1 Úvod do toxikologie přírodních látek Charakteristika jedů • Nejednoznačná definice • Jed je jakákoli látka, která je schopna vyvolat škodlivou odpověď biologického systému, vážně poškodit jeho funkci nebo vyvolat smrt. • Toxiny: – látky organismu kvalitativně nebo kvantitativně cizí, které organismus poškozují chemicky nebo fyzikálně-chemicky – nutno znát podmínky a množství, které takto působí • Z řečtiny: – Toxon – luk pro střílení jedovatých šípů – Toxoema – jedovatý šíp • Paracelsus : Dosis sola facit ut venenum non sit. – Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim (1490 - 1541) – Rozdíly u látek ve velikosti dávky. • Akutní toxicita LD50 není jediné měřítko účinku. • Toxinoza, toxikoza: – Patologický stav způsobený toxiny (zevní, vnitřní) 2 Historie • Anorganické sloučeniny: – Pb, Hg, As, HCN • Organické sloučeniny: – extrakty z rostlin: • Rulík, blín, durman, ocún, bolehlav, thuje, oměj, mořská cibule, mák, muchomůrky • Starověk: – 4500 B.C. – Gula – ochranné božstvo lékařského umění Mezopotámie – Šennung 2500 B.C. – mýtický zakladatel čínské bylinné medicíny – Ebersův papyrus 1550 B.C. • 800 receptů (opium, blín, oměj, bolehlav) – Řecká mythologie: • Helena uspala Menelaa a Thelemacha opiem • Hecate – oměj • Medea – ocún • Herkula zabila košile napuštěná jedem – Řečtí vědci: • Pojednání o jedech: – Theophrastus 370 - 286 B.C. - De Historia Plantarum. – Nicander Kolofónský 204 - 138 B.C. – pojednání o rostlinných jedech Theriaca, terapie otrav Alexipharmaca – zvracení • První antidota: – Mithridates VI. 114-63 B.C. – Mithridatium – Akonitin (Aconitum – Ranunculaceae) – Koniin (Conium maculatum) - Sokrates 3 • možná účast mykotoxinů na některých zázracích popisovaných Biblí. – "egyptské rány", – "smrt prvorozených" možnou mykotoxikózou.. – Jobova choroba připomíná otravu trichotheceny • Sulla – 81 B.C. – první zákon o jedech Lex Cornelia • Kleopatra 69-30 B.C. – otrava kousnutím kobry 4 – Atropin (Atropa belladona) – císař Augustus (Livia a fíky na stromě) – Amatoxiny (Amanita phaloides) – Kladius, Agripina a Lokusta, Xenophon (alkaloidy Citrullus colocynthis, pouštní meloun – kukurbitaciny (hepatotoxické, abortivní, vliv na glykemii) – Andromachův Theriac – za císaře Nerona 37 – 68 A. D. • Testování pokrmů otroky Citrullus colocynthis Cucurbitaceae 5 – Andromachův Theriac – za císaře Nerona 37 – 68 A. D. • 64 složek • Testování pokrmů otroky • Dioscorides 40-80 A.D. – Materia medica • Rozdělení jedů na minerální, rostlinné, živočišné • Galen 129-200 A.D. – O antidotech 6 • Středověk: – Hlavně arabský svět – bezoáry proti otravě, Ibn Uašíja 801 A.D. – kniha o jedech – Karel IX král francouzský (1550-1574), Ambroise Paré (1510- 1590) – experimenty na vězních, proti pověrám – Jakub I král anglický (1566-1625) – Roh jednorožce – narval (Monodon monoceros), Monodontidae – Jindřich II (1519-1559) francouzský král si vzal Catherine de Médicis (1519-1589) 1533, papež Klement VII. věnoval rodině roh jednorožce – Terra Sigillata – země z kopce na ostrově Lemnos – Důvody pro používání antidot: • Adsorbční vlastnosti živočišného uhlí – pražená žába • Neutralizace hořečnatým mlékem • Černý čaj obsahuje tanin – Známé travičské aféry: • 1035 Skotové vedení Duncanem proti vojskům norského krále Svena Canuta použili rulík. • Papež Alexandr VI., Cesar a Lukretia Borgia – La Cantarella (ropucha byla zabita arsenem a jinými jedy, mrtvolka shnila a šťávy byly odpařeny a práškovány). • Leonardova technika pasážování – zvíře zabito jedem, orgány impregnované jedem podané dalšímu zvířeti atd., pro zvýšení koncentrace. Stejně u rostlin – vstřikování kyanidu do kůry stromů – otrava ovoce. • William Piso 1611 -1678 – studium kořenu Ipeca • Catherine Deshayes 1680 – travička, akonitin • Felice Fontana 1730 -1805 – vědecká studie o jedovatých plazech • Phillip Physick 1767-1837 – výplach žaludku • BONAVENTURE ORFILA 1787-1853 – Zakladatel moderní toxikologie – “TRAITE DE POISONS” • FRANCOIS MAGENDIE 1783-1855 – Objev emetinu a jeho vlastností • JAMES MARSH 1794-1846 – Marshův test přítomnosti arsenu – 1839 MARIE LEFARGE - první Marshův test • CLAUDE BERNARD 1813-1878 – Mechanismus otravy kurare • P. TOUERY 1831 – Potvrzeno podávání adsorbentů při otravě strychninem • 1860 ALBERT NIEMAN – isolace kokainu • 1854-1918 RUDOLF KOBERT – Studium digitalisu a námelových alkaloidů 7 • Lékaři používající jedy: – 1855 WILLIAM PALMER, MD • strychnin – 1863 EDMOND DE LA POMMARAIS, MD • digitalis – 1881 GEORGE HENRY LAMSON, MD • Aconitum – 1891 THOMAS NEVILLE CREAM, MD • trávil prostitutky strychninem – 1974-1998 HAROLD SHIPMAN, MD • 250 pacientů otrávil heroinem a morfinem – Vlkodlaci: • Otrava námelem – davová halucinace, paranoia psychoza, ovlivnění celých měst a vesnic • Vzteklina, porfýrie, otrava trichotheceny a dalšími mykotoxiny, bakteriální infekce – Čarodějnictví: • Ergotismus - Salem, Velká francouzská revoluce 8 • Francie 1918 – Girard (Amanita phalloides) • Otrava beninského prezidenta Sogla 1991 • Otrava novináře Markova 1978 • Otrava ukrajinského prezidenta Juščenka • akce izraelského Mosadu či přiznané záměry CIA, jed a travičství zdaleka nepatří minulosti: – ricin – botulin – dioxin Definice toxikologie • Interdisciplinární obor, studium toxických účinků chemických látek a na živé organismy. • Toxinologie: vědní obor zabývající se studiem toxinů produkovaných mikroby, jedovatými živočichy a rostlinami, vztahuje se i na zdroje, chemická složení a antidota. – Nauka o účincích jedu – Nauka o průkazu jedu – Nauka o vstřebávání, biotransformaci jedu v organismu a jeho vylučování 9 Discipliny toxikologie • Experimentální • Klinická • Forenzní • Ekotoxikologie • Enviromentální • Průmyslová • Vojenská • Behaviorální Intoxikace • Celkové poškození organismu působením vstřebané látky. • Sekundární intoxikace: – Intoxikace organismu jiným již dříve intoxikovaným. • Pozdní projevy intoxikace: – U mnoho typů otrav, po odeznění akutních příznaků 10 Organotropní vlastnosti toxinů a jejich složek • Cytotoxiny • Hemoraginy • Hemotoxiny • Hepatotoxiny • Myotoxiny • Nefrotoxiny • Nekrotoxiny • Neurotoxiny Cytotoxiny • Veškeré látky, které poškozují nebo ničí živé buňky • Látky, které tlumí buněčné procesy nebo jsou jinak toxické a ničí buňky 