Zorica Bulat

Opta toksikologija

Mehanizmi toksinosti

Ciljni organi toksinosti

Univerzitet u Beogradu - Farmaceutski fakultet

Beograd, 2014.

Doc. dr Zorica Bulat

2

Opta toksikologija

3

Mehanizmi toksinosti

Poznavanje mehanizama toksinosti ima veoma znaajnu ulogu u toksikologiji jer prua

fundamentalna objanjenja o dejstvu otrova kroz strukturne i fizioloke promene koje odreeni

otrov izaziva u organizmu. Sa praktine strane ova objanjenja olakavaju tumaenje toksinosti

sa ciljem da se primene adekvatna profilaksa i terapija. Toksinost otrova se moe razmatrati na

nivou celog organizma, na nivou specifinih ciljnih organa, na nivou elija, kao i na molekulskom

nivou. Promene koje se javljaju u prisustvu otrova mogu biti rezultat samo fizikog ili lokalnog

dejstva, kao to deluju korozivna sredstva ili azbest. Meutim, veina otrova svoje dejstvo

ispoljava finim mehanizmima toksinosti jer po resorpciji stupaju u razliite reakcije sa

biomolekulima, od blagih i reverzibilnih do ireverzibilnih, izazivajui veoma teke toksine

efekte.

Ciljno mesto delovanja otrova, kada on dospe u organizam, moe biti svaki biomolekul, ali

su to najee proteini, nukleinske kiseline, lipidi, glutation itd. to vodi poremeaju u strukturi

ili funkciji elije. Dejstvo otrova na biomolekule moe biti nespecifino, npr. interakcije sa

dvogubom vezom viih nezasienih masnih kiselinam ili -SH grupama proteina. U drugim

sluajevima, dejstvo otrova je specifino kao u sluaju dejstva na odreene receptore ili

vezivanja za odreene regione DNK.

Kada se razmatraju mehanizmi toksinosti mora se posmatrati ceo organizam, kao

neodvojiva celina, ali i izdvojeni funkcionalni sistemi u organizmu. U zavisnosti od naina

dejstva otrova i promena do kojih otrov dovodi u eliji, sama elija, ali i ceo organizam, mogu

reagovati na razliite naine. Ako se dejstvo otrova ogleda u smanjenoj sintezi odreenog

esencijalnog proteina, elija, sama za sebe ne mora da ima znaajna oteenja, a poremeaji koji

se javljaju usled nedostatka tog proteina mogu da se jave na drugom mestu. Ovo je sluaj i kada

otrov deluje na neke specifine funkcije elije kao to je sinteza hormona. Na osnovu ovih

saznanja se dolo do zakljuka da u in vitro ispitivanjima neke promene mogu da ostanu

nezapaene obzirom da dejstvo otrova ne ostavlja posledice po samu ispitivanu elijsku kulturu.

Znaajnu ulogu u sagledavanju mehanizama toksinosti ima i dobro poznavanje

toksikokinetike, to obuhvata najznaajnije puteve unosa, stepen apsorpcije, distribucije u

razliite organe, metabolike promene i na kraju ekskreciju otrova obzirom da se mehanizam

toksinosti moe razlikovati u zavisnosti od ovih faktora. Po svom znaaju se meu ovim

procesima izdvaja metabolizam koji prevodi otrov u manje ili vie toksini metabolit to u

pojedinim sluajevima odreuje mehanizam toksinosti.

Izvesni otrovi deluju tako da njihov primarni mehanizam toksinosti ima posledice na

preivljavanje elije. Ova pojava je naroito izraena kod otrova koji utiu na proizvodnju

energije u mitohondrijama, zatim kod onih koji deluju na nosae u membrani elija ili organela

koji su ukljueni u jonsku homeostazu, kao i kod otrova koji iscrpljuju procese tj. zalihe

jedinjenja koja tite eliju od oksidativnih oteenja. U eliji se odvija niz fiziolokih procesa uz

pomo brojnih enzima koji reguliu razliite vrste intracelularnih parametara kao to su jonska

koncentracija, ATP/ADP odnos, redoks potencijal, potencijal mitohondrijalne i plazma

membrane, integritet DNK itd. a vezivanje otrova za proteine koji reguliu ove kontrolne

Doc. dr Zorica Bulat

4

sisteme e uticati na homeostazu, to je najozbiljnija posledica dejstva otrova koja vodi ka smrti

elije.

Mehanizmi toksinosti su brojni i razvrstavaju se na razliite naine, a meu najznaajnije

spadaju:

Dejstvo otrova na proteine (enzime, receptore, transportne i depo proteine...)

Oksidativni stres, lipidna peroksidacija

Oteenje DNK

Bioaktivacija otrova (nastanak reaktivnih metabolita)

Kovalentno vezivanje otrova i reaktivnih metabolita za elijske makromolekule

Interakcije sa bioelementima

Interakcije sa jonskim transportom

Poremeaj elijske homeostaze kalcijuma

Poremeaj mitohondrijalnih funkcija

Imuno mehanizmi

Apoptoza, nekroza

Postoje razliita objanjenja o tome ta je zaista mehanizam toksinosti i gde treba koji od

poznatih mehanizama da se svrsta. Tako se postavlja pitanje da li je bioaktivacija otrova

mehanizam toksinosti sam po sebi ili je krucijalni dogaaj za sledstvenu toksinost nekim

drugim mehanizmom. Ili, da li su interakcije bioelemenata odvojeni mehanizam ako u svojoj

osnovi najee imaju vezivanje otrova za proteine.

