1. Factorii ce influenteaza toxicitatea unei substante. Doza Durata expunerii, numărul de expuneri și frecvența acestora Calea de pătrundere a toxicului în organism sau calea de administrare

(substanța este aplicată pe piele, inhalată, ingerată, injectată) Structura chimică a substanței (inclusiv forma geometrică tridimensională,

stereoizomerii și chiar enantiomerii, ca în cazul talidomidei ce a fost administrată sub formă de racemat ca medicament pentru ameliorarea stărilor de greață la gravide, dar s-a dovedit ulterior că determină apariția malformațiilor congenitale) și poprietățile fizico-chimice ale substanței (stare de agregare, solubilitate, constanta de aciditate, coeficient de partiție etc).

Mărimea particulelor substanței Factori individuali specifici organismului (specia, rasa, sexul, vârsta, factori

genetici, starea generală de sănătate a organismului) Factori de mediu (prezența altor substanțe în mediu, temperatura, radiațiile

ionizante, lumina, umiditatea, altitudinea)

2. Fazele evoluției unui toxic in organism (schema). Până la producerea efectului toxic, o substanță chimică parcurge mai multe

faze, și anume: - faza de expunere - faza toxicocinetică - faza toxicodinamică. Evident, înainte ca toxicitatea să se poată manifesta, substanța toxică trebuie să

vină ȋn contact cu o suprafață a corpului precum pielea, ochiul sau o mucoasă a tractului alimentar sau respirator. După cum am văzut, efectul poate fi unul local, la nivelul căii de pătrundere, sau sistemic ca urmare a absorbției toxicului în marea circulație și distribuției sale în întregul organism.

Faza toxicocinetică cuprinde efectele și acțiunile organismului asupra substanței toxice. Substanța este absorbită în marea circulație, distribuită prin arborele circulator către toate țesuturile și organele, metabolizată și în final eliminată din organism. Absorbția depinde de calea de pătrundere a toxicului în organism sau calea de administrare. Prin metabolizare, organismul poate transforma substanța toxică în metaboliți mai polari și mai hidrofili ce pot fi eliminați mai ușor, metabolizarea având astfel o contribuție importantă la detoxifierea organismului. Este posibilă însă și situația inversă, în care metabolitul rezultat este mai toxic decât substanța inițială, organismul realizând astfel activarea xenobioticului, ca de ex., în cazul glicozidelor cianogene.

Etapele fazei toxicocinetice de la adminsistrarea substanței toxice până la eliminarea sa totală din organism se desfășoară simultan. Viteza de parcurgere a etapelor toxicocinetice și proporția de molecule ce sunt implicate în orice moment în fiecare dintre etape, reprezintă profilul toxicocinetic propriu fiecărei substanțe toxice.

Efectele și acțiunile substanței asupra organismului sunt cuprinse în faza toxicodinamică. Legarea substanței toxice de receptorii specifici declansează

răspunsul toxic al organismului. Efecte biochimice ale formării complexului toxic-receptor pot fi: inhibarea activitații enzimatice, alterarea permeabilității membranei celulare, modificarea metabolismului proteinelor, carbohidraților și lipidelor, inhibarea respirației celulare etc. Aceste modificări biochimice se traduc în plan fiziologic prin modificări ale ritmului cardiac, ritmului respirator, temperaturii corpului, tensiunii arteriale, modificări la nivelul sistemului nervos central etc.

Figura următoare este o reprezentare schematică a etapelor parcurse până la apariția efectului toxic.

3 .Activare si dezactivare metabolica - implicatii in toxicitatea selectiva. Exemplificati pe cazul insecticidului malation.Metabolice. Una dintre substanțe interferă cu metabolismul celeilalte substanțe modificându-i astfel toxicitatea. Un exemplu este mărirea toxicității insecticidului malation (sinergism) atunci când este administrat împreună cu un alt insecticid organofosforic (EPN). EPN-ul blochează detoxifierea malationului, mărindu-i astfel toxicitatea. Un alt exemplu, este blocarea de către disulfiram a enzimei acetaldehid-dehidrogenaza. În mod normal, alcoolul etilic este metabolizat în ficat, mai întâi la acetaldehidă sub acțiunea enzimei alcool-dehidrogenaza. Acetaldehida este un metabolit toxic, detoxifierea producându-se prin oxidarea acesteia la acid acetic, reacție catalizată de enzima acetaldehid-dehidrogenaza. Disulfiramul inhibă acțiunea acestei enzime. Prin urmare, deși în tratamentul alcoolismului, disulfiramul se administrează la doze practic netoxice, ingerarea simultană de alcool îl face să producă efecte adverse (efect de potențare) ca urmare a interferenței sale cu metabolismul alcoolului și a acumulării în organism de acetaldehidă, metabolit toxic al etanolului.