11 Složení krve: krevní plazma 55 %, krevní buňky 45 % Krevní plazma • voda • elektrolyty - Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, CO3 2-, ... • plazmatické proteiny (PP) - albumin, globulin, fibrinogen,.. • transportované látky - živiny, odpadní látky, plyny, hormony, ... Krevní buňky • erytrocyty - červené krvinky • leukocyty - bílé krvinky • krevní destičky Červené krvinky • bezjaderné buňky • vyvíjí se z myeloidních kmenových buněk v kostní dřeni • životní cyklus 120 dní, zanikají ve slezině • 90 % hmoty tvoří hemoglobin Bílé krvinky • granulocyty - neutrofily, eozinofily, bazofily • agranulocyty - lymfocyty, monocyty • účastní se imunitní odpovědi organismu Krevní destičky • trombocyty • srážlivost krve Hemoglobin • 2 podjednotky  a 2 podjednotky  • v každé podjednotce Fe2+ schopné vázat O2 Hemotoxiny Toxická látka způsobí změnu v počtu a/nebo funkci krevních buněk Anemie • nedostatek červených krvinek • aplastická - souvisí s poruchami činnosti kostní dřeně • hemolytická - rozklad červených krvinek • z výživy - nedostatek Fe, vitamínu B12 a kyseliny listové • soli Pb, Cr6+, Cu, Pt, Au, As, Cd....... • benzen, alkylační činidla, hydrazin • živočišné a rostlinné toxiny – Podofylotoxin – Cefalosporiny – Trichotheceny – Vinca alkaloidy – Taxany – Hadí jedy Leukemie • zhoubné bujení krevních buněk • benzen, PAU Methemoglobinémie • Fe2+ v hemoglobinu je oxidováno na Fe3+ (vzniká methemoglobin) • Fe3+ není schopen vázat O2 - blokáda transportu kyslíku • vzniká účinkem NO3 -, NO2 -, nitro- a nitroso- sloučenin, O3, ....... • antidotum - methylénová modř - redukce metHb na Hb • tvorba methemoglobinu je žádoucí při otravě CN- - antidotum amyl nitrit (CH3)2CHCH2CH2ONO Karboxyhemoglobin • vzniká reakcí CO s Hb (CO má 230  afinitu k Hb než O2) • blokáda transportu kyslíku • antidotum O2 12 • Cytolysiny – způsobují hydrolýzu fosfolipidů buněčné stěny eukariotické buňky – Hemolysiny – Leukotoxiny • Hemoraginy – rozklad endotelu kapilár a drobných cév, následný únik krve – Ricinus communis – Hadi Crotalidae – Mikroby • Hemotoxin – rozklad krevních elemetů – Hemolytický exotoxin - kobratoxiny Hepatotoxické látky Funkce jater Tvorba žluči • absorpce tuků v tenkém střevě, metabolismus tuků • stimulace peristaltiky střev • transport produktů jaterního metabolismu Biotransformace toxických látek • zvyšování molekulové hmotnosti a polarity tox. látek • produkty - hydrofilní, snadněji vylučovány ve žluči a moči Metabolismus živin • syntéza, ukládání a rozklad glykogenu • metabolismus tuků - -oxidace lipidů (ATP), syntéza fosfolipidů, tvorba cholesterolu a lipoproteinů • metabolismus proteinů - syntéza krevních bílkovin a koagulačních faktorů • odbourávání hormonů, bilirubinu, amoniaku...... Imunita • Kupferovy buňky - fagocytóza erytrocytů, bakteriií a koagulátů • Syntéza imunoglobulinů 13 Manifestace toxického účinku Steatóza jater • akumulace tuků v hepatocytech v důsledku poruch buněčného metabolismu – metabolismus lipoproteinů a tuků • zejména následek akutní expozice • ethanol, methanol, hydrazin, DDT, hexachlorcyklohexan, As, Cr, chloroform, halothan • Kolchicin Hepatická nekróza • odumírání jaterních buněk • zejména následek jednorázové akutní expozice • halothan (CF3-CHBrCl), methoxyfluoran (CHCl2-CF2-O-CH3), chloroform • muchomůrka zelená – phalloidin – centrilobulární nekróza – narušuje depolimerizaci mikrofilament • Griseofulvin – narušení metabolismu hemu – ukládání porfirinů • Galaktosamin – narušení konjugačních reakcí • Pyrrolizidinové alkaloidy – porušení vaskulatury • Phomopsin - Phomopsis leptostromiformis, plíseň Cholestáza • poruchy metabolismu žluči, • organokovové sloučeniny Sn a As • Sporodesmin – produkt plísní • Lantadeny – Lantana camera Fibróza, cirhóza jater • tvorba vazivové tkáně v játrech, uzlíky • obvykle při chronické expozici, ale i následek akutního poškození • methanol, ethanol, aldehydy, ketony, vinylchlorid, As • pyrollizidinové alkaloidy • Zhoubné nádory jater • máslová žluť, nitrosaminy, As, vinylchlorid, PAU, halogenované aromáty • aflatoxiny, safrol • MAM (methylazoxymethanol) – Cycadales • Pyrrolizidiny 14 Nefrotoxicita Funkce ledvin Řízení objemu, tlaku a pH krve • vylučování hormonů a enzymů – zejména kůra nadledvin Vylučování odpadních látek • s močí z těla odchází zejména polární metabolity toxických látek o vysoké molekulové hmotnosti – glukuronidy, sulfáty apod. Nefron • hlavní části: – glomerulus, – distální a proximální tubulus – Henleyova klička • hlavní procesy: – glomerulární filtrace – tubulární sekrece – reabsorpce • Ledviny – 1% tělesné hmotnosti • 25% srdečního výdeje – Velká množství toxinů • Přímé působení • Metabolisace – Zakoncentrování • Reabsorbce – Pasivně – Aktivně – Rozdíl v poškození dřeně a kůry • Kortex 80% průtoku – Poškození při velké změně objemu filtrované tekutiny 15 Manifestace toxického účinku A) Poškození glomerulu snížení / zvýšení glomerulární filtrace změny osmotického tlaku pokles selektivity filtrace Nefrotický syndrom: silná proteinurie, také při zasažení karcinogeny (benzidin) Nefritický syndrom: silná hematurie zejména při akutní formě B) Poškození proximálního tubulu změny v množství reabsorbovaného a z těla vyloučeného podílu Akutní tubulární nekróza: v důsledku poškození proximálního tubulu může dojít až k akutnímu selhání ledvin Těžké kovy • Pb, Cd a Hg při akutní otravě nejčastěji poškodí proximální tubulus a vyvolají akutní selhání ledvin (polyurie, glukosurie, proteinurie  anurie) • Pb, Cd a Hg se při chronické otravě ukládají v ledvinách a způsobují různé formy chronických nefritid • Cd snižuje reabsorpci Ca a P - osteoporóza (Itai - Itai) • další nefrotoxické kovy: As, Cr, Pt, U, Au, Sb, Th, Fe Halogenované alifatické uhlovodíky • zejména s krátkým řetězcem CCl4 , CHCl3 - akutní selhání ledvin Ethylenglykol • metabolizuje se kyselinu šťavelovou, jejíž soli tvoří krystalky 16 Cyclosporin Aminoglykosidy • Limit v jejich použití • Až 20 % použití vykazuje známky • Akumulace v proximálním tubulu – Tubulární nekróza 17 • β-laktamová antibiotika – Cephaloridin – Cephaloglycin – Imipenem • Vysoká nefrotoxicita – koncentrace v proximálním tubulu • R2 ≠ H – Tubulární poškození – Glykosurie – Proteinurie S N CONHR1 O COOH R2 Látky