Prof. MVDr. Zdeňka Svobodová, DrSc.

1. Přednáška č. 1Vymezení předmětu toxikologie, mechanismus působení jedů, metody hodnocení toxicity, klasifikace jedů, historické údaje Prof. MVDr. Zdeňka Svobodová, DrSc.

2. Toxikologie Definice: • Toxikologie je věda, která se zabývá studiem nepříznivých účinků chemických, fyzikálních a biologických agens na živé organismy a ekosystémy včetně prevence a léčby těchto nepříznivých účinků. (Society of Toxicology)

3. Historie toxikologie • Používání jedů a shromažďování informací o nich se datuje do nejstarších údobí lidské civilizace • Jedy hrály významnou roli v historii a politice • Jejich použití je umožněno lidskými negativními vlastnostmi (jako strach, touha po moci nebo hněv), ale také nedostatkem informací, ignorancí, nepozorností či nedbalostí • Ve veterinární praxi jsou pak kromě záměrných otrav a nehod zvláštní kategorií otravy zvířat spojené se sebevražednými úmysly jejich majitelů

4. Známé osobnosti věnující se výzkumu jedů: Dioscorides : první klasifikace jedů, navrhnul použití emetik jako prostředků k léčbě otrav - Paracelsus : „Všechny substance jsou jedy, neexistuje žádná, která by jím nemohla být. Pouze dávka odlišuje jed od látky neškodné nebo léku.“ - byl to lékař – alchymista; položil základy farmakologie, toxikologie a moderní terapie, objevil vztah dávka-účinek

5. Historicky známé otravy a traviči: Král Mithridates Eupator (1. století před kristem) • Užíval malé dávky 36 různých jedů, aby si na ně vybudoval toleranci a nemohl být zákeřně otráven. Když na něj později jeho syn spáchal atentát a král již neměl možnost uprchnout z paláce, chtěl se vyhnout zavraždění a pozřel dávku jedu. Jed ale na něj neměl efekt, takže krále musel zabít jeho věrný sluha. Od té doby se imunitě vůči jedům říká mithridatismus. - Princip návyku: • Zvýšení obrany již při resorpci – snížená penetrace jedu do organismu • Zvýšení kapacity detoxifikačních mechanismů • Zabudování jedu do biochemických procesů – riziko abstinenčního syndromu • Příklady látek, na něž se dá vybudovat návyk : arsen, sůl, morfin a další rostlinné jedy

6. Sokrates • Jeden z nejvýznamnějších antických filozofů • Byl popraven (donucen k sebevraždě), vypil číši bolehlavu • Bolehlav plamatý (Conium maculatum) je plevel rostoucí na rumištích a v příkopech, obsahuje alkaloid koniin, který působí obrnu svalstva a smrt zadušením za plného vědomí. Ve středověku bylo povolání traviče běžné, nejznámějšími traviči jsou ženy: - Kateřina Medicejská (manželka francouzského krále Jindřicha II.) a Lukrezia Borgia (dcera papeže Alexandra VI.). - V Itálii byla velmi slavnou dodavatelkou jedů žena jménem Tofana, která připravovala jedovatou kosmetiku s obsahem arsenu ("Aqua Tofana").

7. I v novodobých dějinách se setkáme s velkým množstvím otrav, nejčastěji se jedná o zneužití ve válce a nebo o únik průmyslových chemikálií: • První světová válka – použití bojových plynů (soman, sarin) • Druhá světová válka - nacističtí důstojníci nosili kapsli s jedem – kyanid. Také použití kyanidů (Zyklon) k vyvražďování v koncentračních táborech • Nedávná doba - otrava ukrajinského prezidenta Juščenka, agenta Litviněnka apod. • Mnoho případů otrav zvířat, v poslední době neustále zmiňován karbofuran jako nebezpečný prostředek zneužívaný k záměrným otravám • Mnoho případů otrav z jídla – chemické havárie, používání jedů a jejich uvolňování do životního prostředí bez prostudování všech jejich možných účinků a následků: - Minamata Disease (Japonsko, 1950 – 1960) – otrava methylrtutí u zvířat i lidí - Irák – 60. léta 20. století – otrava z obilí namořeného pesticidem na bázi fenylrtuti - Itai-Itai Disease(ouch-ouch disease) – 50. léta 20. století – otrava kadmiem - Yusho disease - 1968 v Japonsku – otrava PCB

8. Metodyhodnocení toxicity • Založené na známých případech z praxe, případových studiích • Metody předpovědi toxicity • Testy toxicity ad 1)Pokud není možnost testovat danou látku či vliv na lidech a zvířatech. Důležité vypozorovat a odvodit co nejvíce poznatků ze známých případů takovýchto otrav.

