Page 1

KRAKOWSKA WYŻSZA SZKOŁA PROMOCJI ZDROWIA

Zarys toksykologii żywności K. Jurowski, K. Madej, W. Piekoszewski

Kraków, 2016 1


Recenzent prof. dr hab. Małgorzata Schlegel-Zawadzka

Wydawca Krakowska Wyższa Szkoła Promocji Zdrowia 31-158 Kraków, ul. Krowoderska 73

ISBN: 978-83-65545-03-9

© Copyright by KWSPZ, Kraków 2016

Druk i oprawa

2


Spis treści CZĘŚĆ I - wybrane zagadnienia z podstaw toksykologii

9 10

1. Czym jest toksykologia? 1.1. Zarys historii toksykologii

10

1.2. Dyscypliny toksykologii

14

1.3. Kierunki rozwoju

15

2. Pojęcia podstawowe w toksykologii

16

2.1. Trucizny, ksenobiotyki i leki

16

2.2. Dawki

18

2.3. Zatrucia ich rodzaje i przyczyny

19

3. Właściwości i czynniki wpływające na toksyczność trucizn

21

3.1. Czynniki zewnętrznoustrojowe

21

3.1.1. Rozpuszczalność substancji

22

3.1.2. Temperatura wrzenia i parowania

23

3.1.3. Stan rozdrobnienia

24

3.1.4. Struktura chemiczna a przewidywanie toksyczności związku

24

3.2. Czynniki wewnątrzustrojowe (biologiczne)

26

3.2.1. Wiek

27

3.2.2. Płeć

28

3.2.3. Odżywianie się

28

3.2.4. Stan zdrowia

29

3.2.5. Uwarunkowania genetyczne

30

3.3. Czynniki środowiskowe

31 32

4. Losy ksenobiotyków w ustroju

3


4.1. Absorpcja - wchłanianie ksenobiotyku do organizmu

34

4.1.1. Transport przez błony biologiczne

34

4.1.2. Wchłanianie z przewodu pokarmowego

37

4.1.3. Wchłanianie drogą wziewną (inhalacyjną)

39

4.1.4. Wchłanianie drogą skórną (dermalną)

40

4.1.5. Inne drogi wchłaniania

41

4.2. Dystrybucja - rozmieszczenie ksenobiotyków w organizmie

42

4.3. Przemiany biochemiczne - biotransformacja ksenobiotyku w organizmie

44

4.3.1. Reakcje pierwszej fazy

45

4.3.2. Reakcje drugiej fazy

47

4.4. Wydalanie ksenobiotyku z organizmu 5. Mechanizmy działania toksycznego

50 50

5.1. Działanie fizyczne

51

5.2. Działanie chemiczne

51

5.2.1. Inhibitory reakcji enzymatycznych

52

5.2.2. Wpływ ksenobiotyków na procesy przewodzenia bodźców w układzie nerwowym

53

5.2.3. Wpływ ksenobiotyków związany z niedotlenieniem tkanek oraz nieprawidłowym wykorzystaniem energii spalania

56

5.2.4. Wiązanie kowalencyjne aktywnych metabolitów

58

5.2.5. Toksyczne działanie wolnych rodników

58

5.2.6. Kancerogeneza chemiczna

60

CZĘŚĆ II - Wybrane zagadnienia z toksykologii żywności

62

1. Trucizny pochodzenia naturalnego (zwierzęce, roślinne i inne)

63

4


1.1. Trucizny pochodzenia naturalnego (biologicznego)

63

1.2. Trucizny pochodzenia zwierzęcego

65

1.2.1. Toksyny gadów

67

1.2.2. Toksyny pajęczaków

71

1.2.2.1. Jad pająków

71

1.2.2.2. Jad skorpionów

74

1.2.3. Toksyny rybie

75

1.3. Toksyczność roślin

77

1.4. Podział substancji toksycznych zawartych w roślinach

79

1.4.1. Oleje

79

1.4.2. Olejki eteryczne

79

1.4.3. Alkaloidy

81

1.4.4. Glikozydy

86

1.4.5. Toksalbuminy roślinne

87

1.5. Toksyny grzybowe

88

1.5.1. Trucizny z grzybów leśnych

89

1.5.2. Mikotoksyny

91 93

2. Zanieczyszczenia przemysłowe 2.1. Metale ciężkie

94

2.1.1. Ołów (Pb)

95

2.1.1.1. Ogólna charakterystyka

95

2.1.1.2. Źródła występowania w środowisku

96

2.1.1.3. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

96

2.1.1.4. Dopuszczalne poziomy stężeń ołowiu w wybranych produktach spożywczych

97

2.1.2. Kadm (Cd)

98 5


2.1.2.1. Ogólna charakterystyka

98

2.1.2.2. Źródła występowania w środowisku

98

2.1.2.3. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

99

2.1.2.4. Dopuszczalne poziomy stężeń kadmu w wybranych produktach spożywczych 2.1.3. Rtęć (Hg)

100 101

2.1.3.1. Ogólna charakterystyka

101

2.1.3.2. Źródła występowania w środowisku

101

2.1.3.3. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

102

2.1.3.4. Dopuszczalne poziomy stężeń rtęci w wybranych produktach spożywczych

103

2.2. Dioksyny

104

2.2.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne dioksyn

104

2.2.2. Główne źródła występowania w środowisku

106

2.2.3. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

106

2.2.4. Dopuszczalne poziomy stężeń dioksyn w wybranych produktach spożywczych

108

2.3. Polichlorobifenyle

109

2.3.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne

109

2.3.2. Główne źródła występowania w środowisku

109

2.3.3. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

110 111

3. Środki ochrony roślin 3.1. Klasyfikacja pestycydów

112

3.2. Formy użytkowe pestycydów i sposoby ich stosowania

114

3.3. Ogólna charakterystyka wybranych grup pestycydów

115

3.3.1. Insektycydy

115

3.3.1.1. Insektycydy fosforoorganiczne 6

116


3.3.1.1.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne

117

3.3.1.1.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

118

3.3.1.2. Insektycydy karbaminowe

119

3.3.1.2.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne

120

3.3.1.2.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

120

3.3.1.3. Insektycydy polichlorowe

121

3.3.1.3.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne

122

3.3.1.3.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

123

3.3.1.4. Insektycydy piretroidowe

123

3.3.1.4.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne

124

3.3.1.4.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

125

3.3.2. Herbicydy

125

3.3.2.1. Pochodne kwasu chlorofenoksyoctowego

126

3.3.2.1.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne

127

3.3.2.1.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

127

3.3.2.2. Związki bispirydylowe

128

3.3.2.2.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne

128

3.3.2.2.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

129

3.3.2.3. Pochodne mocznika

130

3.3.2.3.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne

130

3.3.2.3.2. Działanie toksyczne

131

3.3.3. Fungicydy

131

3.3.3.1. Ditiokarbaminiany

132

3.3.3.1.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne

132

3.3.3.1.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia

133

7


3.4. Korzyści i zagrożenia wynikające ze stosowania pestycydów

134

4. Dodatki do żywności

136

5. Trucizny powstające w procesie tworzenia i przetwórstwa

138

5.1.Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

139

5.1.1. Budowa oraz własności fizykochemiczne

140

5.1.2. Działanie toksyczne na organizm człowieka

141

5.2.Heterocykliczne aminy aromatyczne

141

5.2.1. Budowa HCA oraz własności fizykochemiczne

142

5.2.2. Działanie toksyczne HCA na organizm człowieka

143

5.3.Nitrozoaminy

144

5.3.1. Budowa oraz własności fizykochemiczne

145

5.3.2. Działanie toksyczne nitrozamin na organizm człowieka

146

5.4.Akrylamid

147

5.4.1. Budowa akrylamidu i jego metabolitu glicydamidu, własności fizykochemiczne akrylamidu

148

5.4.2. Mechanizm powstawania akrylamidu w żywności

149

5.4.3. Działanie toksyczne akrylamidu na organizm człowieka

150

6. Hormony w żywności

151

BIBLIOGRAFIA

153

8


CZĘŚĆ I - wybrane zagadnienia z podstaw toksykologii

W tej części Czytelnik znajdzie wybrane zagadnienia z podstaw toksykologii, niezbędne do zrozumienia części II., poświęconej wybranym zagadnieniom z toksykologii żywności.

"Wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną – wszystko zależy od dawki" Paracelsus (1493/1494-1541)

9


1. Czym jest toksykologia? Toksykologia (gr. toxicon – trucizna, logos – nauka) to dyscyplina naukowa badająca aktualne lub potencjalne niebezpieczeństwa (szkody biologiczne, zagrożenia, ryzyko), związane z działaniem na organizmy żywe i ekosystemy substancji chemicznych (trucizn), mechanizmy ich działania, a także opracowująca sposoby zapobiegania, rozpoznawania i leczenia zatruć; interdyscyplinarna nauka o truciznach. 1.1. Zarys historii toksykologii Trucizny były znane ludziom od zamierzchłej przeszłości i służyły zarówno do walki z wrogiem (np. strzały nasączone kurarą1), jako narzędzie w walce politycznej (np. morderstwa za pomocą arszeniku2) oraz nierzadko jako środki odurzające towarzyszące rytuałom (np. palenie marihuany), czy zwiększaniu aktywności fizycznej (np. żucie liści koki przez Indian podczas prac na dużych wysokościach). Szczególnym i powszechnym kierunkiem zastosowań trucizn były morderstwa, co praktykowano już w starożytności. W starożytnym Rzymie sprawowane było stanowisko „testera pożywienia”, którego rolą było ustalenie czy żywność nadaje się do zjedzenia. Tego typu praktyki próbowano ówcześnie zahamować, wydając Ustawę Korneliusza Sulli przeciwko nożownikom i trucicielom w 81 r. p.n.e. (Lex Cornelia de sicariis et veneficis), która przewidywała karę śmierci za tego typu praktyki. Należy również zwrócić uwagę na fakt, iż upadek starożytnego Rzymu był związany 1

Trucizna pochodzenia roślinnego wytwarzana z wyciągu z kory kilku gatunków kulczyby (Strychnos toxifera, S. schomburgkii, S. cognes). 2 Arszenik – potoczna nazwa tlenku arsenu(III) – As2O3, który jest silną trucizną nieorganiczną.

10


z nieświadomym stosowaniem trucizny – ołowiu, z którego było wykonane większość naczyń (w szczególności picie wina z kielichów wykonanych z ołowiu przyczyniało się do ołowicy). Z kolei w starożytnej Grecji stosowano trucizny do wykonywania kary śmierci – np. Sokrates został zgładzony

za

deprawowanie

młodzieży

poprzez

wypicie

cykuty3.

Wyrafinowany przykład samobójstwa pochodzi również ze starożytnego Egiptu, gdzie Kleopatra popełniła samobójstwo przy użyciu śmiercionośnego ukąszenia przez kobrę królewską (Ophiophagus hannah). Stosowanie trucizn było również bardzo powszechne w wiekach średnich, czy epoce Renesansu – szczególnie we Włoszech (np. Rodzina Borgiów), czy we Francji (np. Katarzyna Medycejska). Rozwój wiedzy o truciznach przypisuje się Paracelsusowi (Phillippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim; 1493/4-1541) – szwajcarskiemu przyrodnikowi i lekarzowi, który po raz pierwszy w historii podał definicję trucizny: „Wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną – wszystko zależy od dawki”. Definicja ta jest nadal aktualna, należy jednak dodać, że obok dawki działanie toksyczne zależy również od drogi i sposobu podania danej trucizny oraz wielu innych czynników. Do rozwoju toksykologii jako samodzielnej dyscypliny naukowej przyczyniły się również badania José’a Matteo Bonaventure Orfila (17871853) – hiszpańskiego lekarza pracującego dla sądów we Francji, który przeprowadzał sekcje zwłok i analizy chemiczne w celu udowodnienia zatruć. Owocem jego prac było wydanie „Traktatu o truciznach” – pierwszego kompendium wiedzy, w którym opisał działanie wielu substancji 3 Cykuta – silnie trujący wyciąg (ekstrakt) z roślin takich jak - szczwół plamisty i szalej jadowity.

11


toksycznych, za co uznawany jest powszechnie za „ojca współczesnej toksykologii”. Nie należy jednak zapominać o wkładzie polskiego uczonego – prof. Józefa Markowskiego, który w tych samych czasach co Orfila dokonał wielu badań toksykologicznych, czego owocem była „Rozprawa o Toksykologii” (1829 r.). W pracy tej została również podana definicja trucizny: „Przez truciznę rozumiemy ciało, które wzięte w małych ilościach, gwałtownie i nader niebezpiecznie dla życia człowieka, zwierzęcia, a nawet rośliny sprawuje skutki”. Niestety jednak z uwagi na opublikowanie prac w języku polskim, jako "ojca toksykologii współczesnej" uznano José’a Matteo Bonaventure Orfila. Rozwój toksykologii we wspomnianych czasach był związany głównie z nurtem badań poświęconych potrzebom wymiaru sprawiedliwości i organów ścigania (toksykologia sądowo-lekarska). W 1836 r. stosowanie trucizn w celach zbrodniczych zostało ujarzmione dzięki opracowaniu tzw. próby Marsha (metoda wykrywania arsenu w materiale sekcyjnym), metodom identyfikacji alkaloidów (Stass i Otto – 1850 r.), jak również dzięki badaniom umożliwiającym wykrycie innych trucizn metalicznych (Fresenius i Babo – 1884 r.). Wydawać by się mogło, że rozwój toksykologii, prawa, jak również wiedzy z zakresu medycyny, umożliwiłoby wyeliminowanie trucizn z życia codziennego, jednakże dalsze karty historii pokazują, że każda epoka związana jest z określonymi truciznami.

12


Podczas I wojny światowej zastosowano po raz pierwszy broń chemiczną (chlor) oraz gazy bojowe (iperyt4). Badania nad tymi substancjami były realizowane w latach międzywojennych (Niemcy, Anglia, Rosja), co w efekcie doprowadziło do otrzymania związków fosforoorganicznych oraz poznania ich właściwości toksycznych, jak również właściwości insektobójczych. Z kolei badania pod koniec II wojny światowej doprowadziły również do odkrycia właściwości owadobójczych DDT (dichlorodifenylotrichloroetan), a w konsekwencji również do poznania wielu innych środków do zwalczania szkodników zwierzęcych i roślinnych (pestycydów). Ekspansyjny rozwój przemysłu chemicznego po II wojnie światowej przyniósł oprócz zysków finansowych i materialnych – ogromne szkody toksykologiczne w środowisku naturalnym, co z kolei wymagało niezbędnych badań z zakresu toksykologii środowiska i ekotoksykologii. Przemiany ustrojowe w wielu Państwach związane były również z propagowaniem wolności oraz łatwiejszym dostępem do tzw. "używek" takich jak: papierosy, alkohol, czy środki odurzające i leki. Tego typu efekty spowodowały rozwój patologii społecznych – narkomanii, alkoholizmu, co z kolei związane jest z rozwojem toksykologii klinicznej. Ponadto nieunikniona chemizacja życia powoduje, że każdy człowiek styka się na co dzień z różnorodnymi substancjami chemicznymi takimi jak np. środki gospodarstwa domowego, tworzywa sztuczne, włókna syntetyczne, leki, czy kosmetyki. Szczególnie te ostatnie – kosmetyki, są obecnie w centrum zainteresowania prężnie rozwijającego się nurtu – toksykologii kosmetyków. Co więcej, współczesna urbanizacja i industrializacja przyczyniły się do 4 S(CH2CH2Cl)2 - substancja o działaniu parzącym, których nazwa pochodzi od miejscowości Ypres w Belgii, gdzie w 1917 r. Niemcy użyli po raz pierwszy tego rodzaju związków.

13


zwiększenia zanieczyszczeń powietrza, wody, czy gleby, co związane jest ze współczesnymi badaniami ekotoksykologii oraz toksykologii żywności. Ponieważ każdy człowiek musi dostarczać pożywienie do swojego organizmu, stąd jednym z najbardziej współczesnych kierunków badań toksykologicznych jest toksykologia żywności. 1.2. Dyscypliny toksykologii Z uwagi na interdyscyplinarność toksykologii oraz współzależność pomiędzy badaniami naukowymi w tej dyscyplinie naukowej, powstało wiele różnych jej subdyscyplin, których wybrane przykłady, mające obecnie największe znaczenie, opisano poniżej:  Toksykologia kliniczna (ang. clinical toxicology) – dziedzina toksykologii zajmująca się zapobieganiem (prewencją), diagnozą i leczeniem ostrych zatruć truciznami przez ludzi; w kręgu zainteresowań toksykologii

klinicznej

pozostają

również

problemy

lekarskie

i społeczne związane z lekomanią, narkomanią, alkoholizmem oraz możliwości ich rozwiązywania.  Toksykologia sądowa (sądowo-lekarska, ang. forensic toxicology) – stanowi najstarszy dział toksykologii, który zajmuje się truciznami i zatruciami z punktu widzenia wymiaru sprawiedliwości oraz organów ścigania – zwłaszcza w zakresie analizy toksykologiczno-chemicznej o charakterze ekspertyzowym oraz badanie wpływu substancji odurzających i uzależniających na kierowców, badania związane z dopingiem, jak i również badania kontrolne w miejscu pracy.

14


 Toksykologia środowiska (ang. environmental toxicology) – dotyczy wpływu skażenia powietrza atmosferycznego, wody i gleby na zdrowie człowieka; zadania swoje realizuje w oparciu o normy zawartości zanieczyszczeń chemicznych w różnych elementach środowiska, wykorzystując warsztat chemii i analityki środowiskowej oraz ekologii.  Ekotoksykologia (ang. ecotoxicology) – zajmuje się szkodliwym wpływem substancji chemicznych, występujących w środowisku, na organizmy inne niż człowiek, jak również na całe ekosystemy.  Toksykologia kosmetyków (ang. cosmetics toxicology) – dyscyplina toksykologii zajmująca się badaniem, przewidywaniem i oceną ryzyka stosowania substancji w kosmetykach, jak również badaniami kontrolnymi opartymi o dyrektywy (np. UE).  Toksykologia

żywności

(ang.

food

toxicology)

dyscyplina

toksykologii zajmująca się badaniem w żywności substancji szkodliwych pochodzenia naturalnego lub obecnymi w niej wyniku produkcji (uprawy, hodowli, procesów technologicznych, przechowywania, zanieczyszczenia

środowiska),

a

także

substancjami

celowo

dodawanymi do żywności.

1.3. Kierunki rozwoju Współczesna toksykologia ma zupełnie inne oblicze niż ta znana z przełomu XIX i XX w. Rozwój nowoczesnej produkcji rolnej, jak również technologii przemysłowych sprawiają, że konieczne staje się realizowanie badań

toksykologicznych

coraz

nowszych

substancji

chemicznych,

sukcesywnie wprowadzanych przez człowieka do życia codziennego. 15


Współczesna toksykologia oprócz celów naukowych, stanowi obecnie ważne narzędzie w zadaniach ludzkości, związanych z ochroną zdrowia i życia człowieka, jak również środowiska, co związane jest z nieświadomym lub nieoczekiwanym działaniem nowych substancji chemicznych. Stąd można stwierdzić, iż współczesna toksykologia stoi na straży bezpieczeństwa chemicznego ludzi oraz otaczającego ich środowiska, co można sprowadzić do następujących kierunków rozwoju:  prowadzenie badań naukowych mających na celu rozszerzenie wiedzy o szkodliwym działaniu związków chemicznych;  ocenie ryzyka, jakie stanowią substancje chemiczne dla organizmów żywych w zależności od ich poziomu w środowisku człowieka;  zalecanie społeczeństwu środków kontroli i zapobiegania szkodliwym skutkom działania związków chemicznych;  rozpoznawanie i leczenie zatruć. 2. Pojęcia podstawowe w toksykologii Z uwagi na fakt, iż toksykologia stanowi samodzielną dyscyplinę naukową posiada ona również swój własny język bazujący na pewnych pojęciach, które opisano w poniższych podrozdziałach. 2.1. Trucizny, ksenobiotyki i leki Jak już wspomniano wcześniej, trucizny były obecne od samego początku ludzkości. Pierwszy kontakt jaki miał człowiek z substancjami trującymi, to substancje pochodzenia naturalnego, tj. roślinnego, zwierzęcego, bądź mineralnego. Większość trucizn tego typu przetrwała do dzisiaj – np. jagody rośliny Atropa belladonna L. (pokrzyku wilczej jagody), śmiercionośny jad 16


kobry królewskiej (Ophiophagus hannah), czy naturalnie występujące w wodach gruntowych związki soli arsenu(III). Kolejnymi substancjami, szkodliwymi z chemicznego punktu widzenia, są trucizny syntetyczne, czyli wszystkie trucizny otrzymywane na drodze syntezy chemicznej – np. narkotyki, alkohol etylowy, czy leki. Przykłady wybranych trucizn w zależności od pochodzenia podano w tabeli 2.1. Tabela 2.1. Wybrane przykłady trucizn w zależności od pochodzenia. pochodzenie trucizn

pochodzenie roślinne

pochodzenie zwierzęce

wzór chemiczny nazwa

pochodzenie mineralne

pochodzenie syntetyczne

FeAsS

hioscyna

tetradotoksyna

arsenopiryt

heroina

Interesującym przykładem substancji chemicznych, działających na organizm ludzki, są leki - powszechnie stosowane w celach leczniczych, jednakże przedawkowanie ich, bądź połączenie z innymi substancjami (np. z etanolem, sokiem z grejpfruta), może spowodować poważne w skutkach zatrucia samymi truciznami lub na skutek interakcji. Przykład ten ukazuje

również

ważny

problem

z

punktu

widzenia

języka

toksykologicznego – kiedy występuje różnica między lekiem a trucizną? Kiedy można uznać lek jako truciznę? Zawsze istnieje możliwość przytoczenia definicji Paracelsus’a, jednakże obecnie coraz częściej stosowanym terminem, będącym uniwersalnym określeniem substancji obcej dla organizmu, jest termin „ksenobiotyk”. W celu uściślenia użytych wcześniej terminów, poniżej zestawiono ważne definicje: 17


 trucizna (ang. poison) – substancja, która po wchłonięciu do organizmu lub wytworzona w organizmie powoduje zaburzenie jego funkcji lub śmierć;  ksenobiotyk (gr. ksenos – obcy, gr. bioticos – życie) – substancja obca dla organizmu, nie występuje w organizmie, który ani go nie produkuje ani też w normalnych warunkach nie przyjmuje z pożywieniem;  jad (ang. venom) – trująca wydzielina zwierząt lub bakterii;  toksyna (ang. toxin) – naturalna silna trucizna zwierzęca lub roślinna;  lek (ang. drug/medicament) - substancja pochodzenia naturalnego lub syntetycznego, która po wprowadzeniu do ustroju wywołuje zmiany na poziomie biochemicznym i komórkowym, a zmiany te są wykorzystywane w celach leczniczych i terapeutycznych. 2.2. Dawki Ilość substancji chemicznej podana, pobrana lub wchłonięta do organizmu w określony sposób, warunkująca brak lub występowanie efektów biologicznych, wyrażonych odsetkiem organizmów odpowiadających na tę ilość określa się mianem – dawki. Dawka wyrażona jest w jednostkach wagowych na masę lub powierzchnię ciała, niekiedy dodatkowo na dobę. W zależności od efektów wywołanych przez truciznę rozróżnić można kilka różnych typów dawek:  dawka graniczna (dawka progowa5) (łac. dosis minima, DM) – ilość

substancji, która wywołuje pierwsze spostrzegalne skutki biologiczne,

5

Próg (działania) – najmniejszy poziom narażenia lub najmniejsza dawka, które powodują zmiany biochemiczne, przekraczające granice przystosowania homeostatycznego.

18


np.

najmniejsze

mierzalne

obniżenie

podwyższonego

ciśnienia

tętniczego, przez leki nadciśnieniowe;  dawka lecznicza (dawka terapeutyczna) (łac. dosis therapeutica / dosis

curativa, DC) – dawka, która działa terapeutycznie nie wywołuje istotnych zakłóceń procesów fizjologicznych, np. obniżenie podwyższonej temperatury ciała do 37ºC przez kwas acetylosalicylowy (Aspiryna);  dawka toksyczna (łac. dosis toxica, DT) – taka ilość ksenobiotyku, która po wchłonięciu do organizmu wywołuje efekt toksyczny, np. bóle głowy po narażeniu na tlenek węgla(II) z niesprawnego piecyka gazowego w łazience;  dawka śmiertelna (łac. dosis letalis, DL) – ilość trucizny, która powoduje śmierć organizmu po jednorazowym podaniu, np. porażenie ośrodka oddechowego i naczyniowo – ruchowego na skutek przedawkowania morfiny;  medialna dawka śmiertelna (ang. median lethal dose, LD50) – statystycznie obliczona na podstawie wyników badań eksperymentalnych (badania na zwierzętach) – dawka powodująca śmieć 50% badanych osobników, np. medialna dawka śmiertelna dla nikotyny wynosi – 1 mg/kg m.c.6.

2.3. Zatrucia ich rodzaje i przyczyny Zatrucie z medycznego punktu widzenia należy rozumieć jako proces chorobowy z klinicznymi objawami podmiotowymi i przedmiotowymi,

6 Jednostka medialnej dawki śmiertelnej – np. mg/kg m. c. należy rozumieć jako ilość trucizny wyrażoną w mg przypadającą na kilogram masy ciała danego osobnika.

19


wywołany przez substancję chemiczną pochodzenia egzogennego7 lub endogennego8. Trucizny w różnorodny sposób mogą wpływać toksycznie na komórki i tkanki, do których wykazują szczególne powinowactwo, lub z którymi zetknęły się bezpośrednio. Substancje toksyczne mogą wywołać zniszczenie całej komórki lub niektórych jej elementów. Biorąc pod uwagę działanie trucizn można wyszczególnić kilka rodzajów zatruć: • zatrucie ostre – charakteryzuje się szybkim rozwojem szkodliwych zmian w organizmie, powstających w ciągu krótkiego czasu po wprowadzeniu jednorazowej dawki trucizny dożołądkowo, inhalacyjnie lub po naniesieniu na skórę; • zatrucie podostre – szkodliwa zmiana w organizmie występująca po podaniu jednorazowej lub kilkukrotnej dawki, w zatruciach podostrych wykrycie powstałych zmian patologicznych jest często możliwe po zastosowaniu fizjologicznych badań czynnościowych narządów; • zatrucie przewlekłe – powstaje wskutek działania małych dawek trucizny zwykle kumulujących się w organizmie, wchłanianych przez dłuższy okres, zatrucia te mają zwykle charakter zatruć przypadkowych, np. zatrucia zawodowe; • zatrucie rozmyślne – można podzielić na:  zatrucia samobójcze – największa liczba ostrych zatruć w Polsce zdarza się u ludzi w wieku 20-29 lat, co należy tłumaczyć

7

Substancja egzogenna to taka, która pochodzi ze źródeł zewnętrznych względem organizmu. 8 Substancja endoogenna to taka, która pochodzi ze źródeł wewnętrznych względem organizmu.

20


słabą odpornością psychiczną w okresie młodości na różnorodne trudności życia codziennego;  zatrucia zbrodnicze – najczęściej stosowane są: arszenik, strychnina,

sublimat,

cyjanek

potasu;

obecnie

do

prób

samobójczych najczęściej wykorzystywane są amfetamina, a także opiaty oraz ich połączenia z lekami z grup benzodiazepin, barbituranów, fenotiazyn.

3. Właściwości i czynniki wpływające na toksyczność trucizn Przy ocenie toksyczności ksenobiotyku należy wziąć pod uwagę nie tylko dawkę pobranej lub wchłoniętej substancji, ale również wiele innych czynników, mających wpływ na jej toksyczność. Czynniki te można podzielić na trzy kategorie: I.

Czynniki zewnętrznoustrojowe (związane z budową chemiczną substancji i jej własnościami fizykochemicznymi).

II. Czynniki wewnątrzustrojowe (biologiczne). III. Czynniki środowiskowe. 3.1. Czynniki zewnętrznoustrojowe Do głównych czynników zewnętrznoustrojowych, mających wpływ na toksyczność ksenobiotyku, należy zaliczyć takie jego właściwości fizykochemiczne jak: 1) rozpuszczalność, 2) temperaturę wrzenia i parowania, 3) stan rozdrobnienia.

21


3.1.1. Rozpuszczalność substancji Rozpuszczalność ksenobiotyków w wodzie i lipidach odgrywa bardzo istotną rolę w ich aktywności biologicznej. Ma to ścisły związek z budową anatomiczną ludzi i zwierząt, w której dominuje środowisko wodne, a błony komórkowe posiadają strukturę białkowo-lipidową. Rozpuszczalność ksenobiotyku wywiera wpływ na jego wchłanianie, metabolizm, kumulację i wydalanie z organizmu. Parametrami charakteryzującymi rozpuszczalność substancji są: współczynnik podziału (log P) oraz stała dysocjacji (kwasowa pKa, zasadowa pKb lub soli pKs). Współczynnik podziału wyrażony jest przez iloraz stężeń substancji w dwu nie mieszających się fazach w stanie ustalenia się równowagi stężeń w tych fazach. Ze względu na procesy zachodzące w żywym ustroju, log P najczęściej wyznacza się dla faz: olej (oktanol)/powietrze, woda/powietrze oraz olej(oktanol)/woda. W badaniach in vitro woda jest stosowana w zastępstwie krwi, natomiast olej zwierzęcy lub roślinny w miejsce tkanki tłuszczowej. Na podstawie wyznaczonych wartości log P, przykładowo można wyciągnąć takie wnioski, że dla dużego współczynnika olej/woda, badana substancja powinna wykazywać dobre wchłanianie

przez

skórę,

natomiast

duża

wartość

współczynnika

woda/powietrze może wskazywać, iż substancja będzie dobrze się wchłaniać drogą inhalacyjną. Rozpatrując wpływ rozpuszczalności substancji w wodzie na jej toksyczność, należy także wziąć pod uwagę jej zdolność do jonizacji, którą charakteryzuje odpowiednia stała dysocjacji, odpowiadająca ilorazowi stężenia

jonów,

na

które

rozpada

się

substancja,

do

stężenia

niezdysocjowanych cząsteczek. Jako przykład można przytoczyć różną rozpuszczalność soli takich metali jak bar lub rtęć. Chlorek baru jako dobrze rozpuszczalna

sól

w

wodzie

jest 22

bardzo

toksyczny,

natomiast


nierozpuszczalny

siarczan(VI)

baru

nie

jest

toksyczny,

a

wręcz

wykorzystywany jest jako środek kontrastowy w badaniu rentgenograficznym przewodu pokarmowego. Podobnie sublimat (HgCl2) jako dobrze rozpuszczalna w wodzie sól jest znacznie silniejszą trucizną od słabo rozpuszczalnego w wodzie kalomelu (Hg2Cl2). W tym miejscu należałoby również wspomnieć o wpływie odczynu i pH soku żołądkowego na rozpuszczalność ksenobiotyków (stopień dysocjacji związków zależy od pH środowiska, a cząsteczki ksenobiotyku pozbawione ładunku łatwiej przechodzą przez błony układu pokarmowego) i tym samym o jego znaczeniu w zatruciu drogą pokarmową. 3.1.2. Temperatura wrzenia i parowania Są to właściwości fizyczne substancji chemicznej, występującej w postaci cieczy, które charakteryzują jej zdolność do przechodzenia w stan pary. Niska temperatura wrzenia ksenobiotyku związana jest z jego dużą prężnością par, natomiast niska temperatura parowania ciekłej substancji związana jest z jej szybkim przechodzeniem w stan pary i wysyceniem środowiska tymi parami. Wobec tego niska wartość obu powyższych parametrów będzie wpływała na wzrost toksyczności zatrucia ciekłą substancją drogami inhalacyjną oraz wchłaniania przez skórę. Wpływ ten dobrze ilustruje benzen i jego homologii. Benzen, który należy do najbardziej szkodliwych cieczy organicznych, pomimo zbliżonej wartości jego śmiertelnej dawki do dawek śmiertelnych jego homologów (ksylen, toluen, etylobenzen), wykazuje znacznie silniejszą toksyczność niż te związki. To szczególnie silne toksyczne działanie benzenu wiąże się z jego niską temperaturą wrzenia, która wynosi 80°C, dużą prężnością par w temp. 20°C - 13,3 kPa (100 mg Hg), a zatem dużą lotnością, 23


2-krotnie większą niż toluenu i blisko 4-5-krotnie większą od ksylenu i etylobenzenu. 3.1.3. Stan rozdrobnienia Stan rozdrobnienia (dyspersji) substancji ma istotny wpływ na jej wchłanialność

drogą

oddechową

lub

pokarmową.

