Hodnocení toxicity směsí Toxicita směsí kontaminantů není jednoduše predikovatelná z toxicity jednotlivých látek Jediná spolehlivá cesta hodnocení toxicity směsí je testování založené na porozumění mechanismů působení jednotlivých složek směsi -predikce jejich působení Toxicita směsí je velmi důležitá, neboť v prostředí jsou látky ve směsích Testování toxicity látek 1) Jednotlivé látky 2) Komplexní environmentální směsi 3) Modelové směsi (definované složení) 3** Interakce látek ve směsi Testování jednotlivých látek Známé koncentrace, vlastnosti, účinky Snadné provedení Snadné vyhodnocení Interakce s dalšími látkami??? Komplexní environmentálni směsi Mnoho látek v jedné směsi, také dosud neznámé a neprostudované látky Různé mechanismy toxicity a různé účinky těchto látek Neznámé interakce látek ve směsi Modelové směsi Definované složení Známé účinky a vlastnosti studovaných látek Známé mechanismy toxicity Vhodné ke studiu interakcí mezi jednotlivými látkami Působení látek ve směsích Aditivita - Toxicita směsi toxikantů A a B je stejná jako suma toxicit toxikantů A a B působících samostatně Antagonismus - Toxicita směsi toxikantů A a B je nižší než suma toxicit toxikantů A a B působících samostatně Synergismus - Toxicita směsi toxikantů A a B je vyšší než suma toxicit toxikantů A a B působících samostatně Potenciace - Jedna chemikálie, která samostatně není toxická, zvyšuje toxicitu další chemikálie ve směsi 1.4 i 1.2 1 Synergismus Aditivita Antagonismus 0.8 - 0.6 - 0.4 0.2 0 1TU A 1TU B 0.5TU A+ 0.5TU A+ 0.5TU A+ 0.5 TU B 0.5 TU B 0.5 TU B Koncentračně-adiční model (Concentration Addition, CA) Předpokladem pro jeho použití je stejný mechanismus účinků jednotlivých látek ve směsi (např. vazba na receptor) Principem této metody je možnost nahrazení jedné látky ve směsi druhou látkou Každá jednotlivá látka tak přispívá k účinku směsi v poměru k její koncentraci, nikoli účinku! Stejný princip je i základem pro výpočet TEQ při posuzování účinků environmentálních směsí Další modely pro predikci účinků směsí Model nezávislého působení (Independent Action, IA) - látky způsobují daný účinek nezávisle na sobě -jiným mechanismem Model součtu účinků (Effect Summation, ES) - možno použít pouze v případě lineární odpovědi u křivek dávka-odpověď pro jednotlivé látky Model nezávislého působení Naměřené a predikované účinky směsi 16 biocidů působících různými mechanismy v testu toxicity u řas Zatímco model CA (čárkovaně) nadhodnocuje účinky směsi, model IA (plná čára) odpovídá naměřeným hodnotám 1 10 Total Concentration (umol/L) 100 Fig. 3. Observed and predicted algal toxicity of' mixturcx of \fi dissimilarly acting substances. (A) Mixture 1: components mixed in the ratio of their individual EC50 values. (B) Mixture 2: components mixed in tbc ratio of their individual EC] values. (•) experimentally observed toxicity; (O) controls; (■--) prediction according to concentration addition; f—) prediction according to independent action. M. Faust et al. / Aquatic Toxicology 63 (2003) 43-63 Testování xenoestrogenity modelových směsí Nejčastěji testovány modelové směsi farmak, PAHs, PCBs Látky působí stejným mechanismem (vazba na ER) Predikce aditivních efektů směsí (CA) Koncentračně-adiční model (CA) Testování xenoestrogenity modelových směsí Příklad: Testování účinků 10 xenoestrogenních látek ve směsi (testy na kvasinkách) 1 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ES CA MIX Compound Již nízké neúčinné koncentrace jednotlivých látek mohou ve směsi způsobovat významný účinek! Zatímco podle predikce založené na koncentračně-adičním modelu (CA) jsou efekty aditivní, podle modelu součtu účinků (ES) by se jednalo o významný synergismus!! Rajapakse et al./ Environ Health Perspect 110:917-921 (2002) Aktivita dioxinového typu i U aktivity dioxinového typu je často používán u environmentálních směsí koncept toxických ekvivalentů (TEQ), vypočítaných jako suma příspěvků jednotlivých látek z koncentrací jednotlivých polutantů a jejich toxických ekvivalentních faktorů (TEF) či relativních potencí (RP), které určují, kolikrát je látka méně toxická, než nejtoxičtější 2,3,7,8-TCDD TEQ (vzorek) [ng/g] = X Ciátka [ng/g] * TEFiátka Platí ale pouze pro toxicitu zprostředkovanou aktivací AhR. Některé studie využívají tento koncept také při hodnocení aktivit modelových směsí dioxinově aktivních látek Aktivita dioxinového typu u modelových směsí PAHs Př. Binární a ternární směsi PAHs - naše studie Potvrzení aditivních účinků na testech s kvasinkami i se savčími buňkami a to podle modelu koncentračně-adičního Při srovnání s modelem ES (effect summation, součet účinků) je zjevné, že tento model většinou nadhodnocuje účinky modelových směsí Aktivita dioxinového typu u modelových směsí PAHs Kvasinkový model H4IIE.luc 250 200 150 100 50 0 □ naměřené hodnoty □ koncentračně-adiční model □ součet účinků run 0.3nM 3nM 30nM 900nM 2700nM BaA+BaP+F 200 160 120 80 0 □ naměřené hodnoty □ koncentračně-adiční model □ součet účinků 3nM Dl 30nM 150nM 300nM 900nM BaA+BaP+DBA Shrnutí Pro správnou predikci účinků modelových směsí látek je potřeba dobře znát mechanismus účinku jednotlivých látek i jejich fyzikálně-chemické vlastnosti Pro látky působící stejným mechanismem účinku se jeví jako vhodný pro predikci aditivity koncentračně-adiční (CA) model Pro látky působící odlišným mechanismem je vhodný spíše model nezávislého působení (IA) Model součtu účinků (ES) - často nadhodnocuje, použitelný pouze v úzkém lineárním rozmezí odpovědí pro jednotlivé látky