Základy toxikologie (Kapitoly IV až VI)
Základní učební text pro studenty 1. ročníku prezenčního a kombinovaného studijního směru radiologický asistent (RA)
Základy toxikologie (Kapitoly IV až VI)
Prof. RNDr. Jiří Patočka, DrSc.
Zdravotně sociální fakulta
Jihočeská univerzita
České Budějovice
Studijní směr radiologický asistent
Kapitola IV. Mechanismy toxického účinku
Interakce s biomakromolekulami
Biomakromolekuly jsou definované chemické sloučeniny nebo jejich komplexy, které jsou stavebními a regulačními prvky každého biologického objektu. Jsou to např. polysacharidy, lipidy, proteiny, nukleové kyseliny a jimi vytvářené komplexy jako např. biologické membrány, enzymy, iontové kanály, receptory, cytoskelet apod. Všechny tyto látky a jimi tvořené struktury jsou samou podstatou každého živého organismu a zajišťují jeho integritu a funkčnost. Proto všechny chemické látky, které mohou s biomakromolekulami vstupovat do interakcí, které mění jejich chemické, fyzikální a biologické vlastnosti, mohou působit na organismus nepříznivě (toxicky). Materiální podstata toxického účinku chemických látek spočívá právě v jejich interakci s různými biomakromolekulami, kterými se mění jejich biologické vlastnosti. To vede k narušení integrity a funkčnosti organismu a může vyústit až v jeho zničení. Takové biomakromolekuly, které jsou cílem pro interakci s některými toxickými látkami, bývají označovány jako cílové struktury (target structure).
Interakce s enzymy
Enzymy jsou specifické biologické katalyzátory, které řídí v živých organismech metabolické pochody a podílí se na regulaci a vzájemné koordinaci životně důležitých funkcí.
Enzymy jsou ve své podstatě proteiny, které jsou schopny snižovat aktivační energii některých chemických reakcí a tím je urychlit. Děje se tak složitými mechanismy na komplikovaných površích enzymů, které vytváří vhodné prostředí pro zdárný průběh chemických reakcí, které jsou součástí metabolismu. Významným místem každého enzymu je tzv. katalytické centrum, místo kde dochází k navázání chemické látky (substrátu) a její přeměně na látku jinou (produkt). Dnes je známo několik tisíc enzymů a každý organismus má své specifické enzymy, které se podílí na jeho metabolických procesech. Protože produkty reakcí katalyzovaných enzymy se stávají substrátem pro jiné enzymy, jsou tyto biomakromolekuly velmi často spřaženy do složitých, autonomně pracujících a samovolně se řídících enzymových systémů.
Enzymovou aktivitu, tedy rychlost přeměny substrátu na produkt, je možno ovlivňovat (řídit) účinkem látek, tzv. enzymových efektorů, které se váží na katalytické centrum enzymu nebo na některá jiná vazebná místa (tzv. allosterická). Efektory mohou enzymovou reakci zpomalit (enzymové inhibitory) čili inhibovat, nebo naopak urychlit (enzymové aktivátory) čili aktivovat. Vazba efektorů na enzym může být reverzibilní či ireverzibilní a efektorová molekula může či nemusí soutěžit se substrátem o vazebné místo (kompetitivní a nekompetitivní inhibitory). Interakce enzymů s efektory, z nichž převážná část vystupuje ve funkci inhibitorů, lze popsat kinetickými rovnicemi a charakterizovat řadou enzymových konstant. Pro reversibilní inhibitory je nejdůležitější konstantou disociační konstanta komplexu enzym-inhibitor (Ki), jejíž obdobou u ireversibilních inhibitorů je hodnota I50, udávající koncentraci inhibitoru, při níž dochází k 50 procentní inhibici enzymu. Hodnota I50 je často vyjadřována v podobě záporného dekadického logaritmu (pI50) a čím je tato hodnota vyšší, tím je látka silnějším inhibitorem.
Pomocí efektorů lze významným způsobem ovlivňovat aktivitu enzymů a řídit tak biochemické reakce a jimi ovládané nebo řízené biologické funkce. Tímto způsobem je realizován farmakologický účinek řady léků a také toxický účinek mnoha chemických látek.
Pokud působí nějaká látka jako inhibitor fyziologicky důležitého enzymu, lze očekávat, že bude silně toxická.
Příkladem takového fyziologicky důležitého enzymu může být acetylcholinesteráza, bez níž by nemohl fungovat cholinergní nervový systém. Jeho mediátorem je neuromediátor acetylcholin, který je substrátem acetylcholinesterázy. Ta je lokalizovaná v oblasti nervových synapsí a nervosvalových zakončení (nervosvalových plotének), kde hraje klíčovou úlohu při přenosu nervového vzruchu. Jestliže je tento enzym inhibován, nemůže plnit svou fyziologickou úlohu, tedy hydrolyzovat a tím inaktivovat acetylcholin uvolňovaný na synapsích a nervosvalových zakončeních. Jeho hromaděním v těchto místech dochází k trvalému dráždění cholinergních receptorů a narušení cholinergního přenosu, což se projeví řadou příznaků jako je mióza, zvýšená sekrece žláz z vnější sekrecí, bronchospasmus, křeče a ochrnutí dýchacího svalstva. Ke smrti dochází v důsledku zástavy dýchání a selhání kardiovaskulárního systému. Takovými inhibitory acetylcholinesterázy jsou např. známé nervové plyny, toxické organofosfáty (tabun, sarin, soman, látka VX) vyvinuté jako látky vhodné pro chemické zbraně, četné organofosfáty a karbamáty používané jako insekticida (parathion, paraoxon, metathion) a také některé přirozeně se vyskytující jedy (toxiny), jako je např. alkaloid fysostigmin, neurotoxin cyanobakterií anatoxin-(s), toxický peptid z hadího jedu mamby zelené nazvaný fasciculin a další. Společným mechanismem toxického účinku všech těchto látek je tedy inhibice acetylcholinesterázy v nervovém systému živočichů.