9. ad 2)Existuje vztah mezi chemickou strukturou a biologickým efektem chemických látek. Neplatí to stoprocentně, nicméně tento poznatek slouží k základní orientaci v toxikologickém nebo farmakologickém mapování účinku látek – metoda Quantitative Structure – Activity Relationship (QSAR) - snižuje se počet použitých pokusných zvířat. ad 3) Testy toxicity probíhají na různých úrovních: • buňky a tkáně (in vitro testy) • organismy • biocenózy

10. Testy na úrovni buněk a tkání – primární + stabilní buněčné kultury - Test s neutrální červení - Výhoda v rychlosti, reprodukovatelnosti, nízkých finančních i časových nákladech - Nevýhoda - nevypovídají nic ovlivu na celé orgánové soustavy a organismus jako celek - Použití jako screeningové testy před pokusy na živých organismech

11. Testy na organismech – nejčastěji používané, všechny vývojové stupně (bakterie až savci). Metody unifikovány - Organisation for Economic Cooperation and Development (OECD) aInternational Organization for Standardization (ISO). • Testy na biocenózách jsou nejlepší, postihují nejen vliv látky na organismy samotné, ale i na celá společenství živočichů, rostlin a dané životní prostředí. Prováděny jsou ale málo – časová a hlavně finanční náročnost.

12. OBECNÁ TOXIKOLOGIE Definice toxinu: • Toxin je jakákoliv substance, která i v malém množství nebo nízké koncentraci, po jednorázovém nebo opakovaném podání, způsobí poškození nebo smrt organismu • Dle profesora Švagra: „jakákoliv substance kvalitativně čikvantitativně cizí organismu, která je schopná způsobit chemické nebo fyzikální poškození tomuto organismu, by měla být klasifikována jako toxin" • Faktoryovlivňující toxicitu: Playeho princip CCC (DCC): - Koncentrace (Concentration - Doses) - Komplexace (Complexation) - Kompetice (Competition)

13. Koncentrace: • Obvykle čím větší dávka, tím větší efekt • Některé toxiny – fenomén nazvaný hormeze – jiný efekt při malých a jiný při velkých dávkách Komplexace: • Obecné pravidlo toxikologie – co je rozpustné, může být toxické = nerozpustné sloučeniny se nevstřebávají a nemají účinek • Její princip často využíván v terapii (př. cheláty)

14. Kompetice: • Kompetice dvou substancí o jeden receptor, enzym nebo vazebné místo (př. chloridy a dusitany, metanol a etanol, rodenticidy a vitamín K atd.)

15. Synergismus a antagonismus: Synergismus • Interakcedvou nebo více látek, jejich účinek se současným užitím zvyšuje – aditivní (př. kombinace dvou organofosfátů)nebo znásobený účinek (pyrethroidy + piperonylbutoxid) Antagonismus • Interakce dvou nebo více látek, které při současném užití mají nižší efekt než každá samostatně - Chemický antagonismus(neutralizační reakce, interakce kation + anion, chelatace) - Funkční antagonismus – využívá se při symptomatické léčbě otrav – opačné působení na stejné struktury, ovlivnění stejného pochodu, receptoru atd. (antikonvulziva u křečových jedů apod.)

16. Toxikokinetika – osud jedu v organismu: • Zahrnuje absorpci, transport a distribuci, biotransformaci a vylučování jedů Cesty absorpce: - gastrointestinální trakt - dýchací orgány - kůže a sliznice - parenterální (s. c., i. m. nebo i. v. injekce) – také vstříknutí hadího či jiného živočišného jedu do organismu

17. Transport a distribuce: - Transport toxinů v krvi – volně v plasmě nebo navázané na některé struktury (albumin, ceruloplasmin, krvinky) - Při distribuci se největší množství toxických látek dostává do jater a ledvin. Jinak má spousta jedů afinitu vůči specifickému orgánu či orgánové soustavě – tzv. tropismus Biotransformace: - Některé látky vyloučeny z těla nezměněny - Většina látek prochází biotransformací – aktivace či redukce toxického účinku - Speciální typ je biotransformace pre-absorpční v GIT: např. tvorba fosfanu ze ZnP3, uvolnění kyanidů z kyanogenních glykosidů atd.

18. - Hlavním orgánem biotransformace ale zůstáváají játra – proces probíhá ve 2 fázích: fáze 1 fáze 2 XH X – OH X – O – Konjugát XH xenobiotikum je přeměněno oxidací (redukcí, hydrolýzou) na polárnější metabolit X – OH, který může být více nebo méně toxický než původní sloučenina, a tento je pak substrátem pro konjugační reakce, kdy vzniká již neaktivní derivát

19. Vyloučení jedů: - ledviny (moč) - játra (žluč a pak faeces) - gastrointestinální trakt (faeces) - plíce - mléčná žláza - slinné žlázy - pot, slzy, mazové žlázy