Od znaaja je i injenica da mali broj otrova svoju toksinost iskazuje samo jednim

mehanizmom toksinosti. Kod izvesnog broja otrova dominira odreeni mehanizam, a najee

je toksinost posledica niza mehanizama, zastupljenih u manjoj ili veoj meri, bez jasne slike koji

je od mehanizama uzrok, a koji posledica.

Opta toksikologija

5

Dejstvo otrova na proteine

Otrovi mogu da utiu na razliite proteine u organizmu. Dejstvo otrova se najee

ostvaruje njihovim vezivanjem za proteine i ukoliko je ta veza dovoljno jaka mogu da izmene

strukturu ili funkciju strukturnih, transportnih, depo proteina ili onih koji imaju ulogu

receptora, jonskih nosaa ili enzima. Ukoliko su ove promene toliko intenzivne da elija ne moe

da odri homeostazu moe doi do smrti elije apoptozom ili nekrozom. U ovom delu e

prvenstveno biti rei o dejstvu otrova na transportne i depo proteine, kao i enzime i receptore, a

u drugim poglavljima e biti rei o dejstvu otrova na ostale proteine.

Dejstvo otrova na transportne i depo proteine

Obzirom da svi otrovi nakon resorpcije dospevaju u krv, hemoglobin (Hb), koji ima veoma

znaajnu funkciju u prenosu kiseonika putem krvi do elija, je esto ciljno mesto dejstva otrova.

Jedan od najpoznatijih primera je ugljen-monoksid koji se vezuje za Hb pri emu gradi

karboksihemoglobin koji nema sposobnost prenosa kiseonika. Neki otrovi, kao to su nitriti,

nitrati, aromatina nitro i amino jedinjenja, prevode Hb u methemoglobin. Methemoglobin, koji

umesto Fe2+ sadri Fe3+, takoe nema sposobnost prenosa kiseonika.

Otrovi mogu da ispolje svoje dejstvo i na razliite proteine koji imaju ulogu u prenosu

gvoa, bakra, cinka putem krvi ili deponovanju ovih bioelemenata u elijama (transferin,

ceruloplazmin, metalotioneini, ali i albumini). Homeostaza ovih bioelemenata je veoma znaajna

jer u prekomernoj koncentraciji i u slobodnom obliku mogu iskazati svoju toksinost. Verovatno

da se meu otrovima koji deluju na ove proteine istiu toksini metali, ali i drugi otrovi koji na

bilo koji nain stupaju u interakciju sa bioelementima, ime utiu na njihovu resorpciju iz

gastrointestinalnog trakta (GIT) ili na njihovo oslobaanje iz veza sa proteinima. Pojedini otrovi

imaju i izrazito dejstvo na strukturne proteine kao to je jon Hg2+ koji se vezuje za mnoge

funkcionalne grupe na proteinima, sa albuminima gradi Hg-albuminat koji se rastvara u viku

albumina i razgrauje elijski zid.

Dejstvo otrova na enzime

Dejstvo otrova na enzime predstavlja znaajnu i veoma iroku oblast ispoljavanja

toksinih efekata i mada je uobiajeno stanovite da se otrovi vezuju za alosterno mesto enzima

to dovodi do smanjene aktivnosti enzima, otrovi mogu i da indukuju enzime to rezultuje

njihovom pojaanom funkcijom i nizom razliitih posledica.

Inhibicija enzima pod dejstvom otrova moe biti reverzibilna to je najee posledica

nekovalentnog vezivanja otrova za enzim i ireverzibilna kao posledica kovalentnog vezivanja.

Reverzibilna inhibicija se deli na kompetitivnu i nekompetitivnu. Kod kompetitivne inhibicije

afinitet za supstrat je smanjen i ukoliko ima dovoljno supstrata enzimski kapacitet je

nepromenjen. Kod nekompetitivne inhibicije dolazi do vezivanje otrova za alosterno mesto,

afinitet je isti, ali je kapacitet enzima za supstrat smanjen.

Jedan od uobiajenih primera dejstva otrova na enzime je njihov uticaj na citohrom P450 i

acetilholinesterazu.

Doc. dr Zorica Bulat

6

Citohrom P450

Jetra je glavno mesto za biotransformaciju otrova, a najznaajniju ulogu u ovim procesima

i za najvei broj razliitih otrova ima citohrom P450 (CYP) superfamilija enzima. Oni imaju

veoma znaajnu ulogu u oksidativnoj, reduktivnoj i peroksidativnoj biotransformaciji mnogih

endogenih (steroidi, une kiseline, masne kiseline, prostaglandini) i egzogenih jedinjenja

(lekovi, zagaivai iz ivotne sredine, toksini sastojci biljaka). Od enzima koji je sluio samo za

transformaciju endogenih supstanci on je evoluirao do enzima koji uestvuje u brojnim

metabolikim promenama otrova. Jedna od moguih posledica metabolikih promena ovim

enzimskim sistemom je nastanak takvih proizvoda koji su toksiniji od samog polaznog

jedinjenja.

