Toxicologia este o disciplina stiintifica, care se suprapune cu biologia, chimia, farmacologia si medicina, si implica studiul efectelor adverse ale substantelor chimice asupra organismelor vii, precum si practicarea diagnosticarii si tratarii expunerilor la toxine si alte elemente toxice. Relatia dintre doza si efectele sale asupra organismului expus, are o semnificatie ridicata in toxicologie.
Factorii care influenteaza toxicitatea chimica includ dozajul, durata expunerii (indiferent daca este acuta sau cronica), calea de expunere, specie, varsta, sex si mediu. Toxicologii sunt experti in otravuri si otravire. Exista o miscare pentru toxicologia bazata pe dovezi, ca parte a miscarii mai mari, catre practicile bazate pe dovezi.
Istoric
Dioscorides, medic grec la curtea imparatului roman Nero, a facut prima incercare de a clasifica plantele in functie de efectul lor toxic si terapeutic. Ibn Wahshiyya a scris “Cartea despre otravuri” in secolul al IX-lea sau al X-lea. Aceasta a fost urmata in 1360 de Khagendra Mani Darpana.
Mathieu Orfila este considerat parintele modern al toxicologiei, oferindu-i subiectului primul sau tratament formal in 1813 in Traité des poisons, numit si Toxicologie generala.
In 1850, Jean Stas a devenit prima persoana care a izolat cu succes otravurile vegetale din tesutul uman. Acest lucru i-a permis sa identifice utilizarea nicotinei ca otrava in cazul crimei Bocarmé, oferind dovezile necesare pentru condamnarea contelui belgian Hippolyte Visart de Bocarmé, care si-a ucis cumnatul.
Theophrastus Phillipus Auroleus Bombastus von Hohenheim (1493-1541) – denumit si Paracelsus, din convingerea sa ca studiile sale au fost peste sau dincolo de opera lui Celsus – medic roman din primul secol, este de asemenea considerat „parintele” toxicologiei.
El este creditat cu maxima toxicologiei clasice, “Alle Dinge sind Gift and nichts ist ohne Gift; allin die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist.” ceea ce se traduce prin: “Toate lucrurile sunt otravitoare si nimic nu este fara otrava; numai doza face ca un lucru sa nu fie otravitor.” Aceasta este adesea restransa la: „Doza face otrava” sau in latina „Sola dosis facit venenum”.
Principii de baza
Scopul evaluarii toxicitatii este identificarea efectelor adverse ale unei substante. Efectele adverse depind de doi factori principali:
- caile de expunere (pe cale orala, inhalare sau dermica)
- si 2 doza (durata si concentrarea expunerii). Pentru a explora doza, substantele sunt testate atat in modele acute, cat si in cele cronice. In general, diferite seturi de experimente sunt efectuate pentru a determina daca o substanta provoaca cancer si pentru a examina alte forme de toxicitate.
Factorii care influenteaza toxicitatea chimica:
- Dozare
- Sunt verificate atat expuneri unice mari (acute), cat si expuneri mici continue (cronice).
- Calea expunerii
- Ingerare, inhalare sau absorbtie a pielii
- Alti factori
- Specie
- Varsta
- Sex
- Sanatate
- Mediu inconjurator
- Caracteristici individuale
Toxicologia bazata pe dovezi
Disciplina toxicologiei bazate pe dovezi se straduieste sa evalueze in mod transparent, constant si obiectiv dovezile stiintifice disponibile pentru a raspunde la intrebari in toxicologie, studiul efectelor adverse ale agentilor chimici, fizici sau biologici asupra organismelor vii si asupra mediului, inclusiv prevenirea si ameliorarea acestor efecte.
Toxicologia bazata pe dovezi are potentialul de a rezolva preocuparile din comunitatea toxicologica cu privire la limitarile abordarilor actuale de evaluare a starii acestei stiinte. Acestea includ preocuparile legate de transparenta in luarea deciziilor, sinteza diferitelor tipuri de dovezi si evaluarea partinirii si credibilitatii. Toxicologia bazata pe dovezi isi are radacinile in miscarea mai mare catre practicile bazate pe dovezi.
Metode de testare
Experimentele de toxicitate pot fi efectuate in vivo (folosind intregul animal) sau in vitro (testare pe celule sau tesuturi izolate) sau in silico (intr-o simulare computerizata).
Subiecti non-umani
Instrumentul clasic experimental al toxicologiei este testarea pe animale care nu sunt umane. Exemplu de organisme model sunt Galleria mellonella, care poate inlocui mamiferele mici si Zebrafish – pestele zebra, care permit studiul toxicologiei intr-un vertebrat de ordin inferior in vivo.