Inhibice acetylcholinesterázy organofosforovými sloučeninami spočívá v jejich ireversibilní vazbě na hydroxylovou skupinu serinu, která je součástí jejich katalytického centra.
Jiným příkladem může být vznik pozdní neurotoxicity, vyvolaný inhibicí tzv "neuropathy target esterase" (NTE) některými triarylfosfáty (např. tri-o-tolylfosfátem) a pesticidy (např. permethrinem), který vede k postupnému narušení myelinové pochvy některých nervů (demyelinizaci) a vzniku svalové obrny. Toxicita solí arsenu je realizována přes inhibici glutathionreduktázy, toxicita některých nesteroidních antiflogistik přes inhibici cykloxygenázy a toxicita totálního herbicida N-(glykofosfonomethyl)gycinu (glyphosatu,
roundopu) přes inhibici 5-enolpyruvylšikimát-3-fosfát-syntázy. Protože tento posledně jmenovaný enzym je přítomen pouze v rostlinných, nikoliv živočišných organismech, je tato látka toxická pouze pro rostliny a živočichům neškodí.
Interakce s receptory
Receptory jsou biomakromolekuly, specializované na přenos informací pomocí signálních molekul. Jsou to proteinové struktury procházející napříč biologickými membránami s vazebnými místy a funkčními vztahy (Obr. 5). Funkčními vztahy se při přenosu signálu rozumí specifické procesy, které jsou vyvolány vazbou chemické látky (např. neuromediátoru) nebo jeho agonisty či antagonisty (viz dále) a které vedou ke změně propustnosti membrány pro určité ionty. Receptory jsou často součástí receptorových komplexů, které obvykle zahrnují: 1) rozpoznávací místo, ke kterému se specificky váže látka, na níž je receptor citlivý; 2) transdukční prvek, který převádí signál o navázání aktivující látky; 3) efektorový systém, který zajišťuje buněčnou odezvu.
Vztah chemické látky k nějakému receptoru je charakterizován dvěma pojmy. Tzv. afinitou a vnitřní aktivitou. Afinita představuje určitý stupeň korespondence obou molekul, umožňující tvorbu komplexu chemická látka-receptor. Tento komplex je charakterizován disociační konstantou KA, která udává koncentraci látky (obvykle v mol/litr), při níž je jedna polovina v podobě komplexu s receptorem a druhá polovina ve volné formě. Afinitu látky k receptoru lze charakterizovat jako převrtanou hodnotu afinitní konstanty (1/ KA). Čím vyšší je afinita chemické látky k receptoru, tím nižších koncentrací je třeba k aktivaci receptoru a dosažení specifické odpovědi. Vnitřní aktivita představuje schopnost látky vyvolat takovou změnu v uspořádání makromolekuly receptoru, která vede k jeho aktivaci a vyvolání fyziologických dějů souvisejících s touto aktivací.
Pokud má chemická látka k určitému receptoru afinitu i vnitřní aktivitu a je schopna jej aktivovat, označujeme ji jako agonistu. Pokud má však pouze afinitu, ale nikoliv vnitřní aktivitu, není schopna receptor aktivovat, ale může bránit agonistovi v navázání na receptor a působí tak jako antagonista.
Interakce s iontovými kanály
Iontové kanály jsou složité proteinové struktury, uložené uvnitř biologických membrán tak, že spojují vnější a vnitřní stranu membrány pomocí kanálku, kterým mohou procházet malé ionty (zejména Na+, K+, Ca2+). Iontové kanály fungují jako jakési branky (gates), protože kanálky je možno uzavírat a regulovat tak průnik malých iontů z jedné strany biologické membrány na druhou stranu.
Iontové kanály, které mohou být:
1. Integrální součástí receptoru - např. GABAA, nikotinový acetylcholinový receptor, glutamátové ionotropní receptory, 5-HT3 receptor, glycinový receptor;
2. Regulovány přímo alfa aktivovanými podjednotkami G proteinů - např. adrenergní (a2A, a2B), dopaminové (D2), serotoninové (5-HT1A), GABAB;
3. Regulovány prostřednictvím systémů druhých poslů aktivovaných G proteiny (např. adenylátcyklázový systém) - beta-adrenergní receptor, muskarinový acetylcholinový receptor, atd.
Iontové kanály jsou tedy bezprostředně spojeny s ději odehrávajícími se na membránách, které souvisejí s přenosem signálů přes biomembrány. Hrají proto důležitou úlohu v řadě fyziologických procesů a zásah do jejich funkce je často spojen s jejich narušením.
Jeden ze způsobu jak funkci iontových kanálů ovlivnit, je vazba chemických látek (ligandů) na jejich vazebná místa. Pomocí takové vazby jsou kanály ovládány, tj. otevírány a zavírány. Mnoho toxických látek uplatňuje svůj negativní vliv na organismus právě přes iontové kanály, tím že obsadí jejich vazebná místa a kanál buď na trvalo otevře nebo naopak natrvalo zavře.