Otrovi mogu da deluju na ove enzime tako to ih indukuju ili inhibiraju, i tako dovode do

pojaanog ili usporenog metabolizma. Oba puta mogu biti poeljna ili nepoeljna. Pojaan

metabolizam sistemom citohroma moe da vodi ka detoksikaciji, ali i ka nastanku toksinijih

jedinjenja. Sa druge strane, usporen metabolizam moe biti pozitivan ako usporava nastanak

toksinog metabolita, ali i opasan kada usporava uklanjanje toksine supstance. Ukoliko su ovi

metaboliti veoma reaktivni oni mogu biti toksini za samu jetru pre nego to se distribuiraju na

drugo mesto ili inaktiviraju. Jedan od najizrazitijih primera za ovo je hepatotoksinost

paracetamola. Pod dejstvom CYP2E1, jedne od najznaajnijih formi CYP familije koji se

prvenstveno sintetie u jetri, nastaje toksini metabolit paracetamola koji je odgovoran za

ovakvo delovanja paracetamola. Pored metabolizma paracetamola, CYP2E1 u toksikologiji ima

veoma znaajnu ulogu obzirom da uestvuje u biotransformaciji i aktivaciji malih lipofilnih

jedinjenja u toksine, esto karcinogene, intermedijere. Primer ovakvih jedinjenja su akrilamid,

anilin, benzen, ugljentetrahlorid, etilenglikol, vinilhlorid, kojima su ljudi prvenstveno izloeni na

radnom mestu.

Indukcija citohroma P450

Fenobarbiton je jedan od najpoznatijih induktora CYP enzima, ali i mnogih drugih

enzima. Jedan od primera toksinosti usled aktivacije ovih enzima se sree pri istovremenoj

upotrebi kokaina i fenobarbitona. Ovo je ujedno i primer bioaktivacije koja za posledicu ima

izrazitu hepatotoksinost kokaina. Kokain se u hepatocitima konvertuje u niz reaktivnih

metabolita koji su nosioci njegove hepatotoksinosti, a najvaniji momenat je N-metabolika

aktivacija (N-oksidativna bioaktivacija i N-demetilacija) koja se deava pod dejstvom citohroma.

Ispitivanja na elijskim kulturama hepatocita ukazuju da indukcija P450 pod dejstvom

fenobarbitona moe da pojaa hepatotoksinost kokaina za 100, pa ak i 1000 puta.

Jedan od primera induktora CYP sistema je i kantarion ija primena moe znaajno da

smanji nivoe lekova ili otrova koji se metaboliu tim enzimskim sistemom. Obzirom da

uporedno uzimanje kantariona moe da umanji terapijske efekte nekog leka, problem se obino

javlja ukoliko se povea doza leka sa ciljem da se postigne eljeni terapijski efekat. Nakon

prekida upotrebe kantariona koji nije praen smanjenjem doze leka koji se uporedno

primenjuje moe doi do razvoja toksinih efekata (kardiotonini glikozidi).

Opta toksikologija

7

TCDD (2,3,7,8-tetrahlorodibenzo-p-dioksin) je toksikant1 koji nastaje kao sporedni

proizvod pri proizvodnji ili unitavanju hlorovanih organskih jedinjenja. TCDD se u eliji vezuje

za receptor za aromatine ugljovodonike (Ah receptor, aril-ugljovodonini receptor) koji je

ksenosenzor tj. transkripcioni faktor u citoplazmi i jedru. Tom prilikom nastaje kompleks

dioksin-Ah receptor koji deluje na DNK, a efekat je poveana transkripcija gena za sintezu CYP

sistema kojim se ovaj otrov metabolie. Na isti nain i benzo-a-piren deluje na Ah receptore, ali

pod dejstvom aktiviranog citohrom P450 dolazi do bioaktivacije benzo-a-pirena i nastanka

toksinog metabolita.

Inhibicija citohroma P450

Inhibicija citohrom P450 je veoma rasprostranjena i predmet je mnogih ispitivanja jer je

glavni uzrok interakcija meu lekovima, kako kod blagih predoziranja tako i kod akutnih

polimedikamentoznih trovanja. Dodatni problem je sve ira upotreba lekova (npr.

kombinovanih preparata) ali i efekti nekih sastojaka hrane. Jedan od primera je uticaj grejpfruta

na porast koncentracije nifedipina u krvi do toksinih.

Do inhibicije citohroma P450 moe doi direktno i indirektno:

Direktna inhibicija:

kompeticija izmeu dva ksenobiotika koji se metaboliu istim enzimom kao to

omeprazol inhibira metabolizam i eliminaciju diazepama.

inhibitor nije supstrat za dati enzim, ali se vezuje za njega i ometa metabolizam

drugog ksenobiotika. To je sluaj sa hinidinom koji se ne metabolie

citohromom, ali se veoma vrsto vezuje za njega i time spreava metabolizam

antitusika dekstrometorfana.

Indirektna inhibicija je u stvari metabolizam-zavisna inhibicija jer P450 prevodi otrov u

metabolit koji je snani inhibitor enzima. Nastali metabolit dalje moe da deluje kao

reverzibilni (metabolizam fluoksetina do N-demetil, norfluoksetina) ili ireverzibilni

inhibitor enzima.

