Toksyczność - Toxicity

Toksyczność
Czaszka i skrzyżowane piszczele.svg
Czaszka i piszczele jest wspólnym symbolem dla toksyczności.

Toksyczność to stopień, w jakim substancja chemiczna lub konkretna mieszanina substancji może uszkodzić organizm . Toksyczność może odnosić się do wpływu na cały organizm, np. zwierzę , bakterię lub roślinę , jak również wpływ na podstrukturę organizmu, np. komórkę ( cytotoksyczność ) lub narząd, np. wątrobę ( hepatotoksyczność ). . Co za tym idzie, słowo to może być używane metaforycznie do opisania toksycznego wpływu na większe i bardziej złożone grupy, takie jak rodzina lub całe społeczeństwo. Czasami słowo to jest mniej lub bardziej synonimem zatrucia w codziennym użyciu.

Centralną koncepcją toksykologii jest to, że efekty toksyn są zależne od dawki ; nawet woda może doprowadzić do zatrucia wodnego, gdy zostanie przyjęta w zbyt dużej dawce, podczas gdy dla nawet bardzo toksycznej substancji, takiej jak jad węża, istnieje dawka, poniżej której nie ma wykrywalnego efektu toksycznego. Biorąc pod uwagę ograniczenia tej koncepcji dawka-odpowiedź , niedawno zaproponowano nowy abstrakcyjny wskaźnik toksyczności leków (DTI). DTI na nowo definiuje toksyczność leków, identyfikuje leki hepatotoksyczne, daje wgląd w mechanizmy, przewiduje wyniki kliniczne i może służyć jako narzędzie do badań przesiewowych. Toksyczność jest specyficzna dla gatunku, co sprawia, że ​​analiza międzygatunkowa jest problematyczna. Nowsze paradygmaty i metryki ewoluują, aby ominąć testy na zwierzętach , przy jednoczesnym zachowaniu koncepcji punktów końcowych toksyczności.


Rodzaje

Na ogół istnieje pięć rodzajów toksycznych jednostek; toksyczność chemiczna, biologiczna, fizyczna, radiacyjna i behawioralna:

  • Mikroorganizmy i pasożyty wywołujące choroby są toksyczne w szerokim znaczeniu, ale ogólnie nazywane są raczej patogenami niż substancjami toksycznymi. Toksyczność biologiczna patogenów może być trudna do zmierzenia, ponieważ „dawką progową” może być pojedynczy organizm. Teoretycznie jeden wirus , bakteria lub robak może się rozmnażać, powodując poważną infekcję . Jednak u gospodarza z nienaruszonym układem odpornościowym , wrodzona toksyczność organizmu jest równoważona przez zdolność gospodarza do walki; efektywna toksyczność jest zatem kombinacją obu części zależności. W niektórych przypadkach, np. cholery , choroba wywoływana jest głównie przez nieożywioną substancję wydzielaną przez organizm, a nie przez sam organizm. Takie nieożywione toksyny biologiczne są ogólnie nazywane toksynami, jeśli są wytwarzane przez mikroorganizmy, rośliny lub grzyby, a jadami, jeśli są wytwarzane przez zwierzę.
  • Toksyny fizyczne to substancje, które ze względu na swój fizyczny charakter zakłócają procesy biologiczne. Przykłady obejmują pył węglowy , włókna azbestowe lub drobno rozdrobniony dwutlenek krzemu , z których wszystkie mogą być ostatecznie śmiertelne w przypadku wdychania. Żrące chemikalia mają toksyczność fizyczną, ponieważ niszczą tkanki, ale nie są bezpośrednio trujące, chyba że bezpośrednio wpływają na aktywność biologiczną. Woda może działać jako fizyczny środek toksyczny, jeśli jest przyjmowana w bardzo dużych dawkach, ponieważ stężenie ważnych jonów dramatycznie spada, jeśli w organizmie jest zbyt dużo wody. Gazy duszące można uznać za fizyczne toksyczne, ponieważ działają poprzez wypieranie tlenu w środowisku, ale są gazami obojętnymi, a nie chemicznie toksycznymi.
  • Jak już wspomniano, promieniowanie może mieć toksyczny wpływ na organizmy.
  • Toksyczność behawioralna odnosi się do niepożądanych efektów zasadniczo terapeutycznych poziomów leków, które są klinicznie wskazane dla danego zaburzenia (DiMascio, Soltys i Shader, 1970). Te działania niepożądane mogą obejmować między innymi działanie antycholinergiczne, blokadę alfa-adrenergiczną i działanie dopaminergiczne.