Vysokou afinitu k některým iontovým kanálům mají zejména toxiny, přírodní jedovaté látky, které jsou např. součástí mnoha živočišných jedů. Ty interagují zejména se sodíkovými (některé hadí jedy, jedy mořských sasanek, akonitin, brevetoxiny), s draslíkovými (jedy homolic, některých mořských ryb a štírů) nebo vápníkovými kanály (jedy některých pavouků, calciseptin, imperatorin A apod.). Právě vysoká afinita toxinů k iontovým kanálům je důvodem jejich extrémní jedovatosti.
Některé druhy proteinových toxinů jsou schopny vytvářet polymerní komplexy, které mohou být zabudovány do struktury biologické membrány a vytvořit v ní arteficiální kanál nebo pór, kterým může nekontrolovaně vstupovat vápník u mezicelulárního prostoru do buňky a způsobit tak její smrt. Takovým způsobem fungují např. některé peptidy nalezené v hmyzích jedech (vosa, včela). To je také častý mechanismus toxického účinku některých antibiotik na mikroorganismy.
Interakce s cytoskeletem
Cytoskelet eukaryotických buněk je tvořen komplikovaným pletivem vláknitých proteinových struktur tří druhů: mikrofilamenty, intermediálními filamenty a mikrotubuly. Cytoskelet buňky není rigidní kostrou, nýbrž neobyčejně dynamickým útvarem, který je zodpovědný za její mechanické vlastnosti a podílí se na všech fyziologických pochodech odehrávajících se v každé živé buňce. Odpovídá za všechny druhy buněčného i vnitrobuněčného pohybu, dělení buněk, přesun organel v buňce, pohyb bičíků a řasinek, atd. Cytoskelet propojuje navzájem jednotlivé buněčné struktury a vytváří vysoce sofistikovaný prostor s velkým a neobyčejně diferencovaným povrchem, na němž dochází k interakci různých proteinů a signálních molekul. Cytoskelet je zcela nezbytný pro regulaci buněčných pochodů a zachování integrity buňky, čímž zajišťuje její životaschopnost (viabilitu). Dynamika cytoskeletárních změn je podmíněna vratnou a rychlou polymerizací základních proteinových subjednotek do podoby vláken. To je spojeno s neustálým zkracováním a prodlužováním vláken cytoskeletu. Nejvýznamnější složkou cytoskeletu jsou mikrotubuly.
Mikrotubuly se podílejí na všech procesech spojených s dělením buňky. Polymerace a s ní spojené prodlužování mikrotubulů je podmíněno navázáním GTP na heterodimer tubulinu. Vazebné místo pro GTP se nachází na *-subjednotce tubulinu. Prodlužování mikrotubulu se děje postupným navazováním heterodimeru *-tubulin/*-tubulin na tzv. plus konec vlákna, které se šroubovicově stáčí a vždy 13 dimerů vytvoří jeden úplný závit. Při hydrolýze GTP za vzniku GDP dochází k zablokování dalšího růstu vlákna. Oddělováním dimeru z minus konce vlákna dochází k postupné depolymeraci a zkracování mikrotubulů. Stabilita mikrotubulů ve zdravé buňce je regulována proteiny, nazývanými „microtubule-associated proteins“ (MAP), které kontrolují koncentrace Ca2+ v buňce. Látky, které se váží na mikrotubuly a brání jim v polymeraci či depolymeraci, mají cytotoxický účinek a jsou označovány jako mitotické jedy, anti-tubulinové látky, nebo inhibitory mikrotubulů. Mnohé z těchto látek se nachází v různých přírodních zdrojích, mikroorganismech, rostlinách, mořských organismech a pod. a jsou příčinou jejich vysoké toxicity. Jejich účinek na buňku je smrtící, ale cíleným zásahem mikrotubulárních inhibitorů do dělení nádorových buněk lze dosáhnout zastavení jejich dalšího růstu. Proto nalezly tyto látky praktické uplatnění v medicíně jako významná léčiva různých forem zhoubného bujení (např. paclitaxel, podofylotoxiny, apod) a zájem o ně se neustále zvyšuje. V poslední době jsou z různých přírodních zdrojů izolovány a chemicky identifikovány stále nové inhibitory mikrotubulů, které by mohly posunout možnosti terapie zhoubných nádorů a které se stávají vzorem pro syntézu ještě účinnějších derivátů a analogů.
Interakce s DNA
Do interakce s DNA mohou vstupovat některé chemické látky, které molekulu DNA modifikují takovým způsobem, že tato nemůže plnit svou fyziologickou úlohu spočívající v předávání genetické informace dalším buňkám při jejich dělení. Takové látky mohou zpomalit nebo zcela zabrzdit buněčné dělení a bývají nazývána cytostatika. Cytostatický účinek mohou mít např. některá silná alkylační či arylační činidla (např. yperity), která tím, že alkylují nukleotidové báze DNA, mohou způsobit chybné čtení tripletů při přepisu genetické informace z DNA na RNA a způsobit tak zánik některých buněk. Některé chemické látky s planární strukturou mohou být vmezeřeny do dvojité šroubovice DNA (interkalátory) a zabránit jejímu rozplétání, které je nezbytnou součásti buněčného dělení. Takovými látkami jsou např. některé mykotoxiny, jako např. aflatoxiny, některá antibiotika, např. actinomycin D, ethidium bromid a další látky. Mechanismus jejich toxického účinku je založen právě na tomto principu.