Acetilholinesteraza. Organofosfati koji se koriste kao pesticidi i bojni otrovi su snani

inhibitori enzima acetilholinesteraze koji razlae acetilholin na holin i acetil ostatak. Ova

inhibicija je ireverzibilna, a odvija se tako to se fosfor iz organofosfornog jedinjenja, kao to je

paration, vezuje za hidroksilnu grupu serotonina acetilholinesteraze. Na taj nain dolazi do

fosforilacije enzima i gubitka njegove funkcije to dovodi do nagomilavanja acetilholina u

nervnoj sinapsi i ispoljavanja efekata pojaanog rada parasimpatikusa.

Troenje koenzima nije u pravom smislu te rei dejstvo otrova na enzime, ali obzirom da

se javlja kao posledica pojaane aktivnosti pojedinih enzima, razmatra se u ovom delu. Npr.

tokom metabolizma etanola usled velike aktivnosti alkoholne (ALH) i aldehidne (ALDH)

dehidrogenaze dolazi do znaajnog utroka NAD koenzima i prevoenja u NADH2 pa se javlja

deficit ovog koenzima i posledino niz toksinih efekata etanola. Ovim se favorizuju nepoeljni

1Pod pojmom toksikant se smatra otrov koji nastaje kao proizvod ljudske delatnosti.

Doc. dr Zorica Bulat

8

tj. tetni metaboliki putevi kao to su nastanak ketonskih tela, razvoj acidoze, prekomerni

nastanak masti i njihova akumulaciju u jetri, dok je glukoneogeneza smanjena.

Dejstvo otrova na receptore

Dejstvo otrova na razliite receptore, acetilholinske, alfa ili beta adrenergike, opioidne,

glutamatne, GABA receptore itd, moe biti agonistiko ili antagonistiko i predstavlja znaajan

mehanizam toksinosti. Kao primeri, u ovom delu su objanjeni efekti otrova na GABA i

acetilholinske receptore.

GABA receptor je ukljuen u inhibitorne procese u CNS-u i esto je mesto delovanja

razliitih ksenobiotika tako da su ve i definisana mesta vezivanja pojedinih od njih. GABA

receptore aktiviraju barbiturati, benzodiazepini, etanol i drugi i tako ostvaruju svoje depresorno

delovanje. Oni se vezuju za specifina mesta na jonskim kanalima GABA A receptora, dre ih

otvorenim ili poveavaju frekvencu njihovog otvaranja, ime omoguavaju ulazak Cl- jona i

posledinu hiperpolarizaciju membrane postsinaptikih neurona. Sa druge strane neki otrovi su

antagonisti GABA receptora. Organohlorni insekticidi (ciklodieni, lindan, alfa-endosulfan,

dieldrin, aldrin) blokiraju ulazak Cl- jona to dovodi do pojave konvulzija. Ova jedinjenja koriste

receptorsko mesto za alkaloid pikrotoksin koji je nekompetitivni antagonist GABA A receptora,

te je u prolosti bilo pokuaja njegove upotrebe u terapiji trovanja barbituratima.

Acetilholinski, muskarinski, receptori mogu biti stimulisani muskarinom, ali i

kompetitivno blokirani sa tubokurarinom (miini relaksant) koji je antagonist acetiholinskog

receptora na postsinaptikoj membrani.

Bioaktivacija otrova

Bioaktivacija otrova ili nastanak reaktivnih metabolita je pojava koja je posledica

metabolizma otrova. Kada otrov dospe u organizam aktivira se niz procesa sa ciljem da se otrov

ukloni iz organizma. Ukoliko je jedinjenje hidrosolubilno ono se brzo eliminie urinom, ali

ukoliko je lipofilno ta eliminacija je znatno tea. Pojedina lipofilna jedinjenja se deponuju u

mastima gde se mogu zadrati u inaktivnom obliku dui vremenski period. Meutim, mnoga

lipofilna jedinjenja podleu metabolizmu sa ciljem da se stvori hidrosolubilno jedinjenje. Kada u

tom procesu nastane jedinjenje koje je toksinije od polaznog, reaktivni metabolit, dolo je do

bioaktivacije otrova.

Primeri

Kod radnika u proizvodnji boja je pre mnogo decenija zapaena uestala pojava

karcinoma mokrane beike. Dugo se smatralo da je anilin uzronik ovog karcinom te je i dobio

ime anilinski karcinom. Meutim, relativno skoro je utvreno da je za to odgovoran 2-

naftilamin koji je intermedijer u proizvodnji anilina. Ovo jedinjenje se kao i drugi aromatini

amini eliminie iz organizma u obliku konjugata koji su rastvorljivi u vodi. Iako konjugacija sa

glukuronidima spada u II fazu metabolizma koja u najveom procentu vodi ka detoksikaciji, u

ovom primeru to nije sluaj. Osnovni korak u aktivaciji 2-naftilamina je N-hidroksilacija uz

Opta toksikologija

9

pomo citohroma. Nakon toga, N-hidroksil intermedijer uz pomo uridin-difosfat glukuronozil

transferaze (UGT), podlee glukuronidaciji do N-glukuronida ijom hidrolizom u slabo kiseloj

sredini urina nastaje elektrofilni nitrenijum jon. Nitrenijum jon je veoma reaktivan i kovalentno

se vezuje za DNK. Ovo je predstavljalo prvo objanjenje mehanizma karcinogenosti nekog

aromatinog amina i do njega se teko dolo obzirom da 2-naftilamin ne izaziva karcinom

mokrane beike kog glodara kod kojih se N-hidroksi oblik odmah uklanja drugim

mehanizmom, N-acetilacijom.