Zmierzenie

Toksyczność można zmierzyć na podstawie jej wpływu na cel (organizm, narząd, tkankę lub komórkę). Ponieważ osobniki zazwyczaj mają różne poziomy odpowiedzi na tę samą dawkę substancji toksycznej, często stosuje się miarę toksyczności na poziomie populacji, która odnosi się do prawdopodobieństwa wyniku dla danej osoby w populacji. Jednym z takich środków jest LD 50 . Gdy takie dane nie istnieją, szacunki są dokonywane przez porównanie ze znanymi podobnymi substancjami toksycznymi lub z podobnym narażeniem na podobne organizmy. Następnie dodaje się „ współczynniki bezpieczeństwa ”, aby uwzględnić niepewność w danych i procesach oceny. Na przykład, jeśli dawka substancji toksycznej jest bezpieczna dla szczura laboratoryjnego, można założyć, że jedna dziesiąta tej dawki byłaby bezpieczna dla człowieka, dopuszczając współczynnik bezpieczeństwa wynoszący 10, aby uwzględnić różnice międzygatunkowe między dwoma ssakami; jeśli dane pochodzą z ryb, można użyć współczynnika 100, aby wyjaśnić większą różnicę między dwiema klasami strunowców (ryb i ssaków). Podobnie, dodatkowy czynnik ochronny może być stosowany w przypadku osób uważanych za bardziej podatne na skutki toksyczne, takie jak ciąża lub niektóre choroby. Lub nowo zsyntetyzowanej i wcześniej nie badanej substancji chemicznej, która, jak się uważa, ma bardzo podobne działanie do innego związku, można przypisać dodatkowy współczynnik ochrony równy 10, aby uwzględnić możliwe różnice w działaniu, które są prawdopodobnie znacznie mniejsze. Oczywiście to podejście jest bardzo przybliżone; ale takie współczynniki ochrony są celowo bardzo konserwatywne, a metoda okazała się przydatna w wielu różnych zastosowaniach.

Ocena wszystkich aspektów toksyczności czynników rakotwórczych wiąże się z dodatkowymi problemami, ponieważ nie jest pewne, czy istnieje minimalna skuteczna dawka dla czynników rakotwórczych , czy też ryzyko jest zbyt małe, aby je dostrzec. Ponadto możliwe jest, że do uzyskania pełnego efektu wystarczy pojedyncza komórka przekształcona w komórkę rakową (teoria „jednego uderzenia”).

Trudniej jest określić toksyczność mieszanin chemicznych niż czystej substancji chemicznej, ponieważ każdy składnik wykazuje własną toksyczność, a składniki mogą wchodzić w interakcje, wywołując wzmocnione lub zmniejszone efekty. Typowe mieszanki to benzyna , dym papierosowy i odpady przemysłowe . Jeszcze bardziej złożone są sytuacje, w których występuje więcej niż jeden rodzaj substancji toksycznych, takie jak zrzut z nieprawidłowo działającej oczyszczalni ścieków, zawierający zarówno czynniki chemiczne, jak i biologiczne.

Przedkliniczne badania toksyczności na różnych układach biologicznych ujawniają toksyczne działanie badanego produktu zależne od gatunku, narządu i dawki. Toksyczność substancji można zaobserwować poprzez a) badanie przypadkowego narażenia na substancję b) badania in vitro z wykorzystaniem komórek/linii komórkowych c) narażenie in vivo na zwierzętach doświadczalnych. Testy toksyczności są najczęściej używane do badania określonych zdarzeń niepożądanych lub określonych punktów końcowych, takich jak rak, kardiotoksyczność i podrażnienie skóry/oczu. Badanie toksyczności pomaga również obliczyć dawkę, przy której nie obserwuje się szkodliwych zmian (NOAEL) i jest pomocne w badaniach klinicznych.