Kontrolní otázky ke kapitole IV:
1. Které jsou nejčastější mechanismy toxického působení chemických látek?
2. Charakterizujte interakce chemických látek s enzymy.
3. Charakterizujte interakce chemických látek s receptory.
4. Charakterizujte interakce chemických látek s iontovými kanály.
5. Jak mohou působit genotoxicky účinné chemické látky?
Kapitola V.
Klinické projevy intoxikace
Způsob, jakým se projeví nepříznivé (toxické) účinky chemické látky na organismus, bývá označován jako klinické projevy intoxikace nebo klinický obraz intoxikace. Klinické příznaky se mohou rozvíjet rychle u akutní otravy při jednorázové či opakované expozici vysokými dávkami chemické látky nebo se mohou rozvíjet pomalu u chronické otravy, kdy je organismus vystaven dlouhodobé nebo opakované expozici malých dávek chemické látky. Pokud se látka v organismu nekumuluje a její exkrece nebo detoxikace je rychlejší než její přísun, nemůže dojít k nahromadění takového množství chemické látky v organismu, aby byl tento jejím toxickým účinkem ohrožen. Pokud se ale látka nedetoxikuje a je extretována pomaleji než je její přísun do organismu nebo pokud se hromadí v určitých orgánech nebo částech organismu (např. lipofilní látky v tukových zásobách), může dosáhnout koncentrace, která bude mít toxický účinek.
Při chronické intoxikaci se začínají projevovat toxické účinky chemické látky nebo jejich metabolitů tak, že postupně narůstá jejich koncentrace v tkáních, kde se kumulují a kde působí toxicky. Není tomu však tak ve všech případech. Z míst kumulace se mohou chemické látky také redistribuovat do jiných míst organismu a tam působit toxicky. Chronická intoxikace může být také výsledkem kumulace dvou či více chemických látek nebo jejich metabolitů a výsledný toxický účinek proto může být důsledkem sumace toxických účinků více látek. Poněvadž u řady chemických látek existuje výrazná orgánová toxicita, může se projevit jejich účinek zejména v těchto místech organismu, i když tomu tak nemusí být vždy. Mezi nejběžnější toxické projevy patří účinek na gastrointestinální trakt, kardiovaskulární systém, dýchací systém, játra a ledviny, imunitní systém a nervový systém. Orgánová toxicita nemusí být vždy omezena pouze na jeden orgán. Podobně jako může být cílem toxického působení chemické látky orgán, může jím být i biologický systém.
Účinek na gastrointestinální trakt (GIT)
Gastrointestinální problémy spojené s bolestmi břicha, zvracením a průjmem jsou doprovodným zjevem mnoha intoxikací a to i takových, kdy GIT není místem specifického účinku těchto jedů. Protože však organismus velmi vysilují a dochází při nich k velkým ztrátám tekutin a minerálů, představují vážný problém zejména pro děti a starší osoby.
Existují však některé toxiny, které působí specificky právě v těchto místech organismu, např. některé bakteriální toxiny jako shigelatoxin, choleratoxin, stafylokokový enterotoxin apod., některé toxiny vyšších hub (grifolin a řada dalších, dosud málo probádaných látek) nebo toxiny zodpovědné za alimentární otravy po konzumaci mořských ryb, měkkýšů nebo korýšů (pectenotoxiny, yessotoxiny, kyselina okadaová apod.). Gastrotoxicita látky bývá velmi často pouze prvotním a většinou život neohrožujícím příznakem toxického účinku jedů, které později začnou působit na jiných místech organismu, které jsou pro jejich toxický a zejména letální účinek rozhodující. Takovými látkami mohou být např. bispyridiniové sloučeniny jako jsou např. herbicida diquat či paraquat nebo orellanin, toxin nacházející se v houbách rodu Cortinarius (pavučinec).
Účinek na kardiovaskulární systém
Kardiovaskulární systém je místem specifického působení některých alkaloidů a tzv. srdečních glykosidů jako digitalis či grayanotoxin (andromedotoxin), který je obsažen např. v azalkách a rododendronech a z nich se s nektarem sbíraným včelami dostává až do jejich medu, který se tak stává jedovatý. Kardiotoxický účinek mají také mnohé peptidové toxiny hadů, např. kardiotoxin z kobřího jedu, kardiotoxiny mořských sasanek, toxické peptidy homolic apod. Jako kardiotoxiny fungují všechny látky, které narušují srdeční rytmus nebo nějakým způsobem zasahují do elektrické aktivity srdce.
Kardiotoxický účinek vykazuje také řada léků, jako např. chemoterapeutikum 5-fluorouracil, anthracyklinová antibiotika apod.
Účinek na dýchací systém
Dýchací systém bývá nejčastěji poškozen chemickými látkami s dusivým účinkem, jako jsou např. fosgen, difosgen či chlorpikrin, které patří do kategorie vojensky využitelných látek. Z jiných látek je to např. perfluorisobuten, látka vznikající při pyrolýze teflonu a jiných syntetických hmot na bázi perfluorethylenu. Tyto látky silně dráždí horní cesty dýchací, vyvolávají prudký kašel a způsobují plicní edém. Mnohé látky tohoto typu vyvolávají smrtelné intoxikace. Nepřímý účinek na dýchací systém vykazují všechny látky, které vyřazují z činnosti dýchací svalstvo (mezižeberní svaly, bránici) a způsobí periferní zástavu dechu (organofosfátové a karbamátové inhibitory cholinesteráz, svalová relaxancia) nebo tlumí dýchací centrum v mozku (morfin a jeho deriváty).