Kao veoma znaajan primer ovog mehanizma toksinosti se izdvaja aflatoksin B1 ijom

metabolikom aktivacijom pod dejstvom citohroma nastaje 8,9-epoksid. Ovaj epoksidni oblik je

reaktivni intermedijer aflatoksina B1 i jedan od najpotentnijih karcinogena koji se kovalentno

vezuje za DNK.

Kovalentno vezivanje otrova za elijske strukture

Kovalentno vezivanje otrova za konstituente elije je ireverzibilne prirode. Ovom

mehanizmu toksinosti esto prethodi bioaktivacija koja podrazumeva prevoenje osnovnog

jedinjenja u reaktivni oblik ili intermedijer. Otrovi se kovalentno vezuju za DNK, proteine,

jedinjenja male molekulske mase itd, ali i inkorporiraju u endogena jedinjenja.

Jedan od primera kovalentnog vezivanja za proteine je metil izocijanat koji nastaje kao

intermedijer pri proizvodnji pesticida. Najtei sluaj trovanja metil izocijanatom je akcidentalno

trovanje koje se desilo u gradu Bopalu u Indiji 1984. godine kada se metil izocijanat oslobodio u

vazduh usmrtivi vie od 2000 osoba, uglavnom stanovnitva koje je ivelo u neposrednoj

okolini fabrike. Izocijanat je izuzetno reaktivno jedinjenje i veoma jak elektrofil koji se

neutralie vodom ili se vezuje za razliite kritine makromolekule remetei strukturu ili

funkciju elija i tkiva. Kliniku sliku kod trovanih osoba je karakterisalo teko oteenje disajnih

puteva uz razvoj edema plua.

Otrovi se kovalentno vezuju i za DNK, a naroito je osetljiva baza guanin. Otrovi, ili njihovi

elektrofilni metaboliti, se kovalentno vezuju za razliita mesta na guaninu ime je spreeno

stvaranje vodoninih veza sa odgovarajuom bazom. Tako se aflatoksin B1, tj. njegov reaktivni

metabolit, vezuje za N-7 poziciju na guaninu. Kada se to desi u tumor-supresornom genu p53,

to je est sluaj, dolazi do pogrenog sparivanja, mutacije, preivljavanja izmenjene elije i

pojave karcinoma.

U osnovi karcinogenosti mnogih otrova lei sposobnost kovalentnog vezivanja za

nukleofilne grupe na DNK i tako nastali DNK-adukti mogu dovesti do mutacija koje vode razvoju

karcinoma ukoliko su te promene na kritinim mestima. U drugom sluaju, DNK-adukti ili DNK

unakrsne veze e dovesti do smrti elije to moe biti i terapijski efekat ukoliko se radi o kancer

eliji.

Interakcije otrova sa bioelementima

Interakcije sa bioelementima se mogu posmatrati u uem i irem smislu rei. Tipine

interakcije se sreu izmeu toksinih metala i bioelemenata i najee se zasnivaju na

Doc. dr Zorica Bulat

10

kompeticiji za ista mesta vezivanja na razliitim biomolekulima na osnovu veeg afiniteta ili

koliine. Kompeticija toksinih metala i bioelemenata za transportne sisteme vodi promeni u

sadraju bioelemenata u tkivima i elijama. Takoe moe doi i do redistribucije esencijalnih

katjona i to u smeru smanjenja ili porasta njihove normalne koncentracije u tkivu. Kada toksian

metal istisne bioelement moe da doe do gubitka razliitih funkcija ili strukture proteina. Na

interakcije utiu brojni faktori kao to je slinost izmeu toksinog metala i esencijalnog katjona

to je sluaj sa metalima koji pripadaju istoj grupi periodnog sistema, ili imaju priblino istu

irinu orbitale, oksidaciono stanje, slinu toksikokinetiku itd.

U irem smislu, u interakcije sa bioelementima stupaju i svi helatni agensi, ugljen disulfid,

disulfiram, ali i druga jedinjenja bogata sulfhidrilnim i drugim grupama koja mogu helirati

metale.

Dejstvo otrova na sintezu ATP

Veliki broj otrova izaziva poremeaj u sintezi ATP-a. Otrovi dovode do nedovoljne

produkcije ATP-a, energetskog iscrpljivanja elije i ako usled inhibicije oksidativne fosforilacije

doe do znaajnog poremeaja u sintezi ATP-a dolazi do smrti elije. To moe biti posledica

inhibicije enzima ciklusa limunske kiseline, ATP sintetaze, ili inhibicije komponenata u lancu

transporta elektrona. Poremeaj u sintezi ATP-a se javlja i kod svih formi hipoksije, kao i usled

dejstva otrova na komponente mitohondrijalne membrane ime se remeti membranski

potencijal.

Otrovi sa ovim mehanizmom dejstva su brojni, od ugljen-monoksida koji spreava

dopremanje kiseonika putem krvi do tkiva, pa do nekih otrova koji deluju na samu sintezu ATP-

a npr. na mitohondrijalne enzime. Jedan od najboljih primera za ovakve otrove su cijanidi koji

blokiraju citohrom oksidazu. Hem a3 (deo kompleksa IV) sadri Fe3+ jon za koji se cijanidi

vezuju visokim afinitetom ime blokiraju transport elektrona. Pored cijanida, meu inhibitore

kompleksa za transport elektrona u mitohondriji spadaju i parakvat, vodonik-sulfid, fosfin,

MPTP (1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridin)...