Incepand cu 2014, aceste testari pe animale ofera informatii care nu sunt disponibile prin alte mijloace despre modul in care substantele functioneaza intr-un organism viu. Utilizarea animalelor non-umane pentru testarea toxicologiei este criticata de anumite organizatii din motive de bunastare a animalelor si a fost restrictionata sau interzisa in anumite circumstante in anumite regiuni, cum ar fi testarea produselor cosmetice in Uniunea Europeana.
Metode alternative de testare
In timp ce testarea pe modelele animale ramane o metoda de estimare a efectelor umane, exista atat preocupari etice, cat si tehnice in ceea ce priveste testarea pe animale.
De la sfarsitul anilor 1950, domeniul toxicologiei a cautat sa reduca sau sa elimine testarea pe animale sub rubrica „Trei R” – reducerea numarului de experimente cu animale la minimul necesar; rafinati experimentele pentru a provoca mai putina suferinta si inlocuiti experimentele in vivo cu alte tipuri sau utilizati forme de viata mai simple atunci cand este posibil.
Modelarea pe computer este un exemplu de metode alternative de testare; folosind modele computerizate de substante chimice si proteine, relatiile structura-activitate pot fi determinate si se pot identifica structuri chimice care se pot lega si interfera cu proteinele cu functii esentiale. Aceasta abordare necesita cunostinte de specialitate in modelare moleculara si statistici, impreuna cu analizele expertilor in chimie, biologie si toxicologie.
In 2007, ONG-ul american Academia Nationala de Stiinte a publicat un raport numit „Testarea toxicitatii in secolul XXI: o viziune si o strategie” care s-a deschis cu o afirmatie: „Schimbarea implica adesea un eveniment pivot care se bazeaza pe istoria anterioara si deschide usa catre o noua era.
Evenimentele pivotale din stiinta includ descoperirea penicilinei, elucidarea dublu helix-ului ADN-ului si dezvoltarea computerelor … Testarea toxicitatii se apropie de un astfel de pivot stiintific.
Avansurile in toxicogenomica, bioinformatica, biologia sistemelor, epigenetica si toxicologie computationala, ar putea transforma testarea toxicitatii dintr-un sistem bazat pe testarea pe animale intregi, intr-unul bazat in principal pe metode in vitro, care evalueaza modificarile proceselor biologice folosind celule sau componente celulare, de preferinta de origine umana.”
In unele cazuri, transferul de studii efectuate pe animale a fost impus prin lege sau regulament; Uniunea Europeana (UE) a interzis utilizarea testelor pe animale pentru produse cosmetice in 2013.
Complexitatea raspunsului la doza
Majoritatea substantelor chimice prezinta o curba clasica de raspuns la doza – la o doza mica (sub un prag), nu se observa niciun efect. Unele arata un fenomen cunoscut drept provocare suficienta – o expunere mica produce un raspuns la animale care „cresc mai rapid, au aspectul general mai bun si au mai putine tumori, traind mai mult decat animalele de control “.
Cateva substante chimice nu au un nivel de expunere sigur bine definit. Acestea sunt tratate cu o grija speciala. Unele substante chimice sunt supuse bioacumularii, deoarece sunt depozitate in loc sa fie excretate din organism; acestea primesc, de asemenea, o atentie speciala.
Mai multe masuri sunt utilizate in mod obisnuit pentru a descrie dozele toxice in functie de gradul de efect asupra unui organism sau a unei populatii, iar unele sunt definite in mod specific prin diverse legi sau utilizari organizationale. Acestea includ:
- LD50 = doza letala mediana, o doza care va ucide 50% din populatia expusa
- NOEL = Nivelul efectului fara observatie, cea mai mare doza cunoscuta pentru care nu prezinta niciun efect
- NOAEL = Nivelul efectului negativ neobservat, cea mai mare doza cunoscuta care nu prezinta efecte adverse
- PEL = Limita de expunere admisa, cea mai mare concentrare permisa in conformitate cu reglementarile US OSHA
- STEL = Limita de expunere pe termen scurt, cea mai mare concentratie permisa pentru perioade scurte de timp, in general 15-30 de minute
- TWA = Media ponderata in timp, cantitatea medie a concentratiei unui agent intr-o anumita perioada de timp, de obicei 8 ore.
- TTC = Pragul preocuparilor toxicologice au fost stabilite pentru componentele fumului de tutun
