokinetika

Membrán transzport

Fagocitózis, Pinocitózis

 fagocitózis bizonyos anyagok bekebelezését eredményezi az extracelluláris folyadékokból,

 makromolekulák/oldhatatlan részecskék (azbeszt),

 invagináció,

 metabolikus energia (ATP) szükséges.

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

57

Membrán transzport Specifikus membrán

 vér-agy-gát (BBB)

- a KIR kapilláris endothelsejtjei szorosan illeszkednek - a KIR kapillárisokat gliasejtek veszik szorosan körül - a KIR intersticiális folyadékának fehérje tartalma sokkal alacsonyabb mint más szerveké

 placentabarrier

 here-vér barrier

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok felszívódása

1.Felszívódás a tápcsatornából

- elfogyasztott táplálék  gyomorürülés sebessége, - gyomorsav töménysége

Vékonybél  hatalmas felszín ( bélbolyhok), jó vérellátás, felszívódásra specializálódott célszerv -ph 5-6  a molekulák nagy része

disszociálatlan  jó felszívódás - a felszívódást befolyásolja

az áthaladás mértéke

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

59

Testidegen kémiai anyagok felszívódása

- a tápcsatorna belső környezete (bélflóra, pH) közvetlenül hathat a testidegen kémiai

anyagra

-a bélcsatornában méregkiválasztás (P-glikoproteinek, nyál, epe,

bélmirigyváladék, pankreasznedv) -körfolyamatok

(Hg- circulatio gastro-salivalis;

klórozott CH-ek – circulatio entero-hepatica)

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok felszívódása

2. Felszívódás a tüdőn keresztül

- légnemű anyagok

- cseppfolyós anyagok (gőz, permet, köd) - szilárd anyagok (füst, por)

Az alveolusokat egyrétegű hámsejtek fedik (vékony membrán)

 gőzök, gázok gyors felszívódás

Nagy felszívódási felület (50-100 m²)

Nagyon jó vérellátás (perctérfogat 100%-a)

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

61

Testidegen kémiai anyagok felszívódása

2. Felszívódás a tüdőn keresztül

A felszívódás sebessége függ:

- a vegyület oldékonyságától

- a tüdő véráramlási sebességétől - légzési frekvenciától

Por, füst (+mérgező anyag)  fagocitózis

Kiválasztódás a tüdőn keresztül

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok felszívódása 3. Felszívódás a bőrön keresztül

Nagy felület, jó vérellátás Elszarusodó laphám

Stratum corneum réteg:

- hidrofil molekulák részére impermeábilis - lipidoldékony anyagok esetén permeábilis Vivőszerek befolyásolhatják a felszívódást

A bőrfelszín védőrétegének károsodása minimálisra csökkenti a védekező képességét

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

63

Eloszlás (disztribúció)

A testidegen kémiai anyagnak a szisztémás keringésből a szövetekbe való kerülése.

Szabad forma: aktív  biotranszformáció, kiválasztás Kötött forma: innert  Ø biotranszformáció, kiválasztás, szöveti eloszlás

A testidegen anyagok kötödése a vérben:

- sejtes elemekhez (vvt…)

- plazma alkotók (fehérjék, lipidek...)

Toxikokinetika

Eloszlás (disztribúció)

 eritrociták (Pb, szerves Hg)

 adszorpció a felületen

 összetevőkhöz kötődés (Hb – CO)

 plazma fehérjék

 albumin (szervetlen Hg, aromás CH, Ca, Zn, Cd, I, Br)

 globulin (kis molekulák: Cu, Zn, Fe)

+ zsíroldékony anyagok

A kötött és nem kötött molekulák között dinamikus egyensúly van

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

65

Eloszlás (disztribúció)

A kötődés következményei:

- szabad molekulák száma csökken

- a szöveti megoszlás mértéke csökken - a kiválasztás mértéke csökken,

hatástartam nő

- a kötőkapacitás telítődhet  nő a szabad molekulák száma

- azonos kötőhelyért vetélkedő testidegen anyagok kiszoríthatják egymást  nő a szabad molekulák száma (interakció)

Toxikokinetika

Eloszlás (disztribúció)

A szöveti eloszlást befolyásoló tényezők:

- a kapillárisok permeabilitása - a szövetek vérellátása

- a plazma- és szöveti kötődés - a helyi pH eltérések

- a transzportmechanizmusok fajtái

- a különböző szöveti membránok permeabilitása

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

67

Eloszlás (disztribúció)

A szabad molekulák eloszlanak a szervezetben

Az extracelluláris térbe jutó anyagok mérgező hatásukat a célszervben fejtik ki

Toxikokinetika

Eloszlás (disztribúció)

Szöveti kötődés - Kumuláció

Szelektív eloszlás: Bizonyos testidegen kémiai anyagok specifikus affinitást mutatnak bizonyos szövetekhez. A testidegen kémiai anyagok gyakran koncentrálódnak bizonyos szövetekben.

