Toxikológia živočíchov
Obsah
Toxicita organických látok
ADI (Acceptable Daily Intake) - prípustný denný príjem, t.j. denná expozičná dávka, ktorá pravdepodobne nebude mať škodlivé účinky, ani keď expozícia bude pokračovať po celý život jedinca
Dávka (Dose) - množstvo toxickej substancie prijaté organizmom (človek, zviera) za jednotku času
Expozičné cesty (Exposure pathway) – definície procesov, ktorými sa daný faktor dostáva zo zdroja cez zložky životného prostredia do organizmu zahrňujúcej jeho transport aj expozičný vstup (inhalácia, požitie, vstrebávanie kožou a iné)
LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level) – najnižšia dávka (úroveň expozície), pri ktorej je ešte pozorovaný nepriaznivý účinok na štatisticky významnej úrovni v porovnaní s kontrolnou skupinou
Nebezpečná látka – látka vykazujúca jednu, alebo viac nebezpečných vlastností, napríklad výbušnosť, horľavosť, žieravosť, dráždivosť, toxicitu, karcinogenitu, mutagenitu, atď.
NOAEL (No Observed Adverse Effect Level) – najvyššia dávka (úroveň expozície), pri ktorej ešte nie je pozorovaná žiadna nepriaznivá odpoveď na štatisticky významnej úrovni v porovnaní s kontrolnou skupinou. Určité účinky môžu byť pozorované, nie sú však považované za nežiadúce, ani za prekurzory nežiadúcich účinkov. Pre charakterizáciu rizika u rôznych NOAEL je do úvahy braná vždy najvyššia hodnota.
NOEC (No Observed Effect Concentration) – najvyššia koncentrácia bez štatisticky významných škodlivých ekotoxických účinkov
NOEL (No Observed Effect Level) – najvyššia možná úroveň expozície testovaných organizmov určitou špecifickou chemickou látkou (zlúčeninou), pri ktorej nie je pozorovaná žiadna štatisticky významná nepriaznivá odpoveď v porovnaní s kontrolnou skupinou.
TDI (Tolerable Daily Intake) - prípustný denný príjem, tj. denná expozičná dávka, ktorá pravdepodobne nebude mať škodlivé účinky, ani keď expozícia bude pokračovať po celý život jedinca
Toxicita (Toxicity) - schopnosť chemickej látky vyvolať poškodenie (intoxikáciu), je charakterizovaná smrtiacou dávkou
- Testy akútnej toxicity
- Testy chronickej toxicity
- Špeciálne testy toxicity
TEST AKÚTNEJ TOXICITY
- jednorazové perorálne (najčastejšie žiadané) alebo parentálne (kožná, intramuskulárna, intravenózna aplikácia) podanie zvyčajne vysokej toxickej a terapeutickej koncentrácie, pričom účinok sa prejaví počas 24 hodín
- 2 druhy zvierat (hlodavec a nehlodavec)
- klinický obraz: prejavy otravy a úmrtnosť, zmeny správania, letargia, spánok, kóma, príjem potravy zvierat, slinenie, hnačky, ako aj pitevný nález u uhynutých zvierat i tých, čo prežili, hodnotenie rozdielov v rámci pohlavia I druhu zvierat
- Orálna
- Klinické vyšetrenie: príznaky toxicity – zmeny kože, srsti, očí, slizníc, dýchania a krvného obehu, vegetatívneho a centrálneho nervového systému, motorickej aktivity a správania, kŕče, slinenie, hnačky, letargia, spánok a kóma
- Makroskopická pitva: u všetkých zvierat uhynutých aj utratených
- Hodnotenie: hodnotí sa mortalita, klinické symptómy intoxikácie, prírastky hmotnosti a patomorfologické zmeny v priebehu 14-dňového experimentu
- Inhalačná
- stanovenie toxicity testovanej látky po krátkodobej inhalačnej expozícii
- Testovací systém: potkan (Wistar) – obe pohlavia
- Príprava testovanej látky: inhalovateľné formy – aerosol, para
- Inhalačný box – prietok vzduchu, sledovanie koncentrácie v dýchacej zóne, meranie teploty a vlhkosti (min. 4 hod. expozície)