EPN

3. Dacă, într-o specie biologică procesele biochimice implicate în detoxifiere și în excreția toxicului sunt rapide, atunci acțiunea toxică asupra acestei specii va fi mult redusă comparativ cu alte specii pentru care procesele mai sus menționate sunt mai lente sau chiar absente. Un exemplu în acest sens este insecticidul malation, care are o toxicitate relativ redusă pentru mamifere. Malationul este activat metabolic atât în insecte, cât și în mamifere, prin transformare oxidativă de către citocromul P450 în malaoxon, un metabolit inhibitor al colinesterazei mult mai toxic decât malationul. Colinesteraza este enzima care catalizează hidroliza neurotransmițătorului acetilcolină, o reacție care permite unui neuron colinergic să revină la starea de repaus de dinaintea stimulării sale. Pe de altă parte, și insectele și mamiferele dispun și de sisteme de detoxifiere, prin hidroliză enzimatică sub acțiunea esterazelor. Monoacidul format suferă apoi reacții de conjugare din care rezultă compuși cu masa moleculară mai mare și, în consecință, cu capacitate mai redusă de a traversa membranele biologice, dar cu polaritate mai mare, deci care pot fi mai ușor excretați (eliminați). Toxicitatea redusă a malationului față de mamifere comparativ cu insectele, se explică prin faptul că în mamifere viteza proceselor metabolice de deazactivare (detoxifiere) este superioară vitezei proceselor de activare metabolică prin transformare în malaoxon, pe când la insecte situația este exact inversă, si anume activarea oxidativă decurge mai repede decât detoxifierea hidrolitică. Cu alte cuvinte, în insecte predomină activarea metabolică față de dezactivare (detoxifiere), pe când la mamifere procesele de detoxifiere predomină față de procesul de activare metabolică [38, pp.64, 42].

4. Tipurile de interactiuni posibile in cazul expunerii simultane la mai multe substante toxice Interacțiunile. Chiar dacă în teste de laborator, cum ar fi de exemplu testul

pentru determinarea DL50, organismele sunt supuse acțiunii toxice a unei singure substanțe, acest lucru se întâmplă rareori în viața de zi cu zi. De exemplu, tratamentul unei boli poate necesita administrarea simultană a mai multor substanțe medicamentoase. Chiar și pacienții care primesc un singur medicament sunt expuși simultan și altor substanțe chimice provenite din mediu sau din alimentație. Prin urmare o problemă majoră în prevederea efectului pe care administrarea simultană a acestor substanțe îl poate avea asupra organismului este cunoașterea modului în care ele se influențează reciproc și a tipului de interacțiuni posibile între substanțe.

Efectul aditiv. Cea mai simplă situație este aceea în care între două sau mai multe substanțe nu există interacțiuni, ceea ce înseamnă că la o administrare simultană a acestor substanțe efectul produs asupra organismului va fi unul aditiv. Fiecare dintre substanțe are un anumit efect toxic asupra organismului atunci când este administrată individual. Efectul produs de administrarea simultană a substanțelor este pur și simplu suma efectelor lor individuale. Matematic, efectul aditiv se exprimă prin relații de genul: 1 + 1 = 2 sau 1 + 5 = 6. Insecticidele organoclorurate prezintă un efect aditiv.

Efectul de sinergie se referă la situația în care administrarea simultană a două substanțe ce prezintă același tip de efect toxic, produce un efect mai intens decât suma efectelor individuale ale substanțelor. În termeni matematici: 1 + 1 = 4 sau 1 + 5 = 10. De ex., atât etanolul cât și tetraclorura de carbon sunt hepatotoxice, dar administrate împreună sunt mult mai toxice decât administrate separat. Un alt caz este cel al azbestului și fumului de țigară, care amândouă cresc incidența cancerului pulmonar. Azbestul crește incidența cancerului pulmonar de 5 ori, iar fumul de țigară de 11 ori.

Combinarea celor două are ca rezultat o mărire de 40 de ori a riscului de a dezvolta cancer pulmonar [21, pp. 8, 36, pp. 14].

Efectul de potențare se referă la situația în care o substanță care ea însăși nu produce efecte adverse intensifică efectul toxic al unei alte substanțe. În termeni matematici: 0 + 1 = 5 sau 0 + 5 = 20. Un exemplu este cel al medicamentului disulfiram utilzat în tratamentul alcoolismului cronic. Deși la dozele administrate disulfiramul nu prezintă efecte adverse, dacă se combină cu etanol apar efecte toxice ca urmare a interferenței disulfiramului cu metabolismul etanolului.