Meu znaajne otrove koji spreavaju sintezu ATP tako to inhibiraju isporuku

vodonikovih jona na lancu za transport elektrona spadaju arseniti koji blokiraju piruvat

dehidrogenazu, ili fluoroacatet koji blokira akonitazu, kao i svi otrovi koji pojaano troe NADH.

Interakcije otrova sa jonskim transportom

Otrovi mogu delovati na jonske nosae i jonske kanale koji reguliu prolaz jona kroz

membrane. Ovo se moe ogledati u kompeticiji za prolaz ime se inhibira jonski fizioloki

transport, ali moe da doe i do promene konformacije kanalskih peptida.

Primeri

Tetrodotoksin je neurotoksin koji se akumulira u jednoj vrsti morske ribe, naduvane

ribe, a proizvod je bakterija. Za samu ribu nije toksian, ali treina sluajeva trovanja ljudi se

Opta toksikologija

11

zavrava letalno obzirom da nakon niza simptoma kao to su utrnulost usana i jezika,

parestezije ekstremiteta, dolazi do paralize miia i prestanka disanja. Tetrodotoksin blokira

Na+ kanale tako to sa spoljanje strane nervne elije ulazi u Na+ kanal, katjonski deo molekula

prolazi, ali drugi deo molekula koji je veliki blokira kanal, bez obzira da li je kanal otvoren ili

zatvoren.

Ovakav mehanizam ispoljavaju i piretroidi i DDT koji se vezuju za otvoren Na+ kanal

spreavajui njegovo zatvaranje i repolarizaciju to rezultuje hiperekscitacijom.

Smatra se da digitoksin, jedan od otrova koji je poznat od davnina, isto ispoljava svoju

toksinost ovim mehanizmom. Digitoksin dovodi do poremeaja u radu K+/Na+ pumpe ime

remeti Na+/Ca2+ transport to rezultuje porastom nivoa Ca2+ u eliji i prekomernom

stimulacijom elije.

Poremeaj elijske homeostaze kalcijuma

Nivo slobodnog kalcijuma u eliji je strogo kontrolisan jer je od izuzetnog znaaja za

funkcionisanje organizma da se ovaj jon odrava na niskom nivou. Veliki broj elijskih sistema

odrava razliku intra- i ekstracelularnog kalcijuma koji su esto ciljno mesto delovanja otrova.

Otrovi najee remete homeostazu kalcijuma na tri naina:

1. poveavaju ulaz Ca2+specifino ili nespecifino tako to poveavaju

permeabilnost plazma membrane;

2. smanjuju izlazak Ca2+ usled poremeaja funkcije kalcijumove pumpe u membrani

elije;

3. dovode do porasta slobodnog Ca2+ u citoplazmi usled naruavanja membrane

endoplazmatinog retikuluma to se moe desiti pod dejstvom slobodnih radikala

ili kovalentnim vezivanjem otrova za membranu endoplazmatinog retikuluma.

Primeri

Primer otrova koji deluje na homeostazu kalcijuma je tributilkalaj (TBT). To je organsko

jedinjenje kalaja koje je usled nekontrolisane upotrebe kao biocida za zatitu brodova danas

iroko rasprostranjeno u prirodi. TBT reaguje sa tiolnim grupama Ca2+ pumpe na membrani

endoplazmatinog retikuluma i inaktivira je. Inaktivirana Ca2+ pumpa dovodi do prelaska Ca2+ iz

endoplazmatinog retikuluma u citoplazmu to rezultuje nekrozom ili apoptozom elije.

Metiliva je neurotoksina i ve u niskim koncentracijama dovodi do smrti neurona. U

osnovi ove apoptoze, kao inicijalni momenat se javlja poremeaj u homeostazi Ca2' jona (porast

ovih jona u eliji) to dalje pokree niz Ca2+-zavisnih procesa koji vode ka smrti elije.

Oksidativni stres kao posledica dejstva otrova

Slobodni radikali (reaktivne vrste kiseonika, azota, ugljenika ili sumpora) su normalni

proizvodi metabolizma. U fiziolokim koncentracijama slobodni radikali, prvenstveno nastali u

Doc. dr Zorica Bulat

12

mitohondrijama u procesu oksidativne fosforilacije, zatim endoplazmatinom retikulumu i

peroksizomima, ostvaruju ulogu u intraelijskoj signalizaciji i regulaciji. U poveanim

koliinama slobodni radikali izazivaju oksidativna oteenja konstituenata elije, inhibiraju

funkcije proteina i mogu izazvati smrt elije.

Oksidativni stres koji se javlja kao posledica dejstva otrova se smatra jednim od

najznaajnijih mehanizama koji doprinose toksinosti mnogih otrova. Otrovi mogu da izazovu

oksidativni stres direktno izazivajui pojaani nastanak slobodnih radikala, ali i indirektno,

utiui na antioksidativni sistem zatite (primarni i sekundarni). Oksidativni stres koji je

izazvan otrovima moe da izazove direktno oteenje elije usled produkcije jakih oksidanata,

ali i da iskae svoj uticaj na signalizaciju i regulaciju genske ekspresije preko redoks senzitivnih

mehanizama.