Účinek na játra a ledviny
Oba orgány bývají častým místem toxického účinku řady chemických látek. Hepatotoxicky účinný je např. terachlormethan nebo polychlorované dibenzodioxiny a některé toxiny sinic, jako např. cylindrospermopsin, lyngbyatoxin, microcystiny, nodulariny a další. Nefrotoxické jsou např. anorganické sloučeniny olova, uranu a některých dalších kovů. Velmi často jsou postiženy oba orgány, jako např. u tetrachlormethanu, a toxický účinek se projeví i v jiných orgánech. Hepatotoxický účinek má řada léčiv, např. isoniazid, fenytoin a acetaminofen, které vyvolávají hepatocelulární nekrózu, steroidy, tertracykliny nebo valproát sodný, které způsobují steatózu anebo chlorpromazin, erythromycin či rifampicin, které způsobují cholestázu.
Účinek na krev a krvetvorbu
Toxický účinek chemických látek na krevní oběh může mít řadu projevů.Toxicky působí všechny látky, zasahující do mechanismu srážení krve, ať už ve smyslu jejího snížení (warfarin, mnohé toxické proteiny hadích jedů apod.) nebo zvýšení (antithrombinové toxiny hadích jedů, choleratoxin), toxicky působí látky zasahující do funkce hemoglobinu jako přenašeče kyslíku ve tkáních (kyanovodík, kyanidy), látky blokující krvetvorbu (lindan) apod.
Účinek na homeostázu vápníku
Protože vápník hraje významnou úlohu v regulaci mnoha nitrobuněčných procesů, je jeho koncentrace v buňce a vně buňky regulovány složitými mechanismy, zaručujícími jeho homeostázu. Jakékoliv narušení homeostázy vápníku proto vede k selhání regulace biochemických pochodů buňky a jejímu poškození. Nekrotické změny v buňce jsou způsobeny zvýšenou hladinou vnitrobuněčného kalcia, které aktivuje některé enzymy (proteázy, nukleázy), které působí v buňce autodestrukčně. Tímto mechanismem toxického účinku se vyznačují některé ionty kovů, aldehydy a ketony, mnohé organohalogenové sloučeniny, např. halogenfenoly, apod. Homeostázu kalcia mohou narušit i látky, které vytváří s Ca2+ špatně rozpustné sloučeniny, jako např. kyselina šťavelová (oxalová) a látky, které se na tuto kyselinu v organismu metabolizují, jako je ethylenglykol.
Účinek na tvorbu energie v buňce
Toxicky působí všechny látky, které ovlivňují produkci energetických zdrojů buňky, zejména ATP. protože produkce energie v buňce je vázána na mitochondrie, bývají tyto látky někdy označovány jako mitochondriální jedy. Jsou to např. látky zasahující do Krebsova cyklu, jako je např. kyselina fluoroctová a mnohé její deriváty, které se na ni mohou metabolizovat nebo kyselina fluorcitronová. Toxický účinek těchto látek může být způsoben rovněž jejich účinkem na iontové pumpy v mitochondriální membráně, desintegrací membrány, přerušením fosforylace apod. Jinými látkami tohoto typu jsou např. miserotoxin a kyselina 2-nitropropionová a pravděpodobně i některé další nitrotoxiny.
Účinek na imunitní systém
Látkám, které působí specificky na imunitní systém, říkáme imunotoxiny. Takovými imunotoxiny jsou např. některé rostlinné proteiny jako např. ricin ze semen skočce obecného nebo abrin z amerického keře Abrus praecatorius. Jako imunotoxiny fungují mnohá alkylační nebo arylační činidla, např. sirné či dusíkaté yperity. Tyto látky alkylují proteiny a mění jejich imunologické vlastnosti natolik, že organismus je začíná vnímat jako cizorodé a začíná proti ním vytvářet protilátky. Imunotoxický účinek vykazují i látky, využívané zejména jako tzv. imunosupresiva (např. cyklosporin A) ke snížení imunitní odpovědi při transplantacích. Nežádoucí imunotoxický účinek mají téměř všechna léčiva používaná v chemoterapii rakoviny.
Účinek na nervový systém
Nervový systém je místem účinku velkého množství chemických látek, které označujeme jako neurotoxiny. Mezi nejznámější patří některé organofosforové sloučeniny ze skupiny tzv. nervových plynů (sarin = O-isopropyl-methylfluorofosfonát, soman = O-pinakolyl-methylfluorofosfonát), insekticidně účinné organofosfáty a karbamáty, bicyklické fosfáty, velké množství rostlinných a živočišných toxinů, těžké kovy apod. Mechanismus účinku neurotoxicky účinných látek je neobyčejně pestrý. Některé neurotoxiny působí spíše na periferní nervový systém, jiné na centrální nervový systém (CNS), některé na obojí. Převážná většina z nich působí na nervových synapsích nebo nervově-svalových spojích (nervosvalových ploténkách) a může např. blokovat uvolňování neuromediátorů, inhibovat zpětné vychytávání neuromediátorů nebo jejich metabolitů, fungovat jako agonisté či antagonisté presynaptických nebo postsynaptických receptorů, vázat se na iontové kanály synaptických membrán, inhibovat enzymy podílející se na přenosu nervového vzruchu apod. Mohou ale také zasahovat do axonálního transportu či do myelinizace axonů jako např. triarylfosfáty a některá insekticida nebo mohou měnit elektrické nebo neurochemické vlastnosti neuronů.