Antagonismul se referă la situația în care o substanță chimică contrabalansează efectul advers al altei substanțe, sau cu alte cuvinte expunerea concomitentă la două substanțe chimice produce un efect mai puțin intens decât suma efectelor pe care le-ar produce cele două substanțe dacă ar acționa indepenedent una de alta. În termeni matematici: 1 + 1 = 0 sau 1 + 5 = 2. Pe efectul de antagonist se bazează acțiunea substanțelor antidot.

Din punct de vedere al mecanismelor care stau la baza interacțiunilor, acestea pot fi grupate în patru clase:

1. Funcționale (fiziologice) sunt acele interacțiuni în care ambele substanțe acționează asupra aceluiași sistem al organismului, eventual prin mecanisme diferite. De ex., scăderea drastică a tensiunii arteriale ca urmare a unei supradoze de barbiturice poate fi contracarată prin administrarea unei substanțe vasoconstrictoare care crește tensiunea arterială.

2. Chimice sunt acele interacțiuni în care o substanță se combină chimic cu o altă substanță astfel modificându-și toxicitatea fie în sensul creșterii, fie în sensul descreșterii ei. De ex., EDTA-ul se folosește ca antidot în intoxicația cu metale grele, deoarece formează combinații complexe (chelați), mai puțin toxice, cu aceste metale.

5. Explicați hipersensibilitatea (reactie idiosincratica) prezentată de anumiti indivizi la nitriti.

Un alt tip de reacție idiosincrazică este sensibilitatea deosebită a anumitor oameni față de nitriți și alți compuși capabili să oxideze ionul Fe2+ din hemoglobină la Fe3+, formând methemglobina. Aceasta din urmă, spre deosebire de hemoglobină, nu poate lega oxigenul. În mod normal, methemglobina este redusă înapoi la hemoglobină de enzima NADH-methemglobin reductaza. Pacienții cu reacție idiosincrazică la nitriți prezintă o activitate redusă a acestei enzime ca urmare a unei modificării genetice ce are ca rezultat înlocuirea unui singur aminoacid din catena polipeptidică a enzimei normale (un rest de serină este înlocuit cu unul de prolină). Persoanele care prezintă acest tip de modificare genetică pot să sufere de hipoxie (aport insuficient de oxigen) ca urmare a administrării unei doze de nitriți care este inofensivă pentru oamenii normali.

6.Intr-un experiment de determinare a valorii DL50 a unui insecticid s-au obtinut urmatoarele rezultate.

Doza (mg/L) Numar de insecte moarte in fiecare grupa (dintr-o suta)2,6 123,8 335,1 527,7 86

10,2 88 Estimati valoarea DL50 pentru acest insecticid folosind formula de calcul a valorii medii a unei serii de distributie cu grupare de date.

7.Acidul benzoic este un acid slab, folosit ca aditiv alimentar cu rol de conservant sub indicativul E 210. pKa-ul acidului benzoic este 4,2. Calculati gradul de disociere si apreciati daca acidul benzoic este mai bine absorbit la pH = 2.0 (in stomac) sau la pH = 6,6 (in intestin).

8. Alegeti varianta corecta:a) O substanta este cu atat mai toxica cu cat valorea DL50 este mai mica/mai mare.b) Siguranta terapeutica este cu atat mai mare cu cat indicele terapeutic este mai mic/mai mare.c) Cu cat panta curbei doza-raspuns este mai mare, cu atat deviatia standard a frecventei mortalitatii fata de valoarea medie DL50 este mai mica/mai mare.d) Daca doua substante toxice diferite au aceeasi panta a curbei doza-raspuns, aceasta poate fi o indicatie a faptului ca cele doua substante diferite actioneaza prin mecanisme diferite/ actioneaza prin acelasi mecanism.e) Expunerile repetate intr-un anumit interval de timp pot avea un efect cumulativ atunci cand interactiunea toxic-receptor este una reversibila/ireversibila.9. Alegeti afirmatiile corecte privitoare la insecticidul DDT.a) Atunci cand DDT-ul patrunde in organismul uman, este usor excretat cu urina, deoarece este solubil in apa.b) DDT-ul este stocat in oase.c) DDT-ul nu este toxic, dar este metabolizat enzimatic la un compus toxic.d) DDT-ul este liposolubil si este stocat in tesuturile adipoase.e) DDT-ul este un perturbator endocrin.

DDT