Klasyfikacja

Międzynarodowy piktogram dla toksycznych chemikaliów.

Aby substancje były odpowiednio regulowane i traktowane, muszą być odpowiednio sklasyfikowane i oznakowane. Klasyfikacja jest ustalana na podstawie zatwierdzonych środków testowych lub obliczeń i określa poziomy odcięcia ustalone przez rządy i naukowców (na przykład poziomy bez obserwowanych działań niepożądanych , wartości progowe i tolerowane dzienne poziomy spożycia ). Pestycydy stanowią przykład ugruntowanych systemów klas toksyczności i etykiet toksyczności . Podczas gdy obecnie w wielu krajach obowiązują różne przepisy dotyczące rodzajów testów, liczby testów i poziomów odcięcia, wdrożenie Globalnie Zharmonizowanego Systemu rozpoczęło ujednolicanie tych krajów.

Globalna klasyfikacja obejmuje trzy obszary: Zagrożenia Fizyczne (wybuchy i pirotechnika), Zagrożenia dla zdrowia i zagrożenia dla środowiska .

Zagrożenia dla zdrowia

Rodzaje toksyczności, w których substancje mogą powodować śmiertelność całego organizmu, śmiertelność określonych narządów, poważne/mniejsze uszkodzenia lub powodować raka. Są to powszechnie akceptowane definicje tego, czym jest toksyczność. Nic, co wykracza poza definicję, nie może być zaklasyfikowane jako ten rodzaj substancji toksycznej.

Toksyczność ostra

Toksyczność ostra dotyczy śmiertelnych skutków narażenia drogą pokarmową, skórną lub inhalacyjną. Jest on podzielony na pięć kategorii dotkliwości, gdzie kategoria 1 wymaga, aby najmniejsze narażenie było śmiertelne, a kategoria 5 wymaga, aby największe narażenie było śmiertelne. Poniższa tabela przedstawia górne limity dla każdej kategorii.

Sposób podawania Kategoria 1 Kategoria 2 Kategoria 3 Kategoria 4 Kategoria 5
Doustna: LD 50 w mg / kg wagi ciała 7 50 300 2 000 5 000
Skórnie: LD 50 mierzone w mg/kg masy ciała 50 200 1 000 2 000 5 000
Wdychanie gazu: LC 50 mierzone w ppmV 100 500 2 500 20 000 Nieokreślony
Wdychanie oparów: LC 50 mierzone w mg/L 0,5 2,0 10 20 Nieokreślony
Wdychanie pyłu i mgły: LC 50 mierzone w mg/L 0,05 0,5 1,0 5.0 Nieokreślony

Uwaga: Oczekuje się, że niezdefiniowane wartości będą z grubsza równoważne wartościom kategorii 5 w przypadku podawania doustnego i skórnego.

Inne metody narażenia i dotkliwości

Działanie żrące i drażniące na skórę określa się za pomocą testu skórnego, podobnego do testu skórnego na zapalenie alergiczne . To bada powagę wyrządzonych szkód; kiedy jest poniesiony i jak długo pozostaje; czy jest odwracalny i ile osób testowanych zostało dotkniętych.

Korozja skóry spowodowana substancją musi przenikać przez naskórek do skóry właściwej w ciągu czterech godzin od nałożenia i nie może cofnąć uszkodzenia w ciągu 14 dni. Działanie drażniące na skórę powoduje uszkodzenie mniej poważne niż korozja, jeżeli: uszkodzenie występuje w ciągu 72 godzin od nałożenia; lub przez trzy kolejne dni po złożeniu wniosku w ciągu 14 dni; lub powoduje zapalenie, które trwa 14 dni u dwóch badanych osób. Łagodne podrażnienie skóry to niewielkie uszkodzenie (mniej poważne niż podrażnienie) w ciągu 72 godzin od nałożenia lub przez trzy kolejne dni po nałożeniu.