 Pb  vvt., máj, csont

 F  csont, fogak

 Cu  máj

 As  haj, csont

 Se  szaru képletek

 Cl-CH  zsírszövet Következmény

 toxicitás (protektív mechanizmus)

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

69

Eloszlás (disztribúció)

REDISZTRIBÚCIÓ - AKKUMULÁCIÓ

A testidegen kémiai anyagok eloszlás a szervezetben idővel megváltozhat. Az elsődleges felhalmozódási helyekről másodlagos eloszlási helyekre juthatnak és ott felhalmozódhat. A testidegen kémiai anyagok a későbbi eloszlás során gyengébb vérellátású szervekbe is eljutnak, ahol a kötőhelyek függvényében koncentrálódhatnak.

 Pb vvt., máj

 Pb  csont

zsíroldékony testidegen anyagok agy

zsíroldékony testidegen anyagok zsír

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

detoxikus Metabolizáció

toxikus

Metabolizmus = biotranszformáció

A testidegen kémiai anyagok lipofil jellege segíti a szervezetbe való bejutást, felszívódást. A kiürülésüket a hidrofilitásuk segíti elő.

Metabolizmus: a szervezetbe kerülő lipofil testidegen anyagok a metabolizáló enzimrendszerek hatására hidrofil, kiüríthető anyagokká alakulnak át.

A metabolizmus a testidegen kémiai anyagok kémiai szerkezetét és fizikokémiai tulajdonságait megváltoztató folyamat.

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

71

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

A metabolizmus következményei:

- hidrofilitás nő

- biológiai hatékonyság csökken - toxicitás nő

- toxicitás csökken

- toxicitás típusának, mechanizmusának megváltozása Exogén és endogén anyagok metabolizmusa

A testidegen kémiai anyagok metabolizmusának két fő fázisát különböztetjük meg:

első fázisú reakciók

második fázisú reakciók

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

73

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Fázis I. reakciók

Funkcionális csoportok alakulnak ki vagy szabadulnak fel (-OH, -SH, -COOH, -NH₂).

Legfontosabb reakció típusok:

- oxidáció

- redukció - hidrolízis

Fázis I. enzimek:

- Citokróm P450

- Flavin-monooxigenáz - Monoamine-oxidáz - Észterázok

- Amidázok - Hidrolázok

- Reduktázok, dehidrogenázok, oxidázok

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Fázis I. reakciók

Funkcionális csoportok alakulnak ki vagy szabadulnak fel (-OH, -SH, - COOH, -NH₂).

Citokróm P 450 enzimek

- sima felszínű endoplazmatikus retikulumban találhatók (máj, vese, bél, agyvelő)

- mikroszomális enzimek - aspecifikus enzimek - indukálhatók

SH + NADPH+ H⁺+O₂  S-OH+NADP⁺+H₂O

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

75

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Genetikai polimorfizmus Polimorf enzimek

Citokróm P450 enzimek:

◦ CYP 2D6

◦ CYP 2C19

◦ CYP 2C9

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Genetikai polimorfizmus

•CYP 2D6 a kaukázusi populációban:

◦ PM: 7%

◦ IM: 40%

◦ EM: 50% (normal metabolizálók)

◦ UM: 3%

•CYP 2C19 a kaukázusi populációban:

◦ PM: 3%

◦ IM: 27%

◦ EM: 70% (normal metabolizálók)

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

77

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Fázis I. reakciókat befolyásolják:

- hormonok (androgének , östrogének )

- életkor

- testidegen kémiai anyagok interakciójának lehetséges helye

- máj megbetegedések

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

CYP1A1 és CYP1A2

- indukálhatók poliaromás ciklikus szénhidrogénekkel - induktorait nem genotoxikus karcinogéneknek tartják - metabolizmus: teofilin, koffein, prekarcinogének

- flavonoidok gátolják működésüket

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

79

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

CYP3A

- legnagyobb mennyiségben jelen lévő citokróm P450 enzim

- indukálható: fenobarbitál

- sok vegyület metabolizmusában vesz részt - bélfalban  "first pass" metabolizmus

Toxikokinetika

C N C H

3 O

O H

O H H O

O

C N

C H3 O

O H N -C -C H

3 O

O H N -C -C H

3 O

C YP1 A1

C YP1 A2

Reaktív

köztitermékek

Aril-aminok

PAH vegyületek

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

81

A farmakonok általános szabályai

Azon gyógyszer jelölt vegyületek, amelyek indukálják a CYP1A1/1A2/1B1 enzimeket, azok veszélyesek és potenciális daganatkeltőnek minősülnek.