Znacznie

niebezpieczniejsze są cząstki pyłu mniejsze od 5 µm, które głównie osadzają się w tchawicy i oskrzelach, co ogranicza ich wydalanie i wzmaga ich szkodliwość dla organizmu. Natomiast cząstki pyłu większe od 5 µm w czasie oddychania osadzają się przede wszystkim w jamie nosowo-gardłowej i krtani, skąd mogą być w stosunkowo krótkim czasie usunięte. Pary i gazy składają się z cząstek o wielkości poniżej 1 µm, i dlatego zawsze są wchłaniane w oskrzelikach płucnych. Substancje w postaci aerozoli wykazują tym silniejsze działanie toksyczne, im bardziej wzrasta ich stopień rozdrobnienia, a tym samym zdolność do bezpośredniego wchłaniania do krwi w pęcherzykach płucnych. 3.1.4. Struktura chemiczna a przewidywanie toksyczności związku Struktura chemiczna związków, oprócz tego, że determinuje rozmaite własności fizykochemiczne substancji, od XIX wieku badana była również pod kątem jej bezpośredniego związku z toksycznością rozpatrywanego związku. Badania te, rozpoczęte w 1854 roku przez rosyjskiego toksykologa E.V. Pelikana, nie przyniosły jednak w pełni oczekiwanych rezultatów. Z kolei w 1965 r. Łazariew przedstawił prosty schemat ukazujący korelacje między aktywnością biologiczną a budową chemiczną substancji – rysunek 3.1. 24


Rys. 3.1. Schemat Łazariewa przedstawiający zależność pomiędzy budową chemiczną a aktywnością biologiczną. Okazało się, że rozpatrywanie tylko struktury chemicznej związków nie może służyć jako metoda powszechnego przewidywania ich toksyczności. Na drodze tej można jednak wyróżnić pewne zależności, odnoszące się zwłaszcza do dużych grup związków lub też do pojedynczych związków i ich pochodnych. Wybrane przykłady tych zależności zostały podane poniżej. Występowanie

w

cząsteczce

związku

alifatycznego

wiązania

nienasyconego, wykazującego duży potencjał oksydacyjny, powoduje niekorzystne utlenienie w organizmie ważnych funkcyjnych grup tiolowych (sulfhydrylowych, -SH), występujących m.in. w zredukowanym glutationie, cysteinie i

metioninie. Przykładem silnie toksycznych (działających

narkotycznie) nienasyconych związków cyklicznych mogą być benzen i acetylen, wchłanianych drogą oddechową. Słabsze działanie toksyczne wykazuje cykloheksan, który tym różni się od benzenu, że wszystkie wiązania ma wysycone atomami wodoru. Zwiększenie liczby atomów węgla w łańcuchu związków alifatycznych oraz rozbudowanie rozgałęzień tego łańcucha powoduje wzrost toksyczności takich związków dla człowieka i innych ssaków. Na toksyczność związku 25


wpływa również izomeria strukturalna (położeniowa). Ogólnie można przyjąć, że związki o ugrupowaniu para (p) są przeważnie bardziej toksyczne niż meta (m), a związki orto (o) rzadko wykazują toksyczność. Klasycznym przykładem mogą być pochodne benzenu z podstawnikami w pozycji orto, które wykazują najmniejszą toksyczność, a te same podstawniki w pozycji para powodują najsilniejsze działanie toksyczne. Kolejnym przykładem może być zmniejszenie toksyczności (lub całkowite jej wyeliminowanie) związków chemicznych poprzez wprowadzenie do nich takich grup funkcyjnych jak: grupa karboksylowa (-COOH), sulfonowa (-SO3H), tiolowa (-SH), metoksylowa (-OCH3) lub acetylowa (-COCH3). Takie działanie jest spowodowane

m.in.

zwiększeniem

rozpuszczalności

związków,

co

przyczynia się do szybszego ich wydalania, a także ułatwia ich metabolizm. Jako przykład można podać wprowadzenie grupy karboksylowej do benzenu, na skutek, którego otrzymany jest znacznie mniej toksyczny kwas benzoesowy. Przeciwnie, stwierdzono istotny wzrost toksycznego działania związków, po wprowadzeniu do nich grup: nitrowej (-NO2), nitrozowej (-NO), aminowej (-NH2), cyjanowej (-CN), a także niektórych pierwiastków, takich jak fluor, chlor, jod, brom, czy arsen. 3.2. Czynniki wewnątrzustrojowe (biologiczne) Przewidywanie skutków działania toksycznego ksenobiotyków na organizm ludzki, tylko na podstawie badania toksyczności tych substancji według obowiązujących norm, w wielu przypadkach zatruć nie jest pewne. Wynika to z wpływu innych, wewnątrzustrojowych czynników, głównie takich jak wiek, płeć, sposób odżywiania się, stan zdrowia i przyjmowane leki, a także uwarunkowania genetyczne. 26


3.2.1. Wiek Zarówno w wieku niemowlęcym, jak i wieku podeszłym występuje większe zagrożenie zatruciem niż w wieku dojrzałym. U noworodków brak jest wielu enzymów mikrosomalnych lub mała jest ich wydolność, co w znacznym stopniu ogranicza możliwości detoksykacyjne organizmu. U niemowląt stwierdzono na przykład małą aktywność enzymów redukujących związki nitrowe i azowe, a także enzymów biorących udział w takich procesach biochemicznych jak: dealkilacja, deaminacja, sprzęganie z glicyną, cysteiną i kwasem glukuronowym. Natomiast w wieku podeszłym większe narażenie na trucizny spowodowane jest głównie zmienionym metabolizmem i wolniejszym wydalaniem z organizmu, zaburzeniami krążenia krwi oraz zmianami hormonalnymi. Szczególnym problemem osób w starszym wieku jest niedobór enzymów mikrosomalnych wątroby, m.in. cytochromu P-450. Ponadto u starszych osób może dojść do wzrostu stężenia ksenobiotyków i/lub ich metabolitów we krwi na skutek zmniejszenia całkowitej ilości wody w organizmie, a także zmniejszenia ilości tkanki tłuszczowej. Innym czynnikiem spowalniającym wydalanie ksenobiotyków i ich metabolitów mogą być zmiany w hemodynamice nerek, związane ze wzrostem ciśnienia i oporów nerkowych. Wiek ma również wpływ na przebieg wchłaniania trucizn drogą inhalacji, pokarmową i przez skórę, który może być spowodowany różnymi czynnikami, takimi jak na przykład zmniejszona objętość oddechowa płuc, czy zmieniona flora bakteryjna w przewodzie pokarmowym u starszych ludzi.

27


3.2.2. Płeć Przeprowadzone badania na zwierzętach doświadczalnych wskazują, że samice są bardziej wrażliwe na działanie substancji toksycznych. U ludzi również zaobserwowano różną wrażliwość na toksyny w zależności od płci i stwierdzono, że płeć ma znaczące oddziaływanie na aktywność biologiczną ksenobiotyków. Te różnice zależne od płci, często dotyczącą związków metabolizowanych przez enzymy mikrosomalne kontrolowane przez hormony płciowe. Ogólnie przyjmuje się w toksykologii regułę, że kobiety są bardziej podatne na zatrucia wieloma ksenobiotykami, w szczególności pestycydami i lekami psychotropowymi, niż mężczyźni. 3.2.3. Odżywianie się Nawyki żywieniowe znacząco wpływają na podatność organizmu na działanie substancji toksycznych, głównie dlatego, że właściwe odżywianie sprzyja prawidłowemu funkcjonowaniu systemu obronnego organizmu (w tym przeciw substancjom trującym) i utrzymaniu zdrowia. Zaobserwowano,

że

niedożywienie

lub

wybór

nieodpowiedniej

jednokierunkowej diety może w znacznym stopniu pogłębić skutki zatruć. Właściwe przyjmowanie niezbędnych dla organizmu składniki mineralne (łącznie z metaloidami) i białek, zwłaszcza aminokwasów zawierających siarkę, jest konieczne do biosyntezy różnych enzymów detoksykacyjnych oraz do zaopatrzenia organizmu w glicynę i glutation, niezbędnych dla reakcji koniugacji

z

endogennymi

i

egzogennymi

związkami.

Tłuszcze,

w szczególności fosfolipidy i substancje lipotropowe (donory grup metylowych), są konieczne do syntezy biologicznych membran. Z kolei węglowodany dostarczają energii wymaganej przez procesy detoksykacji, 28


a także są źródłem kwasu glukuronowego, wykorzystywanego do koniugacji trucizn i ich metabolitów. Selen (metaloid), glutation oraz witaminy C, E i A odgrywają ważną rolę przeciwutleniaczy, kontrolujących peroksydazę lipidową, utrzymującą integralność błon komórkowych, a także wyłapują wolne rodniki przyczyniając się do ochrony organizmu przed działaniem toksycznych substancji. Ponadto, rozmaite składniki żywności (proteiny, błonnik, mikropierwiastki, fosforany i inne), a także ilość konsumowanej żywności może w dużym stopniu wpłynąć na szybkość absorpcji wielu toksyn w przewodzie pokarmowym. W tym miejscu należałoby jednak zaznaczyć, że spożywane produkty same w sobie mogą być dodatkowym źródłem ekspozycji organizmu na substancje trujące, o czym napisano w innych rozdziałach tego skryptu. 3.2.4. Stan zdrowia Choroby, a zwłaszcza schorzenia wątroby i nerek niekorzystnie wpływają na procesy detoksykacji organizmu, tym samym przyczyniając się do silniejszych efektów działania trucizn. Wątroba jest bowiem najważniejszym narządem, biorącym udział w biotransformacji ksenobiotyków, natomiast nerki są głównym organem wydalającym bardzo wiele rozpuszczalnych trucizn i ich metabolitów. Schorzenia organizmu związane są często z przyjmowaniem różnych substancji leczniczych, które mogą wiązać się z białkami surowicy i w ten sposób wpływać na transport, dystrybucję oraz eliminację trucizn. Ponadto, wiele leków ma zdolność indukowania istotnych enzymów detoksykacyjnych lub obniżania ich aktywności (np. enzymy cytochromu C 450), co wpływa na siłę toksycznego oddziaływania trucizn, charakteryzujących się tą samą 29


ścieżką biotransformacyjną w organizmie. Przykładami takich mechanizmów mogą być: wzrost wydalania przez nerki kwasu trichlorooctowego (metabolitu chlorowych pochodnych węglowodorów) wraz z przyjmowaniem leków z grupy salicylanów, sulfonoamidów oraz fenobutazonu, lub też

zwiększona

hepatoksyczność

tetrachlorku

węgla

spowodowana

równoczesnym przyjmowaniem leku fenobarbital. 3.2.5. Uwarunkowania genetyczne Wpływ genów na różnice w metabolizmie leków i innych ksenobiotyków, obecnych w środowisku i żywności, był już znany w latach sześćdziesiątych XX wieku, jakkolwiek znaczący postęp w tej dziedzinie nastąpił w ostatniej dekadzie tego wieku. Różnice te spowodowane są polimorfizmem (występowaniem więcej niż jednej wersji genu), który ogólnie związany jest z aberracjami (odchyleniami od stanu normy) w ekspresji enzymów lub ich funkcji. Przy obecnym rozwoju rekombinacyjnej technologii DNA, możliwa stała się dokładna identyfikacja różnic występujących w genach, które są odpowiedzialne za niektóre polimorfizmy. Aktualnie, polimorfizm został scharakteryzowany dla wielu enzymów metabolizujących leki, włączając w to enzymy biorące udział w biotransformacji ksenobiotyków w reakcjach I i II fazy. W miarę poznawania coraz większej liczby polimorfizmów w populacji ludzkiej, coraz bardziej oczywisty staje się fakt, iż każda osoba może

posiadać

odrębny

zestaw

enzymów

metabolizujących

leki.

Tą populacyjną zmienność można nazwać „metabolicznym odciskiem palca”, który jest odpowiedzialny za szczególną odpowiedź danego organizmu na toksyczne działanie substancji chemicznych. Jako przykład cechy genetycznie dziedziczonej jest znaczne zmniejszenie lub brak enzymu 30


N-acetylotransferazy, biorącego udział w procesie acetylowania leku przeciwgruźliczego – izoniazydu. Brak tego enzymu sprawia, że we krwi przedłużony jest czas przebywania pozbawionej leczniczych właściwości pochodnej acetylowej tego leku. Cecha ta najczęściej występuje wśród rasy czarnej i kaukaskiej. 3.3. Czynniki środowiskowe W środowisku życia człowieka występują zjawiska i warunki fizyczne, takie jak temperatura środowiska, ciśnienie atmosferyczne, światło, promieniowanie

jonizujące,

czy zanieczyszczenia

chemiczne,

które

dodatkowo oprócz wcześniej omówionych czynników, wywierają istotny wpływ na funkcjonowanie organizmu. Wymienione czynniki ulegają stałym wahaniom, jednak po przekroczeniu granic określonych normami, mogą powodować nawet poważne zakłócenia w funkcjonowaniu żywych organizmów, co również może przejawiać się w formie osłabienia odporności organizmu na zatrucia. Poniżej, krótko omówiono różne mechanizmy oddziaływania na organizm kilku wybranych czynników środowiskowych. Zmiany ciśnienia atmosferycznego oraz wysoka temperatura mogą wywoływać

przyspieszanie

lub

zwalnianie

krążenia

(tzw.

zmiany

hemodynamiczne), powodując zaburzenia przepływu krwi do ważnych narządów, takich jak serce czy nerki, a w następstwie niedotlenienia tych narządów, spowolnienie metabolizmu i procesów detoksykacji zachodzących w wątrobie, a także zmniejszenie wydalania nerkowego. Wysoka temperatura, a także zwiększony wysiłek fizyczny powodują zwiększenie wentylacji płuc, co może mieć niekorzystny wpływ w przypadku narażenia na trucizny wchłaniane na drodze inhalacyjnej. Z kolei nagrzanie 31


i nawilżenie skóry, w przypadku wysokiej temperatury i dużej wilgotności powietrza sprzyja wzrostowi wchłaniania tą drogą trucizn lotnych. Naturalne światło i związane z nim biologiczne rytmy dobowe także mają wpływ na aktywność enzymów biorących udział w biotransformacji ksenobiotyków, ponieważ cykle enzymatyczne wykazują rytm biologiczny, np. cytochrom P450 wykazuje najwyższą aktywność pod koniec dnia, a więc wtedy w organizmie zachodzi szybszy proces biotransformacji. Innym czynnikiem wpływającym na aktywność biologiczną związków chemicznych jest promieniowanie jonizujące, którego jednym z naturalnych (a więc związanych ze środowiskiem człowieka) źródeł jest słońce. W wyniku absorpcji energii promieniowania jonizującego następuje radioliza wody (znajdująca się w większej ilości w tkankach żywego organizmu), czyli rozpad cząsteczki wody, w trakcie, której tworzą się silnie reaktywne związki, m.in. wolne rodniki, prowadzące do zmniejszenia aktywności enzymów i tym samym ograniczenia biotransformacji toksycznych substancji. 4. Losy ksenobiotyków w ustroju Trucizna lub jej metaboliczne prekursory (protoksykanty) mogą ulegać w organizmie różnorodnym procesom, których całość określająca los ksenobiotyków w ustroju, nazywa się metabolizmem9. Głównymi procesami metabolizmu trucizn w organizmie są:  absorpcja (wchłanianie ksenobiotyku do organizmu),  dystrybucja (rozmieszczenie ksenobiotyku w organizmie), 9

Błędne jest ograniczenie pojęcia „metabolizm” wyłącznie do przemian biochemicznych (biotransformacji).

32


 przemiany

biochemiczne

(biotransformacja

ksenobiotyku

w organizmie),  wydalanie Uogólniony schemat losów ksenobiotyków w ustroju przedstawiono na rysunku 4.1.

Rys. 4.1. Uogólniony schemat przedstawiający losy ksenobiotyków w ustroju (rysunek autorski, wykonanie własne). Z kolei z punktu widzenia procesów, w metabolizmie trucizn można wyróżnić:  procesy

transportu

(wchłanianie,

dystrybucja,

ksenobiotyk przechodzi przez błony biologiczne;

33

wydalanie)


 procesy biotransformacji – ksenobiotyk ulega przekształceniu pod wpływem przemian enzymatycznych i nieenzymatycznych do jednego lub kilku metabolitów. Należy zauważyć, że bardzo istotną rolę w transporcie ksenobiotyków odgrywa układ krwionośny, dzięki któremu ksenobiotyki są przenoszone do poszczególnych tkanek i narządów, a w końcu usuwane z ustroju w procesie wydalania. 4.1. Absorpcja - wchłanianie ksenobiotyku do organizmu Warunkiem koniecznym do wywołania efektu toksycznego przez trucizny jest jej wchłonięcie do krążenia ogólnego (krew, chłonka), a następnie z tymi płynami rozmieszczenie w miejscu działania i w całym organizmie. Trucizny mogą dostawać się do ustroju różnymi drogami, co ma istotne znaczenie dla przebiegu i intensywności zatrucia. Droga wchłaniania trucizn do organizmu zależy od warunków w jakich następuje kontakt oraz od stanu skupienia trucizny. Co więcej, czynnikami, które wpływają na szybkość i ilość wchłoniętego ksenobiotyku są: grubość bariery (błony/tkanki), przez którą ksenobiotyk musi przeniknąć, liczba naczyń włosowatych oraz szybkość przepływu krwi przez te naczynia. 4.1.1. Transport przez błony biologiczne Ksenobiotyk, przedostając się do miejsca działania, musi najpierw przeniknąć w ustroju przez kilka błon biologicznych – podczas absorpcji ksenobiotyk przenika przez bariery odgraniczające środowisko wewnętrzne od środowiska zewnętrznego: naskórek (wielowarstwowy), nabłonek 34


oddechowy (jednowarstwowy) oraz nabłonek jelitowy, a następnie przenika przez błony naczyń włosowatych, błony komórkowe narządów oraz błony organelli komórkowych. Transport przez błony biologiczne może odbywać się w różny sposób: 

Transport bez udziału nośników: - dyfuzja bierna (transport bierny) – zachodzi bez nakładu energii wytworzonej przez komórkę i odbywa się zgodnie z różnicą (gradientem) stężeń, a przenikanie ksenobiotyków przez błony zależy od ich lipofilności i zmniejsza się wraz ze zwiększeniem stopnia jonizacji; podstawowy mechanizm transportu

większości

ksenobiotyków,

szczególnie

o charakterze lipofilnym; - transport

przez

pory

(absorpcja

konwekcyjna)

ksenobiotyki transportowane są przez pory (średnica ok. 0,71,0 nm), mające na zewnętrznej powierzchni błony ładunek dodatni, ujemny lub są elektrycznie obojętne, transport zależy od różnicy ciśnień hydrostatycznego lub osmotycznego po obu stronach błony; podstawowy mechanizm transportu ksenobiotyków hydrofilnych; - transport przez pary jonowe – odmiana dyfuzji, silnie zjonizowane kationy organiczne (IV rzędowe sole amoniowe) lub silnie zjonizowane aniony (kwasy sulfonowe) mogą tworzyć z jonami organicznymi środowiska lub błony o przeciwnym znaku, kompleksy cząsteczkowe (obojętne

35


elektrycznie), które przenikają przez błonę na zasadzie dyfuzji biernej; - endocytoza – sposób transportu, w którym makrocząsteczki ksenobiotyków (lipidy, białka, witaminy A, D, E i K, jaja pasożytów,

bakterie)

zawieszone

lub

rozproszone

w środowisku są pochłaniane w kilku etapach: Etap I.

Ksenobiotyk zostaje zaadsorbowany na powierzchni błony komórkowej, która po pewnym czasie tworzy pęcherzyk (tzw. endosom) poprzez utworzenie wgłębienia.

Etap II. Pęcherzyk wraz z ksenobiotykiem zamyka się i odrywa od błony komórkowej.

Etap III. Wewnątrz komórki endosomy zlewają się z lizosomami (zawierają enzymy hydrolityczne) – produkty rozpadu pobranych ksenobiotyków przenikają do cytoplazmy. Transport z udziałem nośników: - transport

ułatwiony

transport

ksenobiotyków

(np. witamina B12) przy udziale nośników bez nakładu energii, odbywający się zgodnie z różnicą stężeń po obu stronach błony; - transport aktywny – transport ksenobiotyków (np. dopływ glukozy do erytrocytu) przy udziale nośników z nakładem energii, odbywający się zgodnie z różnicą stężeń po obu stronach błony.

36


Podsumowanie mechanizmów transportu ksenobiotyków przez błony biologiczne przedstawiono na rysunku 4.2.

Rys. 4.2. Uogólniony schemat transportu ksenobiotyków przez błony biologiczne (rysunek autorski, wykonanie własne). 4.1.2. Wchłanianie z przewodu pokarmowego Wchłanianie z przewodu pokarmowego ma największe znaczenie z toksykologicznego punktu widzenia, gdyż do organizmu trafia tędy większość leków i żywności, a tym samym ich skażenia. Przewód pokarmowy można podzielić na trzy zasadnicze części, istotne dla wchłaniania: 

jama ustna z przełykiem – śluzówka jamy ustnej jest przepuszczalna dla ksenobiotyków na zasadzie dyfuzji; przyjmuje się, że wchłonięte tą drogą ksenobiotyki omijają krążenie wątrobowe (a tym samym metaboliczną aktywność wątroby) i mogą dłużej pozostać w tkankach

37


niezmetabolizowane; z uwagi na krótki kontakt w jamie ustnej ksenobiotyki nie wchłaniają się w dużej ilości tą drogą; 

żołądek – z uwagi na to, że ksenobiotyki mieszają się z pokarmem, kwasem solnym żołądkowymi (pH~1), enzymami trawiennymi oraz bakteriami, to możliwa jest modyfikacja toksyczności danego ksenobiotyku na skutek metabolizmu lub też przez wpływ na jego absorpcję; tą drogą wchłaniają się na drodze dyfuzji substancje o charakterze słabych kwasów (w niewielkim stopniu zdysocjowane, 3 < pKa < 10) oraz o charakterze zasadowym (pKa < 3);

jelita – wchłanianie odbywa się na zasadzie dyfuzji biernej, transportu z użyciem przenośników oraz endocytozy w układzie kosmków jelitowych; większość ksenobiotyków wnika do krwi z jelit, mających z uwagi na pofałdowanie dużą powierzchnię wchłaniania (200-300 m2); zmienność odczynu treści jelit od słabo kwasowego w jelicie cienkim, do słabo zasadowego w końcowych odcinkach, sprzyja wchłanianiu różnorodnych ksenobiotyków; bardzo istotne dla ksenobiotyków wchłanianych tą drogą jest to, że przed dotarciem do krwioobiegu trafiają one do wątroby, gdzie mogą zachodzić procesy biochemiczne, zwiększające lub zmniejszające ich toksyczność;

Podsumowanie losów ksenobiotyków wchłanianych z przewodu pokarmowego przedstawiono na rysunku 4.3.

38


Rys. 4.3. Losy ksenobiotyków wchłanianych z przewodu pokarmowego (rysunek autorski, wykonanie własne).

4.1.3. Wchłanianie drogą wziewną (inhalacyjną) Wchłanianie ksenobiotyków drogą wziewną (inhalacyjnie) ma szczególne znaczenie w przypadkach zatruć gazami oraz narażenia zawodowego i środowiskowego. Głównym miejscem wchłaniania ksenobiotyków w drogach oddechowych są płuca ze względu na ich dużą powierzchnię (~ 90 m2) oraz na budowę pęcherzyków płucnych, które znajdują się na zakończeniach maleńkich rurek (oskrzeli i oskrzelików), z których składa się tkanka płucna. Duża powierzchnia dróg oddechowych oraz minimalna grubość bariery powietrze-krew powoduje, że wchłanianie ksenobiotyków 39


gazowych przez płuca zachodzi z dużą wydajnością i bardzo szybko. Ważną rolę odgrywa w tym przypadku szybkość przepływu krwi (częstość skurczów serca) oraz częstość oddechu – szybszy oddech powoduje szybsze wchłanianie ksenobiotyków gazowych do organizmu10. Warto zauważyć, że ksenobiotyki wchłonięte tą drogą, podlegają dystrybucji z krwią do tkanek i narządów z pominięciem wątroby. Ksenobiotyki w postaci cząstek stałych mogą również być wchłaniane do organizmu przez płuca w zależności od różnych czynników (rozpuszczalność i miejsce osadzenia w drogach oddechowych): 

cząstki o wymiarach: 5-30 μm osadzają się wskutek sił bezwładności w jamie nosowo-gardłowej i krtani oraz w miejscach rozgałęzienia drzewa oskrzelowego;

cząstki o wymiarach: 1-5 μm osadzają się w największym stopniu wskutek działania sił grawitacyjnych w tchawicy i oskrzelach;

cząstki o wymiarach: 0,5-3 μm wchłaniają się w drogach oddechowych w największym stopniu;

cząstki włókniste o długości: 1-5 mm zostają zatrzymane przez wbicie się ostrego końca w błonę śluzową dróg oddechowych.

4.1.4. Wchłanianie drogą skórną (dermalną) W przeciwieństwie do wchłaniania z przewodu pokarmowego i drogą wziewną, absorpcja dermalna jest powolna i mało efektowna. Wynika to z faktu, że skóra zbudowana jest z wielu warstw komórek, a niektóre z nich

10

Efekt ten wykorzystywano kiedyś do wykrywania niebezpiecznego stężenia gazów w kopalniach przez obserwację reakcji kanarków – szybciej oddychające kanarki wcześniej traciły przytomność niż górnicy, których oddechy były wolniejsze.

40


są słabo przepuszczalne dla różnych ksenobiotyków. Z uwagi na to, że w skórze jest mała liczba naczyń włosowatych i przez to szybkość przepływu krwi przez skórę jest mniejsza, transport ksentobiotyków do krwi tą drogą odbywać się będzie wolniej niż w przypadku pozostałych sposobów. Można wyróżnić dwa istotne mechanizmy transportu ksenobiotyków przez skórę: 

transport transepidermalny – zachodzi przez warstwy komórek naskórka oraz przestrzenie międzykomórkowe za pomocą dyfuzji biernej lub transportu przez pory; transport ten jest istotny przy wchłanianiu związków organicznych i małym stopniu jonizacji;

transport transfolikularny – zachodzi przez przydatki skórne (włosy, paznokcie, gruczoły łojowe i potowe); z uwagi na to, że przydatki skórne zajmują 0,1-1% powierzchni, ten rodzaj transportu

ma

drugorzędowe

znaczenie

dla

wchłaniania

ksenobiotyków. 4.1.5. Inne drogi wchłaniania Oprócz wchłaniania ksenobiotyków z przewodu pokarmowego, drogą wziewną i skórną, możliwe jest również inne przedostawanie się ksenobiotyków do ustroju: 

pozajelitową (parenteralną) – dożylną (eliminacja wpływu procesu wchłaniania na los ksenobiotyków), dootrzewnową (ksenobiotyk szybko ulega absorpcji i przez krążenie wrotne przenika najpierw do wątroby, a następnie do krążenia ogólnego), domięśniową, doskórną, podskórną i dordzeniową;

41


przez jamy ciała – dospojówkową, donosową, doodbytniczą i dopochwową.

4.2. Dystrybucja - rozmieszczenie ksenobiotyków w organizmie Ksenobiotyk może być transportowany do tkanek, w których ulega przemianie i wywiera działanie toksyczne na określony układ. Dystrybucja ksenobiotyków jest uzależniona od właściwości fizyko-chemicznych oraz czynników fizjologicznych – czynników warunkujących szybkość dyfuzji do tkanek (dystrybucja związków hydrofilnych ogranicza szybkość dyfuzji, a związków lipofilnych szybkość przepływu krwi przez dany narząd). Na początku dystrybucji, największą rolę odgrywa pojemność minutowa serca i przepływ krwi przez dane narządy, stąd po absorpcji w ciągu kilku minut największa ilość ksenobiotyku dochodzi do serca, wątroby, nerek, mózgu i innych dobrze ukrwionych narządów. Z kolei dystrybucja do skóry, mięśni, tłuszczu zapasowego jest wolniejsza, a homeostaza ustala się w ciągu kilkudziesięciu minut do kilku godzin. Warto również zauważyć, że w organizmie istnieją obszary o ograniczonej przepuszczalności dla ksenobiotyków dzięki barierom wewnątrzustrojowym: 

bariera krew-mózg oraz bariera krew-płyn mózgowo-rdzeniowy oddzielające ośrodkowy układ nerwowy (o.u.n.);

bariera łożyskowa – oddziela krążenie matki od krwioobiegu płodu (relatywnie w niewielkim stopniu ogranicza dostęp substancji chemicznych do płodu);

bariera krew-jądro – posiada skomplikowaną budowę, działa wybiórczo zatrzymując wiele substancji zawartych w surowicy krwi, nie pozwala na ich oddziaływanie na komórki rozrodcze. 42


Na

dystrybucję

wielu

ksenobiotyków

w

ustroju

wpływa

ich

nagromadzenie w różnych tkankach w wyniku wiązania z elementami komórkowymi: 

wiązanie przez białka osocza krwi – ksenobiotyki, po przedostaniu się do krwioobiegu, w ciągu minuty są rozprowadzane w całej objętości osocza, a następnie w mniejszym lub większym stopniu wiążą się odwracalnie z białkami osocza, największą rolę pełnią tutaj albuminy, co wynika z ich dużego stężenia w osoczu, dużego powinowactwa i nieswoistości wiązania;

wiązanie przez białka narządów – duża ilość białek i protein tkankowych wiąże ksenobiotyki, wpływając na ich wybiórcze umiejscowienie w niektórych narządach, najbardziej poznane jest wiązanie metali z białkami wątroby i nerek (metalotioneina, białko bogate w cysteinę – grupy tiolowe).