- Hodnotenie: hodnotí sa mortalita, klinické symptómy intoxikácie, prírastky hmotnosti a patomorfologické zmeny v priebehu 14-dňového experimentu (horná a dolná časť dýchacieho traktu)
- Dermálna
- stanovenie toxicity testovanej látky po krátkodobej dermálnej expozícii
- Testovací systém – potkan (Wistar) – obe pohlavia
- Prevedenie: príprava zvierat – holenie, váženie, značenie
- Aplikácia rovnomerne na plochu asi 10% celkového povrchu tela
- Doba expozície: 24 hod. (fixovanie testovanej látky pomocou obväzu a nedráždivej náplaste – zabránenie orálnemu príjmu)
- Po uplynutí expozície zbytky odstránené vodou
- PODRÁŽDENIE/POLEPTANIE KOŽE
- PODRÁŽDENIE/POLEPTANIE OKA
- Letálna dávka LD50/LC50 – stredná letálna dávka - štatisticky vypočítaná dávka (alebo koncentrácia) látky (všeobecne vyjadrená na jednotku telesnej hmotnosti), pri ktorej sa očakáva zapríčinenie smrti polovice (50%) jedincov druhu, ktorí ju prijali
- LT50 – stredný letálny čas
TEST CHRONICKEJ TOXICITY
- cieľ: nájsť najvyššiu koncentráciu sledovanej látky, ktorá nevyvolá žiaden dokázateľný toxický účinok
- podávanie: min. 3 mesiace, kratšie 7 – 28 dní
- na myšiach a potkanoch (králiky, morčatá, škrečok, psi, primáti) – sledovanej látke vystavené počas celého svojho života
- založené na identifikácii karcinogénnych a mutagénnych účinkov na niekoľkých generáciách
- požiadavky na takéto štúdie sú opísané v „Code of Federal Regulations”
- hodnotí sa: správanie zvierat, príjem potravy, skrátenie dĺžky života, možné kumulatívne účinky a potencionálne karcinogénne účinky na jednotlivé orgány, systémy, ovplyvnenie funkcií, hematologické a biochemické laboratórne vyšetrenie krvi (krvný obraz) a moču
- po usmrtení zvierat sa vykonáva: dôkladná makroskopická I mikroskopická analýza tkanív a orgánov exponovaných zvierat (hmotnosť orgánov, morfologické a histologické zmeny)
- TOXICITA PO 28-DŇOVEJ OPAKOVANEJ DÁVKE – ORÁLNA (žalúdočnou sondou)
- INHALAČNÁ (expozícia 6 hodín)
- DERMÁLNA (fixácia na cca 10% povrchu tela)
- TEST SUBCHRONICKEJ ORÁLNEJ TOXICITY: OPAKOVANÁ 90-DŇOVÁ ŠTÚDIA ORÁLNEJ TOXICITY U HLODAVCOV/TEST V OPAKOVANÝCH DÁVKACH
- ŠTÚDIA SUBCHRONICKEJ DERMÁLNEJ TOXICITY PO 90-DŇOVEJ OPAKOVANEJ KOŽNEJ APLIKÁCII U HLODAVCOV
- TEST TOXICITY SUBCHRONICKEJ INHALÁCIE 90-DŇOVÝ TEST OPAKOVANÉHO INHALAČNÉHO VYSTAVENIA NA HLODAVCOCH
- CHRONICKÁ TOXICITA
- KARCINIGENITA
- KOMBINOVANÁ CHRONICKÁ TOXICITA/KARCINOGENITA
- DVOJGENERAČNÁ ŠTÚDIA REPRODUKČNEJ TOXICITY (informácie o možných toxických účinkoch testovanej látky na reprodukčnú schopnosť samca/samice alebo na vývoj potomstva: funkcia pohlavných žliaz, priebeh estrálneho cyklu, chovanie pri párení, gravidity, pôrodu a laktácie, mortalita, rast a vývoj potomstva)
Laboratórne zvieratá
- Laboratórna myš (Mus musculus var. alba)
- hmotnosť - 30 – 40 g (všežravec)
- pohlavná dospelosť – 6. týždeň
- dĺžka gravidity – 17-21 dní
- počet mláďat vo vrhu – cca 12
- citlivá na výkyvy teploty
- samčia rivalita
- Laboratórny potkan (Rattus norvegicus var. alba)
- hmotnosť - 250 – 400 g (všežravec)
- pohlavná dospelosť – 12. týždeň
- dĺžka gravidity – 19-22 dní
- počet mláďat vo vrhu – cca 8 – 16
- krotké, odolnejšie
- malá biologická variabilita
- Morča domáce (Cavia aperea)
- hmotnosť - 700 – 750 g
- dĺžka gravidity – 19-22 dní
- počet mláďat vo vrhu – cca 1 – 6
- Králik domáci (Oryctoloagus cuniculus)
- hmotnosť – 3,5 – 5,5 kg