Poważne uszkodzenie oczu obejmuje uszkodzenie tkanki lub pogorszenie widzenia, które nie ustępuje całkowicie w ciągu 21 dni. Podrażnienie oka obejmuje zmiany w oku, które całkowicie ustępują w ciągu 21 dni.

Inne kategorie

  • Substancje uczulające drogi oddechowe powodują nadwrażliwość oddechową, gdy substancja jest wdychana.
  • Substancja uczulająca skórę powoduje reakcję alergiczną po aplikacji na skórę.
  • Substancje rakotwórcze wywołują raka lub zwiększają prawdopodobieństwo wystąpienia raka.
  • Neurotoksyczność jest formą toksyczności, w której czynnik biologiczny, chemiczny lub fizyczny wywiera niekorzystny wpływ na strukturę lub funkcję ośrodkowego i/lub obwodowego układu nerwowego . Występuje, gdy narażenie na substancję – w szczególności neurotoksynę lub neurotoksynę – zmienia normalną aktywność układu nerwowego w taki sposób, że powoduje trwałe lub odwracalne uszkodzenie tkanki nerwowej .
  • Substancje działające szkodliwie na rozrodczość mają niekorzystny wpływ na funkcje seksualne lub na płodność rodzica lub potomstwa.
  • Toksyny narządowe ukierunkowane na określone narządy uszkadzają tylko określone narządy.
  • Zagrożenia związane z aspiracją to ciała stałe lub ciecze, które mogą spowodować uszkodzenie przez drogi oddechowe.

Zagrożenia środowiskowe

Zagrożenie dla środowiska można zdefiniować jako dowolny stan, proces lub stan, który niekorzystnie wpływa na środowisko. Zagrożenia te mogą być fizyczne lub chemiczne i występować w powietrzu, wodzie i/lub glebie. Warunki te mogą powodować rozległe szkody dla ludzi i innych organizmów w ekosystemie.

Typowe rodzaje zagrożeń dla środowiska

  • Woda : detergenty, nawozy, ścieki surowe, leki na receptę, pestycydy, herbicydy, metale ciężkie, PCB
  • Gleba : metale ciężkie, herbicydy, pestycydy, PCB
  • Powietrze : cząstki stałe, tlenek węgla, dwutlenek siarki, dwutlenek azotu, azbest, ozon w warstwie przyziemnej, ołów (z paliw lotniczych, górnictwa i procesów przemysłowych)

EPA prowadzi listę zanieczyszczeń priorytetowych do testowania i regulacji.

Ryzyko zawodowe

Pracownicy wykonujący różne zawody mogą być bardziej narażeni na kilka rodzajów toksyczności, w tym neurotoksyczność. Wyrażenie „mad jak kapelusznik” i „Mad Hatter” książki Alice w Czarów wynikają ze znanej toksyczności zawodowej Hatters który stosowany jest toksycznych środków chemicznych do zwalczania kształt kapeluszy. Narażenie na chemikalia w środowisku pracy może być wymagane do oceny przez specjalistów higieny przemysłowej.

Zagrożenia dla małych firm
Zagrożenia związane z odpadami medycznymi i usuwaniem leków na receptę
Zagrożenia w sztuce

Zagrożenia w sztuce były problemem dla artystów od wieków, mimo że toksyczność ich narzędzi, metod i materiałów nie zawsze była odpowiednio uświadamiana. Ołów i kadm, wśród innych pierwiastków toksycznych, były często włączane do nazw farb olejnych i pigmentów artysty, np. „biel ołowiana” i „czerwień kadmowa”.

XX-wieczni graficy i inni artyści zaczęli zdawać sobie sprawę z toksycznych substancji, toksycznych technik i toksycznych oparów w klejach, środkach malarskich, pigmentach i rozpuszczalnikach, z których wiele w etykietach nie wskazywało na ich toksyczność. Przykładem było zastosowanie ksylolu do czyszczenia sitodruku . Malarze zaczęli dostrzegać niebezpieczeństwa związane z wdychaniem środków malarskich i rozcieńczalników, takich jak terpentyna . Świadomy istnienia substancji toksycznych w studiach i warsztatach, w 1998 r. grafik Keith Howard opublikował Nietoksyczny druk wklęsłodrukowy, w którym wyszczególnił dwanaście innowacyjnych technik wklęsłodrukowych , w tym fototrawienie , obrazowanie cyfrowe , metody ręcznego trawienia akrylowego oraz wprowadzenie nowej metody nie -toxic litografii .