Ukoliko neki otrov, kao to je parakvat, mnogo puta podlegne redoks kruenju, posledice

su veoma teke jer od jednog molekula parakvata moe da nastane ogroman broj superoksidnih

anjona. Ovaj proces se produava sve dok ima NADPH tj. dok se ne potroi ili ne moe da se

regenerie. Dodatni problem je to se parakvat selektivno akumulira u alveolama to objanjava

njegovo specifino delovanje na plua. Redoks potencijal parakvata je visok, znatno vii od

kiseonikovog, to olakava prenos elektrona od redukovanog parakvata na kiseonik. Od znaaja

je i injenica da kiseonika u pluima ima u visokim koncentracijama, mnogo viim nego u

drugim tkivima, to je od znaaja za nastanak superoksidnih anjona.

Otrovi mogu da indukuju nastanak reaktivnih vrsta kiseonika (ROS) ako mogu da uu u

mitohondrije i da reaguju sa kompleksima na lancu za elektronski transport sa unutranje

strane membrane mitohondrija blokirajui normalno kretanje elektrona. Kao posledica,

naroito ako je re o otrovima koji su akceptori elektrona, javlja se preusmeravanje normalnog

protoka elektrona i poveana produkcija ROS-a. Tipini primeri su doksorubicin ili MPTP.

Doksorubicin po svojoj strukturi spada u strukturno veoma vanu grupu jedinjenja koja

indukuju oksidativni stres i ukljueni su u redoks kruenje. Ipak, hinoni u ovim promenama

stiu do hidrohinona, oblika koji je mnogo manje toksian i koji se moe smatrati proizvodom

detoksikacije jer se konjuguje i izluuje iz organizma. Znaajan broj otrova deluje na ovaj nain,

a jedan od najpoznatijih primera je svakako benzen.

Fentonova reakcija. Vodonik-peroksid u organizmu podlee degradaciji pod dejstvom

enzima, katalaza ili glutation peroksidaze, a ukoliko se to ne desi moe da se neenzimski

konvertuje u sledei ROS, hidroksil radikal. Ova reakcija se naziva Fentonova reakcija i

katalizovana je prvenstveno gvoem, ali i drugim redoks-aktivnim prelaznim metalima. Ovi

metali imaju sposobnost da redukuju vodonik peroksid to dovodi do homolitikog cepanja i

nastanka hidroksilnog anjona, koji nije tetan, ali i visoko reaktivnog hidroksilnog radikala.

Obzirom na potencijalnu opasnost od ovih redoks-aktivnih bioelemenata za eliju oni su u

Opta toksikologija

13

normalnim uslovima vrsto vezani za proteine i niskomolekularne ligande. Problem se javlja

kada se pod dejstvom pojedinih otrova ovi bioelementi oslobode iz tih depoa.

Oksidativna oteenja lipida. Lipidna peroksidacija koja nastaje pod dejstvom otrova sa

prooksidativnim dejstvom je najbolje proueno oksidativno oteenje koje zahvata elijske

membrane, lipoproteine i druge molekule koji sadre lipide. U toku procesa lipidne

peroksidacije koji se odvija kroz faze inicijacije, propagacije i terminacije, nastaju primarni

visokoreaktivni intermedijeri: alkil radikali, peroksi i alkoksi radikali, kao i lipidni

hidroperoksidi, koji daljom razgradnjom daju sekundarne produkte lipidne peroksidacije,

kratkolanane isparljive ugljovodonike i aldehide. Malondialdehid (MDA) je jedan od krajnjih

produkata oksidativnih oteenja lipida i moe da reaguje sa amino grupama proteina i

nukleinskih kiselina izazivajui jo vee oteenje elije. Odreivanje koncentracije MDA u krvi i

tkivima se koristi za procenu nivoa lipidne peroksidacije.

Lipidna peroksidacija smanjuje fluidnost biolokih membrana ime se poveava

propustljivost za jednovalentne i dvovalentne jone i inaktiviraju membranski enzimi.

Fragmentacija lanaca masnih kiselina dovodi do gubitka integriteta membrana, dok ruptura

lizozomskih membrana dovodi do oslobaanja hidrolitikih enzima koji dalje oteuju eliju.

Oksidativna oteenja proteina. Strukturne i funkcionalne promene na proteinima pod

dejstvom slobodnih radikala se normalno deavaju u procesu starenja, degradacije ili

obnavljanja proteina, ali i kod AIDS-a, Alchajmerove i Parkinsonove bolesti, reumatskih

oboljenja, karcinoma itd. Oksidativna modifikacija proteina podrazumeva promene na bonim

lancima aminokiselinskih ostataka, konverziju proteina u proteine vee molekulske mase

(unakrsno protein-protein vezivanje), kao i fragmentaciju polipeptidnih lanaca. Na oksidativna

oteenja naroito su osetljivi proteini kod kojih se u bonim lancima nalaze amino kiseline u

iji sastav ulazi sumpor, a zatim aromatine amino kiseline.