- dĺžka gravidity – 29-30 dní
- počet mláďat vo vrhu – cca 1 - 13
- Pes domáci (Canis familiaris)
- najčastejšie plemeno beagle (vľúdna povaha)
- hmotnosť – 10 – 15 kg
- dĺžka gravidity – 64 dní
- Makak rhesus
- kompletne známa DNA ako u 3. primáta
- 20 + 1 pár pohlavných chromozómov
- gény: 97,5% šimpanz,99% človek
- gény HLA (Human Leukocyte Antigen)
- génové rodiny PRAME
- najviac využívaný v lekárskom výskume
- Rh faktor, vakcína proti detskej obrne
Podmienky pre prácu s laboratórnymi zvieratami
- rešpektovanie zákona na ochranu zvierat
- zriadenie nezávislej odbornej komisie
- osvedčenie odbornej spôsobilosti pre prácu s pokusnými zvieratami
- etika práce na laboratórnych zvieratách
- veterinárne osvedčenie
- protokol o pokuse
- zákaz používať túlavé a opustené zvieratá
IN VITRO testy
- po zhodnotení akútnej a chronickej toxicity
- na určenie potenciálnej mutagenity, karcinogenity, teratogenity, ovplyvnenia fertility, environmentálnej toxicity a klastogenity chemikálií (DNA poškodenie), aj testy na zistenie senzibilizácie a dráždivosti
- Mutagénnosť (AMESove testy) - In vitro test chromozómovej odchýlky u cicavcov
- in vivo test mikrojadra erytrocytu u cicavcov
- bakteriálny test reverzných mutácií
- in vitro test mutácií génov buniek cicavcov
- Poleptanie kože in vitro: test pomocou transkutánneho elektrického odporu - ter
- neplánovanej syntézy dna (unscheduled dna synthesis – uds) - ex vivo
- mutagénnosť – in vitro test chromozómovej odchýlky u cicavcov
- Chromozómové aberácie – zmeny v štruktúre alebo počtenchromozómov
- Použitie kultúry cicavčích lymfocytov periférnej krvi – expozície buniek testovanou látkou – spracovanie kultúry, farbenie, vyhodnotenie pod mikroskopom
- Hodnotenie 200 mitóz – hodnotí sa v metafáze – fáze bunkového cyklu, kedy sú chromozómy najlepšie viditeľné
- Výsledok: percento aberentných buniek negatívnych voči kontrole
Bakteriálny test reverzných mutácií
- Detekcia génových mutácií – mutácia v géne pre syntézu His (Trp) (esenciálne AMK)
- Porovnanie počtu vyrastených kolónií po pôsobení testovanej látky s negatívnou kontrolou
In vivo test mikrojadra erytrocytu u cicavcov
Princíp testu:
- expozícia kultúry cicavčích lymfocytov periférnej krvi testovanej látky
- odstránenie testovanej látky
- kultivácia exponovaných buniek spracovanej kultúry, farbenie a vyhodnotenie pod mikroskopom
- detekcia mikrojadier, ktoré vznikajú poruchami delenia behom mitózy v nezrelých erytrocytoch
In vitro test mutácií génov buniek cicavcov
Princíp testu:
- stanovenie génovej mutácie v cicavčej bunkovej línii
- TK (thymidínkináza) deficientné bunky (mutácia TK+/- TK -/-) a selektívne médium (prostredie trifluorthymidínu
- u kmeňov TK+/- toxické účinky, prežijú len mutantné bunky)
- K bunkám v suspenzii alebo jednovrstvovej kultúre sa pridá testovaná látka v rade koncentrácií
- Hodnotí sa zvýšenie počtu mutácií vzhľadom k celkovému počtu buniek v kultúre (mutačná frekvencia)
- Pozitívny výsledok: závislosť na dávke, trojnásobné zvýšenie počtu mutácií oproti negatívnej kontrole
Poleptanie kože in vitro
- Model ľudskej kože
- Princíp:
- nanesenie testovanej látky na povrch trojrozmerného odelu ľudskej kože
- omytie fosfátovým pufrom
- kultivácia s MTT
- zistenie účinku na životnosť buniek
- výpočet relatívnej toxicity vzhľadom k negatívnej kontrole