Ezen gyógyszer jelölt vegyületek a további

fejlesztésben nem vesznek részt.

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Flavin monooxigenázok

Flavoproteinek

Kevert funkciójú aminoxidáz

Előfordulás: máj, vese (sima felszínű endoplazmatikus retikulum)

NADPH-t használnak Nem indukálhatók

R-H + O₂ + NADPH + H⁺  R-OH + H₂O + NADP⁺

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

83

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Monoamin-oxidázok

Endogén monoamin neurotranszmitterek

Előfordulás: máj, idegvégződések (endoplazmatikus retikulum, mitokondrium)

NADPH-t használnak

R-H + O₂ + NADPH + H⁺  R-OH + H₂O + NADP⁺

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Észterázok

Észtereket hidrolizálnak karbonsavakra és alkoholokra Nem specifikus észterázok találhatók a vérplazmában, szubsztrát specifikusak a májsejtek citoplazmájában (citoszol)

H₃C C

O

H₂ C

C H₃ O

H₃C C O

O H H O

H₂ C

C H₃ +

E t h y l a c e ta t e A c e t ic a c id E t h a n o l

+ H₂O

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

85

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Amidázok

Amidokat hidrolizálnak karboxilsavakra és aminokra (ammóniára)

Előfordulás: vérplazma, májsejtek citoplazmája (citoszol)

R ^C

O

N

H H

R C

O

OH

+ ^{H N}

H

H

+ H₂O

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Hidrolázok

Éterek hidrolízise

H₃C

H₂ C

O

H₂ C

CH₃ H₃C

H₂ C

OH HO

H₂ C

CH₃

+ + H₂O

Diethyl ether Ethanol Ethanol

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

87

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Reduktázok, dehidrogenázok, oxidázok

Előfordulás: citoszolban, endoplazmatikus retikulumban, mitokondriumban

H₃C C OH H

H

H₃C C O

H

H₃C C O

OH

E t h a n o l A c e ta ld e h y d e A c e tic a c id

N AD ⁺ N A D H + H⁺ N AD ⁺ N A D H + H⁺

A lc o h o l d e h y d r o g e n a s e A ld e h y d e d e h y d r o g e n a s e

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Fázis II. reakciók

A meglévő, vagy a fázis I. reakciók során kialakult funkciós csoportokon keresztül poláros endogén anyaggal kapcsolódnak, konjugálódnak a testidegen kémiai anyagok, ill. azok metabolitjai.

A konjugációs folyamatokat tekintik valóban detoxifikáló folyamatoknak.

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

89

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Fázis II. reakciók

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Fázis II. reakciók

Konjugációs reakciók kofaktorai

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

91

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Főbb konjugációs enzimek Glükuronil-transzferázok

- szinte minden sejttípusban megtalálhatók - legnagyobb aktivitásuk a májban van

- kofaktor: glükuronsav

- a szubrát aktív csoportjához kapcsolják a glükuronsavat - endogén szubsztráltja a bilirubin (sárgaság)

- macskafélékben hiányoznak

- indukálhatók: barbiturátok, PAH vegyületek

- bélflóra B-glükuronidáz hidrolizálja (entherohepatikus cirkuláció)

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Glükuronsavas konjugáció

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

93

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Főbb konjugációs enzimek Metil-transzferázok

- minden szövetben megtalálhatók - kofaktor: adenozil S-metionin

- szubsztrát aktív csoportjára kötik a metil csoportot - endogén szubsztrátok: katekolok, L-aszkorbinsav - farmakogenetikai polimorfizmust mutat

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

94

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Főbb konjugációs enzimek N-acetil-transzferáz

- minden szövetben megtalálhatók - kofaktor: acetil-koenzim-A

-szubsztrátok: aromás és alifás aminok, hidrazidok, hidrazinok

- endogén szubsztrát: folsav

-farmakogenetikai polimorfizmus - kutya, róka nem acetilál

- a metabolikus útnak sok toxikus metabolitja ismert

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

95

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

N-acetil-transzferázok katalizálta konjugáció

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

96

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Főbb konjugációs enzimek Glutation S-transzferázok

