Vymezení předmětu toxikologie potravin, mechanismus působení jedů, metody hodnocení toxicity, klasifikace jedů, historické údaje Prof. MVDr. Zdeňka Svobodová, DrSc. MVDr. Stanislava Štěpánová, Ph.D.
Toxikologie potravin • Toxikologie je věda zabývající se studiem nepříznivých účinků toxických látek na živý organismus. • Velká část toxikologicky významných látek se k člověku dostane právě přes potravinové řetězce a následně může ohrozit nebo poškodit jeho zdraví. • Moderní toxikologie se zaměřuje na detailní pochopení toxického účinku těchto látek v organismu a následně na sledování jejich výskytu, prevenci a snížení dopadu na lidské zdraví. • Toxikologie potravin se zaměřuje na analýzu a toxické účinky bioaktivních látek a jejich výskyt v potravinách. Zabývá se látkami přirozeně se vyskytujícími v potravinách i látkami kontaminujícími.
Historie • Původ toxikologie lze zařadit už do prehistorických dob, kdy se člověk učil, co může zařadit do svého jídelníčku. • Jedy a jejich využití k otravám hrály významnou roli v historii již u starověkých kultur. • Mezi nejstarší nalezené doklady o znalosti jedů a jejich použití patří Eberský papyrus (starověký Egypt, asi 1500 př.n.l).
Osobnosti věnující se studiu jedů • Hippocratés – zabýval se biodostupností, předávkováním a záměrnými otravami jedy (v té době v Římě často využívané aristokratickými ženami k odstranění nechtěného manžela)
• Paracelsus (1493-1541) – alchymista, astrolog a lékař – Res omnes venena suut dosis sola facit vevenum. Všechny látky jsou jedy. Pravá dávka odlišuje jed od léku.
Historie - známé otravy • Sokratés, Řecko, 399 př.n.l – jedna z nejvýznamnějších postav evropské filosofie, athénský filosof, učitel Platóna – vynucená sebevražda, vypil jed z bolehlavu
– Bolehlav plamatý (Conium maculatum) - obsahuje alkaloid koniin - působí obrnu svalstva a smrt udušením při plném vědomí
• Král Mitrhidates VI Pontský, asi 75 př.n.l
– od mládí posedlý jedy, bral malé množství řady jedů (asi 50 druhů) – snaha vytvořit si rezistenci k nim – později chtěl spáchat sebevraždu – pozřel jed, ale účinek nebyl dostatečný, musel požádat sluhu, aby ho zabil – termín mitrhidatismus – tolerance k jedům získaná požíváním postupně se zvyšujících dávek • Kateřina Medičejská (1519-1589) – francouzská královna, manželka krále Jindřicha II.
• Tofana (1653-1719), Itálie – aqua tofana (arsen; ?olovo, rulík zlomocný?) - bezbarvá tekutina bez chuti – snadno se smíchala s vodou nebo vínem
• Rasputin (1869 -1916) – vrazi se jej snažili otrávit kyanidem ve víně a koláčích - jed nepůsobil. Poté jej čtyřikrát střelili, z toho dvakrát do srdce, jednou do zad a do hlavy, a tělo vhodili do řeky. Když byl vhozen do řeky ještě žil, pokusil se dostat i ven z řeky, nakonec zemřel na utopení. • Viktor Juščenko (*1954) – otrava dioxiny
Případy závažných otrav • Minamata disease (Japonsko, 1950 – 1960) – průmyslovým znečištěním zálivu Minamata rtutí z chemické továrny – otrava lidí a zvířat metylrtutí – nervové příznaky, postižené děti • Itai-Itai disease (Japonsko, 50. léta 20. století) – otrava kadmiem – selháním ledvin, postižení kostí – bolestivost (itai-itai, v překladu „bolí-bolí“) • Yusho disease (Japonsko, 1968) – otrava PCB z rýžového oleje • Irák (60. léta 20. století – otrava fenylrtutí z namořeného obilí
Nutriční toxikologie
Nutriční toxikologie • studuje interakce mezi nutričními a cizorodými látkami v organismu • cizorodé látky – se běžně v potravinách vyskytují v malém množství – účinek jednotlivých látek se sčítá, potencuje nebo i částečně inhibuje – uplatňují se v nutričně – toxikologických procesech a představují zvýšené riziko a zátěž organismu
• nutriční látky – mají příznivé i nepříznivé účinky – ovlivňují působení cizorodých látek – bílkoviny, tuky, cukry, minerální látky, vitamíny – příznivé účinky: • bílkoviny – stavba a obnova tkání, funkce enzymů – biotransformace tox. látek (monooxigenázy, konjugační enzymy), inaktivace toxických látek (metallothioneiny) • tuky – ovlivňují vstřebávání a metabolismus lipofilních látek (POPs)
• cukry – interakce s toxiny v potravě • minerální látky – ovlivnění účinku toxinů (např. deficit Zn snižuje využití Se → snižení aktivity glutathionperoxidázy (chrání SH skupiny bílkovin před oxidací) Cu – součást superoxiddismutázy • vitamin E,C, karotenoidy, flavonoidy – přirozené antioxidanty
– nepříznivé účinky: • oxidační produkty tuků • bílkoviny – biogenní aminy – sekundární aminy – prekurzory N-nitrosaminů – nadbytek bílkovin - zatěžuje organismus dusíkatými metabolity • nutriční i cizorodé látky ve vzájemných interakcích ovlivňují průběh enzymových procesů, metabolických a imunitních pochodů, humorální a neurovegetativní složky