Jako příklad neurotoxinů působících na synapsích, v nichž jako mediátor nervového vzruchu funguje serotonin (5-hydroxytraptamin), můžeme uvést látky za skupiny -fenylethylaminu, mezi nimiž nalezneme i látky zneužívané toxikomany, jako je např. extáze (ecstacy).
Kontrolní otázky ke kapitole V
1. Co rozumíme klinickými projevy intoxikace?
2. Jaký je rozdíl mezi akutní a chronickou otravou?
3. Co je orgánová a systémová toxicita?
4. Které orgány a systémy jsou nejčastěji místem toxického účinku chemické látky?
Kapitola VI.
Obecné zásady terapie otrav
Klasifikace otrav
Vnímání rizika otravy účinkem chemických látek zůstává stále na pokraji zájmu široké i odborné veřejnosti, přestože incidence intoxikací neustále narůstá a v současné době je odhadována na 10 % všech úmrtí ve středním věku. Z medicínského pohledu jsou nejčastějšími příčinami intoxikací, včetně smrtelných, zejména léky, mnohdy v kombinaci s alkoholem (analgetika a atipyretika, zejména paracetamol, tricyklická antidepresiva, benzodiazepiny, belladonové alkaloidy atropin a skopolamin, digitalisové alkaloidy, betablokátory, blokátory kalciových kanálů a návykové látky jako jsou amfetaminy, extáze, heroin, opiáty, kokain, ale také halucinogeny), toxické plyny – zejména oxid uhelnatý, průmyslové jedy jako jsou kyanidy, soli těžkých kovů (arsen, železo, olovo, rtuť), ethylenglykol, kyselina fluorovodíková a její soli a deriváty, dusitany, organická rozpustidla, organické sloučeniny fosforu (insekticida), karbamáty, herbicida na bázi halogenovaných fenyloctových kyselin a z přírodních látek rostlinné a živočišné jedy.
Přestože na následky toxických účinků chemických látek umírá každoročně nesrovnatelně více lidí než na následky ozáření účinkem radioaktivních látek, je strach z radioaktivity podstatně větší a u řady lidí má charakter radiofobie. Zdravotní rizika plynoucí z chemické toxicity látek jsou naopak většinou lidí podceňována nebo jsou chápána jako něco, co se jich týká jen nepřímo. Např. v souvislosti s mediálně propagovanými snahami některých nevládních organizací, bojujících za ochranu životního prostředí před toxickými substancemi. Skutečnost, že jsme v zaměstnání, v domácnosti, ale i na dalších místech obklopeni velkým množstvím nejrůznějších chemických substancí a výrobků z nich připravených nás nijak nevzrušuje, přestože mnohé z nich představují skutečně vážná zdravotní rizika, jestliže nejsou používány tak jak je deklarováno. Občas se o takové otravě dozvíme z médií, zejména pokud postihne větší množství lidí nebo skončí smrtí oběti, ale je to jen špička ledovce. Jak již bylo řečeno v úvody této kapitoly, dochází k takovýmto intoxikacím poměrně velmi často a mnohé z nich končí smrtí.
Otravy lze zjednodušeně klasifikovat podle tíže příznaků na latentní, lehké, střední, těžké a smrtelné. Latentní a lehké intoxikace se zpravidla obejdou bez lékařského ošetření, ale všechny ostatní intoxikace patří do rukou lékaře. Cílem terapie intoxikací je co nejrychleji přerušit účinek jedu a udržet fyziologické funkce životně důležitých orgánů.Těžké intoxikace je nutno soustředit na specializovaných odděleních nemocnic, kde je možno poskytnout pacientům neodkladnou péči, dlouhodobě udržovat vitální funkce, trvale je monitorovat a v případě potřeby zajistit resuscitaci.
Za životně důležité funkce považujeme dýchání, krevní oběh a vnitřní prostředí. K zajištění správného dýchání je nutné udržet průchodnost dýchacích cest (odstranit překážky v horních cestách dýchacích, odstranit zvratky, zamezit zapadání jazyka apod., v případě nutnosti provést intubaci endotracheální kanylou či tracheotomii. Krevní oběh je v případě nutnosti zajistit doplněním krevního objemu intravenozní infuzí krve, plasmy, roztoku dextranu či fysiologického roztoku, v případě potřeby i podáním i.v. noradrenalinu. Vnitřní prostředí je nutno hlídat kontrolou pH krve, obsahu bikarbonátu a minerálů, zejména natria a kalia a v případě nutnosti je třeba pomocí infuze upravit na fysiologické hodnoty.
Pro minimalizaci toxického účinku chemické látky je nutné co nerychleji přerušit její kontakt s organismem. Toho lze dosáhnout např. rychlým opuštěním prostoru zamořeného jedovatým plynem či parami látky, odstraněním látky z povrchu kůže event. odmořením kůže, vypláchnutím oka proudem vody při vniknutí chemické látky do oka apod. Pokud již látka pronikla do organismu, je potřebné zvolit vhodný postup pro její co nejrychlejší a co nejúplnější eliminaci.
Úspěšná terapie akutních intoxikací chemickými látkami se musí opírat o dobrou znalost jejich farmakologie a toxikologie a je proto velmi důležité co nejrychleji zjistit, jakou látkou byl člověk intoxikován. Vzhledem k obrovské variabilitě možných intoxikací je nutné získat co nejrychleji všechny dostupné a toxikologicky významné informace o chemické látce či chemickém složení výrobku, který intoxikaci způsobil.