Niektóre ksenobiotyki mogą ulegać kumulacji najczęściej w dwóch rodzajach tkanek: 

tkance tłuszczowej – ksenobiotyki o właściwościach lipofilnych (insektycydy polichlorowe, polichlorowane bifenyle, heksachlorobenzen, tiobarbiturany);

tkance kostnej – Sr, Pb, Ra, F- oraz tetracykliny kumulują się w kościach i zębach.

43


4.3.

Przemiany

biochemiczne

biotransformacja

ksenobiotyku

w organizmie Wszystkie różnorodne przemiany chemiczne ksenobiotyków w ustroju noszą nazwę biotransformacji. Ksenobiotyki w organizmie mogą ulegać: 

reakcjom biochemicznym – w wyniku których objawiają się efekty zatrucia;

procesom biochemicznym, które albo zwiększają, albo zmniejszają toksyczność lub zmieniają substancje toksyczne do postaci łatwo dającej się wydalić z organizmu.

Spośród przemian ksenobiotyków można wyróżnić dwa procesy: 

toksykacja (aktywacja) – proces, w wyniku którego substancje nietoksyczne są metabolizowane do substancji toksycznych, lub w wyniku którego toksyczność zostaje zwiększona dzięki reakcjom biochemicznym;

detoksykacja

metabolizm

ksenobiotyków

prowadzący

do

zmniejszenia ich toksyczności i ułatwienia ich usuwania z organizmu. Warto zwrócić uwagę, że tylko niewielka ilość ksenobiotyków organicznych nie ulega biotransformacji – 1) silne związki polarne (np.: kwas ftalowy, kwas szczawiowy, kwasy sulfonowe, IV rzędowe sole amoniowe), 2) ksenobiotyki bardzo lotne (np.: cyklopropan, eter etylowy), które szybko wydalane są przez nerki lub płuca oraz 3) ksenobiotyki o charakterze lipofilnym (np.: polichlorowane bifenyle), które kumulują się w tkance tłuszczowej.

44


Przemiany ksenobiotyków w organizmie można podzielić na: 

reakcje pierwszej fazy (reakcje funkcjonalizacji) – hydroksylacji, utleniania, redukcji i hydrolizy;

reakcje drugiej fazy (sprzęgania/biosyntezy) – powstały metabolit z reakcji I fazy sprzęga się ze związkami bardzo dobrze rozpuszczalnymi w wodzie (np.: glutationem, kwasem glukuronowym);

reakcje trzeciej fazy11 – w przypadku, gdy produkty drugiej fazy ulegają aktywacji metabolicznej.

4.3.1. Reakcje pierwszej fazy Zwykle w reakcjach pierwszej fazy następuje przyłączenie grupy funkcyjnej do łańcucha węglowodorowego lub pierścienia albo też modyfikacja tego, co jest już obecne w cząsteczce. Produktem tego typu reakcji jest substancja lepiej rozpuszczalna w wodzie (bardziej polarna) i łatwo ulegająca sprzęgnięciu z niektórymi związkami normalnie obecnymi w organizmie (związkami endogennymi), dając w efekcie substancję, którą można łatwo usunąć. Ogólny schemat reakcji pierwszej fazy przedstawiono na rysunku 4.4.

Rys. 4.4. Ogólny schemat reakcji pierwszej fazy (rysunek autorski, wykonanie własne). 11

Z uwagi na to, że reakcje te są bardzo rzadkie nie będą one omawiane w niniejszym opracowaniu.

45


Enzymy uczestniczące w reakcjach pierwszej fazy i katalizujące wprowadzenie tlenu do cząsteczek ksenobiotyków są integralną częścią błon siateczki śródplazmatycznej gładkiej (retikulum edoplazmatyczne gładkie) głównie hepatocytów (komórki wątrobowe). Ten złożony kompleks enzymatyczno-lipidowy określany jest jako mikrosomalne monooksygenazy, hydroksylazy lub oksydazy o funkcji mieszanej. W układzie tym zidentyfikowano trzy główne składniki: 

cytochrom P-450 – zespół różnych hemoprotein o podobnej budowie,

katalizujący

aktywację

tlenu

cząsteczkowego

i wbudowanie go w strukturę ksenobiotyków lub substancji pochodzenia endogennego; 

flawoproteinę – reduktaza cytochromu P-450 (oksydaza amin – utlenia II° i III° aminy do N-tlenków);

fosfolipidy.

Wybrane

przykłady

ilustrujące

możliwe

reakcje

pierwszej

przedstawiono w tabeli 4.1. Tabela 4.1. Wybrane przykłady reakcji pierwszej fazy. rodzaj i typ

ogólny schemat przemiany

utlenianie

reakcji

przykłady substratów

alkoholi

etanol,

i fenoli

formalina

46

fazy


desulfatacja

paration

epoksydacja

aldryna (dla uproszczenia nie ukazano atomów H w produkcie)

dehalogenacja

halotan

redukcja

X – atom halogenowca (F, Cl, Br, I) grup

nitrazepam

nitrowych

formalina,

aldehydów

wodzian chloralu kokaina, kwas

estrów

hydroliza

acetylosalicylowy glikozydów

digoksyna

metabolit

epoksydów

karbamazepiny

4.3.2. Reakcje drugiej fazy Reakcje drugiej fazy stanowią tzw. reakcje sprzęgania, ponieważ polegają na łączeniu substratu (ksenobiotyk lub jego metabolit, będący produktem reakcji pierwszej fazy) ze związkiem endogennym – tzw. endogenny czynnik sprzęgający. Ogólny schemat reakcji drugiej fazy przedstawiono na rysunku 4.5. 47


Rys. 4.5. Ogólny schemat reakcji drugiej fazy (rysunek autorski, wykonanie własne). Warto zwrócić uwagę, że powstałe grupy funkcyjne w procesie reakcji pierwszej fazy stanowią pewnego rodzaju „uchwyty chemiczne”, służące do sprzęgnięcia ksenobiotyku z endogennym czynnikiem sprzęgającym. Produkt reakcji drugiej fazy generalnie jest lepiej rozpuszczalny w wodzie, charakteryzuje się mniejszą toksycznością i znacznie łatwiej jest wydalany z ustroju niż macierzysty ksenobiotyk (produkt reakcji pierwszej fazy). Reakcje drugiej fazy zazwyczaj zachodzą szybko, a często szybkość tej reakcji determinuje szybkość całkowitego procesu. W tabeli 4.2 przedstawiono charakterystykę typowych czynników sprzęgających wraz z przykładami reakcji drugiej fazy. Tabela

4.2.

Charakterystyka

typowych

endogennych

czynników

sprzęgających wraz z przykładami reakcji drugiej fazy (HX- grupa funkcyjna, np. HO-, H2N-).

48


endogenny czynnik

ogólny schemat przemiany

sprzęgający

aktywowany

przykłady substratów

anilina,

kwas

fenol

glukuronowy

aktywowany

fenol,

siarczan(VI)

propan-2-ol

glutation

naftalen

49


4.4. Wydalanie ksenobiotyku z organizmu Ksenobiotyki są wydalane z organizmu różnymi drogami, do których z toksykologicznego punktu widzenia można zaliczyć: 

drogi oddechowe – wydalanie ksenobiotyku z powietrzem wydychanym, istotna droga eliminacji dla ksenobiotyków lotnych, zazwyczaj szybkość wydalania ksenobiotyków przez płuca nie rośnie liniowo ze wzrostem współczynnika podziału z uwagi na zachodzące procesy biotransformacji;

układ moczowy – wydalanie ksenobiotyku z moczem, głównie w postaci metabolitów (nieliczne ksenobiotyki wydalane są w niezmienionej postaci – np. kwas ftalowy), proces ten jest złożony i składa się z trzech etapów zachodzących w różnych odcinkach nefronu12: - sączenie kłębuszkowe (torebki kłębuszka nerkowego) - bierna dyfuzja kanalikowa (bliższe odcinki kanalików) - czynny transport kanalikowy (dalsze odcinki kanalików)

przewód pokarmowy – wydalanie ksenobiotyku z kałem, głównie związki nie wchłonięte i polarne (sole żółciowe, glukuronidy, bilirubina) oraz ksenobiotyki związane, występujące we krwi w postaci kompleksów wielkocząsteczkowych (mcz. > 300 u).

5. Mechanizmy działania toksycznego Tematyka mechanizmów działania toksycznego stanowi bardzo obszerny zakres, którego omówienie w niniejszym opracowaniu stanowić będzie

12

Nefron to podstawowa jednostka strukturalno-funkcjonalna nerki.

50


jedynie

elementarne

zagadnienia

ogólne

przedstawione

w

sposób

esencjonalny, obejmujące różne aspekty i przykłady. Przedstawiony poniżej zbiór zagadnień został podzielony w sposób tradycyjny na dwie zasadnicze części – działanie fizyczne oraz działanie chemiczne. 5.1. Działanie fizyczne Efekty wywołane działaniem fizycznym ksenobiotyków dotyczą sytuacji, w których ksenobiotyk działa jedynie przez swoją fizyczną obecność w określonym obszarze organizmu, nie uczestnicząc w żadnej reakcji chemicznej. Działanie fizyczne dotyczy głównie substancji organicznych i nieelektrolitów, które są zwykle dobrze rozpuszczalne w tłuszczach i dlatego łatwo przenikają przez barierę krew-mózg. Kiedy ksenobiotyk znajdzie się w mózgu może powodować przerwanie na pewien czas ważnych życiowo funkcji neuronu, czego efektem jest tzw. efekt narkotyczny, co można wytłumaczyć hipotezą zakładającą, że ksenobiotyk lipofilny gromadzi się na powierzchni i wewnątrz błony neuronu, zmieniając jego warunki oddziaływania między neuronem i jego środowiskiem zewnętrznym. Po osiągnięciu krytycznego stężenia, następuje przerwanie kontaktu między neuronem a jego środowiskiem, co prowadzi w konsekwencji do narkozy. Eksperymentalny model tej hipotezy (zwierzęta niższe wodne) wykazał wartość stężeń: ok. 0,02-0,05 mol·dm-3. 5.2. Działanie chemiczne Możliwości ksenobiotyków do wywołania efektów toksycznych wskutek działania

chemicznego

związane

zazwyczaj

z

ich

chemiczną

reaktywnością, która daje możliwość uczestniczenia w różnorodnych 51


przemianach chemicznych. Z uwagi na szeroki wachlarz możliwości, poniżej zestawiono jedynie najważniejsze elementarne informacje, dotyczące wybranych mechanizmów działania toksycznego na drodze działania chemicznego. 5.2.1. Inhibitory reakcji enzymatycznych Ogólnie enzymy to białka, które posiadają funkcję katalityczną w wielu ważnych procesach życiowych. Enzymy podczas reakcji nie są trwale zmieniane, nie są również zużywane, stąd mogą być wykorzystane powtórnie. Każdy enzym posiada, co najmniej jeden specyficzny obszar zwany centrum (miejscem) aktywnym. Enzymy tworzą tymczasowe związki ze swoimi substratami – tzw. kompleks enzym-substrat, a po rozerwaniu kompleksu uwalnia się produkt i nienaruszona cząsteczka enzymu. Ksenobiotyki mogą działać jako tzw. inhibitory13 reakcji enzymatycznych na trzy sposoby: 

inhibicja kompetecyjna (współzawodnicząca) – ksenobiotyk posiadający analogiczną strukturę do naturalnego substratu danego enzymu może utworzyć z nim tymczasowo (proces odwracalny) kompleks

enzym-ksenobiotyk,

stopień

inhibicji

zależy

od

względnego powinowactwa naturalnego substratu i inhibitora; przykładem takiego działania może być mechanizm zatrucia fluorooctanem sodu (toksyczny pestycyd do zwalczania gryzoni, rodentycyd) – substancja ta po aktywacji metabolicznej wchodzi w cykl Krebsa, tworząc kompleks enzym-ksenobiotyk (akonitazafluorocytrynian), który jest trwały i blokuje ten cykl przemian;

13

inhibitor – substancja powodujące zahamowanie bądź spowolnienie reakcji chemicznej.

52


inhibicja

niekompetecyjna/akompetecyjna

(niewspółzawodni-

cząca) – ksenobiotyk może wiązać się w innym miejscu z enzymem niż jego centrum aktywne i w ten sposób zmniejszać aktywność enzymu w reakcji z naturalnym substratem (proces odwracalny), jest to przykład tzw. oddziaływania allosterycznego14; przykładem takiego działania może być mechanizm zatrucia glifosatu (toksyczny herbicyd znany pod nazwą Roundap) – jest on akompetecyjnym inhibitorem jednego z enzymów szlaku biosyntezy aminokwasów aromatycznych; 

blokowanie grup funkcyjnych koenzymów15, dzięki którym zachodzi wiele reakcji katalizowanych enzymatycznie (np. reakcje utleniania); przykładem takiego działania może być mechanizm zatrucia luizytem (środek bojowy zawierający jony As3+) – substancja ta tworzy trwałe połączenie z kwasem liponowym, będącym koenzymem w reakcji przejścia pirogronian → acetylo-CoA, która warunkuje dostarczenie głównego substratu dla cyklu Krebsa.

5.2.2. Wpływ ksenobiotyków na procesy przewodzenia bodźców w układzie nerwowym Niektóre ksenobiotyki mogą wykazywać działanie neurotoksyczne z punktu widzenia procesów przewodzenia bodźców w układzie nerwowym. Układ nerwowy oprócz odbierania bodźców, pochodzących ze środowiska

14

oddziaływanie allosteryczne (gr. allos – inny, stereos – stanowiący bryłę) – oddziaływanie pomiędzy przestrzennie oddalonymi miejscami w cząsteczce, które powodują zmianę konformacji (zmiany strukturalne) i zaburzenia jej aktywności biologicznej. 15 koenzym - niebiałkowe części białek (np. enzymów) niezbędne dla ich aktywności biologicznej.

53


lub powstających wewnątrz ciała, służy również do zamiany tych bodźców na impulsy nerwowe, ich dalszemu przekazywaniu oraz przetwarzaniu. Przenoszenie (przekazywanie) bodźca następuje z aksonu16 do następnej komórki (neuronu, komórki mięśniowej lub wydzielniczej), co dokonuje się w synapsach. Synapsa stanowi złącze nerwowo-mięśniowe, które warunkuje przekazywanie impulsów ruchowych z nerwu na mięsień. Synapsa składa się z części presynaptycznej, która jest zakończeniem neuronu, i części postsynaptycznej,

znajdującej

się

na

błonie

komórkowej

włókna

mięśniowego. Pomiędzy częścią presynaptyczną i postsynaptyczną znajduje się szczelina synaptyczna (szerokość ok. 60 μm) – rysunek 5.1.

Rys. 5.1. Schematy budowy synapsy. W normalnym przebiegu impulsu nerwowego w synapsie, przekazywanie bodźców z presynaptycznej części neuronalnej na część postsynaptyczną

16 akson (neuryt) - stanowi element neuronu odpowiedzialny za przekazywanie informacji z ciała komórki do kolejnych neuronów lub komórek efektorowych (np. komórek mięśniowych, bądź gruczołowych); może być osłonięty osłonką włókien nerwowych.

54


odbywa

się

za

pomocą

neuroprzekaźnika

(neurotransmietera)

np. acetylocholiny (ACh). Ten neurotransmiter działa poprzez receptor17 znajdujący się w błonie postsynaptycznej. W warunkach normalnych w synapsie powstaje kompleks ACh-receptor, co stanowi bodziec dla depolaryzacji błony. Polaryzacja błony zachodzi dzięki „pompie jonowej”, a depolaryzacja następuje na skutek otwarcia kanałów oddzielnych dla jonów K+ (z wnętrza) i dla jonów Na+ (do wnętrza), przepływ jonów powoduje depolaryzację. Z punktu widzenia procesów przewodzenia bodźców w układzie nerwowym, ksenobiotyki można podzielić na trzy grupy: 

ksenobiotyki presynaptyczne – wiążą się trwale z błoną presynaptyczną, blokując kanały uwalniające ACh do przestrzeni synaptycznej; przykładem takiego działania może być mechanizm zatrucia botuliną – wiązanie tego ksenobiotyku jest nieodwracalne, mięśnie nią porażone zachowują się jak pozbawione unerwienia;

kseonobiotyki

postsynaptyczne

wiążą

się

praktycznie

nieodwracalnie z receptorem, przy czym powstający kompleks nie ma zdolności do depolaryzowania błony postsynaptycznej, w ten sposób receptory zostają zablokowane w postaci biologicznie nieczynnej i przenoszenie bodźców jest niemożliwe; przykładem takiego działania może być mechanizm zatrucia tubokuraryną (substancja czynna w kurarze);

17

receptor – wyspecjalizowane białka odbierające informacje ze środowiska zewnątrzkomórkowego i przekazujące je do odpowiednich elementów efektorowych komórki.

55


ksenobiotyki

działające

bezpośrednio

na

na

kanały

kanały

jonowe

sodowo-potasowe,

oddziałują

blokując

je

pozareceptorowo, bodziec w takich warunkach pomimo dotarcia do efektora (ACh-receptor) uwalnia transport jonów przez błonę neuronu; przykładem takiego działania może być mechanizm zatrucia tetrodotoksyną (silna trucizna pochodzenia naturalnego) – śmierć następuje

wskutek

porażenia

mięśni

szkieletowych

poprzez

zablokowanie kanałów sodowych. 5.2.3. Wpływ ksenobiotyków związany z niedotlenieniem tkanek oraz nieprawidłowym wykorzystaniem energii spalania Biorąc pod uwagę możliwy wpływ ksenobiotyków, polegający na niedotlenieniu tkanek oraz nieprawidłowym wykorzystaniu energii spalania, można wyróżnić kilka ważnych aspektów: 

deficyt

tlenu

w

powietrzu

oddechowym

zredukowane

dostarczanie tlenu do tkanki lub brak możliwości wykorzystania tlenu w procesie oddychania może upośledzić lub przerwać procesy życiowe; najbardziej narażonymi tkankami są te o intensywnych przemianach energetycznych - mózg i serce; 

hipoksja

stanowi

niedotlenienie

wywołane

toksyczną

niedokrwistością, do którego może dojść przy normalnej wartości ciśnienia tlenu we krwi tętniczej, jeśli krew zawiera zbyt mało hemoglobiny na skutek: hemolizy erytrocytów, zahamowania syntezy hemoglobiny na którymś z etapów (np. działanie ołowiu) lub uszkodzenia szpiku (np. działanie benzenu);

56


zablokowanie/unieczynnienie hemoglobiny – przyczyną może być działanie: o tlenku

węgla(II)

reaguje

ze

zredukowana

formą

hemoglobiny Hb (Fe2+), tworząc karboksyhemoglobinę (HbCO): HbO2 + CO → HbCO + O2, w wyższych stężeniach może reagować w komórkach z oksydazą cytochromową lub ze zredukowanymi cytochromami; o środków utleniających, [O]: azotany(III), metabolity amin aromatycznych

-powodują utlenienie hemoglobiny do

methemoglobiny: Hb(Fe2+) + [O] → MetHb(Fe3+); 

zablokowanie oddychania tkankowego – jest to zablokowanie przepływu elektronów w oksydazie cytochromowej, która stanowi enzym aktywujący tlen cząsteczkowy (doprowadzony przez krew do tkanek), który wykorzystywany jest głównie w mitochondriach komórek, gdzie znajdują się elementy łańcucha oddechowego; przykładem takiego działania może być mechanizm zatrucia cyjankami – porażenie ośrodka oddechowego prowadzi do szybkiego zgonu;

rozprzężenie fosforylacji oksydacyjnej – niektóre ksenobiotyki mają zdolność do „rozkojarzenia” oksydacyjnej fosforylacji, powodując, że procesy spalania zachodzą normalnie lub są przyspieszone, ale procesy fosforylacji zostają zahamowane czego efektem jest nadmierne, niekontrolowane uwalnianie energii, wywołujące wzrost ciepła ciała i w ciężkich przypadkach zgon; przykładem takiego działania może być mechanizm zatrucia pestycydami, będącymi pochodnymi 2,4-dinitrofenolu.

57


5.2.4. Wiązanie kowalencyjne aktywnych metabolitów Istota wiązania kowalencyjnego aktywnych metabolitów nie jest do końca poznana, wiadomo jednak, że może ona następować przy udziale białek (enzymów), kwasów nukleinowych (RNA, DNA), jak i również lipidów. Mechanizm ten wykazują niektóre leki np. acetaminofen (paracetamol) i bromobenzen. Leki takie w dużych dawkach (po przekroczeniu określonej dawki progowej) wywołują zmiany martwicze w wątrobie, czemu towarzyszy ich trwałe wiązanie z makrocząsteczkami (np. białkami) uszkodzonej tkanki. 5.2.5. Toksyczne działanie wolnych rodników Rodnikiem jest atom, cząsteczka lub jon (kation lub anion) zawierający, co najmniej jeden niesparowany elektron (np. •Cl, •O2, kationorodnik parakwatu, anionorodnik ponadtlenkowy), który powstaje w wyniku homolitycznego

rozszczepienia

wiązania

na

wskutek

absorpcji

promieniowania jonizującego, nadfioletowego, widzialnego, cieplnego lub w reakcjach utleniania-redukcji. Rodniki można podzielić na: 

rodniki tlenowe, np.: ponadtlenkowy (•O2), hydroksylowy (•OH);

rodniki nietlenowe, np.: lipidowy (•L), tiolowy (R-S•), wodorowy (•H).

Znaczącą rolę w metabolizmie i starzeniu się organizmów żywych odgrywają rodniki tlenowe, stanowiące reaktywne indywidua chemiczne, zawierające w swoim składzie atomy tlenu z niesparowanym elektronem – tzw. reaktywne formy tlenu (RFT). Można wyróżnić dwa źródła RFT: 

endogenne, np.: mikrosomalny łańcuch przenoszenia elektronów, mitochondrialny transport elektronów, leukocyty i makrofagi; 58


egzogenne, np.: promieniowanie UV i rentgenowskie, dym tytoniowy, zanieczyszczenia powietrza, środki spożywcze i niektóre leki.

RFT odgrywają istotną rolę w niespecyficznej obronie immunologicznej oraz pełnią funkcje regulacyjne przy wzroście, różnicowaniu się komórek oraz przenoszeniu sygnału komórkowego. W niektórych jednak przypadkach takich jak urazy, procesy zapalne i liczne schorzenia, powstają nadmiarowe ilości wolnych rodników i wówczas mechanizmy ochronne mogą być niewystarczające. Wówczas dochodzi do tzw. stresu oksydacyjnego (tlenowego), czyli braku równowagi pomiędzy generacją reaktywnych form tlenu a zdolnościami antyoksydacyjnymi organizmu. Można również powiedzieć, że stres oksydacyjny, to zaburzenie homeostazy między natężeniem

procesów

oksydacyjnych,

które

indukują

powstawanie

reaktywnych form tlenu i przeciwdziałającym systemem obronnym – antyoksydacyjnym. Stres oksydacyjny może w różnorodny sposób działać na procesy komórkowe, np. wolne rodniki są w stanie atakować lipidy, DNA, węglowodany i białka, jak i również zmiany w poziomie ekspresji genów, czy

wydajności

replikacji.

Przykładem

ksenobiotyku,

działającego

toksycznie poprzez powstawanie rodników z kwasami tłuszczowymi, jest tetrachlorek węgla (CCl4) – rodnik trichlorometylonadtlenkowy (Cl3COO•) oraz rodnik trichlorometylowy (•CCl3) są odpowiedzialne za oksydację lipidów i powstawanie kowalencyjnie związanych adduktów, czego efektem jest m.in. martwica wątroby.

59


5.2.6. Kancerogeneza chemiczna Ksenobiotyki, które mogą wywołać zmiany metabolizmu i procesy różnicowania

się

komórek,

działając

genotoksycznie

(zdolność do

wywoływania efektów toksycznych w postaci szkodliwych zmian dziedzicznych w DNA) i epigenetycznie (działanie nieuszkadzające DNA komórek) noszą

nazwę kancerogenów. Kancerogeneza (onkogeneza, nowotworzenia), to długotrwały proces powstawania nowotworu18 wywołany czynnikami genetycznymi oraz środowiskowymi, w którym komórka tracąc zdolność samokontroli nad procesami wzrostu i różnicowania, staje się komórką nowotworową. Przyczyną transformacji nowotworowej są głównie mutacje w genach, których produkty pełnią ważne funkcje w rozwoju i różnicowaniu komórek oraz biorą udział w przyjmowaniu sygnałów i przesyłaniu odpowiedzi komórki. Kancerogeny stanowią różnorodne substancje chemiczne, stąd ich klasyfikacja z punktu widzenia budowy chemicznej lub właściwości wspólnej dla wszystkich jest niemożliwa. Ksenobiotyki wykazujące właściwości kancerogenne można podzielić na dwie grupy: 

kancerogeny genotoksyczne: 

bezpośrednie – związki organiczne reagujące z DNA, np.: iperyt (gaz bojowy);

pośrednie (prekancerogeny) – ich metabolity stanowią bezpośrednie kancerogeny reagując z DNA, np.: chlorek winylu, benz[a]piren (występuje w dymie tytoniowym), aflatoksyna B1 (mikotoksyna obecna np. w zgniłych orzechach);

18

nowotwór - nieprawidłowy i nadmierny rozrost tkanki organizmu, nieskoordynowany z pozostałymi tkankami, trwający mimo ustąpienia czynnika, który go wywołał i nie reagujący na normalne mechanizmy regulujące organizmu.

60


kancerogeny epigenetyczne: 

hormony

zazwyczaj

niegenotoksyczne,

zaburzają

głównie

homeostazę hormonalną i różnicowanie, zazwyczaj działają jako promotory, np. estradiol; 

ksenobiotyki immunosupresyjne19 – zazwyczaj niegenotoksyczne, stymulują rozwój

nowotworów

indukowanych

przez

wirusy,

nowotworów

przeszczepionych lub ognisk przerzutowych, np. takrolimus; 

kokancerogeny – działając łącznie z kancerogenami bezpośrednimi lub pośrednimi nie potęgują jednocześnie ich działania, mogą jednak modyfikować przekształcanie prekancerogenów w kancerogeny bezpośrednie, np. etanol;

promotory – niegenotoksyczne, działają po zakończeniu narażenia na kancerogeny i prekancerogeny, zwiększając skutki ich działania, np. sacharyna.

Kancerogeneza

stanowi

proces

wieloetapowy,

który

można

scharakteryzować w kilku etapach: Etap I.

Inicjacja – trwałe i nieodwracalne uszkodzenie DNA o charakterze mutacyjnym; czynniki: genotoksyczne związki chemiczne i czynniki fizyczne, błędna synteza DNA;

Etap II. Promocja – klonalny wzrost „zainicjowanych” komórek; czynniki: hormony, czynniki wzrostu, ksenobiotyki niegenotoksyczne; Etap III. Progresja – nasilająca się destabilizacja genetyczna, zwiększona inwazyjność i zdolność do odległych przerzutów. 19

działanie immunosupresyjne - hamowanie procesu wytwarzania przeciwciał i komórek odpornościowych.

61


CZĘŚĆ II - Wybrane zagadnienia z toksykologii żywności

W tej części Czytelnik znajdzie wybrane, najważniejsze zagadnienia z punktu widzenia współczesnej toksykologii żywności.

"Zwykłe jedzenie też może być trucizną" Lukrecjusz (ok. 99 r. p.n.e. - ok. 55 r.p.n.e.)

62


1. Trucizny pochodzenia naturalnego (zwierzęce, roślinne i inne) 1.1. Trucizny pochodzenia naturalnego (biologicznego) Trucizny pochodzenia naturalnego towarzyszyły ludziom od zarania dziejów i stosowane były do różnych celów. Śmiercionośne jady węży, wyciągi z roślin, nasiona, trujące jagody, czy grzyby stanowiły potężne narzędzie nierzadko owiane legendą grozy lub magii. Współczesny człowiek nie dostrzega jednak dzisiaj ogromnego potencjału trucizn pochodzenia naturalnego z uwagi na rozwój technologii, przemysłu i problemu związanego bardziej z truciznami pochodzenia syntetycznego. Rozwój urbanizacji, praca w mieście, brak czasu na obcowanie z naturą, klimat oraz flora i fauna Polski w zasadzie powodują brak uwzględnienia przez ludzi poważnego zagrożenia jakie niosą trucizny pochodzenia zwierzęcego, roślinnego, czy mineralnego. Niemniej aktualne obserwacje i statystyki wskazują, że wraz z wstąpieniem Polski do Unii Europejskiej, problem tego typu zagrożeń staje się ogromny. Otwarte granice pomiędzy krajami UE powodują możliwość przemytu zwierząt, czy roślin egzotycznych i rozwoju nielegalnych hodowli. Ponadto, moda na egzotykę napędza czarny rynek nielegalnego handlu i obrotu roślinami oraz zwierzętami stwarzającymi zagrożenie dla ludzi i zwierząt. Niektóre zagadnienia w tym rozdziale wykraczają poza zakres toksykologii żywności, ale stanowią w odczuciu Autorów ciekawe i/lub niezbędne informacje potrzebne do zrozumienia całości tematyki. Substancje trujące pochodzenia naturalnego można scharakteryzować jako trucizny wytwarzane lub obecne w żywym organizmie, obejmują one 63


substancje zróżnicowane, np. pod względem pochodzenia, do których można zaliczyć np.: 

zootoksyny (toksyny zwierzęce) – złożone zwierzęce wydzieliny, w których czynna substancja chemiczna nie zawsze jest zdefiniowana; występują u wielu gatunków – m.in.: gady, płazy, ryby, pajęczaki i owady; przeważają tu substancje białkowe (enzymy) lub prostsze;

toksyny bakteryjne (jady bakteryjne) – substancje chemiczne wytwarzane przez bakterie, wywołujące zatrucie ustroju wyższego, można rozróżnić ektotoksyny (egzotoksyny) i endotoksyny;

toksyny glonowe - syntetyzowane w czasie tzw. kwitnienia wód, podczas gdy zabarwiają ją na żółto, zielono, pomarańczowo, czerwono lub brązowo w zależności od gatunku namnożonych glonów lub sinic; toksyny te nie szkodzą małżom, czy krewetkom, ale odkładają się w ich tkankach i są bardzo niebezpieczne dla zdrowia człowieka;

jad - toksyczna wydzielina zwierząt (lub bakterii) – suma wszystkich naturalnych substancji obcych, charakteryzujących się właściwościami toksycznymi, produkowanymi/wytwarzanymi przez zwierzę;

trucizny pochodzenia mineralnego – wszystkie substancje nieorganiczne pochodzenia naturalnego, które mogą stanowić zagrożenie z punktu widzenia właściwości toksycznych, np. związki rtęci, ołowiu, arsenu (z punktu widzenia żywieniowego nie stanowią praktycznie zagrożenia ponieważ w żywności związki takie nie występują)

mikotoksyny (z gr. mykes/mukos - grzyb, z łac. toxicum – trucizna) – grupa związków chemicznych, zaliczanych do wtórnych metabolitów 64


grzybów pleśniowych, głównie z rodzaju: Aspergillus, Penicillium, Fusarium i Alternaria. 

trucizny roślinne – trucizny pochodzenia roślinnego, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia

i życia ludzkiego; zawierają

substancje mogące po spożyciu lub nawet zetknięciu się z nią wywołać objawy zatrucia; Trucizny pochodzenia naturalnego mogą oddziaływać na liczne organy i tkanki ludzkie: skórę, serce, wątrobę, nerki, układ nerwowy, układ immunologiczny i układ pokarmowy. Duża część trucizn tego typu nie została dobrze zbadana i nie istnieją na nie swoiste odtrutki, stąd jest to nadal aktualny kierunek badań we współczesnej toksykologii. Co więcej, trudność analizy próbek biologicznych o bogatej matrycy stwarza nie lada wyzwania. Badanie trucizn pochodzenia naturalnego jest również bardzo pomocne w

badaniach

nad

mechanizmami

komórkowymi

na

poziomie

cząsteczkowym. Dzięki tego typu badaniom toksykologicznym można projektować nowe czynniki terapeutyczne, które mogą być zastosowane w leczeniu np. chorób układu krążenia, czy schorzeń hematologicznych. Chociaż wydaje się, że mechanizmy działania niektórych trucizn tego typu zostały już poznane, to bardzo ważne jest prowadzenie kolejnych badań w kierunku określenia zależności między strukturą a funkcją nowych trucizn. 1.2. Trucizny pochodzenia zwierzęcego Wszystkie królestwa zwierząt posiadają przedstawicieli wytwarzających substancje toksyczne lub jady. Jad służy zwierzętom do obrony, jak i również do polowania na inne zwierzęta (zdobywanie pokarmu). Substancje tego typu 65


charakteryzują się różnym stopniem szkodliwości zarówno dla człowieka jak i zwierząt, co uzależnione jest od drogi wprowadzania jadu i jego dawki. Z uwagi na to, że zwierzęta mogą: 1) posiadać trucizny rozmieszczone w całym organizmie, 2) wytwarzać jad i wprowadzać go do organizmu ofiary, jak i również 3) wytwarzać substancje szkodliwe, w toksykologii, zwierzęta klasyfikuje się jako:  zwierzęta jadowite (zwierzęta czynnie trujące) – zwierzęta posiadające budowę umożliwiającą przeniesienie trucizny do ciała ofiary (żądło, kolec jadowy, zęby/kły) na drodze: użądlenia, ukłucia, ugryzienia, ukąszenia;  zwierzęta trujące (zwierzęta biernie trujące) – zwierzęta, u których trucizny są rozmieszczone w całym organizmie i są niebezpieczne po spożyciu przez człowieka lub inne zwierzęta;  zwierzęta niebezpieczne – zwierzęta, które wytwarzają substancje szkodliwe. Istnieje powszechny pogląd, że zwierzęta używają jadu w stosunku do ludzi tylko w obronie własnej, jady służą innym zwierzętom do zabijania innych zwierząt – w celu zdobycia pokarmu lub do obrony. Nie należy również zapominać o zwierzętach, które nie wytwarzają jadu, ale również są niebezpieczne dla ludzi, czy zwierząt po spożyciu. Poniżej przedstawiono zagadnienia związane z truciznami pochodzenia zwierzęcego, które stanowią najważniejszy obecnie problem toksykologiczny – toksyny gadów (węży), toksyny pajęczaków (pająki i skorpiony) oraz toksyny rybie.