- Cytotoxicita: vyjadruje sa ako redukcia aktivity mitochondriálnej dehydrogenázy meraním aktivity tvorby formazánu z MTT – meria sa spektrofotometricky (v mitochondriách živých buniek je MTT redukovaná dehydrogenázou na modrý formazánový precipitát, ten je cez noc z buniek extrahovaný okyseleným izopropanolom a kvantifikovaný spektrofotometricky)
- Výsledok: látka leptavá alebo neleptavá pre kožu
EPIDEMIOLOGICKÉ ŠTÚDIE A SAR
Epidemiologické štúdie
- založené na pozorovaní veľkého počtu ľudí vystavených vplyvu škodlivín v životnom alebo pracovnom prostredí
- zistené výsledky už nevyžadujú extrapoláciu ako je tomu pri štúdiách na zvieratách SAR (Structure Activity Relationship) –
- SAR–analýzy sú založené na porovnávaní štrukturálnych, fyzikálnych a chemických vlastností
- látky s jej neznámymi rizikami s podobnými chemikáliami, ktoré majú známe toxické účinky
HERBICÍDY
- chemické prípravky určené na ničenie nežiaducich rastlín
- nedodržanie technologických postupov riziko akútnych otráv zvierat, resp. vodných organizmov
- Všeobecné účinky: zrýchlené dýchanie, hnačky, svalová slabosť, kŕče, hypertermia, smrť
- Účinky na reprodukčný systém: rakovina prostaty, porušenie spermatogenézy – zníženie koncentrácie a pohyblivosti spermií, morfologické abnormality; rakovina prsníkov, vaječníkov, ovplyvnenie estrálneho cyklu, pokles počtu životaschopných mláďat, abnormality vo vývoji plodu
Rozdelenie podľa chemického zloženia:
- anorganické
- organické
Rozdelenie podľa ich účinku:
- selektívne (výberové) - pri vhodnom použití ničia niektoré buriny, pričom nepoškodia pestované rastliny
- neselektívne (totálne) - ničia všetky rastliny
Rozdelenie podľa spôsobu, akým na rastlinu účinkujú:
- dotykové (kontaktné) - ničia len zasiahnuté časti rastlín
- systémové (translokačné) - cievnymi zväzkami sa rozvádzajú do celého organizmu rastliny
- pôdne - pôsobia cez pôdu (predovšetkým koreňmi), spravidla pri klíčení a vchádzaní burín
- deriváty fenolov a herbicídnych olejov - pôsobia kontaktne a ničia jednoročné buriny v porastoch mrkvovitých rastlín a obilninách
- deriváty fenoxymastných kyselín - systémové herbicídy, ktoré ničia nadzemnú i podzemnú časť burín. V nízkych koncentráciách stimulujú rast rastlín a vo vyšších dávkach brzdia rast tým, že spôsobujú ťažké fyziologické poruchy a narúšajú látkovú premenu. Patria k nim prípravky napr. Na báze MCPA.
- deriváty triazínu - koreňové systémové herbicídy, rušivo zasahujú do fotosyntézy, čím sa porušuje normálna asimilácia a tvorba zásobného škrobu. Zasiahnuté buriny majú žlté listy, ktoré na okrajoch zosychajú (Zeazin do kukurice).
- deriváty močoviny - sú herbicídne účinné. Na ich účinok má veľký vplyv vlhkosť pôdy (napr. Arelan do obilnín)
- karbamáty a tiokarbamáty - prijímajú hlavne klíčiace semená rastlín, porušujú delenie buniek (napr. Betanal do cukrovej repy)
- chlorované mastné kyseliny - herbicídy tejto skupiny sa používajú na ničenie burinných tráv. Spôsobujú ťažké fyziologické poruchy rastlín, pôsobia translokačne.
- deriváty kyseliny benzoovej - väčšina zlúčenín tejto skupiny sa používa ako listový herbicíd so systémovým účinkom. Niektoré sú pôdnymi herbicídmi.
- substituované benzonitrily a amidy – účinné proti jednoklíčno- a dvojklíčnolistovým burinám
- deriváty diazínov
- kvartérne amóniové soli - pôsobia predovšetkým kontaktne i ako desikanty
- ostatné organické herbicídy - patria sem rozličné herbicídne látky, ktoré nemožno zaradiť do žiadnej z predchádzajúcich skupín