- főleg a citoplazmában találhatók - kofaktor: redukált glutation

- szubsztrát: elektrofil vegyületek (halogén származékok, epoxidok, konjugált kettős kötést tartalmazó molekulák)

- genetikai polimorfizmust mutat  daganatos megbetegedések kockázatának egyedi variabilitása

- néhány enzim indukálható PAH vegyületekkel

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

97

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Főbb konjugációs enzimek Szulfotranszferázok

- minden szövetben (citoplazma) - kofaktor: PAPS

- szubsztrát aktív csoportjára kötik a szulfát csoportot - endogén szubsztrát: szteroidok, katekolok, epesavak

- sok karcinogén szulfát metabolit ismert  glutation konjugáció

- sertés, oposszum nem képez szulfát metabolitot

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Glutation konjugáció

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

99

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Szulfát konjugáció

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Szulfát konjugáció

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

10 1

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Aminosavas konjugáció

- főleg a máj és vese

mitokondriumaiban találhatók

- két lépésben lejátszódó folyamat:

1. karbonsavak kötödése CoA-hoz

2. a termék kapcsolódása az aminosavhoz - szubsztrát: benzoesav, szalicilsav, epesavak

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

10 2

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

A testidegen kémiai anyagok metabolikus átalakítását végző enzimek működése fokozható, illetve gátolható.

Enzimgátlás kialakulhat:

- a gátló vegyület az enzim aktív csoportjához kötődik

- két vegyület közötti ugyanazon kötőhelyért való versengés következtében

- az enzim károsítása révén

- a szintézis bénítása eredményeként

- a megfelelő segédanyagok hiánya eredményeként

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

10 3

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Enzimindukció Mechanizmus

1.,Transzkripció fokozása → fehérje(enzim) szintézis induktor → sejt → receptor + induktor →

→ sejtmag → transzkripció beindítása →

→ de novo enzimfehérje szintézis

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

10 4

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Enzimindukció

- dioxin (PAH) típusú indukció

indukált enzimek: CYP1A1, CYP1A2, UDP-GT, GST aldehid dehidrogenáz

- szteroid típusú indukció

indukált enzim: CYP3A - fenobarbitál típusú indukció

indukált enzim: UDP-GT, CYP2B

-peroxiszóma proliferátor típusú indukció indukált enzim: CYP4A, UDP-GT

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

10 5

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Enzimindukció Mechanizmus

2., Enzimfehérje (vagy mRNS) stabilizálással történő látszólagos indukció.

Az enzim induktor megakadályozza az enzimfehérje (mRNS) lebomlását (stabilizálja) → enzim mennyisége megnő a sejtben.

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Enzimindukció Mechanizmus

CYP2E1 enzim indukciója:

induktor etanol, aceton (enzimfehérje stabilizálás)

induktor izoniazid (mRNS stabilizálás)

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

10 7

Testidegen kémiai anyagok metabolizmusa

Az enzimindukció jelentősége

- CYP1A enzimek indukciója → mutagén, karcinogén metabolitok

- enzimindukció → az adott enzimen keresztül metabolizálódó testidegen kémiai anyagok kiürülését fokozza (gyógyszerhatás elmarad v. gyengébb lesz)

pl. fenobarbitál, orális fogamzásgátlók → nem kívánt terhesség

- fázis I és fázis II enzimek indukciójának mértéke eltér

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok kiválasztása

A testidegen kémiai anyagok változatlan vagy metabolit formában ürülnek.

1. Kiválasztás a vesén keresztül

- Kismolekulájú vegyületek ( < 100 mól tömeg)

- A legtöbb vízoldékony vegyület (eredeti vagy metabolit)

Vizeletbe történő kiválasztódás:

- passzív glomerulus filtráció

- aktív tubuláris szekréció (aktív transzport)

- passzív tubuláris reabszorpció (passzív diffúzió).

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

10 9

Testidegen kémiai anyagok kiválasztása

A vese funkcionális

egysége a nefron.