66


1.2.1. Toksyny gadów Z toksykologicznego punktu widzenia dla ludzi najbardziej niebezpieczne są węże. Wydawać by się mogło, że ukąszenia przez węże były problemem występującym w dawnych latach na terenach wiejskich, jednak obecnie mogą one stanowić bardzo poważne zagrożenie również dla osób zamieszkujących tereny miejskie. Spośród 3500 znanych gatunków węży ponad 370 (~10%) ma niebezpieczne jady, jednakże według danych Światowej Organizacji Zdrowia liczba ludzi ukąszonych przez węże to ok. 1,7 mln rocznie, a z osób ukąszonych umiera ok. 40 000 (2,3%). Z kolei inne statystyki wskazują, że każdego roku na świecie odnotowuje się około 2,5 miliona przypadków ukąszeń ludzi przez węże, z których 100 000 ma charakter śmiertelny. Występujące rozbieżności w statystykach związane są z tym, że wiele ukąszeń nie jest zgłaszanych. Ponadto istnieją również czynniki niezależne – nielegalne hodowle, moda na egzotykę, otwarte granice w krajach UE (swoboda migracji). Jad węży określany jest często jako ophiotoksyna (gr. ophis – wąż), znajduje się w gruczołach jadowych (ang. venomous glands) (górna szczęka) – powstałych na skutek przekształcenia ślinianek przyusznych i spływa przez kanaliki (kanały) do nasady zębów (kłów) jadowych, a następnie do ciała ofiary. Świeżo po pobraniu go od określonego osobnika, ma wygląd żółtawego bądź kremowego, lepkiego płynu. Jady nie są trwałe, stąd szybko tracą swoje właściwości, zarówno w temperaturze – 20°C, jak i w temperaturze ok. 4°C. Warto zauważyć, iż ilość jadu jaka jest przekazywana ofierze nie jest często proporcjonalna do skutków jakie wywołuje. Zdarzają się również tzw. ukąszenia suche – jedynie w celu odstraszenia napastnika. Wąż może również dawkować jad, aby nie pozbyć 67


się całego zapasu przy jednokrotnym ukąszeniu. Co więcej, przyjmuje się, że przy jednokrotnym ukąszeniu wąż pozbywa się ok. 20% jadu. Według niektórych badań w ostatniej dekadzie obserwuje się większą toksyczność jadów niektórych węży, co można wytłumaczyć prawdopodobnie wzrostem odporności na jad u ofiar. Dokładny skład chemiczny jadów węży nie jest znany, jednak wiadomo, że stanowią one złożone mieszaniny różnych związków biologicznie czynnych o skomplikowanej budowie, głównie o charakterze białkowym. Stąd można stwierdzić, iż jad węży stanowi złożoną mieszaninę, która może zawierać aminy biogenne, węglowodany, glikoproteiny, lipidy i jony metali. Wysuszona mieszanina składa się w 85-90% z substancji białkowych (które mogą być zarówno enzymami, jak i białkami nieenzymatycznymi) – głównie z peptydów (ok. 95% suchej masy jadu), w 10% z wody (bardzo trudnej do usunięcia), a także ze śladowych ilości pierwiastków takich jak np. Zn, P, Mg, Fe, Si i innych. W jadach większości węży znajdują się enzymy, których zidentyfikowano ok. 25. Rolą tych substancji jest rozkładanie skóry i tkanek w miejscu ukąszenia, a to umożliwia ksenobiotykom wnikanie do głębiej położonych tkanek. Ponadto, enzymy powodują destrukcję: nukleotydów,

cząsteczek

sygnałowych

(np.

energetycznych

cAMP),

jak

(np.

również

ATP),

cząsteczek

koenzymów

reakcji

oksydoredukcyjnych (NAD, NADH, NADP, NADPH). W jadach niektórych węży stwierdzono również obecność takich enzymów jak: 

acetylocholinoesterazy (AChE) – EC 3.1.1.7 – rozkłada jeden z podstawowych neuroprzekaźników - acetylocholinę na cholinę i resztę kwasu octowego;

68


dehydrogenazy mleczanowej (LDH) – katalizuje ostatni etap szlaku glikolitycznego – przejście pirogronianu w mleczan i odwrotnie;

aminotransferazy (AST) – bierze udział w przemianach białkowych;

różnorodne enzymy proteolityczne - enzymy te uczestniczące w hydrolizie białek, odpowiedzialne są za martwice tkanek w okolicach ukąszenia;

hialuronidaza - ułatwia inwazję drobnoustrojów z miejsca zakażenia w głąb skóry i tkanki łącznej (ang. spreading factor – czynnik rozprzestrzeniania); umożliwia także wnikanie substancji obcych;

fosfolipazy - zawarte w jadzie węży uszkadzają błony komórkowe, co ułatwia penetrację toksyn do komórek, w tych warunkach dochodzi do hemolizy krwi;

kolagenaza – powoduje uszkodzenie tkanki łącznej w miejscu ukąszenia przez węże.

Inne składniki jadu wpływają np. na przepuszczalność naczyń krwionośnych i włosowatych, tak że w efekcie następuje przesączanie się krwi i płynów ustrojowych do tkanek, co prowadzi do obrzęków i pomaga w przenoszeniu trucizn do krwioobiegu. Jeśli chodzi o cechy jadu węży, to można wyróżnić następujące: 

złożona struktura i synergizm (działanie synergistyczne – wzajemne wzmocnienie działania kilku substancji, gdy występują razem w danym środowisku);

69


występowanie enzymów (większość jadów) – w miejscu ukąszenia rozkładają skórę i tkanki – możliwość głębszego wnikania do tkanek innych ksenobiotyków;

zwiększona przepuszczalność naczyń krwionośnych i włosowatych (przesączanie się krwi i płynów ustrojowych do tkanek – obrzęk i transport ksenobiotyków do krwioobiegu).

Powszechnie uznaje się, że najbardziej niebezpieczne są ukąszenia węży żyjących w krajach tropikalnych, gdyż jad tych węży jest bardziej toksyczny. W tabeli 1.1. przedstawiono przykłady medialnych dawek śmiertelnych dla niektórych gatunków węży: Tabela 1.1. Toksyczność wybranych jadów węży. gatunek

LD50 [mg/kg m.c.]

Tajpan pustynny (Oxyuranus microlepidotus)

0,025

Wąż tygrysi (Notechis scutatus)

0,04

Żmija łańcuszkowa (Daboia russelii)

0,08

Grzechotnik straszliwy (Crotalus durissus)

0,30

Kobra indyjska (Naja naja)

0,40

Żmija zygzakowata (Vipera berus)

0,55

Grzechotnik preriowy (Crotalus viridis)

1,61

Grzechotnik diamentowy (Crotalus adamanteus)

1,68

Mokasyn meksykański (Agkistrodon bilineatus)

3,68

W Polsce jedynym naturalnie występującym wężem jadowitym jest żmija zygzakowata (Vipera berus), która może osiągnąć długość ponad 80 cm. Na grzbiecie obecny jest ciemniejszy od barwy podstawowej zygzak,

70


tzw. wstęga kainowa. Spotykana jest na obrzeżach lasów, podmokłych łąkach, polanach leśnych – występuje w zasadzie na terenie całej Polski. Jest wężem odpornym na złe warunki klimatyczne, dlatego występuje również w innych zimniejszych rejonach Europy. Jad tego węża nie jest bardzo toksyczny. Znajdują się w nim: enzymy proteolityczne, hialuronidaza, fosfolipaza A2, aminokwasy oraz polipeptydy o działaniu toksycznym. Śmiertelność wśród osób ukąszonych wynosi ok. 1% – najbardziej zagrożone są małe dzieci i osoby starsze. Jeśli chodzi o objawy ukąszenia przez żmiję zygzakowatą, to poza bólem i śladami ukąszenia może pojawić się powiększający obrzęk. Dodatkowo można zaobserwować wymioty, biegunki, podwyższoną leukocytozę, senność i gorączkę. Należy wyraźnie podkreślić, iż po każdym ukąszeniu konieczna jest wizyta u lekarza w celu podania surowicy. 1.2.2. Toksyny pajęczaków 1.2.2.1. Jad pająków Na świecie istnieje ok. 30 000 gatunków pająków, z których większość wytwarzają jady. Szacuje się, że ok. 200 gatunków (0,7%) pająków stanowi znaczące

niebezpieczeństwo

dla

człowieka,

z

czego

najbardziej

niebezpieczne dla człowieka żyją w ciepłych strefach klimatycznych i tam są zagrożeniem dla mieszkańców. W Polsce powszechnie znanym pająkiem jest pająk krzyżak ogrodowy, mający w składzie toksalbuminy20, nie stwarzającej zagrożeń dla zdrowia. 20

Toksalbuminy - związki białkowe o złożonej strukturze podobnej do toksyn bakteryjnych, wywołujące zbliżone reakcje fizjologiczne.

71


Ukąszenie przez jadowite pajęczaki (pająki i skorpiony) nosi nazwę arachnidyzmu, z kolei ukąszenia przez jadowite pająki to araneizm. Należy zauważyć, iż ukąszenia przez pająki nie są obligatoryjnie monitorowane, jednakże według statystyk w USA (2005 r.) odnotowano 17 051 przypadków ukąszeń: 14,4% – czarna wdowa; 13,1% – pustelnik brunatny; 70% – nie określono gatunku. Czysty jad pająków stanowi bezbarwną, przejrzystą ciecz, która łatwo rozpuszcza się w wodzie; posiada odczyn obojętny lub zasadowy (rzadko kwasowy), podobnie jak jady innych zwierząt jest on bardzo heterogenny pod względem składu chemicznego. Wiele pająków nie ma niebezpiecznej ilości jadu lub sposobów ich wprowadzenia oraz mogą być niegroźne dla człowieka z uwagi na działanie jadów (działanie na specyficzne receptory bezkręgowców). Jad wytworzony przez gruczoły jadowe składa się głównie z białek - enzymów proteolitycznych, które służą do wstępnego trawienia ofiary złapanej za pomocą pajęczyny, jak i do obezwładnienia ofiary. Ponadto, enzymy pomagają strawić tkanki ofiary tak, aby uczynić je bardziej przyswajalnymi dla pająka. Podobnie jak w jadzie węży, występuje tutaj hialuronidaza, która przez trawienie struktur macierzy międzykomórkowej pomaga w rozprzestrzenieniu się jadu, podobną funkcję maja aminy biogenne o działaniu wazorelaksacyjnym zmian miejscowych po ukąszeniu przez niektóre pająki. Należy jednakże zauważyć, że skład jadu pająków jest mało poznany pod względem składu chemicznego, co więcej skład jadu pająków zmienia się w zależności od pory roku. Stąd rola składników jadu pająków jest złożona i nie jest w pełni poznana. Głównym składnikiem są neurotoksyny, które służą do obezwładnienia ofiary poprzez wpływ na przekaźnictwo nerwowe: 72


receptory neuronalne, kanały jonowe, białka w błonie presynaptycznej odpowiedzialne za uwalnianie neuroprzekaźników. Ukąszenie większości jadowitych pająków powoduje u człowieka tylko zmiany miejscowe, niektóre zaś mogą być przyczyną poważnych objawów ogólnoustrojowych.

Można

wyróżnić

sześć

zespołów

klinicznych

związanych z ukąszeniami przez pająki:  Latrodektyzm – zespół objawów związany z ukąszeniem przez pająki z rodzaju Latrodectus spp. (wdów);  Loksoscelizm – zespół objawów związany z ukąszeniem przez pająki z rodzaju Loxosceles spp.;  Arenizm - związany z martwicą tkanek w wyniku ukąszeń przez gatunki inne niż Loxosceles spp.;  Neurotoksyczność - związana z ukąszeniami przez Atrax spp.  Foneutryzm – zespół objawów związany z ukąszeniem przez pająki z rodzaju Phoneutria spp.;  Araneizm - związany z działaniem drażniącym i alergizującym włosków pająka. Zauważenie ukąszenia może ułatwić rozpoznanie, ale identyfikacja gatunku pająka wymaga doświadczenia i zwykle jest niemożliwa – należy zasięgnąć porady arachnologa. Na podstawie miejsca ukąszenia nie jest możliwe jednoznaczne stwierdzenie czy przyczyną zmiany było ukąszenie przez pająka, ponadto diagnostyka laboratoryjna w przypadku ukąszeń przez pająki ma ograniczone znaczenie, zwłaszcza po ukąszeniach przez przedstawicieli

krajowej

arachnofauny.

Badania

toksykologiczne,

pozwalające wykryć jad pająka w płynach biologicznych osób ukąszonych, 73


nie są rutynowo dostępne, stąd zaleca się dostarczenie wraz z osobą poszkodowaną pająka, który był przyczyną ukąszenia (jeśli to możliwe). 1.2.2.2. Jad skorpionów Szacuje się, że na świecie istnieje ok. 800 gatunków skorpionów, z których wszystkie wytwarzają jady, a ponad 75 gatunków (~10%) stanowi znaczące niebezpieczeństwo dla człowieka. Jadowite skorpiony występują głównie na pustynnych terenach krajów tropikalnych, jednakże w Europie również można je spotykać – np. w basenie Morza Śródziemnego w południowych rejonach Austrii i Szwajcarii (Skorpion włoski, Skorpion polny). Według Światowej Organizacji Zdrowia, rocznie na świecie odnotowuje się ok. 150 000 rocznie przypadków ukłuć przez skorpiony – głównie w Ameryce Środkowej i północnej Afryce, z kolei średnia śmiertelność u dorosłych wynosi 2%, u dzieci 20%. Podobnie jak w przypadku węży i pająków - jady skorpionów żyjących w tropiku są znacznie bardziej niebezpieczne, ponadto toksyczność niektórych znacznie przekracza szkodliwość jadów groźnych węży. Jad skorpiona wydzielany jest w mniejszych ilościach niż jad węży (ok. 0,1-0,6 mg). Jad znajduje się w aparacie jadowym, z kolei w gruczołach jadowych wytwarzany jest śluz i jad (ze zmieszania wydzieliny tej powstaje tzw. jad właściwy), który szybko ulega dystrybucji do tkanek. Z biochemicznego punktu widzenia, jad stanowi niejednorodną mieszaninę rozpuszczalną w wodzie, a jego skład chemiczny jest zróżnicowany i zależy od gatunku skorpiona. Należy zauważyć, iż jad skorpionów zawiera ok. 100 000 ksenobiotyków, gdzie większość to proteiny neurotoksyczne działające na kanały jonowe (Na+, K+, Ca2+, Cl-) zbudowane z 60-70 reszt 74


aminokwasowych. Oprócz tego w jadzie znajduje się również fosfolipaza A2, hialuronidaza i serotonina. Co więcej, jad wykazuje również właściwości kardiotoksyczne. Ukąszenie przez skorpiony charakteryzuje się różnymi objawami – od niegroźnej miejscowej bolesności do poważnych objawów w organizmie, prowadzących do śmierci w wyniku niewydolności oddechowej lub krążeniowej. Stopień nasilenia objawów ukłucia przez skorpiony zależy od kilku

czynników

takich

jak:

1)

gatunek

skorpiona,

2)

wiek

i wielkość skorpiona, 3) kondycja aparatu jadowego; 4) liczba ukłuć i ich głębokości; 5) miejsce ukąszenia. Ponadto, na przebieg kliniczny zatrucia jadem skorpionów rzutują cechy indywidualne osoby ukąszonej: 1) wiek, 2) stan zdrowia, 3) masa ciała, 4) obecność schorzeń towarzyszących. Pierwsze objawy po ukąszeniu zwykle pojawiają się w ciągu kilku minut, osiągają maksymalne nasilenie po ok. 5 h i trwają od 24 - 72 h. Rozpoznanie ukąszenia przez skorpiony opiera się głównie na podstawie wywiadu i badania przedmiotowego. Należy zauważyć, że poziom jadu skorpionów w surowicy może korespondować z nasileniem objawów klinicznych, a jego oznaczenie jest możliwe metodami immunoenzymatycznymi, jednakże w rutynowej diagnostyce badania te nie są dostępne. 1.2.3. Toksyny rybie Podwodny świat zwierząt liczy ok. 40 000-50 000 zwierząt, z których ok. 20 000 (~45%) wykazuje działanie toksyczne – głównie ryby i mięczaki. Większość trujących lub jadowitych ryb żyje w rejonach tropikalnych raf koralowych. Z toksykologicznego punktu widzenia, ryby można podzielić na: 

ryby jadowite – ryby wytwarzające jady; 75


ryby trujące – ryby, które nie wytwarzają jadu, ale posiadają substancje trujące: – ichtiotoksyczne – mają trujące właściwości tylko w gonadach (trujące po spożyciu ich ikry); – trujące pasywne - trucizny działają po spożyciu ryb.

Niektóre trucizny są wytwarzane w organizmach ryb (jady), inne pochodzą od mikroorganizmów żyjących w symbiozie z rybami lub z pokarmu przyjmowanego przez ryby. Z biochemicznego punktu widzenia, w jadach ryb znajdują się złożone substancje białkowe, z których większość działa neurotoksycznie. Do najczęstszych wypadków należą ukłucia kolcami połączonymi z gruczołami jadowymi, które są bolesne i powodują ogniskowe zapalenia w miejscach ukłucia, a czasami martwicę. Ponadto, jad może działać ogólnoustrojowo na pracę serca, układ krążenia i mięśnie szkieletowe. W ciężkich przypadkach może nastąpić paraliż kończyn i zapaść. Jedną z najbardziej znanych trucizn rybich jest tetrodotoksyna (TTX), dla której wartość medialnej dawki letalnej wynosi 8 g/kg m.c. – rysunek 1.1.

Rys. 1.1. Wzór cząsteczki tetrodotoksyny. Oprócz swoich właściwości toksycznych – neurotoksyna blokująca kanały sodowe, trucizna ta nadaje rybie niezwykły zapach i pełni rolę odstraszającą

76


(drapieżniki) oraz wabiącą (feromon wabiący samców). Należy zauważyć, iż substancja ta wytwarzana jest przez bakterie (Pseudoalteromonas halopanktis tetraodonis), ale przechowywana jest przez ryby. Objawy zatrucia pojawiają się zwykle już po 5-20 minutach od spożycia (w zależności od dawki), do których można zaliczyć: drętwienie, mrowienie warg, języka i wnętrza jamy ustnej, zaburzenia żołądkowo-jelitowe, w tym: wymioty, ból brzucha, biegunka, ogólne osłabienie, a następnie porażenie mięśni: kończyn i klatki piersiowej, spadek ciśnienia krwi, słaby puls oraz śmierć, która może nastąpić w ciągu 30 minut. Do zatruć najczęściej dochodzi po spożyciu przygotowanej ryby – rozdymka tygrysia (Takifugu rubripes) w restauracji. Warto zwrócić uwagę, iż

danie

z

tej

ryby

przygotowywane

może

być

tylko

przez

wykwalifikowanego i dyplomowanego kucharza, a osoba decydująca się na zjedzenie takiego posiłku podpisuje oświadczenie na temat nie wnoszenia o odszkodowanie w razie nieudanego posiłku. Należy zauważyć również, iż odtrutka na tetrodotoksynę nie jest znana, a leczenie polega na płukaniu żołądka, podaniu węgla aktywnego w celu związania toksyny i podjęcia standardowych czynności podtrzymujących życie, aby umożliwić pacjentowi przeżycie do chwili, gdy działanie trucizny minie. 1.3. Toksyczność roślin Rośliny toksyczne to takie, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia ludzkiego i zawierają substancje, mogące po spożyciu lub nawet zetknięciu się z nią, wywołać objawy zatrucia. Polska flora obejmuje ok. 2300 gatunków

roślin

wyższych,

czyli

77

roślin

o

budowie

tkankowej


(nieplechowców) – za rośliny szkodliwe uznaje się ok. 200 gatunków (~7%). Rośliny uznawane za toksyczne można podzielić na dwie grupy: 

rośliny trujące o wyraźnie negatywnym działaniu, mogące spowodować nawet zatrucia śmiertelne;

rośliny szkodliwe, mogące wywoływać objawy niekorzystne dla zdrowia, lecz bezpośrednio niezagrażające życiu.

Zatrucia roślinami są zatruciami mieszanymi, a efekt zależy od: 

składu jakościowego i ilościowego substancji aktywnych;

interakcji pomiędzy składnikami;

wieku i stanu zdrowia osoby zatrutej.

Ponadto należy zauważyć, iż różne części roślin mogą być w różny sposób niebezpieczne dla człowieka. Na przykład spożycie liści lulka czarnego powoduje wystąpienie pobudzenia ośrodkowego układu nerwowego (atropina), a spożycie nasion objawy hamowania pobudzenia ośrodkowego układu nerwowego (skopolamina). Z kolei bulwy ziemniaka są spożywane powszechnie, a spożycie owoców prowadzi do zatrucia (solanina). Innym przykładem może być spożycie liści surowych lub niedogotowanych nasion fasoli (szczególnie niedojrzałej) prowadzące do zatrucia – fazyna (toksalbumina) ulega rozkładowi w podwyższonej temperaturze. Ponadto spożycie preparatów jemioły w dawkach nieterapeutycznych prowadzi do podrażnienia przewodu pokarmowego, a podanie pozajelitowe do poważnych zaburzeń układu sercowo-naczyniowego (wiskotoksyna i inne choliny).

78


1.4. Podział substancji toksycznych zawartych w roślinach We wspomnianych wcześniej roślinach używano nazw pewnych grup substancji chemicznych, które są ważne z toksykologicznego punktu widzenia - oleje, olejki eteryczne, alkaloidy, glikozydy, toksalbuminy oraz związki o zróżnicowanej budowie. Poniżej przedstawiono wybrane grupy substancji toksycznych oraz przykłady. 1.4.1. Oleje Oleje stanowią podstawowe bezazotowe substancje naturalne pochodzenia roślinnego. Z chemicznego punktu widzenia, oprócz prostych związków, stanowiących połączenie estrowe glicerolu z kwasami tłuszczowymi, istnieją oleje o bardziej skomplikowanej budowie chemicznej. Najbardziej znanym olejem trującym jest olej krotonowy (Crotinis oleum), który jest otrzymywany z silnie trujących nasion egzotycznej rośliny –

krocień przeczyszczający (Croton tiglium Linn.). Nasiona tej rośliny

zawierają ok. 50% silnie przeczyszczającego oleju, którego nawet kilka kropli podanych doustnie może wywołać stany zapalne przewodu pokarmowego i silne krwawe biegunki. Działanie przeczyszczające oleju krotonowego związane jest z obecnością forbolu – estru tricyklicznego alkoholu. Z kolei diestry forbolu są silnie rakotwórcze i bywają stosowane do wywołania nowotworów u zwierząt doświadczalnych w badaniach toksykologicznych. 1.4.2. Olejki eteryczne Naturalne olejki eteryczne są biosyntetyzowane przez rośliny i charakteryzują się silnym zapachem i dużą lotnością. Z chemicznego punktu 79


widzenia są to mieszaniny o złożonym składzie. W temperaturze pokojowej stanowią ciecze optycznie czynne, łatwo ulatniające się przez parowanie i dobrze rozpuszczalne w tłuszczach, ale nierozpuszczalne w wodzie. Zazwyczaj są bezbarwne, ale mogą czasami przyjmować żółtawe, zielone albo niebieskie zabarwienie. W zależności od składników chemicznych zawartych w olejku, olejki eteryczne mogą wpływać na organizm ludzki w różny sposób. Z uwagi na lipofilny charakter, olejki dość łatwo wchłaniają się przez skórę, ale mogą również przedostawać się przez przewód pokarmowy i przez płuca. Ponadto stwierdzono, że olejki eteryczne mogą przechodzić również do mleka karmiących matek. Toksyczne działanie olejków eterycznych może objawiać się w przypadkach świadomego używania ich jako środków poronnych lub niewłaściwego stosowania w celach terapeutycznych. W tabeli 1.2. przedstawiono przykłady i krótką charakterystykę olejków eterycznych, istotnych z toksykologicznego punktu widzenia. Tabela 1.2. Przykłady olejków eterycznych i ich charakterystyka toksykologiczna. nazwa olejku

charakterystyka toksykologiczna

olejek jałowcowy (Juniperi baccarum oleum)

Jego głównymi składnikami są terpeny: α-pinen, kamfen oraz seskwiterpen. Zazwyczaj stosowany jako środek wzmagający diurezę - tylko w dużych dawkach może wywołać objawy toksyczne. Podany doustnie, wziewnie lub wchłonięty przez skórę (wywołuje zaczerwienienie i/lub stany zapalne) może wywołać podrażnienie narządów układu moczowego i zaburzenia czynnościowe: parcie na mocz (mocz pachnie fiołkami), krwiomocz, białkomocz i dolegliwości w okolicy nerek. Olejek z niedojrzałych (zielonych) owoców jałowca jest o wiele bardziej toksyczny niż z owoców w pełni dojrzałych (czarnych).

80


olejek tujowy (Thuja occidentalis oleum)

Głównymi składnikami są: tujon (keton terpenowy), pinen i kamfen, które działają głównie miejscowo, drażniąco przy zetknięciu się ze skóra i błoną śluzową. Tylko bardzo duże dawki olejku mogą wywołać poronienia i ciężkie uszkodzenia narządów miąższowych. Oprócz czystego olejku odnotowywane są przypadki stosowania naparów lub odwarów ze szczytów pędów tui w celach poronnych. Dłuższe działanie może powodować degenerację wątroby i nerek. Wystąpić mogą również krwawienia z narządów układu pokarmowego i moczowego, a w końcowej fazie wystąpić może utrata przytomności, a nawet śpiączka.

olejek z ziela ruty (Ruta graveolens oleum)

Składa się z bardzo wielu związków o charakterze ketonów: karbinole, limonen, pineny i cyneol, które są szczególnie toksyczne, ponieważ działają drażniąco w zetknięciu ze skórą lub błoną śluzową. Ponieważ wywołują one również skurcze mięśni macicy, to stosowane są do poronień. W zielu ruty oprócz olejku obecne są również związki furokumarynowe, które uczulają skórę na promienie słoneczne, powodujące trudno gojące się oparzenia.

olejek szałwiowy (Salvia officianalis oleum)

Składnikiem dominującym w olejku jest tujon (~50%) oraz wiele innych substancji, takich jak: pinen, cyneol, borneol i kamfora. Istotnym związkiem, mogącym wywoływać zatrucia jest tujon. Olejek może wywoływać ataki epilepsji, z kolei nadmierne zażycie naparów powoduje m.in.: suchość w jamie ustnej, uczucie gorąca, przyspieszenie pracy serca, czy zaparcia. Ciężkie zatrucia olejkiem szałwii lekarskiej są bardzo rzadkie.

olejek wrotyczowy (Tanacetum vulgare oleum)

Głównym składnikiem olejku jest tujon (~70%) i kamfora. Dawkami wywołującymi objawy zatrucia mogą być kilkugramowe ilości surowca, a dawką śmiertelną jest 1,5 g olejku. Zatrucia są sporadyczne, głównie przy stosowaniu wrotyczu jako środka poronnego.

1.4.3. Alkaloidy Alkaloidy (arab. alkali - potaż i gr. εδος eidos – postać/przyjmujący postać zasady) – zasadowe związki organiczne pochodzenia roślinnego, zawierające układy cykliczne z co najmniej jednym zasadowym atomem azotu w pierścieniu lub poza pierścieniem. Prekursorami do biosyntezy tych związków chemicznych są aminokwasy. Alkaloidy wykazują zwykle silne 81


działanie biologiczne, a większość z nich jest bardzo słabo rozpuszczalna w wodzie, natomiast łatwo rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych. Do tej pory poznano budowę ok. 6500 alkaloidów, z których ponad sto znalazło zastosowanie w medycynie. W tabeli 1.3. przedstawiono wybrane przykłady alkaloidów roślin, w których występują oraz ich krótką charakterystykę toksykologiczną. Tabela 1.3. Przykłady alkaloidów. grupa alkaloidów

przykład nazwa rośliny

charakterystyka toksykologiczna

Pokrzyk wilcza jagoda (Atropa belladona L.)