• nelze zapomínat na další látky, které se v potravinách objevují: – vznikají při nevhodném skladování (mykotoxiny) – vznikají při výrobě či při kulinářské úpravě (benzo(a)pyren, dusitany, dusičnany, akrylamid) – látky z obalových materiálů (ftaláty) – látky přirozeně se vyskytující v rostlinách, živočiších
• nutriční toxikologie důležitá z hlediska rozhodnutí o vhodnosti potraviny: – rychlená zelenina – přívod ochranných látek x vysoký obsah dusičnanů – kojení – nenahraditelná hodnota mateřského mléka x přívod cizorodých látek rozpustných v tucích (PCB)
Hodnocení toxicity
Metody hodnocení toxicity – poznatky ze skutečných případů otrav, případové studie – metody předpovědi toxicity • vztah mezi chemickou strukturou a biologickým efektem látek metoda Quantitative Structure – Activity Relationship (QSAR)
– testy toxicity • na úrovni: molekul buněk a tkání organismů biocenóz
Hodnocení rizik
Definice a koncept expozičních limitů Pro nekarcinogenní látky 1) Metoda využívající bezpečnostních faktorů (SF) – používaná FAO/WHO 2) Metoda využívající bezpečnostních faktorů (UF, MF) – používaná EPA USA
Ad 1. Metoda využívající bezpečnostních faktorů (SF) – používaná FAO/WHO NOAEL
ADI = SF
ADI = acceptable daily intake NOAEL = no observable adverse effect level
SF = safety factor
Temporary ADI AWI - acceptable weekly intake PTWI - provisional tolerable weekly intake
Ad 2. Metoda využívající bezpečnostních faktorů (UF, MF) NOAEL
RfD = UF x MF
RfD – referenční dávka UF = faktor nejistoty (přesnosti) MF = modifikační faktor
Analýza zdravotního rizika zahrnuje 3 součásti: - hodnocení rizika (risk assessment) - řízení rizika (risk management)
- komunikace o riziku (risk communication)
Hodnocení rizika (risk assessment) • postupuje ve 4 krocích: - identifikace nebezpečí (hazard identification) - charakterizace nebezpečí (hazard characterization) - hodnocení expozice (exposure assessment) - charakterizace rizika (risk characterization)
Charakterizace rizika (risk characterization)
expoziční dávka HI = ADI
HI = hazard index
Porovnání TEF některých kongenerů PCB Substance
TEF (dle Safe, 1990)
1,2,7,8 - TCDD
1,0
PCB č. 126
0,1
PCB č. 169
0,05
PCB č. 77
0,01
Obecná toxikologie Mechanismus působení jedů
Faktory ovlivňující toxicitu: – Playeho princip CCC (DCC): • Koncentrace (Concentration - Doses) • Komplexace (Complexation) • Kompetice (Competition) – koncentrace: • obvykle čím větší dávka, tím větší efekt; • hormeze – jiný efekt při malých a jiný při velkých dávkách
– komplexace • obecně platí - nerozpustné sloučeniny se nevstřebávají, nemají v organismu účinek • využití v terapii otrav – kompetice • „soutěžení“ o jeden enzym, receptor, vazebné místo • využití v terapii otrav
Synergismus x antagonismus • látky, které se dostanou do organismu vstupují do vzájemných interakcí a jejich následné působení může být odlišné od působení jedné individuální látky • synergismus – kombinace dvou látek má větší účinek – adiční: součet působení obou látek (2+3=5) – potenciační: kombinace dvou látek má větší účinek než jaký by odpovídal účinku součtu složek samotných (2+3=9)
• antagonismus – látky jsou dohromady méně toxické než individuálně (2+3=1)
Toxikokinetika • se zabývá osudem látky v organismu - studuje rychlost průniku, distribuci v organismu, časový průběh koncentrace toxické látky v krvi a orgánech, její biotransformaci a s tím spojenou přeměnu na netoxické produkty (detoxikace) či naopak přeměnu na látku toxičtější (letální syntéza) a exkreci.
• Absorpce toxických látek – hl. trávicím traktem, plícemi, kůží
• Distribuce a transport toxických látek – přestup především pasivní difuzí nebo speciálním transportem – transport často volně v krvi nebo navázaný (albumin,..) – často afinita k některým tkáním (tuk, játra, ledviny, kosti)
• Exkrece toxických látek – hl. játra (žluč), trávicí trakt (faeces), ledviny (moč), plíce • Biotransformace toxických látek – některé látky vyloučeny beze změn – většina látek podléhá biotransformaci – k biotransformaci dochází v řadě orgánů, nejdůležitější jsou játra
• Biotransformace probíhá ve 3. fázích – 1 fáze: především oxidace (redukce, hydrolýza) • cytochrom P450, aminoxidázy • většinou vznikají hydrofilní a méně toxické látky, které se snadněji vylučují z organismu (mohou vznikat i látky toxičtější) – 2 fáze: konjugace • tox. látky nebo jejich metabolity konjugovány s endogenními látkami a následně vyloučeny z organismu • endogenní substrát (kyselina glukuronová, sírová, octová, glutathion nebo aminokyselina – glycin, cystein, methionin)
– 3 fáze: exkrece • přenos konjugátů nebo jejich metabolit z buňky do extracelulárního prostoru (krve) pomocí MDRP (multidrug rezistance protein)