Mapowanie zagrożeń środowiskowych

Istnieje wiele narzędzi do mapowania zdrowia środowiskowego. TOXMAP to system informacji geograficznej (GIS) z Wydziału Specjalistycznych Usług Informacyjnych Narodowej Biblioteki Medycznej Stanów Zjednoczonych (NLM), który wykorzystuje mapy Stanów Zjednoczonych, aby pomóc użytkownikom wizualnie przeglądać dane z Agencji Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych ( EPA) Programy inwentaryzacji uwalniania substancji toksycznych i Superfund . TOXMAP jest zasobem finansowanym przez rząd federalny USA. Informacje o chemii i zdrowiu środowiskowym TOXMAP pochodzą z NLM Toxicology Data Network (TOXNET) i PubMed oraz z innych miarodajnych źródeł.

Toksyczność wodna

Badanie toksyczności wodnej poddaje kluczowe gatunki wskaźnikowe ryb lub skorupiaków pewnym stężeniom substancji w ich środowisku w celu określenia poziomu śmiertelności. Ryby są eksponowane przez 96 godzin, a skorupiaki przez 48 godzin. Chociaż GHS nie definiuje toksyczności powyżej 100 mg/l, EPA obecnie wymienia toksyczność dla organizmów wodnych jako „praktycznie nietoksyczną” w stężeniach większych niż 100 ppm.

Narażenie Kategoria 1 Kategoria 2 Kategoria 3
Ostry ≤ 1,0 mg/l ≤ 10 mg/l ≤ 100 mg/l
Chroniczny ≤ 1,0 mg/l ≤ 10 mg/l ≤ 100 mg/l

Uwaga: kategoria 4 została ustanowiona dla narażenia przewlekłego, ale zawiera po prostu każdą toksyczną substancję, która jest w większości nierozpuszczalna lub nie ma danych dotyczących ostrej toksyczności.

Czynniki wpływające na toksyczność

Na toksyczność substancji może wpływać wiele różnych czynników, takich jak droga podania (czy substancja toksyczna jest aplikowana na skórę, czy jest połknięta, wdychana, wstrzykiwana), czas ekspozycji (krótkie spotkanie lub długotrwałe), liczba ekspozycji (pojedyncza dawka lub wielokrotne dawki w czasie), fizyczna forma substancji toksycznej (stała, płynna, gazowa), skład genetyczny jednostki, ogólny stan zdrowia jednostki i wiele innych. Kilka terminów użytych do opisania tych czynników zostało tutaj uwzględnionych.

Ostra ekspozycja
Jednorazowe narażenie na substancję toksyczną, które może spowodować poważne uszkodzenie biologiczne lub śmierć; ostre narażenia zwykle charakteryzuje się jako trwające nie dłużej niż jeden dzień.
Chroniczna ekspozycja
Ciągłe wystawienie na działanie substancji toksycznej przez dłuższy czas, często mierzone w miesiącach lub latach; może powodować nieodwracalne skutki uboczne.

Etymologia

„Toxic” i podobne słowa pochodzą od greckiego τοξον toxon ( „ łuk ”), w odniesieniu do korzystania z zatrutymi strzałkami jako broni. Ten rdzeń został wybrany, ponieważ transliteracja 'ιον jon , zwyczajowego greckiego słowa oznaczającego truciznę, nie była wystarczająco charakterystyczna od angielskiego słowa " ion ", wywodzącego się z podobnego, ale niepowiązanego greckiego rdzenia. Dosłowne znaczenie korzenia toxo- znajduje odzwierciedlenie w takich nazwach biologicznych, jak Toxodon ("zębaty łuk").

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Klasyfikacja