Alkaloidy tropanowe obecne są w całej roślinie (liście, korzenie, owoce i nasiona). Głównymi substancjami są atropina i skopolamina. Dawki śmiertelne atropiny wahają się i zależą od wielu czynników (np. wiek osoby, części rośliny), a działanie tego alkaloidu powoduje: zahamowanie wydzielania potu, śluzu i soków żołądkowych oraz rozszerzenie źrenicy, przyspieszenie pracy serca, zmniejszenie napięcia mięśni gładkich pęcherzyka żółciowego, pęcherza i jelit. Duże dawki mogą również powodować halucynacje. Z kolei skopolamina działa depresyjnie na czynności wegetatywne oraz psychomotoryczne mózgu. Zatrucia tą rośliną to głównie pomyłkowe zjedzenie przez dzieci lub dorosłych efektownie wyglądających jagód podobnych do czarnych czereśni.

Bieluń dziędzierzawa (Datura stramonium L.)

Alkaloidy tropanowe stwierdzono w całej roślinie, z których głównymi są atropina i skopolamina (podobnie jak w pokrzyku wilczej jagodzie), działanie alkaloidów bielunia jest identyczne jak w pokrzyku. Zatrucia mogą być wywołane przez przedawkowanie surowca, jaki stanowią liście bielunia dziędzierzawy lub na skutek zjedzenia nasion w celu wywołania stanu oszołomienia lub halucynacji (łatwo dostępny i tani środek narkotyczny).

Alkaloidy tropinowe

82


Lulek czarny (Hyoscyamus niger L.)

W świeżych roślinach głównym alkaloidem jest L-hioscyjamina, a w suchym surowcu – atropina i skopolamina. Zazwyczaj zatrucia lulkiem powstają wskutek spożycia jego nasion omyłkowo wziętych za nasiona maku lub ziarna kaszy. Podobnie jak w przypadku bielunia przypadki zatruć mogą też wystąpić po spożyciu nasion tej rośliny przez dzieci lub młodzież w celach odurzających. Bardzo rzadko spotyka się stosowanie lulka w celach samobójczych.

Szczwół plamisty (Conium maculatum L.)

Głównymi alkaloidami związanymi z toksycznym działaniem są: koniina, konhydryna i koniceina. Koniina jest szczególnie niebezpieczna, bowiem działa podobnie do nikotyny (posiada zapach myszy) – głównie na zwoje rdzenia przedłużonego. Zatrucia mogą powstać podczas prób samobójczych lub przez pomylenie rośliny z korzeniami pietruszki lub chrzanu. Dawka śmiertelna wynosi 6-10 g, a objawy zatrucia może wywołać nawet wąchanie rośliny.

Złotokap pospolity (Laburnum anagyroides Medik.)

W całej roślinie (najwięcej w nasionach i kwiatach) znajdują się głównie dwa alkaloidy: cytyzyna i metylocytyzyna. Największe zagrożenie toksykologiczne stwarzają zielone owoce (strąki i nasiona), głównie w przypadku dzieci, które bawiąc się mogą je zjadać. Cytyzyna działa podobnie do nikotyny – po przyjęciu doustnym wywołuje najpierw pobudzenie ośrodków wymiotnego i oddechowego, a następnie ich porażenie. Dawki śmiertelne powodują porażenie oddechu.

Buławinka czerwona (Claviceps purpurea (Fr.) Tul.)

W przetrwalnikach grzyba buławinki czerwonej (tzw. sporysz) jest bardzo wiele związków o charakterze alkaloidów m.in. pochodne kwasu lizergowego, (np. ergometryna) i pochodne ergopeptydyny (ergotamina, ergotoksyna, ergokryptyna i ergokornina). Działanie tych związków polega na wywoływaniu skurczów mięśni macicy oraz mięśni gładkich naczyń krwionośnych. Dawniej powodem występowania takich objawów było znaczne zanieczyszczenie

Alkaloidy pochodne pirydyny i piperydyny

Alkaloidy indolowe

83


ziarna zbóż sporyszem, które obecnie nie występuje. Objawy zatruć po zjedzeniu przetrwalników lub zażyciu przetworów sporyszowych to: bóle brzucha, pragnienie, kolki, wymioty oraz biegunka. W dalszej fazie oszołomienie, ból głowy i stany niepokoju. Obserwuje się także szybkie tętno, podniesienie ciśnienia na skutek zwężenia naczyń krwionośnych, sinica kończyn a u kobiet krwawienie macicy.

Kluczyba wronie oko (Strychnos nuxvomica L.)

W Polsce ani w Europie kulczyba wronie oko nie występuje, ponieważ są to drzewa tropikalne. Rośliny te wytwarzają jedne z najsilniej działających alkaloidów – strychninę i brucynę. Zarówno nasiona, jak i inne części roślin są bardzo silnymi truciznami, jednakże w Polsce nie stanowią większego zagrożenia toksykologicznego.

Mak lekarski (Papaver somniferum L.)

We wszystkich organach maku lekarskiego (oprócz nasion) jest sok mleczny, w którym występuje ponad 40 różnych alkaloidów: morfina, narkotyna, kodeina i papaweryna. Związki te można otrzymać z zestalonego, suchego soku mlecznego wyciekającego z naciętych, niedojrzałych makówek (opium) lub słomy makowej. Nielegalne uprawy maku morfinowego są stosowane przez narkomanów.

Mak polny (Papaver rhoeas L.)

Głównym alkaloidem w maku polnym jest readyna, która jest związkiem trującym w większych dawkach, wywołującym drgawki i śpiączkę. Zazwyczaj zdarza się to w przypadku zjedzenia przez dzieci większych ilości czerwonych płatków korony kwiatowej. Podobne objawy mogą wystąpić u krów pasących się na zachwaszczonych makami pastwiskach. Zatrucia tymi roślinami są niezwykle rzadkie.

Ziemniak (Solanum tuberosum L.)

W całej roślinie występuje glikoalkaloid – solanina. W bulwach (zwanych potocznie ziemniakami) praktycznie nie ma obecnej solaniny, jednakże w ziemniakach, na których wyrastają kiełki, zawartość solaniny może wynosić nawet do 5%. Związek ten wykazuje

Alkaloidy izochinolinowe

Alkaloidy steroidowe

84


właściwości hemolityczne oraz początkowo działa pobudzająco na ośrodkowy układ nerwowy. Następnie działa porażająco, upośledzając ośrodek oddechowy. Zatrucia ziemniakami u ludzi możliwe są w przypadku zjedzenia niedojrzałych owoców – głównie przez dzieci w okresie jesieni, chociaż zagrożenie zatruciem zwykle pojawia się już wiosną (kwiecień/maj) w razie spożycia potraw z kiełkujących kartofli.

Psianka słodkogórz (Solanum dulcamara L.)

Roślina ta zawiera zespół glikoalkaloidów (głównie soladulcyna) i saponiny steroidowe. Zagrożenie toksykologiczne jest bardzo małe, ponieważ najbardziej trujące ziele trudne jest do pomylenia z roślinami użytkowymi, a z kolei dojrzałe czerwone owoce, są minimalnie toksyczne. Objawy zatruć spowodowane glikoalkaloidami tej rośliny zbliżone są do objawów zatruć ziemniakami, czy psianką czarną.

Zimowit jesienny (Colchicum autumnale L.)

Zimowit zawiera głównie pseudoalkaloidy takie jak: kolchicyna, kolchizyd oraz demekolcyna. Kolchicyna jest trucizną komórkową, która powoduje zaburzenia w podziałach komórek, a podana doustnie wywołuje ostre stany żołądkowo-jelitowe i toksycznie wpływa na układ nerwowy, porażając ośrodek oddechowy, co może być powodem śmierci. Pierwsze objawy zatrucia kolchicyną to: kolki, biegunka, pieczenie w ustach i gardle.

Tojad mocny (Aconitum napellus. L.)

Roślina ta zawiera alkaloidy będące pochodnymi diterpenów z grupy akonityny: akonityna, benzylokonina i napelina. Akonityna stanowi bardzo toksyczną substancję, która działa na ośrodek oddechowy, powodując najpierw przyspieszenie oddechu, a w końcu jego porażenie. Związek ten pobudza ośrodki motoryczne, ośrodek wymiotny i powoduje rozszerzenie źrenic. Zatrucia mogą wystąpić przez pomyłkowe zastosowanie leków zawierających akonitynę lub zastosowanie w celach zbrodniczych lub samobójczych.

Alkaloidy o różnej budowie chemicznej

85


1.4.4. Glikozydy Glikozydy to związki chemiczne, pochodne węglowodanów, których anomeryczny atom węgla jest związany przez kondensację do atomu niecukrowej grupy. Kondensacja ta zachodzi najczęściej przez atom tlenu rzadziej węgla, siarki lub azotu. Część cukrową takiego związku nazywa się glikonem, a cząsteczkę niecukrową aglikonem. w przypadku glikozydów roślinnych część cukrowa składa się najczęściej z kilku (do 12) cząsteczek cukrów prostych. W grupie glikozydów można wyróżnić: saponiny, tioglikozydy, a także związki fenolowe, fityniany, glikopeptydy i wiele innych. Glikozydy są trwałe w środowisku obojętnym i nie wykazują mutarotacji, zaś po zakwaszeniu środowiska następuje reakcja odwracalna i zachodzi mutarotacja. W tabeli 1.4. przedstawiono wybrane przykłady roślin zawierających glikozydy oraz ich charakterystykę toksykologiczną Tabela 1.4. Wybrane przykłady glikozydów. nazwa rośliny

glikozydy i ich charakterystyka toksykologiczna

Naparstnica purpurowa (Digitalis purpurea L.)

Naparstnica purpurowa jest rośliną dwuletnią występującą w Polsce w stanie naturalnym bardzo rzadko. Z tych względów została objęta ochroną gatunkową. Głównie w jej liściach występują związki kardenolidowe oraz glikogitalotoksyny: digitoksygeniny, gitoksygeniny i gitaloksygeniny. Naparstnica purpurowa zawiera również saponinę – digitoninę. Wymienione związki wykazują właściwości kardiotoksyczne. Zatrucia samą rośliną w zasadzie nie występują, ale łatwo może je spowodować przedawkowanie preparatów z naparstnicy purpurowej i jako następstwo kumulowania się dawek. Znane są bardzo rzadkie przypadki zatruć preparatami naparstnicy purpurowej u sportowców (doping), u poborowych chcących uniknąć służby wojskowej lub u dzieci bawiących się lekami.

Konwalia majowa (Convallaria majalis L.)

W kwiatostanach, ziela a także w owocach konwalii obecne są glikozydy nasercowe – głównie konwalatoksyna. Możliwość zatruć to przedawkowanie leków zawierających glikozydy, ale również zatrucia u dzieci

86


po zjedzeniu czerwonych owoców konwalii (dojrzewających na przełomie lata i jesieni). Zatrucia są dość rzadkie, ale jeśli do nich dojdzie to charakteryzują się: nudnościami, wymiotami, biegunką, zawrotami głowy lub zaburzeniami pracy serca.

Kąkol polny (Agrostemma githago L.)

W całej roślinie występuje saponina trójterpenowa, która zawiera gipsogeninę. Najwięcej tej substancji znajduje się w nasionach. Roślina ta najczęściej bywała przyczyną zatruć, gdyż stanowiła domieszkę do zboża i mąki (szczególnie pieczywo). Z uwagi jednak na stosowanie herbicydów, obecnie takie zagrożenie praktycznie nie istnieje.

1.4.5. Toksalbuminy roślinne Toksalbuminy roślinne są związkami białkowymi o dużych rozmiarach cząsteczek (nie dają się dializować). Z chemicznego punktu widzenia są podobne strukturą do toksyn bakteryjnych i wywołują zbliżone reakcje fizjologiczne. Tak jak toksyny bakteryjne działają one jako antygeny, powodując powstanie przeciwciał. W wyższych temperaturach może dojść do ich rozpadu. Podane doustnie wywołują silne zatrucia, które objawiają się podrażnieniem przewodu pokarmowego, wymiotami, obrzękami wątroby i nerek oraz ich uszkodzeniem. Podawane pozajelitowo działają znacznie silniej niż przy zażyciu doustnym. W tabeli 1.5. podano przykłady najbardziej znanych toksalbumin, nazwy roślin w których występują oraz krótką charakterystykę toksykologiczną.

87


Tabela 1.5. Wybrane przykłady toksalbumin roślinnych. nazwa toksalbuminy

rycyna

cykutotoksyna

nazwa rośliny

charakterystyka toksykologiczna

Rącznik pospolity (Ricinus communis L.)

Rycyna jest najsilniej działającą ze znanych toksalbumin. Podanie tej substancji pozajelitowo nawet w ilościach śladowych (10-4 mg/kg) może być dawką śmiertelną, z kolei podawana doustnie wchłania się tylko częściowo i w związku z tym jest o wiele mniej toksyczna. Pokruszone nasiona wywołują silne, bardzo poważne zatrucie, co objawia się: pieczeniem w jamie ustnej, stanami zapalnymi żołądka i jelit, wymiotami, kolkami, krwawą biegunką i obrzmieniem wątroby oraz nerek. Nawet kilka nasion rącznika może być dawką śmiertelną dla dziecka. W Polsce występuje realne zagrożenie zatruciami rącznikiem podczas przetwarzania jego nasion na olej.

Szalej jadowity (Cicuta virosa L.)

W zasadzie w całej roślinie można znaleźć cykutotoksynę, ale w okresie maj/czerwiec jest jej najwięcej. Substancja ta po dostaniu się do organizmu człowieka wywołuje bardzo silne drgawki na skutek działania na o.u.n., z kolei w większych dawkach poraża układ naczynioruchowy, nerw błędny i ośrodek oddechowy, co doprowadza do zgonu. Pierwsze objawy zatrucia są prawie natychmiastowe – pieczenie w ustach i przełyku, nudności, bicie serca, zawroty głowy, uczucie upojenia, omdlenia i napady drgawek. Ponadto występuje również: ślinotok, krwawa piana na ustach i utrata przytomności.

1.5. Toksyny grzybowe Grzyby (Fungi) to królestwo należące do domeny jądrowców (Eucaryota), wielokomórkowe lub komórczakowe organizmy cudzożywne (głównie osmotroficzne), niezdolne do aktywnego ruchu, o ścianach komórkowych zbudowanych z chityny. Z toksykologicznego punktu widzenia rozróżnia się dwa typy niebezpiecznych grzybów – klasyczne grzyby leśne (kapeluszowe) 88


i pleśnie – saprofityczne grzyby z różnych grup systematycznych, które wytwarzają niebezpieczne dla zdrowia mikotoksyny. 1.5.1. Trucizny z grzybów leśnych Grzyby są tworzącymi zarodniki postaciami włóknistych grzybów lądowych. Zatrucia grzybami (kapeluszowymi) są w Polsce poważnym problemem

społecznym

i

medycznym,

które

charakteryzują

się

sezonowością. Na świecie opisano około 100 000 gatunków grzybów, z których ok. 20-300 jest uznanych za jadalne, a 50-100 uważanych jest za trujące. Oprócz zatruć grzybami halucynogennymi, większość zatruć grzybami ma charakter przypadkowy, a tylko w wyjątkowych sytuacjach mogą to być samobójstwa. W skrajnych przypadkach konsumpcja nawet jednego Z

kawałka

grzyba

toksykologicznego

trującego

punktu

może

widzenia,

okazać do

się

śmiertelna.

niektórych

bardzo

niebezpiecznych grzybów można zaliczyć: muchomora sromotnikowego (Amanita phalloides), muchomora jadowitego (Amanita virosa) oraz piestrzenicę kasztanowatą (Gyromitra esculenta). Objawy zatruć grzybami są różnorodne, a większość z nich dotyczy układu pokarmowego występują bóle i skurcze żołądka, mdłości, wymioty i biegunki. W drugiej fazie ostrego zatrucia można odnotować porażenia (paraliż), majaczenie (delirium) oraz śpiączkę, czemu towarzyszy poważne uszkodzenie wątroby. W tabeli 1.6. przedstawiono przykłady grzybów, obecnych w nich trucizn oraz ich krótką charakterystykę toksykologiczną.

89


Tabela 1.6. Przykłady trucizn obecnych w grzybach. nazwa i wzór trucizny

α-amanityna

nazwa grzyba

Muchomor jadowity (Amanita virosa) Muchomor sromotnikowy (Amanita phalloides)

falloidyna

Muchomor sromotnikowy (Amanita phalloides) Muchomor jadowity (Amanita virosa)

muskaryna Muchomor czerwony (Amanita muscaria)

90

charakterystyka toksykologiczna Amanityna jest cyklicznym oktapeptydem zawierającym w swojej budowie kilka nietypowych aminokwasów. Szacuje się, że śmiertelna dawka dla człowieka wynosi 0,1 mg/kg m.c. Po przyjęciu doustnym wchłania się bardzo dobrze i jest możliwa do zidentyfikowania w moczu. Wiąże się z tkankami aktywnymi metabolicznie, które intensywnie syntezują białka (hepatocytami, komórkami kanalików nerkowych i komórkami wyścielającymi przewód pokarmowy). Jest bardzo słabo wchłaniana z przewodu pokarmowego. Wykazuje działanie miejscowe na błonę śluzową przewodu pokarmowego, obniżając integralność jej komórek – zaburza strukturę cytoszkieletu i funkcjonalność komórki. Fallotoksyna działa szybciej niż αamanityna, ale jest mniej trująca. Muskaryna jest agonistą receptorów muskarynowych. Działa już 15-30 minut po spożyciu. Zazwyczaj zatrucie objawia się mdłościami i wymiotami, ślinieniem, łzawieniem, biegunką oraz trudnościami z oddychaniem. Przypadki śmiertelnego zatrucia są dość rzadkie, mogą być spowodowane depresją układu oddechowego lub zawałem serca. Ludy syberyjskie stosują muskarynę do odurzania się, co stanowi pewnego rodzaju rytuał szamański.


psylocybina (4-PO-DMT)

grzyby psylocybinowe Łysiczka kubańska (Psilocybe cubensis) Łysiczka lancetowata (Psilocybe semilanceata)

Psylocybina obok LSD21 jest najbardziej popularnym i najczęściej używanym psychodelikiem. Historia zażywania grzybów psylocybinowych sięga czterech tysięcy lat. Ze względu na podobieństwo strukturalne do serotoniny (neuroprzekaźnika), po dostaniu się do synapsy nerwowej, prowadzi do zmniejszenia serotoniny w części postsynaptycznej. Nie odnotowano dotychczas ostrych zatruć grzybami halucynogennymi, po dawce 15 mg nie obserwuje się wpływu na układ sercowo-naczyniowy.

1.5.2. Mikotoksyny Mikotoksyny (z gr. mykes/mukos - grzyb, z łac. toxicum – trucizna) - grupa związków chemicznych, zaliczanych do wtórnych metabolitów22 grzybów pleśniowych, głównie z rodzaju: Aspergillus, Penicillium, Fusarium i Alternaria. Termin „mikotoksyny”/”mykotoksyny” dotyczy głównie związków o działaniu toksycznym, występujących naturalnie w grzybach pleśniowych. Substancje te są często bagatelizowane, ale mogą być przyczyną ostrych zatruć i mogą wykazywać działanie: mutagenne, hepatotoksyczne, nefrotoksyczne i teratogenne (bardzo rzadko). Do źródeł mikotoksyn można zaliczyć: spleśniałe warzywa, zgniłe orzechy, spleśniałe owoce oraz zgniłe zboża. Obecnie znanych jest ponad 400 mikotoksyn, z czego sześć grup ma ocenę toksykologiczną – tabela 1.7.

21

LSD, dietyloamid kwasu D-lizergowego (LSD-25) – psychodeliczna substancja psychoaktywna otrzymana przez Alberta Hoffmana. 22 metabolity wtórne - „produkty naturalne” – niskocząsteczkowe związki nieodgrywające roli w pierwotnym metabolizmie rośliny (nie są niezbędne do funkcjonowania komórek organizmu).

91


Tabela 1.7. Grupy i przykłady aflatoksyn, gatunków pleśni wytwarzających mikotoksyny i ich krótka charakterystyka toksykologiczna. mikotoksyny grupa

1.

2.

3.

4.

gatunki pleśni wytwarzających mikotoksyny

charakterystyka toksykologiczna

Aspergillus flavus Aspergillus parasiticus Aspergillus nominus

Głównym ich źródłem są zgniłe orzechy ziemne, kukurydza oraz produkty z nich otrzymywane (np. masło orzechowe). Wykazują działanie kancerogenne oraz hepatotoksyczne, a ich działanie rakotwórcze związane jest z występowaniem wirusa HBV i HCV. Mogą one również powodować zaburzenia wzrostu i działać immunotoksycznie oraz alergennie.

Penicillium verrucosum Aspergillus ochraceus

Występuje głównie w zgniłych zbożach, przetworach zbożowych, kawie oraz rodzynkach. Posiada właściwości teratogenne, nefrotoksyczne, immunotoksyczne oraz neurotoksyczne. Prawdopodobnie może być rakotwórcza dla człowieka.

Patulina

Penicillium expansum Aspergillus clavatus Bassochlamys nivea

Obecna jest głównie w porażonych pleśnią jabłkach oraz w innych owocach. Głównym źródłem narażenia może być sok lub przetwory uzyskane ze spleśniałych jabłek (dżemy /powidła). Patulina wywołuje krwotoki i owrzodzenia przewodu pokarmowego.

Fumonizyny

Fusarium moniliforme Fusarium proliferatum

Występują często na kukurydzy, nierzadko razem z innymi mikotoksynami. Różnią się zdecydowanie od innych mikotoksyn, pod względem

przykłady

Aflatoksyny: B1, B2, G1, G2

Ochratoksyna A

92


budowy chemicznej, jak i rozpuszczalności w wodzie. Są o wiele mniej toksyczne niż inne mikotoksyny, ale występują często w o wiele większych ilościach.

5.

Trichoteceny

6.

Zearalenon

Fusarium graminearum Fusarium culmorum Fusarium cerealis Fusarium sporotrichioides Fusarium poae Fusarium acuminatum Fusarium eąuiseti

Dla pewnych gatunków zwierząt trochoteceny są substancjami toksycznymi, wpływają bowiem na syntezę lipidów w komórkach nerwowych. Działanie takie jest zróżnicowane i zależy od gatunku. Możliwe objawy: utrata apetytu lub energii, uszkodzenie systemu nerwowego i wątroby. Prawdopodobnie istnieje związek między wysokim poziomem konsumpcji kukurydzy skażonej trichotecenami a rakiem przełyku.

Fusarium graminearum Fusarium culmorum Fusarium crookwellense

Jest znanym naturalnym estrogenem powodującym problemy hormonalne u niektórych gatunków ssaków. Podejrzewa się, że powoduje przedwczesne pokwitanie.

2. Zanieczyszczenia przemysłowe Według

definicji

przyjętej

w

ustawodawstwie

Unii

Europejskiej

zanieczyszczenie żywności to każda substancja, która nie jest celowo dodawana do żywności, a jest w niej obecna w następstwie procesu produkcji (włączając w to etapy uprawy roślin, chowu i hodowli zwierząt), a także wytwarzania, przetwarzania, przygotowania, uzdatniania, transportu i przechowywania żywności lub występuje w wyniku zanieczyszczenia środowiska. Najczęściej badane zanieczyszczenia żywności można podzielić na trzy grupy: 1) chemiczne (środowiskowe i technologiczne); 93


2) fizyczne (mechaniczne, promieniotwórczość); 3) biologiczne

(m.in.

toksyny

pleśni

i

grzybów

wyższych,

bakteriologiczne). Przedmiotem tego rozdziału są zanieczyszczenia pochodzenia przemysłowego, należące do chemicznych zanieczyszczeń środowiskowych, które przenikają do żywności z gleby, wody i powietrza. Spośród głównych wykrywanych i badanych zanieczyszczeń przemysłowych w żywności należy wymienić: metale ciężkie, dioksyny, polichlorobifenyle, a także wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Ostatnia grupa związków została jednak omówiona w rozdziale piątym, jako że związki te są także często obecne w produktach żywnościowych na skutek procesów ich przetwarzania. 2.1. Metale ciężkie Żywność jest podstawowym źródłem, niezbędnych dla człowieka i innych żywych organizmów pierwiastków, tzw. makropierwiastków (np. wapń, magnez) i mikropierwiastków(np. miedź, żelazo, cynk). Składniki te pełnią ważną rolę w organizmie i są niezbędne dla jego właściwego funkcjonowania. Jednakże dzienne zapotrzebowanie organizmu człowieka na pierwiastki, zwłaszcza na metale ciężkie (mikroelementy) jest określone i nie powinno być przekraczane ponad ustalone normy, gdyż grozi to zatruciem i dysfunkcją organizmu. Ponadto, w zanieczyszczonym środowisku mogą również występować szkodliwe metale takie jak ołów, kadm, rtęć, dla których nie wykazano biologicznego zapotrzebowania i należy zaliczyć je bezwzględnie do pierwiastków toksycznych, mogących stanowić przyczynę ostrych lub chronicznych zatruć. Powyżej wymienione metale 94


zostały

omówione

charakterystykę,

w

źródła

tym

rozdziale,

występowania

uwzględniając w

środowisku,

ich

ogólną

mechanizm

toksycznego działania na organizm i skutki zatrucia, a także dopuszczalne poziomy stężeń w wybranych produktach żywności. 2.1.1. Ołów (Pb) 2.1.1.1. Ogólna charakterystyka Jest to pierwiastek znajdujący się w czternastej grupie i szóstym okresie układu okresowego o liczbie atomowej 82 i masie atomowej 207,2 u. Ołów jest niebieskawym lub srebrnoszarym miękkim metalem o gęstości 11,34 g·cm-3, temperaturze topnienia 327,5 °C oraz temperaturze wrzenia 1740°C (pod ciśn. atm.). Ołów występuje w związkach nieorganicznych na dwóch stopniach utlenienia +II i +IV. Nieorganiczne sole ołowiu, takie jak siarczek ołowiu(II) i tlenki ołowiu(IV) są słabo rozpuszczalne. Nierozpuszczalne są także niektóre sole ołowiu i kwasów organicznych, jak np. szczawian ołowiu(II). Natomiast rozpuszczalne są azotany, chlorany i w znacznie mniejszym stopniu chlorki. Do znanych związków organicznych należą tetrametyloołów [tetrametylek ołowiu(IV), Pb(CH3)4), i tetraetyloołów (tetraetylek ołowiu(IV), Pb(C2H5)4], które stosowane są jako dodatki do paliw. Są to bezbarwne ciecze mniej lotne (temp. wrz. tetrametyloołowiu – 110 °C oraz temp. wrz. tetraetyloołowiu – 200°C) niż większość składników benzyny (temp. wrz. węglowodorów występujących w benzynie wynosi od 20 do 200°C), i w związku z tym podczas odparowywania benzyny zwiększa się ich stężenie w ciekłej pozostałości.

95


2.1.1.2. Źródła występowania w środowisku Do głównych źródeł tego ksenobiotyku można zaliczyć: 

huty ołowiu (strefa zanieczyszczenia powietrza w otoczeniu dużej huty może dochodzić do 15 km i więcej);

wytwarzanie

produktów

zawierających

ołów,

takich

jak

akumulatory, kable, druty, stopy lutownicze, łożyska, osłony zabezpieczające przed promieniowaniem radioaktywnym, śrut do polowań na zwierzęta leśne; 

przemysł chemiczny;

produkcja insektycydów;

spalanie benzyny z dodatkiem tetraetylku ołowiu (odkładanie się ołowiu w glebie i kurzu).

2.1.1.3. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Toksyczne działanie ołowiu na organizm, w pierwszym stadium, przejawia się w zaburzeniach układu krwiotwórczego. W dalszych stadiach w organizmie obserwuje się retikulocytozę i niedokrwistość. Ponadto, metal ten powoduje uszkodzenie układu nerwowego, zaburzenia czynności nerek i układu pokarmowego. Zatrucia ostre ołowiem, zwłaszcza jego związkami nieorganicznymi zdarzają się rzadko. Toksyczne działanie tetraetylku ołowiu(IV) przejawia się głównie uszkodzeniem układu nerwowego z takimi objawami jak wymioty, wzmożenie odruchów, drgawek, drętwienie języka, spadek ciśnienia tętniczego krwi, zwolnienie czynności serca. W przypadku zatruć przewlekłych, związanych z długotrwałym narażeniem na ołów, występują różne objawy, do których zaliczają się niedokrwistość, zmiany czynnościowe mózgu u dzieci (obniżenie 96


wartości ilorazu inteligencji IQ), zaburzenia czynnościowe wątroby, zaburzenie funkcji ośrodkowego (szczególnie u dzieci) oraz obwodowego układu nerwowego. Następstwa neurologiczne (szczególnie u dzieci) mogą być wynikiem powtarzających się objawów encefalopatii ołowiczej, przejawiających się stanami otępienia, niepokoju, drażliwości, drżeniem mięśni oraz zaburzeniami pamięci i koncentracji. Przewlekłe narażenie na ołów wywiera także wpływ na nerki i układ sercowo-naczyniowy. Objawy uszkodzenia nerek mogą prowadzić do niewydolności tego narządu przez dłuższy czas po zakończeniu narażenia organizmu na ten metal. 2.1.1.4. Dopuszczalne poziomy stężeń ołowiu w wybranych produktach spożywczych W tabeli 2.1. podane zostały przykłady produktów spożywczych wraz z

najwyższymi

dopuszczalnymi

zawartościami

ołowiu,

ustalonymi

w Rozporządzeniu (WE) 1881/2006 z późniejszymi zmianami 629/2008. Tabela 2.1. Zawartość ołowiu w wybranych produktach spożywczych*. Produkty spożywcze

Najwyższe dopuszczalne zawartości ołowiu (mg/kg świeżej masy)

Surowe mleko, mleko poddane obróbce cieplnej i mleko służące do wytwarzania produktów na bazie mleka

0,02

Mięso (z wyłączeniem podrobów) wołowe, baranina, wieprzowina i mięso drobiowe

0,10

Zboża i rośliny strączkowe

0,20

Warzywa kapustne, warzywa liściaste

0,30

Owoce, z wyłączeniem jagód i małych owoców

0,10

Tłuszcze i oleje, w tym tłuszcz mleczny 0,10 *) dane na podstawie D. Orzeł i J. Biernat, Wybrane zagadnienia z toksykologii żywności. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2012

97


2.1.2. Kadm (Cd) 2.1.2.1. Ogólna charakterystyka Jest to pierwiastek należący do rodziny cynkowców, znajdujący się w dwunastej grupie i piątym okresie układu okresowego o liczbie atomowej 48 i masie atomowej 112,41 u. Jest to biały metal zaliczany do ciężkich (gęstość przekracza 5 g·cm-3) o temp. top. 321°C i temp. wrz. 767,7°C, przechodzący w stan gazowy w temp. 300°C. Kadm występuje w związkach wyłącznie na +II stopniu utlenienia, jego związki nieorganiczne tworzą w powietrzu aerozole, które w zależności od wielkości cząstek można podzielić na pyły i dymy. Przyjmuje się, że 20-50% masy pyłu związku kadmu mieści się we frakcji wchłanianej, podczas gdy praktycznie cały dym (składający się z cząstek o średnicy poniżej 1 µm) przenika do pęcherzyków płucnych. 2.1.2.2. Źródła występowania w środowisku Do głównych źródeł tego ksenobiotyku można zaliczyć: 

przemysł metali nieżelaznych (głównie cynku, ołowiu i miedzi);

produkcja akumulatorów (baterie niklowo-kadmowe);

produkcja pestycydów;

hutnictwo cynku;

galwanizacja stali.