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok kiválasztása

1. Kiválasztás a vesén keresztül

A kiválasztódás mértéket befolyásolja:

- a vizelet pH-ja, mennyisége

a vizelet pH-jának lúgosítása fokozza a gyenge savak ürülését

a vizelet pH-jának savasítása fokozza a gyenge bázisok ürülését

- a vese funkcionális/morfológiai károsodása

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

11 1

Testidegen kémiai anyagok kiválasztása

2. Kiválasztás az epével

Máj (biotranszformáció után)

vér epe

- > 300 mól tömegű poláros vegyületek - energia igényes folyamat

- telítődhet  májban hirtelen megnőhet a vegyület koncentrációja

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok kiválasztása

2. Kiválasztás az epével

Testidegen kémiai anyag Molekula súly

teljes kiválasztás %-a vizelet bélsár

Bifenil 154 80 20

Monoklórbifenil 188 50 50

Diklórbifenil 223 34 66

Pentaklórbifenil 326 11 89

Hexaklórbifenil 361 1 99

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

11 3

Testidegen kémiai anyagok kiválasztása 2. Kiválasztás az epével

 aktív folyamat (energiaigényes)

 szaturálódhat

Amikor egy vegyület kiválasztódik az epével, akkor megjelenik a bélben, és a széklettel ürülhet

kapcsolatba kerülhet a bélmikroflórával

 zsíroldékony metabolitok  reabszorpció

 enterohepatikus körfolyamat

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok kiválasztása 3. Kiválasztás a tüdőn keresztül

- az alveolusok membránján keresztül passzív transzporttal

- gázok és illóanyagok (gőznyomás) A kiválasztás sebessége függ:

- a vegyület vérbeli oldékonyságától - a tüdő véráramlási sebességétől - légzési frekvenciától

Cianidmérgezés  keserűmandula – szagú Foszformérgezés  fokhagymaszagú

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

11 5

Testidegen kémiai anyagok kiválasztása

4. Kiválasztás a tápcsatornába

A testidegen kémiai anyagok és azok metabolitjai megjelenhetnek a bélsárban:

- ha nem teljes a felszívódás a szájon át történő bejutás során

- epével történő kiválasztás

- emésztőnedvekkel való szekréció (nyál, gyomor- és bélnedvek)

- légző rendszerben való kiválasztás és lenyelés

Toxikokinetika

Testidegen kémiai anyagok kiválasztása

5. Tejbe történő kiválasztás

Lipoidoldékony, nem ionizált  intenzív Alkohol, koffein, klórozott CH-ek,

foszforsavészterek…

6. Kiválasztás egyéb útjai

Izzadságmirigyek  kis mennyiség, de allergia ! Tojás  lipofil (sárgája), hidrofil (fehérje)

(peteérés 10 nap)

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Toxikokinetika

11 7

A testidegen kémiai anyagok sorsa a szervezetben

Méreghatást befolyásoló tényezők

A TESTIDEGEN KÉMIAI ANYAG FIZIKAI ÉS

KÉMIAI TULAJDONSÁGAI

AZ ÉLŐSZERVEZET BIOLÓGIAI

TULAJDONSÁGAI

KÖRNYEZETI ÉS EGYÉB TULAJDONSÁGOK

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Méreghatást befolyásoló tényezők

11 9

A testidegen kémiai anyag fizikai és kémiai tulajdonságai Lipofilitás

A felszívódás és a kinetika többi fázisának legfontosabb meghatározója

 lipofilitás  nagymértékű felszívódás a membránokon

 nagymértékű eloszlás

DE ! kiválasztás (vese)  hidrofilitás fontos szerep a toxicitásban  speciális membránok

Méreghatást befolyásoló tényezők Molekulaméret és -súly

Nagy jelentőséggel bír a kinetika minden fázisában.

 Felszívódás

kisméretű lipofil molekulák (általánosan, tápcsatorna, bőr).

TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Méreghatást befolyásoló tényezők

12 1

Molekulaméret és -súly

Kiválasztás

meghatározza a kiválasztás útját

GYÓGYSZER Molekula

súly Kiválasztás útja (%) vizelet bélsár

Bifenil 154 80 20

Monoklórbifenil 188 50 50

Diklórbifenil 223 34 66

Pentaklórbifenil 326 11 89

Hexaklórbifenil 361 1 99

Méreghatást befolyásoló tényezők

Kémiai szerkezet

 Szerkezeti változások

kis változás  módosítja a biológiai hatást, toxicitást



TÁMOP-4.1.2.A/2-10/1-2010-0012

Méreghatást befolyásoló tényezők

12 3

Kémiai szerkezet

 Szerkezeti változások



Méreghatást befolyásoló tényezők

Kémiai szerkezet

 Szerkezeti változások

Allotrópia

fehér foszfor   vörös foszfor Ø Izomerizáció

cisz  transz (rezmetrin)

LD₅₀ : 100 8000 mg/ttkg.