Metody eliminace xenobiotik z organismu
Pokud se chemická látka dostane do organismu perorální cestou, lze dosáhnout její eliminace tak, že vyvoláme zvracení. Toho lze dosáhnout buď mechanickým podrážděním kořene jazyka nebo podáním látek vyvolávajících zvracení, tzv. emetik, z nichž nejpoužívanější je apomorfin. Zvracením však nelze v žádném případě dosáhnout úplného odstranění toxické látky z GIT, zejména tehdy, jestliže od expozice již uplynula delší doba a část xenobiotika se již dostala do nižších partií GIT. Vyvolat zvracení není možné, pokud je pacient v bezvědomí nebo pokud požil látky s korozivním účinkem na žaludeční sliznici, jako jsou např. silné louhy nebo kyseliny.
V takovém případě je účinnější a také šetrnější metodou výplach (laváž) žaludku, který je možno provádět pouze tehdy, pokud je intoxikovaná osoba při vědomí. Určitým rizikem je aspirace žaludečního obsahu do dýchacích cest. Laváž žaludku je možno provádět vlažnou vodou nebo fyziologickým roztokem a jeho pH upravit do kyselé oblasti v případě intoxikace látkami bazického charakteru nebo do alkalické oblasti v případě, že do žaludku se dostala nějaká kyselina. Objem tekutiny použité k výplachu by neměl překročit 300 ml. Provádí se opakovaně, až je odtékající tekutina čistá. Pro zvýšení účinnosti žaludečního výplachu lze do vyplachovacího roztoku přidat medicinální uhlí nebo manganistan draselný. Je možno též přidat vhodné projímadlo nebo parafínový olej.
Ze střev lze xenobiotikum odstranit podáním projímadel či výplachem pomocí klystýru (klysma) nebo chirurgicky tzv. střevní laváží, kterou lze vypláchnout tenké i tlusté střevo. Z dalších vhodných metod eliminace chemické látky z organismu je to např. forzírovaná osmotická diuréza, která je vhodná u dlouhodobě působících xenobiotik, jako jsou např. některé barbituráty. Je možné ji provádět pouze u pacientů s neporušenou funkcí ledvin. Zvýšeného vylučování moči se dosáhne podáním vhodného diuretika (furosemidu), ale ztráty tekutin moči je nutno kompenzovat infuzí fysiologického roztoku s přídavkem draslíku, a pomalou infuzí 20 % manitolu. Metoda má však řadu kontraindikací.
Moderní metody odstraňování toxické látky z organismu představují mimotělní (extrakorporální) metody eliminace jako je hemodialýza, peritoneální dialýza či hemoperfuze. Hemodialýza se provádí na zařízení zvaném umělá ledvina a toxická látka přechází přes umělou membránu z krve do dialyzačního roztoku. Při peritoneální dialýze se vpravuje dialyzační roztok do peritoneální dutiny pomocí trakskutánního katetru a po 1 až 2 hodinách se vyměňuje. Jako dialyzační membrána zde funguje jednak střevní stěna, jednak výstelka peritonea. Tato metoda je technicky jednodušší než hemodialýza, je však méně účinná a nese s sebou riziko infekce. Hemoperfúze funguje tak, že krev prochází přes kapsli naplněnou vhodným sorbentem (obvykle granule adsorpčního uhlí, potažené tenkou vrstvou umělého polymeru, snižujícího nebezpečí hemolýzy), na němž se toxická látka vychytává. Také tato metoda má svá omezení, protože je vhodná jen pro některé typy látek. Častou komplikací hemoperfuze je trombocytopenie.
Antidotní terapie
Antidotní terapie intoxikací je založena na podávání látek, které jsou schopny svým farmakologickým účinkem eliminovat toxický účinek chemické látky. Takové látky jsou označovány jako antidota a podle jejich mechanismu účinku je rozdělujeme na nespecifická a specifická antidota. Jejich použití přispívá rozhodujícím způsobem k úspěchu terapie intoxikací a v mnoha případech je jediným život zachraňujícím zákrokem. Specifická antidota jsou ve většině případů účinnější než antidota nespecifická, ale existují pouze pro omezený počet toxických látek. Aby byla antidotní terapie účinná, musí být zahájena co nejdříve. Antidotum musí být podáno v době, kdy ještě může uplatnit svůj efekt. Čím dříve je antidotní terapie zahájena, tím je účinnější.