Istotnym źródłem narażenia ludzi na kadm jest pożywienie i woda, zwłaszcza dla populacji zamieszkującej okolice zakładów przemysłowych, z których kadm jest emitowany do powietrza atmosferycznego. Kadm ulega także kumulacji w liściach tytoniu, co jest przyczyną jego obecności w wyrobach tytoniowych. Przyjmuje się, że z jednego wypalanego papierosa (zawierającego przeciętnie 1 µg kadmu) około 10% tego metalu dostaje się do płuc. 98


2.1.2.3. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Jony kadmu (niezwiązane z białkiem metalotioneiną) łączą się z

elementami

makro-

i

mikrocząsteczkowymi

komórek

poprzez

kowalencyjne i jonowe wiązania z atomami siarki, wodoru i tlenu. Kadm zmienia także metabolizm pierwiastków niezbędnych dla organizmu, takich jak cynk, magnez, wapń, żelazo na skutek procesów interakcji, co przyczynia się do zmian morfologicznych i czynnościowych w określonych narządach. Jony kadmu, łącząc się z innymi białkami w organizmie, mogą powodować zaburzenia różnych cykli metabolicznych. Wywołują one rozprzężenie fosforylacji oksydacyjnej, hamują oddychanie tkankowe oraz aktywność enzymów związanych z procesami aktywnego transportu jonów sodu i potasu. Poza tym obecność jonów kadmu w organizmie powoduje zaburzenia metabolizmu węglowodanów, zmniejsza wydzielanie insuliny, hamuje aktywność oksydaz o mieszanym działaniu, a także indukuje peroksydację lipidów. W przypadkach przewlekłego środowiskowego narażenia na kadm zaobserwowano u ludzi głównie skutki działania na czynność nerek, a także układ oddechowy i kostny. W przypadku narażenia na dym i pył związków kadmu, zwykle po kilku latach stwierdzono u ludzi objawy rozedmy płuc, która często rozwijała się bez poprzedzającego zapalenia oskrzeli. Drugim często występującym objawem zatrucia tym metalem było uszkodzenie nerek. Stwierdzano także zmiany patologiczne w układzie kostnym (osteoporoza z pęknięciami kości i spontanicznymi złamaniami), bóle kończyn i kręgosłupa, trudności w chodzeniu. Udokumentowanym przypadkiem masowego zatrucia kadmem, który został opisany w 1964 roku

99


w Japonii była tzw. choroba itai-itai23. Badania z udziałem zwierząt wykazały, że związki kadmu wywołują działanie embriotoksyczne i teratogenne. W 1993 r. kadm i jego związki zostały uznane przez Międzynarodową Agencję do Walki z Rakiem (IARC) za czynniki rakotwórcze (grupa I) u ludzi. 2.1.2.4. Dopuszczalne poziomy stężeń kadmu w wybranych produktach spożywczych W tabeli 2.2. podane zostały przykłady produktów spożywczych wraz z

najwyższymi

dopuszczalnymi

zawartościami

kadmu,

ustalonymi

w Rozporządzeniu (WE) 1881/2006 z późniejszymi zmianami 629/2008. Tabela 2.2. Zawartość kadmu w wybranych produktach spożywczych*. Produkty spożywcze

Najwyższe dopuszczalne zawartości kadmu (mg/kg świeżej masy)

Mięso (z wyłączeniem podrobów) wołowe, baranina, wieprzowina i mięso drobiowe

0,05

Zboża, z wyłączeniem otrębów, zarodków, pszenicy i ryżu

0,10

Otręby, zarodki, pszenica i ryż

0,20

Warzywa i owoce, z wyłączeniem warzyw liściastych, świeżych ziół, grzybów, warzyw łodygowych, orzeszków piniowych, warzyw korzeniowych i ziemniaków

0,05

Warzywa łodygowe, warzywa korzeniowe i ziemniaki, z wyłączeniem selera. W przypadku ziemniaków najwyższy dopuszczalny poziom stosuje się do obranych ziemniaków

0,10

Warzywa liściaste, świeże zioła 0,20 *) dane na podstawie D. Orzeł i J. Biernat, Wybrane zagadnienia z toksykologii żywności. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2012. 23

Nazwa pochodzi od japońskiego słowa określającego silny ból (痛い itai), który w tej chorobie występował w kręgosłupie i stawach.

100


2.1.3. Rtęć (Hg) 2.1.3.1. Ogólna charakterystyka Jest to pierwiastek metaliczny należący do rodziny cynkowców (tak jak kadm), umiejscowiony w szóstym okresie układu okresowego, którego masa at. wynosi 200,59 u. Rtęć jest jednym z dwóch pierwiastków (obok bromu) występującym w stanie ciekłym w temperaturze pokojowej. Pary rtęci, występujące w tej temperaturze jako monoatomy są praktycznie nierozpuszczalne (rozpuszczalność 20 µg·dm-3). Metal ten charakteryzuje się następującymi własnościami fizycznymi: temp. wrz. +357°C, temp. krzep. 38,9°C , temp. top. -38,87°C, prężnością par 0,012 mm Hg (pod ciśnieniem 1,5 Pa, w temp. 20°C), gęstością 13,55 g·cm-3. W związkach rtęć występuje na +II oraz +I stopniu utlenienia. W obecności tlenu, rtęć metaliczna relatywnie

szybko

utlenia

się

do

postaci

jonowej.

Oprócz

soli

nieorganicznych, takich jak chlorki, azotany(V), siarczany(VI), rtęć tworzy ważną grupę związków metaloorganicznych. Związki organiczne rtęci to połączenia, w których rtęć jest bezpośrednio połączona z atomem węgla na zasadzie wiązania kowalencyjnego. Połączenia te są chemicznie trwałe, nie dysocjują w wodzie, ani w słabych kwasach i zasadach. Pomimo trwałości chemicznej, wiązanie rtęć-węgiel w organizmie zwierzęcym się rozpada . 2.1.3.2. Źródła występowania w środowisku Do głównych źródeł tego ksenobiotyku można zaliczyć: 

spalanie produktów ropy naftowej i węgla (zawartość rtęci w węglu może dochodzić do 8,5 mg/kg, a w ropie naftowej ponad 20 mg/kg);

spożywanie żywności pochodzenia morskiego, w której rtęć uległa kumulacji (głównie w postaci związku organicznego – metylortęci, 101


który powstaje w środowisku na skutek krążenia i procesu przemian rtęci pochodzenia naturalnego); 

produkcja barwników;

ścieki komunalne, stosowane do nawożenia gleb.

2.1.3.3. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Rtęć w postaci metalicznej wchłania się przez układ pokarmowy w bardzo niewielkim stopniu (w ok. 2% – nie jest więc szczególnie niebezpieczne połknięcie rtęci, np. z rozbitego termometru), natomiast w ok. 80% jest wchłaniana przez płuca. Pary rtęci w procesie oddychania dostają się do krwi i w krwinkach czerwonych są utleniane. Proces ten przebiega niecałkowicie i pewna ilość rtęci, pozostająca we krwi, przenika przez barierę mózgowordzeniową i barierę łożyska, powodując odkładanie się rtęci w mózgu i

tkankach

płodu.

Wchłanianie

związków

alkilortęciowych

(metaloorganicznych) przez płuca jest również bardzo duże. Bez względu na rodzaj ekspozycji około 90% podanej dawki rtęci w związkach nieorganicznych gromadzi się w nerkach. U ludzi wydajność wchłaniania związków alkilortęciowych z przewodu pokarmowego wynosi ok. 95%, natomiast nieorganicznych połączeń rtęci w granicach 7%. Związki metylortęciowe wchłaniają się także przez skórę. Ogólnie, można stwierdzić, że błony komórkowe są pierwszym miejscem atakowanym przez rtęć, ponieważ wchodzące w ich skład grupy tiolowych (sulfhydrylowe, -SH) wykazują wysoki stopień powinowactwa do tego metalu oraz jego związków. Ze względu na to, że prawie wszystkie białka zawierają grupy tiolowe, reagujące z metalami, to związki rtęci mogą zakłócać w organizmie prawie wszystkie reakcje enzymatyczne. Największa kumulacja rtęci (niezależnie od 102


jej postaci) występuje w nerkach w formie kompleksu metalotioneiny (podobnie jak w przypadku kadmu), jednak uszkodzenie nerek u ludzi jest znacznie mniejsze niż ośrodkowego układu nerwowego. W przypadku spożycia nieorganicznych soli rtęci, następuje ślinotok, pieczenie w przełyku, wymioty, krwawa biegunka, martwica błony śluzowej jelit oraz uszkodzenie czynności nerek. Warto zwrócić uwagę, że udokumentowanym przypadkiem masowego zatrucia rtęcią, którego pierwsze objawy zaobserwowano w 1956 w Japonii, była tzw. choroba z Minamaty24. 2.1.3.4. Dopuszczalne poziomy stężeń rtęci w wybranych produktach spożywczych W tabeli 2.3. podane zostały przykłady produktów spożywczych wraz z

najwyższymi

dopuszczalnymi

zawartościami

rtęci,

ustalonymi

w Rozporządzeniu (WE) 1881/2006 z późniejszymi zmianami 629/2008. Tabela 2.3. Zawartość rtęci w wybranych produktach spożywczych*. Produkty spożywcze

Najwyższe dopuszczalne zawartości rtęci (mg/kg świeżej masy)

1. Produkty rybołówstwa i mięso ryb, z wyłączeniem niektórych gatunków wymienionych w pkt 2. Najwyższy dopuszczalny poziom stosuje się do skorupiaków, z wyłączeniem brązowego mięsa kraba oraz mięsa z głowy i tułowia homara i innych podobnych dużych skorupiaków (Nephropidae i Palinuridae)

0,50

24

W latach 50. XX wieku wytwórnia tworzyw sztucznych, należąca do koncernu Chisso Corporation emitowała do zatoki Minamata (Japonia) ścieki zawierające nieorganiczne związki rtęci, które w odpowiednich warunkach ulegały przemianom do silnie toksycznych organicznych związków rtęci.

103


2. Mięso, m.in.**, następujących ryb: - węgorz (gatunki Anguilla) - grenadier (Coryphaenoides rupestris) - halibut (Hippoglossus hippoglossus) - miętus królewski (Genypterus capensis) 1,00 - szczupak (Esox lucius) - karmazyn (Sebastes marinus, S. mentella, S. viviparous) - jesiotr (gatunki Acipenser) - tuńczyk (gatunki Thunnus, Euthynnus, Katsuwonus pelamis) *) dane na podstawie D. Orzeł i J. Biernat, Wybrane zagadnienia z toksykologii żywności. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2012 **) w pkt 2 uwzględniono ryby znane i spożywane w Polsce (szczególnie niektóre z wymienionych gatunków).

2.2. Dioksyny Dioksyny

(polichlorowane

dibenzo-p-dioksyny,

PCDD),

a

także

towarzyszące im polichlorowane dibenzofurany (PCDF) należą do przemysłowych szkodliwych produktów ubocznych, powstających podczas spalania, przy niedostatecznym dopływie tlenu. 2.2.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne dioksyn PCDD są trójpierścieniowymi związkami aromatycznymi, zbudowanymi z dwóch pierścieni benzenowych, skondensowanych z pierścieniem dioksynowym polichlorowane

(rysunek

2.1.A).

dibenzofurany

Dioksynom

(PCDF),

które

zawsze

towarzyszą

zamiast

pierścienia

dioksynowego posiadają pierścień furanowy (rysunek 2.1.B). PCDD stanowią grupę 75 związków o tej samej budowie pierścieniowej, lecz o różnym stopniu podstawienia wodoru chlorem w cząsteczce. PCDF to grupa 135 związków o różnej liczbie atomów chloru i miejscu ich podstawienia w cząsteczce. 104


A

B

Rys. 2.1. Ogólne struktury: dioksyn (A) i dibenzofuranów (B). Najbardziej toksycznym przedstawicielem grupy dioksyn jest 2,3,7,8tetrachlorodibenzo-p-dioksyna (2,3,7,8-TCDD), dla którego przyjęła się potoczna nazwa „dioksyna” (rysunek 2.2.A). Na drugim miejscu pod względem

toksyczności

znajduje

się

1,2,3,7,8-pentachlorodibenzo-p-

dioksyna (1,2,3,7,8-PCDD) – rysunek 2.2.B, która jest dwukrotnie mniej toksyczna. Pozostałe dioksyny, podobnie jak 135 PCDF, należą do związków znacznie mniej toksycznych.

A B Rys. 2.2. Budowa 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioksyny (A) oraz 1,2,3,7,8pentachloro-dibenzo-p-dioksyny (B).

PCDD i PCDF są mało lotnymi (temp. wrz. dioksyn wynosi ok. 420°C) oraz bezbarwnymi ciałami stałymi o temperaturze topnienia 88-330°C. Związki te słabo rozpuszczają się w wodzie, w ograniczonym stopniu

105


w rozpuszczalnikach organicznych, natomiast dobrze rozpuszczają się w tłuszczach. Rozpuszczalność dioksyn w wodzie, metanolu i benzenie wynosi, odpowiednio: 0,2·10-6; 0,01 i 0,57 g·dm-3. PCDD i PCDF są związkami wykazującymi bardzo dużą odporność na działanie czynników fizykochemicznych, nie ulegają zmianom podczas ogrzewania w obecności tlenu nawet do temp. 1000°C. Natomiast ulegają rozkładowi pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (UV). Powyżej wymienione własności PCDD i PCDF są przyczyną dużej trwałości tych związków w środowisku. 2.2.2. Główne źródła występowania w środowisku Do głównych źródeł tych ksenobiotyków można zaliczyć: 

produkcję herbicydu 2,4,5 T (kwasu 2,4,5-trichlorofenoksyoctowego) i preparatów sporządzanych na jego bazie;

komunikację

(spalanie

paliwa

etylizowanego

w

silnikach

niewyposażonych w katalizatory); 

transformatory elektryczne (używanie polichlorowanych bifenyli i chloropochodnych benzenu jako dielektryków);

spalanie odpadów komunalnych;

spalanie odpadów szpitalnych;

przemysł papierniczy (metoda Krafta);

spalanie i impregnacja drewna związkami chlorowymi.

2.2.3. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Wydajność wchłaniania z przewodu pokarmowego jednorazowej dawki 2,3,7,8-TCDD u ludzi wynosi 95%. Dystrybucja dioksyn do tkanek wewnętrznych i narządów zachodzi poprzez wiązanie z lipoproteinami 106


osocza krwi i lipidami. Narządem docelowym, w którym kumulują się dioksyny jest wątroba, a tkanką – tkanka tłuszczowa. Na początkowym etapie przemian metabolicznych zachodzą procesy oksydacyjne lub redukcyjne prowadzące do pozbawienia cząsteczek dioksyn chloru lub rozerwanie mostka

tlenowego.

Jednakże,

ze

względu

na

budowę

(obecność

podstawników chlorowych w pozycjach cząsteczki 2,3,7 i 8), szybkość biotransformacji i eliminacji 2,3,7,8-TCDD jest wolna. Oszacowano, że po podaniu jednorazowej dawki (105 ng) 2,3,7,8-TCDD szybkość jego eliminacji z organizmu człowieka wynosiła T1/2 = 9,7 lat. Toksyczne działanie PCDD i PCDF u zwierząt przejawia się: spadkiem masy ciała, zmniejszeniem łaknienia, krwotokami z przewodu pokarmowego, hepatoksycznością, immunotoksycznością, zakłóceniem działania systemu endokrynnego, toksycznością embrionalną (teratogenność) oraz działaniem rakotwórczym. Rzadko jest tak, aby wszystkie wyżej wymienione objawy przejawiały się u zwierząt jednego gatunku, u zwierząt różnych gatunków najczęściej występuje narastająca utrata masy ciała. Do charakterystycznych objawów notowanych u ludzi narażonych na wysokie stężenia dioksyn należą: trądzik chlorowy, atrofia grasicy i śledziony, uszkodzenie wątroby, polineuropatia (niezapalna choroba zwyrodnieniowa nerwów), zaburzenia gospodarki hormonalnej, wady rozwojowe płodów. W przypadkach narażenia na niskie dawki środowiskowe, u ludzi może wystąpić obniżenie poziomu hormonów, uszkodzenie układu immunologicznego oraz zaburzenia w reprodukcji. Chociaż rakotwórcze działanie 2,3,7,8-TCDD w pełni wykazano tylko u zwierząt doświadczalnych, to jednak Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC) zaliczyła ten związek do grupy związków rakotwórczych również dla człowieka. 107


2.2.4. Dopuszczalne poziomy stężeń dioksyn w wybranych produktach spożywczych W tabeli 2.4. podane zostały przykłady produktów spożywczych wraz z najwyższymi dopuszczalnymi poziomami dioksyn i furanów, ustalonymi w Rozporządzeniu Komisji (WE) nr 199/2006. Tabela 2.4. Zawartość dioksyn i furanów w wybranych produktach spożywczych*. Produkty spożywcze

Najwyższe dopuszczalne poziomy dioksyn i furanów

Mięso i produkty mięsne - przeżuwaczy: bydło, owiec - drobiu i dziczyzny hodowlanej - świń

3,0 pg/g tłuszczu 2,0 pg/g tłuszczu 1,0 pg/g tłuszczu

Mięso mięśni ryb i produktów rybołówstwa z wyjątkiem węgorza Mięso mięśni węgorza

4,0 pg/g 4,0 pg/g

Mleko i przetwory mleczne

3,0 pg/g tłuszczu

Kurze jaja i produkty jajeczne

3,0 pg/g tłuszczu

Oleje i tłuszcze: 3,0 pg/g tłuszczu - tłuszcz zwierzęcy z przeżuwaczy - z drobiu i dziczyzny hodowlanej 2,0 pg/g tłuszczu - ze świń 1,0 pg/g tłuszczu 2,0 pg/g tłuszczu - mieszany tłuszcz zwierzęcy 0,75 pg/g tłuszczu - olej roślinny i tłuszcze - olej zwierząt morskich 2,0 pg/g tłuszczu *) dane na podstawie D. Orzeł i J. Biernat, Wybrane zagadnienia z toksykologii żywności. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2012

108


2.3. Polichlorobifenyle Polichlorowane bifenyle (PCB, ang. polichlorinated biphenyls), jak również trifenyle należą (podobnie jak dioksyny i furany) do ubocznych produktów przemysłowych, które przenikają ze środowiska do żywności. Związki te są stosowane jako materiały izolacyjne do przewodów elektrycznych, w silnikach, transformatorach. Wchodzą także w skład płynów do wymienników cieplnych, substancji powłokowych, wypełniaczy, plastyfikatorów, klejów, farb, lakierów pokostowych, atramentów i papierów do kopiowania. 2.3.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne polichlorobifenyli PCB są zbudowane z dwóch połączonych ze sobą pierścieni benzenowych, w których cząsteczce w różnym stopniu wodór podstawiony jest chlorem (rysunek 2.3).

Rys. 2.3. Ogólna struktura polichlorowanych bifenyli. PCB wykazują słabą reaktywność chemiczną, są odporne termicznie i niepalne. Związki te charakteryzuje niska prężność par oraz wysoka stała dielektryczna. 2.3.2. Główne źródła występowania w środowisku Do głównych źródeł tego ksenobiotyku można zaliczyć: 109


 źródła otwarte (farby, lakiery, kleje, oleje smarne itp.) – przenikają do środowiska, trwale łączą się i nie mogą być usunięte z odpadów;  źródła zamknięte (kondensatory, transformatory, silniki) – przenikają do środowiska z wysypisk śmieci składowisk odpadów przez powolne parowanie lub w wyniku przetwarzania na papier, farby, lakiery i śmieci. 2.3.3. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia PCB szybko przenikają do krwi, a następnie do tkanek. Największe ich ilości stwierdzono w tkance tłuszczowej oraz w innych tkankach bogatych w tłuszcz. Związki te wywołują w organizmie liczne

zaburzenia

biochemiczne. Powodują one wzrost aktywności enzymów mikrosomalnych oraz enzymów cyklu przemiany steroidów (estradiolu i androsteronu), a także indukcję porfirii wątrobowej u zwierząt doświadczalnych. Ponadto, w badaniach doświadczalnych na zwierzętach wykazano cytotoksyczne i immunosupresyjne działanie polichlorobifenyli. Na podstawie danych, dotyczących masowego zatrucia w Japonii w roku 1968 (tzw. choroba Yusho) żywnością skażoną PCB, można stwierdzić, że do dominujących objawów zatrucia tymi związkami zalicza się: powiększenie gruczołów oczodołowych, wzmożoną wydzielinę z oczu, obrzęk powiek, pigmentację paznokci i błon śluzowych. Pojawiały się także: rogowacenie i ściemnienie skóry, wyprysk trądzikowy. Zatruciom towarzyszyło zmęczenie, często nudności i wymioty. U większości chorych w okresie późniejszym odnotowano niewydolność oddechową, a także obserwowano nieswoiste dolegliwości ze strony układu nerwowego. W badaniach analityczno-klinicznych u chorych i wyleczonych stwierdzono 110


wiele zaburzeń biochemicznych. Natomiast odległe skutki toksycznego działania PCB głównie wiążą się z możliwością indukowania zmian nowotworowych wątroby. 3. Środki ochrony roślin Pestycydy (łać. pestis – szkodnik, zaraza; cedeo – zabijam) stanowią dużą grupę

substancji

chemicznych

wykazujących

rozmaitą

budowę,

zróżnicowany zakres działania, a także różniących się siłą działania i toksycznością. Termin pestycydy, jakkolwiek często wymiennie stosowany z terminem środki ochrony roślin (ŚOR), ma szersze znaczenie, gdyż pestycydy mogą być również używane do zwalczania organizmów szkodliwych poza produkcją roślinną. W celu ochrony roślin wykorzystywane mogą być substancje proste (elementarna siarka), związki nieorganiczne (np. sole miedzi), ale najważniejszą rolę pełnią związki organiczne. Oprócz, obecnie powszechnie stosowanych

związków

syntetycznych,

należy

również

wspomnieć

o wcześniejszym wykorzystywaniu własności szkodnikobójczych substancji naturalnych lub półsyntetycznych. Do pierwszych stosowanych w ochronie roślin substancji naturalnych zalicza się nikotynę, natomiast pierwszym syntetycznym związkiem był insektycyd o nazwie DDT (dichlorodifenylotrichloroetan), który zsyntetyzowany został w roku 1874, ale na skalę przemysłową zaczął być produkowany dopiero po roku 1939. Stosowanie tego związku przyniosło jednak groźne i niekorzystne konsekwencje dla środowiska i człowieka, które odbierane są do czasów obecnych.

111


3.1. Klasyfikacja pestycydów Biorąc pod uwagę dużą ilość bardzo różniących się między sobą substancji, używanych jako pestycydy, niezbędna jest ich klasyfikacja. Klasyfikację tę przeprowadza się mając na względzie kilka kryteriów. Do najważniejszych z nich należą: zakres działania oraz budowa chemiczna, ale stosowane są także inne kryteria, takie jak toksyczność lub sposób toksycznego działania. Ze względu na kierunek działania pestycydy można podzielić na: I.

Zoocydy – środki do zwalczania szkodników zwierzęcych (są to: insektycydy – środki owadobójcze, akarycydy – do zwalczania roztoczy, nematocydy – do zwalczania nicieni, aficydy – do zwalczania mszyc, moluskocydy – do zwalczania ślimaków, rodentycydy – do zwalczania gryzoni, atraktanty – środki zwabiające, repelenty – środki odstraszające);

II. Bakteriocydy – środki do zwalczania bakterii; III. Herbicydy – środki do zwalczania chwastów; IV. Fungicydy – środki do zwalczania grzybów. Ze względu na budowę chemiczną obecnie wyróżnia się kilkanaście grup związków chemicznych, w których znajduje się większość pestycydów. Są to między innymi: - estry kwasów fosforowych, - pochodne kwasu karbaminowego i ditiokarbaminowego, - chloropochodne alifatyczne i aromatyczne, - piretroidy syntetyczne, - pochodne mocznika, 112


- pochodne triazyny, - pochodne nitrofenoli, - związki organiczne rtęci, cyny i miedzi. Stosowane obecnie pestycydy można również sklasyfikować na podstawie ich toksycznych właściwości. Poniżej podano tabelę (tabela 3.1.) z pięcioma kategoriami toksyczności pestycydów, ustalonymi przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) w 2009 roku. Tabela. 3.1. Kategorie toksyczności pestycydów według WHO [The WHO Recommended Classification of Pesticides by Hazard and Guidelines to Classification 2009. WHO Library Cataloguing in Publication Data, WHO, 2010]. kryteria klasyfikacji kategoria wg GSH

narażenie dermalne

narażenie pokarmowe LD50* (mg/kg m. c.)

określenie zagrożenia

LD50** (mg/kg m. c.)

określenie zagrożenia

Kat.1

≤5

połknięcie grozi śmiercią

< 50

śmiertelny w kontakcie ze skórą

Kat.2

5-50

połknięcie grozi śmiercią

50-200

śmiertelny w kontakcie ze skórą

Kat.3

50-300

toksyczny w razie połknięcia

200-1000

działa toksycznie w kontakcie ze skórą

Kat.4

300-2000

szkodliwy w przypadku połknięcia

1000-2000

działa szkodliwie w kontakcie ze skórą

może być może działać szkodliwie szkodliwy 2000-5000 Kat.5 2000-5000 w kontakcie ze skórą w przypadku połknięcia * ) u szczura lub innych gatunków, jeśli jest to naukowo uzasadnione ** ) u szczura lub królika

113


Inną klasyfikacją pestycydów może być ich podział ze względu na sposób działania na roślinę lub agrofaga. Według tego kryterium wśród ŚOR można wyróżnić: a) pestycydy systemiczne (układowe) – wnikające do systemu przewodzącego rośliny (następnie pobierane są z pokarmem przez owady, które ulegają w ten sposób zatruciu); b) pestycydy wgłębne – wnikające w głąb tkanek rośliny (owady są niszczone na wewnętrznej stronie liścia); c) kontaktowe – działające parząco na zielone części chwastów; oraz i) pestycydy kontaktowe – przenikające z zewnątrz ciała do układu nerwowego szkodników; ii) pestycydy wewnętrzne – wnikające przez przewód pokarmowy lub układ oddechowy. 3.2. Formy użytkowe pestycydów i sposoby ich stosowania Pestycydy występują pod postacią różnych preparatów, jedno-, dwu-, a czasem więcej składnikowych. Ta sama substancja aktywna, w różnych formach użytkowych, może występować w różnych stężeniach i pod różną postacią, w zależności od przeznaczenia. Oprócz substancji aktywnej preparaty pestycydów zawierają różne dodatki, takie jak: substancje wypełniające, rozcieńczające oraz pomocnicze (emulgatory, substancje zwilżające, pieniące, synergizujące, aktywujące, adsorbenty i inne). Substancje te zapewniają równomierne rozprowadzenie w preparacie

114


substancji aktywnej, a także nadają preparatowi korzystne właściwości, takie jak np. przyczepność. Informacja o formie użytkowej podawana jest na etykiecie preparatu w postaci znormalizowanych skrótów; np. AB – w postaci ziarna, AL – ciecz, DP – proszek do opylania, FK – świeca fumigacyjna. Pestycydy najczęściej występują w postaci: proszków, granulatów, roztworów, koncentratów do sporządzania emulsji, aerozoli, sprężonych gazów, past, kapsułek, tabletek i kostek tlących oraz pasków z tworzyw sztucznych lub sznurów bawełnianych, nasyconych roztworami aktywnych związków pestycydów o wysokiej prężności par lub substancjami o dużej przylepności. Forma użytkowa pestycydu decyduje o technice jego używania, i tak, zabiegi z użyciem ŚOR najczęściej wykonuje się przez opylanie, opryskiwanie, mieszanie z glebą, posypywanie, zaprawianie, aerozolowanie, fumigację oraz poprzez zakładanie przynęt i lepowanie. 3.3. Ogólna charakterystyka wybranych grup pestycydów Z punktu widzenia toksykologii, do szczególnie ważnych należą trzy klasy pestycydów: insektycydy, herbicydy i fungicydy. Poniżej, omówiono wybrane grupy związków chemicznych z tych klas. Należy zwrócić uwagę, że niektóre grupy związków chemicznych omawiane w ramach danej klasy mogą także wykazywać własności związków z pozostałej (-ych) – jednej lub dwóch klas, np. związki fosforoorganiczne oprócz własności insektobójczych, wykazują także własności chwasto- i grzybobójcze. 3.3.1. Insektycydy Klasę insektycydów stanowią naturalne substancje roślinne (np. nikotyna lub anabazyna), syntetyczne związki nieorganiczne (np. sole arsenu i fluoru) 115


oraz syntetyczne związki organiczne, wykorzystywane do niszczenia owadów szkodliwych. W porównaniu z innymi pestycydami, insektycydy należą do związków najbardziej zagrażających zatruciami, co jest spowodowane szerokim zakresem ich stosowania oraz dużą aktywnością toksydynamiczną. Obecnie największe znaczenie użytkowe, a także toksykologiczne mają syntetyczne insektycydy organiczne, spośród których poniżej zostaną omówione: insektycydy fosforoorganiczne, pochodne kwasu karbaminowego, związki chloroorganiczne (polichlorowe) oraz piretroidy syntetyczne. 3.3.1.1. Insektycydy fosforoorganiczne Jak już wspomniano związki fosforoorganiczne znajdują zastosowanie w rolnictwie jako insektycydy, ale mogą również pełnić rolę środków chwasto- i grzybobójczych. Pierwsze związki z tej grupy stosowane były w rolnictwie w latach 30. ubiegłego wieku. Obecnie, insektycydy te obejmują grupę kilkudziesięciu związków o różnej toksyczności. W połączeniu z insektycydami z innych grup (karbaminiany, piretroidy syntetyczne), insektycydy fosforoorganiczne stosowane są w preparatach złożonych, często zamiast

wycofywanych

związków

chloroorganicznych.

Przykładami

preparatów zawierających insektycydy fosforoorganiczne mogą być: Enolofos (substancja aktywna – chlorfenwinfos), Owadofos (fenitrotion), Foschlor (trichlorfon) lub Sadofos (malation).