dermatotoxické Funkce kůže • ochrana před infekcí a toxickými účinky látek • vylučování vody, NaCl, močoviny,.........., škodlivin • orgán termoregulace • orgán hmatu, vnímání tepla, chladu a bolesti • tvorba vitamínu D • sklad glukózy 18 Anatomie kůže • pokožka (epidermis) - keratinocyty (keratin - fibrózní protein odpuzující vodu a odolný proti natrávení enzymy), melanocyty (tvorba pigmentu) • škára (dermis) - kolagenní vlákna, hladká svalovina • podkožní vazivo - součástí podkožní tuk • kožní orgány - potní a mazové žlázky, chlupy, nehty apod. Iritační kontaktní dermatitidy • akutní – silné kyseliny - tvorba krusty v místě kontaktu, zpomalení dalšího průniku – silné louhy - zmýdelnatění (reakce louhu s fosfolipidy), hluboký průnik – organokovové sloučeniny Sn, P, CaO • chronické – mýdla, detergenty, minerální oleje – organická rozpouštědla - rozrušení ochranné tukové vrstvy na povrchu pokožky, druhotná infekce Alergické kontaktní dermatitidy • neadekvátní imunitní reakce při opakovaném kontaktu s alergenem • Hapteny • Rhus - pyrokatecholy Fototoxické látky • působením UV záření (280 - 400 nm) vznikají z prekurzorů reaktivní toxické látky - často volné radikály (vliv O2) • PAU, 8-methoxypsolaren (citrony, hřebíček, fíky, celer,....), tetracykliny, porfiriny Chlorakné • následek akutní otravy PCB, dioxiny, • špatně se hojící vředy na kůži, po delší době hyperpigmentace, zahnědlé nehty, zánět spojivek Vypadávání vlasů, depilace • soli thália Zhoubné nádory • následek fotoxicity PAU, dále pak As (i při orální aplikaci) 19 OH OH R NEUROTOXIKOLOGIE 20 • Poškození těl buněk a dendritů – Volné radikály • Lipidová membrána • Slabý obranný systém • Vysoký obsah železa – Excitotoxiny • Kyselina ibotenová • Domoát – Nitzchia pungens (řasa), kontaminace škeblí v Kanadě • β-N-oxalylaminoalanin – Cycas cercinalis, Guamská choroba • MAM – Poškození DNA • Methylazoxymethanol (MAM) – Cycas • Axonopathie – Poškození pouze axonů • Kolchicin • Vinkristin • Taxol • Myelinopathie – Difterické toxiny – Corynebacterium diphterie • Toxiny iontových kanálů – Na+, K+, Ca2+ – Tetrodotoxin • Tetraodon sp. – Saxitoxin • Alexandrium tamarense • Gymnodinium catenatum • Pyrodinium bahamense – Batrachotoxin • Phyllobates terribilis – Akonitin – Pyrethriny – Toxiny škorpionů • Androctonus, Buthus, Hottentotta, Leiurus 21 • Toxiny nervových zakončení – Clostridium • Botulotoxin • Tetanické toxiny – α-latrotoxin • Latrodectus mactans – Konvulsanty • Obvykle interakce s GABA – Pikrotoxin » Anamirta cocculus – β-karboliny • Interakce s glycinovým receptorem – strychnin • Léze astrocytů – Fluoroacetát • Dichopetalum (Apiaceae) Dichopetalum (Apiaceae) 22 • Nekrotoxiny – smrt tkáňových buněk – Toxiny stafylokoků – Tarantule • Myotoxiny – poškozují svalovou tkáň – Myolýza – Myoglobinurie – Selhání ledvin – Toxiny jedovatých hadů Trimeresurus spp Antitoxin • Protilátka vytvořená v organismu jako reakce na přítomnost toxinu • Sérum nebo globulinová frakce séra zvířat imunizovaných příslušným toxinem • Protilátka vytvořená v cizím organismu • Heterologní • Homologní • Monoklonální • Biologické inženýrství