Nespecifická antidota mohou být využita prakticky u všech intoxikací vyvolaných expozicí chemické látky, ale vzhledem k nespecifickému účinku nemusí být vždy dostatečně účinná. Jedním z nejdéle známých a nejčastěji používaných nespecifických antidot u perorálních intoxikací je medicinální uhlí (carbo medicinalis), jehož antidotní účinek je založen na jeho schopnosti vázat na svůj povrch velké množství toxické látky a zabránit tak její další absorpci. Používá se perorálně ve formě tablet rozdrcených v malém množství vody a může se používat opakovaně. Pro odstranění toxické látky z kůže je možno použít nespecifických absorpčních činidel, jako jsou např. bentonity nebo je umýt za použití vhodných povrchově aktivních látek, např.i mýdla. Specifická antidota působí vždy jen proti určitému typu toxických látek a proti jiným jsou zcela neúčinná. Měly by se proto používat pouze v případech, kdy nejsou o druhu toxické látky žádné pochybnosti. Jejich aplikace totiž není ve většině případů zcela bez rizika, protože jsou také toxická. Jejich použití se proto řídí stejně přísnými pravidly jako u všech léčiv. Poměrně rozsáhlou skupinou antidot představují chelatační činida, vhodná pro intoxikace způsobené těžkými kovy. Tyto látky jsou schopny vytvořit s kovem komplexní sloučeninu a tak eliminovat její toxický účinek. EDTA (ethylendiaminotetraoctová kyselina) je vhodným antidotem zejména pro anorganické sloučeniny olova. Pro soli železa je vhodným chelatačním činidlem deferoxamin. Antidotum s širším spektrem použití je D-penicilamin, vhodný pro sloučeniny olova, rtuti, mědi a zinku. Speciálně pro účely eliminace sloučenin arsenu, konkrétně bojové chemické látky lewisitu, bylo vyvinuto specifické antidotum dimerkaprol, známější pod označením BAL (British Anti-Lewisite). Vynikajícím antidotem pro řadu látek je N-acetylcystein, používaný jinak také jako látka umožňující lepší odkašlávání při katarech horních cest dýchacích. Acetylcystein se osvědčil jako antidotum u předávkování paracetamolu, účinný je také u látek způsobujících toxický plicní edém, jako jsou např. fosgen, difosgen nebo perfluorisobuten. Mezi specifická antidota intoxikací organofosforovými inhibitory cholinesteráz (mnohá insekticida, nervové plyny) patří tak zvané reaktivátory fosforylovaných cholinesteráz jako např. pralidoxim, trimedoxim či obidoxim. Tyto látky obnovují (reaktivují) enzymovou aktivitu acetylcholinesterázy, která je účinkem organofosfátů inhibována a vrací ji tak její fyziologickou úlohu. Tyto rektivátory se jako antidotum podávají v kombinaci s atropinem, který svou vazbou na cholinergní receptory antagonizuje účinek acetylcholinu, který se při intoxikaci organofosfátem hromadí na synapsích a nervosvalových zakončeních. Takovéto antidotní směsi reaktivátorů a atropinu se často plní do tzv. autoinjektorů (Obr. 11), které umožňují velmi rychlo aplikaci antidota, což je u velmi rychle účinkujících jedů velmi důležité. Samotný atropin je možné podat jako antidotum u intoxikací způsobených muskarinem přítomným v některých houbách, zejména muchomůrkách (např. Amanita pantherina nebo A. muscaria).
Některé látky je možno podávat jako antidota jen u omezeného počtu intoxikací. Např. ethanol funguje jako antidotum u intoxikací methanolem, flumazenil jako antidotum u intoxikací benzodiazepiny, naloxon u otrav opiáty, pyridoxin u otrav isoniazidem, thiosulfát sodný u otrav kyanovodíkem a kyanidy, fysostigmin u otravy nuskarinem nebo při předávkování tricyklickými antidepresivy, chlorid nebo jodid draselný u otrav digitalisovými preparáty, apod. Je nutné říci, že počet specifických antidot je značně omezen a že u většiny otrav nelze žádné specifické antidotum použít, protože není známo.
Profylaktická antidota
Jako profylaktická antidota jsou označována farmaka, která mohou zabránit intoxikaci nebo zlepšit její prognózu v případě, že jsou podána do organismu dříve, než dojde k jeho expozici toxickou látkou. Takovým profylaktickým antidotem, chránícím organismus před intoxikací nervově paralytickými organofosfáty sarinem či somanem, je např. pyridostigmin.
Tento karbamát je reversibilním inhibitorem acetylcholinesterázy, kterou inhibuje tak, že dočasně karbamyluje její katalytické centrum. Po dobu, kdy je katalytické centrum inhibováno, nemůže enzym hydrolyzovat acetylcholin, ale také nemůže být ireversibilně fosforylováno sarinem nebo somanem. V organismu jsou oba tyto fluorofosfonáty rychle rozkládány účinkem alkylfosfofluoridáz a enzymová aktivita acetylcholinesterázy se spontánně obnoví po dekarbamylaci jeho katalytického centra nukleofilním účinkem vody.
Pyridostigmin bromid podaný p.o. v dávce 30 mg, chrání organismus před účinky obou organofosfátů po dobu asi 8 hodin. Profylaktická antidota tak snižují toxicitu chemické látky.
Podobně je možné snížit toxicitu některých cytostatik na bázi oxaazafosfirinů jako je např. cyklofosfamid nebo ifosfamid profylaktickým podáním 2-merkaptoethylsulfonátu sodného (mesnum). Za profylaktické antidotum je možné považovat i disulfiram, látku, která je pod názvem Antabus dobře známa jako léčivo používané v terapii chronického alkoholismu. Disulfiram inhibuje enzym aldehyddehydrogenázu a tím mění metabolizmus ethanolu takovým způsobem, že jeho konzumace nepřináší očekávaný příjemný účinek, nýbrž řadu velmi nepříjemných pocitů. Odvykací léčbu chronického alkoholismu disulfiramem je možné provádět pouze pod lékařským dohledem.
Kontrolní otázky ke kapitole VI.
1. Jaká je běžná klasifikace otrav a čím se jednotlivé stupně liší?
2. Jaké znáte metody eliminace toxické látky z organismu?
3. Coje to antidotum a antidotní terapie?
4. Jaké druhy antidot znáte a kdy mohou být použity?
5. Co je to profylaktické antidotum?