116


3.3.1.1.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne Insektycydy fosforoorganiczne są triestrami kwasów fosforowych i tiofosforowych o następującym wzorze ogólnym (rysunek 3.1.):

Rys. 3.1. Ogólna struktura pestycydów z grupy pochodnej kwasu fosforowego (R1 i R2 – podstawniki alkilowe: C2H5 lub CH3; X – grupa kwasowa, chlorowiec, CN, reszta fenylowa, łańcuch alifatyczny lub arylowy). Insektycydy fosforoorganiczne występują w formie krystalicznej lub oleistych

cieczy

o

ostrym

i

charakterystycznym

zapachu.

Estry

fosforoorganiczne słabo (lub wcale) rozpuszczają się w wodzie, natomiast łatwo rozpuszczają się w olejach i rozpuszczalnikach organicznych. Związki te dosyć łatwo ulegają hydrolizie, przy czym podatność na działanie hydrolityczne zależy od budowy chemicznej insektycydu, pH (maksymalna szybkość hydrolizy przy pH 7-8), temperatury, rodzaju rozpuszczalnika oraz obecności katalizatorów. Reaktywność insektycydów fosforoorganicznych związana jest z elektrofilowym charakterem estrowego wiązania fosforu, łatwo reagują z ugrupowaniami nukleofilowymi, uwalniając reszty alkilofosforowe z rozbiciem wiązania P=O lub alkilowe z rozbiciem wiązania C=O. Związki tlenofosforowe głównie biorą udział w reakcjach fosforylacji, natomiast tiofosforany w reakcjach alkilacji. Ubocznym wynikiem tych ostatnich reakcji jest izomeryzacja związków tionofosforowych do bardziej toksycznych pochodnych tiolofosforowych (np. z demetonu w preparacie 117


jako silnie toksyczne zanieczyszczenie może powstać demeton-S). Insektycydy fosforoorganiczne stosunkowo łatwo ulegają reakcjom utlenienia, szczególnie łatwo utleniać się będą związki zawierające ugrupowania: tionosiarkowe, tiolosiarkowe i fosforoamidowe. 3.3.1.1.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Mechanizm działania toksycznego insektycydów fosforoorganicznych został w pełni wyjaśniony. Omówione powyżej zachowanie chemiczne estrów fosforoorganicznych ma miejsce in vivo i bezpośrednio wpływa na ich aktywność biologiczną. Rozkład hydrolityczny decyduje o możliwości fosforylacji biologicznej i hamowaniu aktywności cholinoesteraz. Wszystkie insektycydy z tej grupy wykazują toksyczne działanie na organizm głównie poprzez inhibicję (blokowanie) aktywności enzymów z grupy cholinoesteraz. W organizmie ssaków występują dwa rodzaje cholinoesteraz, enzymów rozkładających acetylocholinę, tj.: acetylocholinoesteraza (katalizuje głównie rozkład acetylocholiny) oraz cholinoesteraza. Acetylocholinoesteraza jest bardziej wrażliwa na działanie insektycydów fosforoorganicznych. Na skutek inhibicji

aktywności

acetylocholinoesterazy

następuje

w

miejscach

efektorowych nagromadzenie acetylocholiny (neuroprzekaźnik impulsów nerwowych), która zapoczątkowuje działanie toksyczne na organizm. W lekkich zatruciach przeważają objawy muskarynowe (m.in. bóle i zwroty głowy, zaburzenia widzenia, ślinienie, łzawienie, nudności, bóle brzucha, niepokój, zwężenie źrenic). W takich stanach średnie zahamowanie acetylocholinoesterazy określa się na ok. 60%. W postaci średnio ciężkiej zatrucia następuje nasilenie objawów muskarynowych oraz wystąpienie 118


objawów nikotynowych. Narasta ogólne pobudzenie, pojawia się hipertonia, drżenia mięśni twarzy, rąk i głowy, występują trudności koordynacji ruchów, pojawia się uczucie lęku. W drugim etapie zaobserwowano oczopląs, ból w klatce piersiowej i trudności w oddychaniu, sinicę błon śluzowych. Zahamowanie aktywności esterazy w takich przypadkach wynosiło 60-90%. Postać ciężką zatrucia charakteryzują objawy ze strony ośrodkowego układu nerwowego (o.u.n.), takie jak drgawki napadowe, zaburzenia psychiczne, obrzęk płuc, śpiączka (zahamowanie cholinoesterazy wynosi 90-100%). Bezpośrednią przyczyną zgonu jest porażenie układu oddechowego i uduszenie. Insektycydy fosforoorganiczne nie kumulują się w organizmie, wiadomo jednak, że dłuższe narażenie na małe dawki tych związków wywołuje stopniowo narastające hamowanie aktywności acetylocholinoesterazy i rozwój zatrucia związany z tzw. kumulacją skutku biologicznego. 3.3.1.2. Insektycydy karbaminowe Pierwsze insektycydy z grupy pochodnej kwasu karbaminowego (karbaminiany) zostały zsyntetyzowane w 1954 r. i od tego czasu liczba związków karbaminowych o własnościach szkodnikobójczych znacznie wzrosła. Podobnie jak związki fosforoorganiczne, pochodne kwasu karbaminowego mogą być wykorzystywane jako insektycydy (głównie), herbicydy

oraz

fungicydy.

Przykładami

preparatów

handlowych

zawierających insektycydy karbaminianowe mogą być: Temik (substancja aktywna – aldikarb), Propotox (propoksur), Primor (pirymikarb) oraz Karbatox (karbaryl).

119


3.3.1.2.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne Insektycydy karbaminowe stanowią estry kwasu karbaminowego o następującym wzorze ogólnym (rysunek 3.2.):

Rys. 3.2. Ogólna struktura pestycydów z grupy pochodnej kwasu karbaminowego (R1, R2 – atom wodoru lub podstawnik alkilowy; X – podstawnik heterocykliczny lub hydroaromatyczny) Insektycydy karbaminowe mają postać krystalicznych proszków, które trudno rozpuszczają się w wodzie, natomiast dobrze w rozpuszczalnikach organicznych. Karbaminiany są nietrwałe i łatwo ulegają hydrolizie, zwłaszcza w środowisku zasadowym. Mimo małej trwałości odznaczają się efektywnym działaniem szkodnikobójczym, przy czym aktywność ta zwiększa się ze wzrostem temperatury. Insektycydy karbaminowe wykazują zróżnicowaną toksyczność dla organizmów stałocieplnych, co wiąże się z ich podatnością na działanie hydrolityczne, która uwarunkowane jest odmienną budową poszczególnych karbaminianów. Ogólnie związki te charakteryzuje niska toksyczność dla ssaków, natomiast duża toksyczność dla pszczół i ryb (co stanowi ich wadę jako ŚOR). 3.3.1.2.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Główny kierunek biologicznego działania karbaminianów polega na hamowaniu aktywności cholinoesteraz krwi i tkanek. Związki te należą do

120


odwracalnych inhibitorów cholinoesteraz o stosunkowo krótkim czasie bezpośredniego

działania

toksycznego.

Większość

związków

karbaminowych jest mniej toksyczna dla ludzi niż zwierząt. Insektycydy mogą powodować zatrucia ostre, które zazwyczaj kończą się wyleczeniem. W trakcie zatrucia występują objawy cholinergiczne, takie jak zawroty i bóle głowy, nudności, wymioty, bóle w jamie brzusznej, zwężenie źrenic, wzrost ciśnienia krwi, przyspieszenie tętna, nadmierne pocenie. Objawy te jednak zwykle szybko ustępują i analitycznie można stwierdzić ponowne uczynnienie cholinoesteraz. 3.3.1.3. Insektycydy polichlorowe Insektycydy chloroorganiczne (polichlorowe) stanowią dużą grupę związków, głównie węglowodorów o różnej budowie i zawartości chloru w cząsteczce. Ta rozmaitość w budowie chemicznej bezpośrednio wiąże się ze zróżnicowaniem własności fizykochemicznych, biologicznych i toksycznych tych związków. Ze względu na strukturę, można wymienić następujące główne klasy insektycydów polichlorowych: bischlorofenylowe (DDT, metoksychlor), pochodne cyklodienowe (aldryna, dieldryna, heptachlor, endosulfan, chlordan), pochodne cykloparafinowe (heksachlorocykloheksan – HCH, lindan – γ-HCH), chlorowane terpeny (toksafen). Insektycydy polichlorowe powszechnie i często w nadmiarze stosowane były w latach 1940-1960. Związki te były wykorzystywane jako podstawowa grupa pestycydów w rolnictwie, zwalczaniu chorób zwierząt oraz zwalczaniu (do dziś) malarii w krajach afrykańskich. Z czasem okazało się, że takie ich cechy jak m.in. trwałość i dobra rozpuszczalność w tłuszczach, spowodowały zaleganie we wszystkich elementach ekosystemu, kumulację w organizmach 121


owadów, zwierząt i ludzi, zagęszczanie w łańcuchu pokarmowym, a także osłabienie działania szkodnikobójczego na skutek szybkiego nabywania odporności przez szkodniki. W rezultacie, stosowanie tych związków na dużą skalę spowodowało ogromne, często nieodwracalne szkody, naruszenie równowagi biologicznej oraz występujące do chwili obecnej zagrożenie zdrowia ludzi. Wobec powyższego, obecnie w większości krajów świata (w tym w Polsce) insektycydy polichlorowe, takie jak np. DDT, czy pochodne dienowe, zostały wycofane z użytku. 3.3.1.3.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne Ze względu na rozmaitość w budowie nie można podać jednego ogólnego wzoru strukturalnego, obejmującego grupę wszystkich insektycydów chloroorganicznych, i dlatego poniżej na rysunku 3.3. podano przykładowe struktury chemiczne pestycydów z tej grupy (A – DDT, B – metoksychlor, C – aldryna, D- heptachlor oraz E – lindan) .

A.

B.

C.

D.

E.

Rys. 3.3. Struktury niektórych pestycydów z grupy chloroorganicznych. Do podstawowych cech wyróżniających tę grupę insektycydów spośród innych należą: bardzo dobra rozpuszczalność w tłuszczach oraz odporność na wpływ różnych czynników zewnętrznych (temperatura, wilgotność, światło). Związki te źle rozpuszczają się w wodzie, natomiast dobrze w większości 122


rozpuszczalników organicznych. Substancje te w większości występują w formie krystalicznej lub oleistych cieczy, często o charakterystycznym zapachu.

Własności

fizykochemiczne

insektycydów

polichlorowych

(np. wysoka prężność par aldryny, czy heptachloru) często ukierunkowują ich zastosowanie, np. do zwalczania szkodników gleby. 3.3.1.3.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Insektycydy polichlorowe należą do trucizn neurotropowych, jakkolwiek wykazują również toksyczne działanie na wiele innych układów w organizmie oraz w różny sposób uszkadzają liczne inne narządy (przede wszystkim wątrobę i nerki), które biorą udział w ich detoksykacji i wydalaniu. Na ośrodkowe działanie neurotoksyczne tych związków (DDT, dieldryna, toksafen) wskazują pojawiające się szybko w zatruciu ostrym drżenia i różnego rodzaju drgawki. Natomiast przy zatruciach przewlekłych obserwowane były trwałe zaburzenia neurologiczne, niedowłady, przykurcze mięśni, które są dowodem wpływu również na obwodowy układ nerwowy. 3.3.1.4. Insektycydy piretroidowe Od dawna stosowane były piretroidy naturalne stanowiące wyciągi z roślin Chrysanthemum (podrodzaj Piretrum), w skład których wchodzą czynne substancje insektobójcze o budowie estrowej. Estry te wywodzą się z dwóch kwasów: chryzantemowego i piretrowego oraz z trzech alkoholi: piretrolu, cyneolu i jasmolonu. Wraz z rozwojem syntezy chemicznej na przełomie lat 50. i 60. ubiegłego wieku, opracowano nową grupę insektycydów piretroidowych, opartą na modyfikacji struktury cząsteczki piretryn naturalnych, którą nazwano piretroidami syntetycznymi. Obecnie do grupy 123


piretroidów syntetycznych należy ok. 40 substancji czynnych, które stanowią 20-30% rocznej globalnej produkcji insektycydów. 3.3.1.4.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne Piretroidy syntetyczne są estrami kwasu chryzantemowego i różnych alkoholi,

najczęściej

występujące

jako

racemiczna

mieszanina

stereoizomerów. Do pierwszych zsyntetyzowanych piretroidów można zaliczyć pochodne kwasu dimetylowinylocyklopropanokarboksylowego, takie jak: aletryna, tetrametryna oraz rozmetryna. Wszystkie powyżej wymienione piretroidy charakteryzowały się wrażliwością na działanie światła i małą trwałością w środowisku, przez co miały ograniczone zastosowanie jako ŚOR. Przełomowe znaczenie miało zsyntetyzowanie w 1973 r. piretroidów odpornych na światło, do których zaliczają się związki z grupy estrów 3-fenoksybenzylowych kwasu winylocyklopropanokarboksylowego (np. cypermetryna, rysunek 3.4.A) oraz związki z grupy estrów

3-fenoksybenzylowych

kwasu

chlorofenylo-2-izopropylowego

(np. fenwalerat, rysunek 3.4.B). Wszystkie piretroidy wykazują dobrą rozpuszczalność w tłuszczach oraz krótki czas zalegania w glebie.

A

B

Rys. 3.4. Struktury wybranych pestycydów z grupy syntetycznych piretroidów: cypermetryny (A) i fenwaleratu (B).

124


3.3.1.4.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Związki piretroidowe należą do trucizn neutropowych o dużym powinowactwie do ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego. Dobra rozpuszczalność insektycydów piretroidowych w tłuszczach ułatwia im przenikanie do tkanki nerwowej, w której związki te naruszają proces wzbudzania i przewodzenia potencjału czynnościowego. Piretroidy zmieniają dynamikę przepływu w kanale sodowym, a także zaburzają homeostazę wapnia w układzie nerwowym. Ze względu na swoją lipofilność związki te wpływają na aktywność różnych układów enzymatycznych. Piretroidy zmieniają także stężenie amin katecholowych i kortykosteronu w mózgu i krwi. Ponadto, stwierdzono wpływ związków piretroidowych na układy sercowo-naczyniowy

i

immunologiczny.

Insektycydy

piretroidowe

charakteryzują się wysokim współczynnikiem bezpieczeństwa wyrażonym stosunkiem toksyczności ssaki/owady, szybkim metabolizmem i wydalaniem z organizmów wyższych. Zatrucia związkami piretroidowymi u ludzi są rzadko spotykane. Zatrucia większymi dawkami przebiegają z objawami pobudzenia ośrodkowego układu nerwowego, drgawkami, drżeniami mięśniowymi, porażeniem i biegunką. W działaniu bezpośrednim mogą powodować kontaktowe zapalenia skóry oraz napady podobne do dychawicy oskrzelowej o podłożu uczuleniowym. 3.3.2. Herbicydy Herbicydy stanowią grupę związków chemicznych wykorzystywaną do niszczenia chwastów. Do grupy tej zaliczane są także substancje wykazujące zdolność pobudzania lub hamowania wzrostu roślin, czyli tzw. regulatory 125


wzrostu. Dawniej jako środki chwastobójcze powszechnie stosowane były związki nieorganiczne takie jak np.: chlorany, borany, arseniany (III), tiocyjaniany, sole miedzi. Obecnie ważne znaczenie użytkowe, ale również istotne z punktu widzenia zatruć i zagrożenia środowiskowego, mają herbicydy organiczne, do których zalicza się takie klasy chemiczne związków jak: pochodne kwasu chlorofenoksyoctowego, dinitrofenole, związki bispirydylowe, pochodne mocznika, triazyny i kwasu karbaminowego, a także związki o innej budowie. Poniżej, scharakteryzowano trzy wybrane grupy herbicydów organicznych, odznaczające się szerokim zastosowaniem w praktyce rolniczej. Są to: pochodne kwasu chlorofenoksyoctowego, związki bispirydylowe oraz pochodne mocznika. 3.3.2.1. Pochodne kwasu chlorofenoksyoctowego Najszersze zastosowanie w tej grupie herbicydów znalazły: kwas 2,4dichlorofenoksyoctowy (2,4-D) oraz 2,4,5-trichlorofenoksyoctowy (2,4,5-T), a także ich sole i estry. Preparaty tych związków produkowane są w postaci rozpuszczalnych proszków lub koncentratów do sporządzania zawiesin. W Polsce stosowane są: preparat prosty z jedną substancją czynną (Pielik zawierający sól sodową 2,4-D), a także preparaty złożone (np. Aminopielik P zawierający 2,4-D i dichloroprop – pochodną kwasu fenoksypropionowego). Działanie chwastobójcze tych związków polega na pobudzeniu układu hormonalnego rośliny, wskutek czego niekontrolowany rozrost części rośliny powoduje jej zniszczenie. Działanie hormonalne nie przenosi się na zwierzęta i ludzi. Związki te są powszechnie stosowane w rolnictwie oraz przy konserwacji torów i autostrad.

126


3.3.2.1.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne Poniżej przedstawiono budowę

kwasu 2,4-dichlorofenoksyoctowego

(2,4-D) – rysunek 3.5.A oraz kwasu 2,4,5-trichlorofenoksyoctowego (2,4,5T) - rysunek 3.5.B.

A

B

Rys. 3.5. Budowa głównych pochodnych kwasu chlorofenoksyoctowego: kwasu

2,4-dichlorofenoksyoctowego

(A)

oraz

kwasu

2,4,5-

trichlorofenoksyoctowego (B). Czyste związki tych herbicydów są krystaliczne i dobrze rozpuszczają się w wodzie. Kwas 2,4-dichlorofenoksyoctowy stanowi białą krystaliczną substancję o temp. top. 136–141°C, bez zapachu (czysta substancja) lub o zapachu fenoli (produkt techniczny). Związek ten rozpuszcza się w wodzie (540 mg·L-1), a także w takich rozpuszczalnikach organicznych jak etanol i aceton. 3.3.2.1.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Pochodne kwasu chlorofenoksyoctowego działają uczulająco, powodując przy kontakcie zapalenie skóry. Badania z udziałem zwierząt doświadczalnych wykazały, że zatrucie dużą dawką 2,4-D powoduje śmierć na skutek migotania komór. Po doustnym lub pozajelitowym wprowadzeniu mniejszych dawek tego związku występował złożony zespół objawów, takich 127


jak: postępująca apatia, osłabienie mięśniowe tylnych kończyn, brak łaknienia, wybroczyny i krwotoki z jamy nosowo-gardłowej, podrażnienie błon śluzowych, napady drgawek i śpiączka. W przypadku krótkotrwałego okresu badań, zwierzęta dobrze znosiły powtarzanie dawek (niewiele różniących się od dawki toksycznej) 2,4-D i 2,4,5-T. Natomiast u ludzi, przyjmuje się, że wyraźne objawy kliniczne zatrucia tymi związkami powoduje przyjęcie ich w dawce 3-4 grama. 3.3.2.2. Związki bispirydylowe Herbicydy z tej grupy działają chwastobójczo poprzez silne działanie fitotoksyczne, powodując rozkład i zahamowanie procesów oddychania roślin. Głównymi reprezentantami tej grupy są: parakwat i dikwat. Do popularnych preparatów handlowych, produkowanych w Wielkiej Brytanii należą Reglone (zawierający dikwat) oraz Gramoxone (zawierający parakwat). Oba preparaty stosowane są w postaci cieczy do oprysku. 3.3.2.2.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne Poniżej, na rysunku 3.6., przedstawiono strukturę chemiczną parakwatu.

Rys. 3.6. Struktura chemiczna parakwatu. Czyste związki bispirydylowe są krystalicznymi proszkami, dobrze rozpuszczalnymi w wodzie, słabiej w etanolu, a źle w rozpuszczalnikach 128


organicznych. Użytkowe formy preparatów stanowią ciecze o brunatnoczerwonym zabarwieniu. 3.3.2.2.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Przyjmuje się, że mechanizm działania niszczącego na rośliny jest taki sam jak mechanizm toksycznego działania dla ssaków. Podstawą tego działania są łatwo przebiegające enzymatyczne procesy utleniania i redukcji. Zredukowany kation dipirydylowy uwalnia jeden elektron, a następnie utleniany przez tlen cząsteczkowy powraca do formy dikationu. Uwolniony w tej reakcji elektron tworzy wolny rodnik ponadtlenkowy. Nagromadzone rodniki ponadtlenkowe tworzą silnie reaktywny tlen cząsteczkowy, który powoduje hydroperoksydację lipidów błon komórkowych w reakcji z nienasyconymi kwasami tłuszczowymi. W tej postaci błony komórkowe tworzą w obecności jonów metali wolne rodniki lipidowe, co zapoczątkowuje niekontrolowaną reakcję peroksydacji lipidów. W konsekwencji zjawisko to wywołuje uszkodzenia białkowo-lipidowych błon komórkowych i mitochondrialnych. Istnieje znaczna liczba zatruć (w tym śmiertelnych) parakwatem u ludzi. Najpoważniejszym i groźnym dla życia skutkiem zatrucia tym związkiem jest rozwój zmian włóknistych w płucach. Rozwój objawów klinicznych zatrucia zależy od wielkości przyjętej dawki parakwatu. Jako dawkę śmiertelną uważa się 10-15 mL handlowego preparatu w postaci koncentratu. W przypadku ostrych zatruć obserwuje się szybko rozwijającą śpiączkę, a w ciągu kilku dni może nastąpić zgon na skutek uszkodzenia o.u.n. i mięśnia sercowego. W wyniku przyjęcia mniejszych dawek początkowo występują zaburzenia ze strony układu pokarmowego, zapalenie i oparzenie przełyku oraz błony śluzowej żołądka, co z kolei powoduje wymioty i biegunkę. Po kilku dniach 129


pojawiają się objawy niewydolności nerek, a po 1-14 dniowym okresie utajnienia rozwija się niewydolność oddechowa. Występują nieodwracalne zmiany włókniste w płucach, poprzedzone zapaleniem śródmiąższowym, które najczęściej kończą się zgonem. Zatrucia dikwatem są znacznie rzadsze, nie powodują zwyrodnienia płuc i najczęściej są wyleczalne. 3.3.2.3. Pochodne mocznika Jest to duża grupa związków, głównie fenylopochodnych mocznika. Wprowadzenie chloru do cząsteczki zwiększa trwałość tych związków i przedłuża czas ich działania chwastobójczego. Typowymi przedstawicielami tej grupy są: monuron i diuron. Przykładami preparatów zawierających te związki mogą być: Televar (USA) z monuronem oraz Diuron-Bayer 80 WP (Niemcy) z diuronem. Herbicydy tej grupy są mało toksyczne dla organizmów wyższych. 3.3.2.3.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne Poniżej na rysunku 3.7.A przedstawiono budowę mocznika, a na rysunkach 3.7.B i 3.7.C, odpowiednio, budowę monuronu i diuronu.

A

B

C

Rys. 3.7. Struktury: mocznika (A) oraz pochodnych mocznika: monuronu (B) i diuronu (C).

130


Monuron i diuron występują w postaci krystalicznej, mają ograniczoną rozpuszczalność w wodzie, natomiast w rozpuszczalnikach organicznych rozpuszczają się w różnym stopniu. Związki te, a zwłaszcza monuron charakteryzują się długim okresem zalegania w glebie. Pochodne mocznika ulegają rozpadowi w glebie w wyniku reakcji utleniania oraz przy udziale wilgoci i drobnoustrojów. W organizmach ssaków biotransformacja tych związków zachodzi przez demetylację i hydroksylację w położeniu orto. 3.3.2.3.2. Działanie toksyczne W badaniach na zwierzętach nie wykazano kierunkowych działań toksycznych, ani zaburzeń ogólnych, za wyjątkiem średnio zaznaczonej niedokrwistości i niewielkim przyrostem masy wątroby i śledziony. Pochodne mocznika są mało toksyczne dla pszczół, ale diuron wykazuje znaczną toksyczność dla ryb. Natomiast brak jest doniesień odnośnie zatruć tymi związkami u ludzi. Nie potwierdzono również sugerowanego działania rakotwórczego monuronu. 3.3.3. Fungicydy Fungicydy to inaczej środki grzybobójcze, które mogą działać grzybostatycznie lub poprzez uniemożliwienie wzrostu i rozmnażania się grzybów. W ochronie roślin fungicydy stosowane są głównie zapobiegawczo przed zakażeniem. Środki grzybobójcze stanowią dużą grupę substancji chemicznych, począwszy od prostych substancji, takich jak siarka, wielosiarczki wapnia i baru, sole miedzi, aż po złożone związki organiczne. Spośród fungicydów organicznych można wymienić: pochodne kwasu ditiokarbaminowego, benzimidazolu, organiczne połączenia rtęci i cyny, 131


chloropochodne węglowodorów (chlorofenole), heksachlorobenzen (HCH), a także inne związki chemiczne, wychodzące poza zakres tego opracowania. Należy nadmienić, że ze względów na poważne zagrożenie zdrowia i życia zwierząt i ludzi, fungicydy rtęciowe są obecnie całkowicie wycofane z użytkowania w ochronie roślin. Obecnie, z punktu widzenia zagrożenia toksykologicznego, istotne znaczenie mają pochodne kwasu ditiokarbaminowego. 3.3.3.1. Ditiokarbaminiany Ditiokarbaminiany należą do głównych grup fungicydów, jakkolwiek posiadają także własności owadobójcze. Związki te są powszechnie stosowane i wypierają drogie i bardziej niebezpieczne fungicydy metaloorganiczne. Oprócz rolnictwa ditiokarbaminiany stosowane są do leczenia grzybic i świerzbu, a także wykorzystywane są w przemyśle gumowym. Pochodne kwasu ditiokarbaminowego można podzielić na trzy klasy chemiczne: 1) sole kwasu dimetyloditiokarbaminowego (np. ferbam, ziram), 2) sole kwasu etylenobisditiokarbaminowego (np. maneb, zineb) oraz 3) disiarczki (tiuram). Jako przykłady preparatów zawierających te związki można podać: Cynkotox (zineb), Dithane D-14 (nabam) oraz Sadoplon-75 (tiuram). Ditiokarbaminiany są związkami o małej toksyczności ostrej dla ssaków. 3.3.3.1.1. Budowa chemiczna i własności fizykochemiczne Poniżej przedstawiono budowę kwasu ditiokarbaminowego (rysunek 3.8.A) oraz dwóch wybranych fungicydów ditiokarbaminowych (rysunki 3.8.B – ziramu, oraz 3.8.C – tiuramu). 132


A

B

C

Rys. 3.8. Struktura kwasu ditiokarbaminowego (A) oraz jego pochodnych: ziramu (B) i tiuramu (C). Czyste ditiokarbaminiany występują w postaci białych lub żółtych kryształów. Ditiokarbaminiany litowców są dobrze rozpuszczalne w wodzie, natomiast ich połączenia z metalami ciężkimi źle rozpuszczają się w wodzie i tworzą zawiesiny. Disiarczki tiuramu zawierające połączenia siarkowe typu S-S (mostek disiarczkowy, wiązanie disiarczkowe) również źle się rozpuszczają w wodzie. 3.3.3.1.2. Mechanizm toksycznego działania i skutki zatrucia Mechanizm toksycznego działania ditiokarbaminianów na organizmy wyższe polega na wpływie tworzących się produktów przemiany etylenotiomocznika i izotiocyjanianów, które są bardziej toksyczne od produktów macierzystych. Izotiocyjaniany mogą blokować grupy tiolowe (-SH) w organizmie. Innym mechanizmem toksycznego działania tych związków jest blokowanie aktywności wielu układów enzymatycznych poprzez chelatowanie przez nie jonów metali. Poprzez hamowanie enzymów zależnych od jonów metali (enzymów cyklu kwasów trikarboksylowych oraz tyrozynazy), a także izoenzymów cytochromu P-450, ditiokarbaminiany upośledzają metabolizm tkankowy. Uważa się, że etylenotiomocznik

133


i izotiocyjaniany są prawdopodobnie odpowiedzialne za teratogenne działanie ditiokarbaminianów. Badania na zwierzętach wykazały, że długotrwałe podawanie małych dawek tych fungicydów powoduje zanik łaknienia, wychudzenie i wyniszczenie. Następują wolno także zwyrodnienia narządów wewnętrznych, a także ośrodkowego układu nerwowego (szczególnie u psów), związane z występowaniem drgawek, zaburzeń koordynacji ruchowej, niedowładami i porażeniem. Charakterystycznym objawem zatrucia ditiokarbaminianami (zwłaszcza etyleno-bis-ditiokarbaminianami) jest przerost gruczołów i zaburzenia równowagi hormonów tarczycowych. Tiuram, zineb i mankozeb wykazują zależne od dawki działanie gonadotoksyczne i embriotoksyczne. Zatrucia ludzi ditiokarbaminianami są rzadkie, co wynika z ich małej toksyczności ostrej. 3.4. Korzyści i zagrożenia wynikające ze stosowania pestycydów Obecnie, w celu zapewnienia wyżywienia rosnącej populacji ludzkiej, stosowanie ŚOR jest konieczne. W skali światowej stosowanie pestycydów przyniosło wymierne i niezaprzeczalne korzyści w trzech podstawowych dziedzinach życia: gospodarce rolnej i leśnej, gospodarce materiałowej oraz ochronie zdrowia. W dziedzinie gospodarki rolnej i leśnej przyczyniło się do wzrostu plonu podstawowych zbóż, zmniejszenia masowych pomorów zwierząt i ptactwa w gospodarstwach hodowlanych oraz zwiększenia przyrostu i jakości w produkcji, zwłaszcza mleka i mięsa. Stosowanie pestycydów przyniosło również zyski w gospodarce materiałowej poprzez zmniejszenie strat żywności (ochrona magazynów 134


i środków transportu), przedłużenie czasu eksploatacji dróg, torów i lotnisk (likwidacja chwastów), a także ochronę i zwiększenie trwałości produktów przemysłowych i muzealnych. Pestycydy odegrały również dużą rolę w dziedzinie zdrowia, zwłaszcza w krajach rozwijających się, przyczyniając się do likwidacji lub znaczącego ograniczenia wielu chorób, do których zaliczają się: malaria, dżuma, żółta febra, wirusowe zapalenie mózgu i inne choroby zakaźne. Stosowanie pestycydów wśród najuboższej ludności wpłynęło również dodatnio na wzrost higieny życia osobistego i otoczenia. Długotrwałe i powszechne wykorzystywanie pestycydów przyniosło również nowe i nieznane dotychczas problemy, związane z zagrożeniami chemicznymi środowiska, jak również z odległymi skutkami zdrowotnymi człowieka. Klasycznym przykładem mogą być insektycydy polichlorowe (DDT, dieldryna), które charakteryzuje bardzo duża trwałość w środowisku. Z jednej strony właściwość ta umożliwiła całkowite opanowanie chorób przenoszonych przez stawonogi, ale równocześnie z upływem czasu doprowadziła do kumulacji tych związków w glebie, organizmie człowieka i tkankach zwierząt pożytecznych. Systematyczne wprowadzanie do środowiska trwałych związków polichlorowych spowodowało także w wyniku selekcji oporność licznych szczepów i gatunków szkodników, przyczyniając się do wyniszczenia wielu gatunków zwierząt i ptactwa dziko żyjącego. Długotrwałe

zanieczyszczanie

gleby,

do

chwili

obecnej

skutkuje

przenikaniem pozostałości związków chlorowanych do żywności, a następnie powoduje gromadzenie się ich w tkance tłuszczowej ludzi i zwierząt, co stwarza możliwość wtórnych zatruć.

135


W końcu lat 50. i początku lat 60., na skutek alarmujących doniesień biologów i przyrodników, pestycydy stały się przedmiotem uwagi w badaniach ekologicznych, epidemiologicznych i przede wszystkim toksykologicznych. W wyniku tych badań podjęto szereg działań zapobiegawczych w stosowaniu pestycydów. Należą do nich ograniczenie stosowania insektycydów polichlorowanych, wycofanie DDT w większości krajów świata oraz wprowadzenie założeń racjonalnego postępowania w dążeniu do ograniczenia zagrożenia. W ramach racjonalnego wykorzystywania pestycydów przyjęto następujące działania: ukierunkowany rozwój chemii pestycydów, zalecenia wykonawcze w odniesieniu do sposobów ich użytkowania w różnych dziedzinach życia oraz wprowadzenie odpowiednich podstaw i zakresu kontroli higieniczno-toksykologicznej stosowania. 4. Dodatki do żywności Substancje dodatkowe w żywności to takie substancje, które w zwykłych warunkach nie są spożywane jako pożywienie, nie są również typowymi składnikami pożywienia, ale których celowe użycie technologiczne w procesie produkcji, przetwarzania, preparowania, transportu, pakowania i przechowywania powoduje zamierzone (korzystne) efekty. W konsekwencji dodatki do żywności stanowią integralne składniki pożywienia, do którego zostały dodane. Celem stosowania dodatków do żywności może być: 

przedłużenie

trwałości

żywności

(np.:

przeciwutleniacze,

konserwanty); 

poprawienie

właściwości

organoleptycznych

(np.:

stabilizatory, barwniki, substancje słodzące, emulgatory).

136

aromaty


Substancje dodatkowe w pożywieniu mogą pełnić różnorodne funkcje, a ich klasyfikacja jest różnorodna w zależności od przyjętych kryteriów przez dane państwo lub zespół państw. W tabeli 4.1. przedstawiono wybrane rodzaje i przykłady dodatków do żywności. Tabela 4.1. Rodzaje i przykłady dodatków do żywności. rodzaj dodatku do żywności

funkcja

przykład / oznaczenie

środek konserwujący

przedłużenie przydatności do spożycia

azotan(III) sodu / E250

emulgator

poprawienie konsystencji i homogeniczności

pektyna / E440a

przeciwutleniacz

zapobieganie utlenieniu i zjełczeniu

butylohydroksytoluen / E321

wzmacniacz smaku

polepszanie lub nadawania smaku

glutaminian sodu / E621

barwnik

nadanie atrakcyjnego wyglądu

karmel / E 150

stabilizator

nadanie trwałości

monogliceryd acetylowany / E472a

środek przeciwpieniący

zapobieganie pienieniu się

dimetylopolisiloksan / E900

Podstawowym warunkiem akceptacji substancji chemicznej jako dodatku do żywności jest udowodnienie jej nieszkodliwości w określonych stężeniach bazując na podstawie różnorodnych badań toksykologicznych. Na podstawie tych badań ustalane są wartości tzw. akceptowanego dziennego pobrania dla człowieka (ADI, ang. Acceptable Daily Intake), które są wyrażane w mg/kg masy ciała człowieka – ilość substancji dodatkowych, która może być pobierana codziennie przez całe życie bez ryzyka dla zdrowia. 137


Warto zwrócić uwagę, że dla substancji dodatkowych ustalane są specjalne wymagania jeśli chodzi o czystość, a oceną ich bezpieczeństwa zajmują się specjalnie powołani eksperci: 

Komitet Naukowy ds. Żywności (SCF, ang. Scientific Committee on Food);

Komitet Ekspertów FAO/WHO ds. Substancji Dodatkowych (JECFA, ang. Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives);

Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA, ang. European Food Safety Authority).

5. Trucizny powstające w procesie tworzenia i przetwórstwa żywności Przetwórstwo żywności odgrywa dużą rolę we współczesnym przemyśle spożywczym. Powoduje ono zwiększenie trwałości i obniżenie ceny żywności, podnoszenie walorów smakowych, zwiększenie asortymentu produktów żywnościowych, jednakże przetwarzanie żywności, a zwłaszcza jej obróbka termiczna, są także przyczyną powstawania w niej wielu szkodliwych dla człowieka związków. Do związków tych należą: wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), heterocykliczne aminy aromatyczne (HCA) oraz nitrozoaminy. Wszystkie wymienione grupy związków charakteryzują mutagenne i kancerogenne własności. Związkami

mutagennymi

nazywane

substancje,

które

mogą

powodować zmiany w zapisie genetycznym, natomiast związki kancerogenne przyczyniają się do powstawania nowotworów. Na początku XXI wieku, w wyniku opublikowanych wyników badań przez zespół szwedzkich naukowców, znacznie wzrosło zainteresowanie akrylamidem, którego obecność w dużych ilościach stwierdzono w wielu produktach żywnościowych. Związek ten powstaje na skutek traktowania

138


żywności

bogatej

w

węglowodany

wysoką

temperaturą

(powyżej

120°C) i jest podejrzewany o kancerogenne działanie na organizm człowieka. Jak do tej pory nie ma jednak dowodów jednoznacznie potwierdzających tę hipotezę. 5.1. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), w literaturze anglojęzycznej znane pod nazwą polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) stanowią liczną grupę związków, które zawsze występowały w środowisku, jednak rozwój cywilizacyjny spowodował wzrost narażenia na nie. Obecność WWA stwierdzono w dymie papierosowym, zanieczyszczonym miejskim powietrzu, spalinach, grillowanym i wędzonym mięsie, liściach herbaty. Związki te wykrywane są również w przetworach mlecznych, owocach, warzywach, olejach oraz zbożach. WWA są produktami niepełnego spalania substancji organicznych, a także powstają na skutek pirolizy tłuszczu podczas smażenia i pieczenia, zwłaszcza nad otwartym ogniem. Przetworzona termicznie żywność szczególnie bogata jest w te kancerogenne związki. Według oszacowania Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), narażenie na WWA jest w 99% wynikiem konsumpcji żywności, a tylko ok. 0,9% tych związków dostaje się do organizmu z wdychanym powietrzem oraz 0,1-0,3% z wodą pitną. Spośród około 250 związków z grupy WWA, ok. 16 jest szczególnie niebezpiecznych dla środowiska i zdrowia, a 6 z nich wykazuje własności kancerogenne.

139


5.1.1. Budowa oraz własności fizykochemiczne Strukturę WWA, najczęściej oznaczanych w środowisku i żywności, charakteryzuje

układ

dwóch

lub

więcej

sprzężonych

pierścieni

aromatycznych bez obecności żadnego heteroatomu lub podstawnika. Jako przykłady, na rysunku 5.1., podano struktury dwóch silnie kancerogennych związków: benozo[a]pirenu (rysunek 5.1.A) oraz benzo[a]antracenu (rysunku 5.1.B).

A B Rys. 5.1. Wzory strukturalne benozo[a]piranu (A) oraz benzo[a]antracenu (B) W czystej postaci WWA są substancjami stałymi, krystalicznymi, o barwie białej lub bladożółto-zielonej. Posiadają wysoką temperaturę topnienia oraz niską prężność par. Wykazują charakter hydrofobowy (szczególnie ciężkie węglowodory) i lipofilny. WWA bardzo słabo rozpuszczają się w wodzie, natomiast dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych (benzen, toluen, cykloheksan, aceton). Ze względu na swoje własności, związki te (szczególnie cztero- i więcej pierścieniowe) występują w środowisku w postaci zaadsorbowanej na powierzchni stałych cząstek, zarówno w wodzie jak i w powietrzu. WWA wchodzą w reakcje podstawiania i przyłączania. Wykazują wrażliwość na działanie światła, tlenu, ozonu i innych utleniaczy. W obecności światła i tlenu związki te ulegają reakcji

140


fotochemicznej z utworzeniem w końcowym etapie dioli, chinonów i aldehydów. 5.1.2. Działanie toksyczne na organizm człowieka W organizmie człowieka WWA mogą być przekształcane z udziałem nitroreduktazy mikroorganizmów jelitowych do amin aromatycznych, poprzez zamianę grupy nitrowej na aminową, z wytworzeniem N-hydroksy produktów pośrednich. Ponadto, wykazano także, że mikroorganizmy jelitowe przyczyniają się do przekształcenia WWA do ich bardziej aktywnych pochodnych estrogenowych. Stwierdzono, że węglowodory te są wysoce genotoksyczne i w dużym stopniu odpowiedzialne za indukcję nowotworów jelita grubego. 5.2. Heterocykliczne aminy aromatyczne Heterocykliczne aminy aromatyczne (ang. heterocyclic aromatic amines, HCA) stanowią grupę związków powstających w wyniku obróbki termicznej (gotowanie, smażenie, pieczenie, grillowanie) wielu rodzajów żywności, szczególnie bogatej w białko (zwłaszcza mięsa czerwonego i ryb). HCA należą do bardzo silnych mutagenów. Badania na zwierzętach wykazały także ich umiarkowane działanie rakotwórcze. Temperatura obróbki termicznej warunkuje rodzaj HCA w przetwarzanej żywności. W wysokich temperaturach

(200-300°C)

powstają

HCA

jako

produkty

reakcji

aminokwasów budujących białka mięsa z kreatyną i sacharydami, występującymi w mięśniach (reakcja Maillarda). Produkty te powstają głównie na powierzchni mięsa i ryb pieczonych nad otwartym ogniem. W temperaturze niższej (150-200°C) na powierzchni mięsa pieczonego, 141


jak również w wywarze mięsnym powstają, równie niebezpieczne jak HCA, produkty pochodne, takie jak chinoliny, chinoksaliny i pirydyny. 5.2.1. Budowa HCA oraz własności fizykochemiczne HCA zbudowane są z pierścieni aromatycznych oraz grup aminowej i metylowej. HCA można podzielić na dwie grupy związków: 1. Polarne (powstające z aminokwasów, sacharydów i kreatyny), wśród których wyróżnia się: imidazochinoliny (IQ), imidazochinoksaliny (IQx) oraz imidazopirydyny. 2. Niepolarne, do których należą piroindole i diproimidazole. Poniżej, na rysunku 5.2., przedstawiono struktury sześciu wybranych, należących do najbardziej popularnych HCA. Są to: 2-amino-3-metylo-3Himidazo[4,5-f] chinolina (IQ, rysunek 5.2.A), 2-amino-3,4-dimetylo-3Himidazo[4,5-f]chinolina (MelQ, rysunek 5.2.B), 2-amino-3,8-dimetylo-3Himidazo[4,5-f]chinoksalina (MelQx, rysunek 5.2.C), 2-amino-1-metylo-6fenylo-1H-imidazo[4,5-b]pirydyna (PhIP, rysunek 5.2.D), 3-amino-1metylo-5H-pirydo[3,4-b]indol (Trp-P-2, rysunek 5.2.E), 3-amino-1,4dimetylo-5H-pirydo[4,3-b]indol (Trp-P-1, rysunek 5.2.F).

A

B

142

C


D

Rys.

5.2.

E

Wzory

strukturalne

F

wybranych

heterocyklicznych

amin

aromatycznych 5.2.2. Działanie toksyczne HCA na organizm człowieka HCA wykazują działanie mutagenne i słabe kancerogenne (wykazane w badaniach na zwierzętach). Związki te działają genotoksycznie i przede wszystkim powodują mutacje genów mających istotne znaczenie w powstawaniu nowotworów jelit, a także piersi. Stwierdzono, że HCA indukują wymiany siostrzanych chromatyd, aberracje chromosomowe, nie kontrolowane syntezy DNA oraz formowanie reaktywnych adduktów DNA. Jednak mechanizmy naprawcze w organizmie ludzkim likwidują większość mutacji genowych i tylko niektóre z nich (szczególnie w sprzyjających warunkach środowiskowych, np. podatność na choroby jelit) mogą wpłynąć na rozwój komórek nowotworowych rakowych. HCA w większości ulegają w organizmie detoksykacji w reakcji z kwasem glukuronowym w wątrobie. Należy także zwrócić uwagę, że mikroorganizmy jelitowe również wpływają na genotoksyczność HCA, poprzez przemianę tych związków do wysokomutagennych

metabolitów

(mutagenów

bezpośrednich).

Dodatkowo,

w badaniach in vivo na szczurach wykazano, że mikroorganizmy jelitowe wegetarian w mniejszym stopniu przyczyniają się do aktywacji HCA (IQ), niż mikroflora u szczurów odżywiających się konwencjonalnie mięsem (stopień uszkodzenia DNA był kilkakrotnie niższy). Istnieją również dowody

143


wskazujące, że HCA uszkadzają komórki mięśnia sercowego i tym samym przyczyniają się do chorób tego narządu. Ogólnie uważa się jednak, że pomimo mutagennych i kancerogennych własności, HCA powstające w trakcie obróbki termicznej żywności nie powinny stanowić dużego zagrożenia dla człowieka, zwłaszcza ze względu na niskie stężenia tych związków w przetworzonej żywności i w połączeniu z zaletami obróbki cieplnej umożliwiającymi przedłużenie jej trwałości poprzez niszczenie mikroorganizmów (np. patogennych bakterii). Bardziej niepokojące są doniesienia wyników badań na zwierzętach, że HCA obecne w żywności są natychmiast wydzielane do mleka karmiących szczurów i mogą powodować powstawanie adduktów DNA w wątrobach noworodków, co może przenosić się na działanie tych związków u ludzi. 5.3. Nitrozoaminy Nitrozoaminy

powszechnie

występują

w

produktach

mięsnych

(szczególnie wędzonych i peklowanych), do których dodano azotany(III) i azotany(V), a które stosowane są jako konserwanty lub dodatki do gotowych produktów. Poza tym oba rodzaje jonów azotanowych obecne są w roślinach jadalnych, które pobierają je z gleby z wodą w postaci rozpuszczalnych soli. Zwiększonemu poborowi jonów azotanowych przez rośliny sprzyja nawożenie oraz stosowanie ŚOR do uprawy. Jony azotanowe(V) nie są szkodliwe same w sobie, ale po dostaniu się do organizmu mogą zostać przekształcone przez enzym bakteryjny – reduktazę azotanową – do jonów azotanowych(III), a te z kolei przy udziale enzymu nitroreduktazy mogą wchodzić w reakcje z aminami, aminokwasami, amidami, indolami lub fenolami tworząc szkodliwe nitrozoaminy. 144


5.3.1. Budowa oraz własności fizykochemiczne Na rysunku 5.3. przedstawiono struktury chemiczne niektórych aminokwasów oraz amin, powszechnie występujących w produktach spożywczych, które ulegają nitrozowaniu. Do naturalnych aminokwasów zawartych w żywności, ulegających reakcji nitrozowania należą m.in.: metyloguanidyna, glicyna (rysunek 5.3.A), walina (rysunek 5.3.B) oraz prolina. W mięsie ryb, w wyniku przemian enzymatycznych lub bakteryjnych, tworzą się takie prekursory nitrozoamin, takie jak monometyloamina, dimetyloamina (rysunek 5.3.C) oraz trimetyloamina. Z kolei w wyniku procesów gnilnych oraz obróbki kulinarnej z białek, znajdujących się w produktach żywności, powstają takie aminy jak putrescyna (rysunek 5.3.D), kadaweryna (rysunek 5.3.E), piperydyna (rysunek 5.3.F) i pirolidyna (rysunek 5.3.G).

A

E

B

C

F

D

G

Rys. 5.3. Struktury chemiczne niektórych aminokwasów i amin, popularnie występujących w żywności, ulegających reakcji nitrozowania. A – glicyna, B – walina, C- dimetyloamina, D-putrescyna, E-kadaweryna, F-piperydyna, G-pirolidyna

145


Dieta bogata w jony azotanowe sprzyja endogennej reakcji nitrozowania, polegającej na tworzeniu się nitrozwiązków, w tym nitrozoamin. Endogenne tworzenie się związków nitrozowych odbywa się głównie w żołądku, skąd związki te mogą wraz z krwią przenikać do innych organów. Drugim miejscem powstawania związków nitrozowych w organizmie jest jelito grube. Czynnikiem sprzyjającym endogennej reakcji nitrozowania w jelicie grubym jest dieta bogata w mięso (zwłaszcza czerwone), co może prowadzić do powstania nowotworu jelita grubego. Tworzeniu się nitrozoamin sprzyja także konsumpcja żywności konserwowanej solami kwasu azotowego i jego pochodnymi. Najpowszechniej występującą nitrozoaminą w żywności, a także tworzącą się w wyniku endogennej reakcji nitrozowania jest N-nitrozodimetyloamina (NDMA, rysunek 5.4.A). Z innych nitrozoamin codziennie pobieranych przez człowieka z żywnością należą: N-nitrozopirolidyna (NPYR, rysunek 5.4.B) oraz N-nitrozopiperydyna (NPIP, rysunek 5.4.C).

A

B

C

Rys. 5.4. Nitrozoaminy powszechnie występujące w żywności lub/i powstające w wyniku reakcji endogennej. A- N-nitrozodimetyloamina, B- N-nitrozopirolidyna, C- N-nitrozopiperydyna 5.3.2. Działanie toksyczne nitrozamin na organizm człowieka Nitrozoaminy są odpowiedzialne za indukcje nowotworów w różnych narządach, a najczęściej takich jak: wątroba, jelito grube, płuca, trzustka,

146


żołądek, nerki, pęcherz moczowy, przełyk, język. Nitrozoaminy posiadają własności genotoksyczne, mutagenne, teratogenne i kancerogenne. 5.4. Akrylamid Akrylamid jest produkowany na świecie od ponad 50 lat, głównie w krajach Europy Zachodniej, Stanach Zjednoczonych oraz Japonii. Jest przede wszystkim wykorzystywany w syntezie poliakrylamidów, które mają bardzo szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Polimery akrylamidu stosowane są do produkcji tworzyw sztucznych, farb, lakierów, klejów i zapraw murarskich. Polimer ten znalazł również zastosowanie w przemyśle celulozowo-papierniczym i kosmetycznym, a także w technologii oczyszczania ścieków i uzdatniania wody pitnej. Poliakrylamid jako flokulant i koagulant ułatwia i przyspiesza eliminację zanieczyszczeń. Ponadto, polimery akrylamidu dodawane są także do nawozów sztucznych w celu hamowania procesu erozji gleby. Należy również wspomnieć, że poliakrylamidy używane są na całym świecie w laboratoriach w procesie elektroforezy żelowej, stosowanej m.in. do rozdzielania białek. W 2002 roku naukowcy Uniwersytetu Sztokholmskiego oraz przedstawiciele Szwedzkiej Państwowej Agencji ds. Żywności (Swedish National Food Agency, SNFA) wspólnie ogłosili, że podczas obróbki cieplnej niektórych produktów żywnościowych (szczególnie bogatych w węglowodany) akrylamid powstaje w nich w stosunkowo dużych ilościach. Odkrycie to rozpoczęło nowy etap badań tego związku, zwłaszcza w aspekcie jego toksycznego działania na organizm ludzki.

147


5.4.1. Budowa akrylamidu i jego metabolitu glicydamidu, własności fizykochemiczne akrylamidu Akrylamid jest niskocząsteczkowym związkiem organicznym, którego struktura została podana na rysunku 5.5.A.

A

B

Rys. 5.5. Akrylamid (A) i jego metabolit – glicydamid (B).

W warunkach normalnych akrylamid występuje jako biała bezwonna substancja krystaliczna o gęstości 1,122 g·cm-3 (temp. = 30°C). Jego temperatura topnienia wynosi 84,5°C, natomiast temperatura wrzenia (przy ciśnieniu 1 atm) – 192,6°C. Związek ten, dzięki obecności charakterystycznych grup funkcyjnych, wykazuje charakter polarny i jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie, metanolu i etanolu. Natomiast jest nierozpuszczalny w takich niepolarnych rozpuszczalnikach jak benzen czy heptan. Akrylamid charakteryzuje się dużą aktywnością chemiczną, która wynika głównie z obecności w jego cząsteczce wiązania podwójnego, a także fragmentu amidowego. Wiązanie podwójne pełni rolę centrum elektrofilowego, podatnego na atak grupy aminowej lub tiolowej aminokwasów, peptydów i białek. Natomiast występowanie grupy amidowej sprawia, że związek ten może tworzyć wiązania wodorowe, a także może ulegać reakcjom charakterystycznym dla amidów, do których należą hydroliza, dehydratacja, alkoholiza oraz reakcja kondensacji z aldehydami. Akrylamid posiada właściwości zarówno słabo kwasowe, jak i słabo zasadowe. Związek ten, 148


przyłączając nukleofile, łatwo ulega polimeryzacji do poliakrylamidów pod wpływem temperatury oraz promieniowania UV. W temperaturze pokojowej i w ciemnym miejscu akrylamid jest stabilny, jednak po przekroczeniu temperatury topnienia lub w obecności czynników utleniających może gwałtownie polimeryzować. 5.4.2. Mechanizm powstawania akrylamidu w żywności Obecnie przyjmuje się, że akrylamid powstaje w wyniku reakcji konkurencyjnej dla reakcji Maillarda, w której cukry redukujące, takie jak glukoza lub fruktoza kondensują z aminokwasami, głównie asparaginą. W pierwszym etapie grupa α-aminowa wolnej asparaginy reaguje z grupą karbonylową cukru tworząc odpowiednią zasadę Schiffa. Zasada ta pod wpływem odpowiednio wysokiej temperatury (powyżej 120°C) ulega dekarboksylacji, której produkt może dalej reagować według dwóch sposobów. W jednym sposobie, w wyniku reakcji następuje bezpośredni rozkład produktu z wydzieleniem odpowiedniej iminy i utworzeniem akrylamidu. W drugim sposobie, produkt ten może hydrolizować z utworzeniem 3-aminopropionoamidu, który następnie przekształcany jest do akrylamidu przez odłączenie cząsteczki amoniaku. Powstanie akrylamidu w żywności jest procesem zależnym od wielu zmiennych parametrów, takich jak: wzajemne proporcje asparaginy i cukrów redukujących, ogólny skład węglowodanów, czas traktowania wysoką temperaturą, czy pH środowiska. Stwierdzono, że akrylamid nie powstaje w produktach gotowanych lub ogrzewanych nieznacznie powyżej 100°C, natomiast znaczne jego ilości powstają w temp. 120-130°C, a maksymalne w temp. 150-180°C. Najważniejszym aminokwasem w reakcjach powstawania akrylamidu jest 149


asparagina, która występuje w ok. 40% całkowitej ilości wolnych aminokwasów w ziemniakach, i dlatego produkty ziemniaczane (przy dużej zawartości węglowodanów) są podatne na tworzenie się akrylamidu podczas obróbki w wysokich temperaturach. Wykazano także, że asparagina ma decydujące znaczenie w powstawaniu akrylamidu w wyrobach zbożowych, takich jak pieczywo lub ciastka. 5.4.3. Działanie toksyczne akrylamidu na organizm człowieka Od wielu lat prowadzi się badania nad toksycznością akrylamidu i jego pochodnych oraz produktów metabolizmu, uwzględniając trzy rodzaje toksycznego działania: neurotoksyczność, genotoksyczność oraz kancerogenność. Akrylamid w organizmie utleniany jest przez izoenzymy cytochromu P-450 do bardziej reaktywnego związku epoksydowego – glicydoamidu (rysunek 5.5.B). Zarówno akrylamid, jak i glicydoamid tworzą połączenia z hemoglobiną, a glicydoamid tworzy także połączenia z DNA, co może być przyczyną powstawania zmian nowotworowych. Jak do tej pory w badaniach epidemiologicznych potwierdzono jedynie działanie neurotoksyczne akryloamidu na organizm ludzki. W krajach UE, na podstawie licznych badań, akrylamid został zakwalifikowany do związków prawdopodobnie rakotwórczych dla ludzi. Poniżej, w tabeli 5.1. przedstawiono średnią zawartość akrylamidu w wybranych produktach spożywczych.

150


Tabela 5.1. Zawartość akrylamidu w wybranych produktach spożywczych* Produkty spożywcze

Zawartość akrylamidu (µg/kg)

Chipsy ziemniaczane

<50-3500

Frytki

170-2287

Pieczywo (chleb, bułki)

70-430

Prażone migdały

260

Kakao

<50-100

Ciastka, krakersy

30-3200

Orzechy i masło orzechowe

64-457

Pizza

<30-736

Hamburger

14-23

Mięso, drób

30-64

Ryby

30-39

Piwo

30-70

*) dane na podstawie D. Żyżelewicz, E. Nebesny, J. Oracz, Akrylamid – powstawanie, właściwości fizykochemiczne i biologiczne, BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. – XLIII, 2010, 3, 415-427.

6. Hormony w żywności Hormony (gr. ὁρμάω hormao – rzucam się naprzód) wydzielane są poprzez gruczoły wydzielania wewnętrznego i działają jako przekaźnki informacji z jednej części organizmu do drugiej. Ogólnie, powodują rozpoczęcie i zakończenie wielu funkcji organizmu – regulacji czynności i modyfikacji cech strukturalnych tkanek leżących w pobliżu miejsca jego wydzielania lub oddalonych, do których dociera poprzez krew (oprócz tzw.

151


hormonów lokalnych). Istnieją również hormony, które wywierają wpływ na funkcjonowanie wszystkich tkanek organizmu. Kwestia pozostałości hormonów w żywności pochodzenia zwierzęcego jest obecnie ważnym zagadnieniem. Wielki strach przed wzrostem nieprawidłowości lub zmian związanych z płcią jest prawdopodobnie przyczyną wielu emocjonalnych reakcji społeczeństwa. Nie ma wątpliwości, że hormony, mogą wywierać wiele niekorzystnych efektów na ludzi, począwszy od zmian seksualnych zarówno u mężczyzn jak i u kobiet, przez przedwczesne dojrzewanie płciowe u dzieci, jak i również działanie na libido. Hormony były i są stosowane w terapii w celu złagodzenia problemów związanych ze starzeniem i seksualnością. Tak jednak długo, jak hormony są używane zgodnie z zaleceniami oraz właściwym leczeniem, prawdopodobieństwo niepożądanych pozostałości w środowisku jest stosunkowo niskie. Jeśli jednak hormony nie są prawidłowo stosowane, to nie ma możliwości przewidzenia konsekwencji, jak i obecności pozostałości hormonów w produkcie spożywczym. W związku z powyższym, aktualnym tematem badań współczesnej toksykologii żywności w zakresie analiz toksykologicznych, jest opracowywanie odpowiednich procedur wykrywania i oznaczania pozostałości hormonów w produktach żywnościowych. Warto zwrócić uwagę, że chociaż istnieją uzasadnienia weterynaryjne co do leczenia zwierząt hormonami, to tak naprawdę w większości przypadków zwierząt hodowlanych przeznaczonych na ubój, stosowanie hormonów podyktowane jest czynnikami ekonomicznymi z uwagi na przyśpieszenie tempa wzrostu. Jedynym skutecznym sposobem, w którym występowanie oraz znaczenie pozostałości hormonów w produktach żywnościowych (głównie w mięsie) może być ocenione, jest podjęcie badań przez agencje regulacyjne oraz 152


publikacje danych. Niestety jednak obecnie niewiele istnieje źródeł informacji na ten temat – jedynie kilka baz danych o ograniczonym dostępie oraz artykuły badawcze. Badania przeprowadzone w Kanadzie (1996 r.), gdzie stosowanie hormonów było legalne oraz badania przeprowadzone w Polsce (2002 r.), gdzie stosowanie hormonów jest nielegalne (z uwagi na sankcje UE), wykazały minimalne problemy pozostałości hormonów w żywności. Należy jednakże zwrócić uwagę, że badania te były realizowane w różnym czasie, przy zastosowaniu różnych technik badawczych i nie mogą stanowić wiarygodnego źródła w zakresie bezpieczeństwa stosowania hormonów w zakresie produkcji żywności. Warto podkreślić, że tematyka pozostałości hormonów w produktach żywnościowych jest nadal aktualna, ponieważ nie ma ustalonych ściśle norm oraz procedur badań, które umożliwiłyby ocenę jakości żywności pod kątem zawartości hormonów. Co więcej, z uwagi na problematykę analityczną (specyficzny charakter analitu, trudność wykrycia małych ilości, dobór odpowiedniej metody) jest to temat będący wyzwaniem dla nowoczesnych badań bioanalitycznych. BIBLIOGRAFIA M. Kała, Analiza toksykologiczna środków uzależniających. Wydawnictwo Instytutu Ekspertyz Sądowych, Kraków, 2000. Słownik Terminów stosowanych w toksykologii – definicje polskie i odpowiedni angielskie. Wydawnictwo "SECEJSA", Kraków, 1994. W. Seńczuk, Toksykologia współczesna. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2013.

153


S. Manahan, Toksykologia środowiska - aspekty chemiczne i biochemiczne. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006. J. Piotrowski, Podstawy toksykologii. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2006. J. Szajewski. R. Feldman, M. Glińska-Serwin. Leksykon ostrych zatruć. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2000. Z. Juczyński. Narkomania - podręcznik dla nauczycieli, wychowawców i rodziców. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2008. A. Zejc, M. Gorczyca (red.), Chemia leków. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2004. J. Timbrell, Paradoks trucizn – substancje chemiczne przyjazne i wrogie, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2005. I. Mrzyk, Ocena toksykologiczna kwasu 2,4-dichlorofenoksyoctowego i 4-chloro-2-metylofenoksyoctowego w badaniu toksyczności odprzewlekłej, praca doktorska, Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu, 2011 A. Nowak, Z. Libudzisz, Karcynogeny w przewodzie pokarmowym człowieka, ŻYWNOŚĆ. Nauka.Technologia.Jakość, 2008, 4 (59), 9-25. M. S. Kubiak, Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) – ich występowanie w środowisku i żywności, Probl Hig Epidemiol 2013, 94 (1), 31-36. A.

Woziwodzka,

J.

Piosik,

Heterocykliczne

aminy

aromatyczne:

charakterystyka i znaczenie w indukcji procesów nowotworowych, Biotechnologia 2009, 4(87), 133-151.

154


D. Żyżelewicz, E. Nebesny, J. Oracz, Akrylamid – powstawanie, właściwości fizykochemiczne i biologiczne, BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. – XLIII, 2010, 3, 415-427. D. Pingot, K. Pyrzanowski, J. Michałowicz, B. Bukowska, Toksyczność akrylamidu i jego metabolitu – glicydamidu, Medycyna Pracy 2013; 64(2), 259-271. T. Szczerbina, Akrylamid – potencjalnie rakotwórcza substancja występująca w żywności, Kosmos. Problemy Nauk Biologicznych 2005, 54(4), 367-372. D. Orzeł i J. Biernat, Wybrane zagadnienia z toksykologii żywności. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2012

155

Profile for KWSPZ

Zarys toksykologii żywności  

K. Jurowski, K. Madej, W. Piekoszewski

Zarys toksykologii żywności  

K. Jurowski, K. Madej, W. Piekoszewski

Profile for kwspz
Advertisement