Do oksidativnih oteenja proteina moe doi i indirektno prilikom njihove interakcije sa

produktima lipidne peroksidacije, kao to je malondialdehid koji reaguje sa -SH i amino-

grupama proteina dovodei do strukturnih i funkcionalnih promena proteina i enzima. Stoga se

moe oekivati kod otrova koji izazivaju lipidnu peroksidaciju da posledino doe i do oteenja

proteina.

Oksidativna oteenja DNK. Poveani nastanak reaktivnih vrsta kiseonika dovodi do

promene na nivou genoma, tj. razliitih oteenja strukture DNK: prekidi jednog lanca, prekidi

oba lanca, razmene izmeu sestrinskih hromatida, DNK-DNK unakrsno povezivanje, DNK-

protein unakrsno povezivanje, modifikacija baza (saturacija, otvaranje prstena, hidroksilacija

prstena), oteenja na eernom ili fosfatnom delu polinukleotidnog lanca i dr. Smatra se da je

za efekte na DNK najodgovorniji hidroksilni radikal koji poseduje visoku elektrofilnost i

termohemijsku reaktivnost, tako da u blizini DNK oduzima OH+ sa eera DNK i dodaje ga DNK

bazi, pri emu kao glavni produkt oksidacije nastaje 8-OHdG (8-hidroksideoksiguanozin) koji se

smatra uzronikom takastih mutacija. Postoje pokuaji da se 8-OHdG koristi kao biomarker

efekta pri izloenosti otrovima koji izazivaju oksidativna oteenja DNK.

Doc. dr Zorica Bulat

14

Do oteenja DNK moe doi i indirektno jer malondialdehid koji nastaje lipidnom

peroksidacijom moe kovalentno da se vee za lanac DNK. Mutageni i karcinogeni efekti

malondialdehida se najee vezuju upravo za njegovu mogunost interakcije sa DNK

naruavajui replikaciju, transkripciju i translaciju, to prouzrokuje mutacije, apoptozu ili razvoj

tumora.

Smatra se da oksidativno oteenje DNK lei u osnovi karcinogenog dejstva metala,

naroito onih koji izazivaju karcinom nosa i plua (hrom, nikl, kadmijum, indijum). Ovi

karcinomi javljaju se u pluima verovatno jer su ona prvo mesto ulaza u organizam ovih, ali i

mnogih drugih otrova, dobro su prokrvljena i izloena dovoljnoj koliini kiseonika.

Uticaj otrova na antioksidativni zatitni sistem

Antioksidativni zatitni sistem se sastoji od enzimskih i neenzimskih komponenata koje

imaju znaajnu ulogu u zatiti od oksidativnih oteenja koja izazivaju razliiti ksenobiotici.

Enzimske komponente su antioksidativni enzimi u iji sastav ulazi jon metala, npr. superoksid

dizmutaza: Cu/Zn-SOD (citosol) ili Mn-SOD (mitohondrije), katalaza i glutation reduktaza (Fe),

glutation peroksidaza (kofaktor Se). Ovi enzimi imaju veoma znaajnu ulogu u odbrani od

toksinih efekata slobodnih radikala koji nastaju pod dejstvom otrova, a njihov pozitivan efekat

je potvren u brojnim istraivanjima. Otrovi mogu da remete njihovu funkciju na razliite

naine, kao to se toksini metali takmie sa bioelementima za iste poloaje vezivanja na

enzimima i vezivanjem za enzimske kofaktore, ali i tako to utiu na gensku regulaciju,

transkripciju i translaciju odgovornu za sintezu ovih enzima. Ovi efekti mogu da dovedu do

inhibicije antioksidativnih enzima, ali i do njihove indukcije. Takoe, na primeru kadmijuma se

zapaa uticaj duine izloenosti na aktivnost ovih enzima te je nakon akutnog trovanja njihova

aktivnost smanjena, a nakon produene izloenosti poviena.

Neenzimske komponente antioksidativnog zatitnog sistema su glutation, vitamin C,

vitamin E, koenzim Q, metalotioneini, a to su jedinjenja koja imaju sposobnost da odloe ili

spree oksidaciju konstituenata elije. Uglavnom deluju tako to uklanjaju slobodne radikale,

vitamin E prekida lananu reakciju lipidne peroksidacije, vitamin C predaje elektrone

slobodnim radikalima, kompleksira metale koji uestvuju u ciklusu redoks reakcija, regenerie

vitamin E itd.

Iako sve ove komponente imaju znaajnu ulogu u trovanjima, ipak se u toksikologiji

najvea panja poklanja glutationu jer glutation-redoks ciklus uestvuje u odbrani od poveanog

nastanka slobodnih radikala dejstvom razliitih egzogenih supstanci, ali i ulazi u reakcije

konjugacije sa nizom toksinih supstanci pri emu nastaju manje toksini produkti. Kada su u

pitanju metali, glutation sa njima gradi i komplekse to predstavlja prvu liniju odbrane elija.

Kao i kod enzima antioksidativne zatite, akutna izloenost metalima, smanjuje sadraj

glutationa formiranjem kompleksa metal-glutation i utrokom u reakciji katalizovanoj

glutation-peroksidazom u oksidativnom stresu indukovanom metalima.

Metalotioneini su proteini male molekulske mase sa visokim sadrajem SH grupa koji

uestvuju u odravanju homeostaze cinka i bakra, a tite organizam od toksinih efekata

kadmijuma i ive. U molekulu metalotioneina, cistein-tiolatne grupe se vezuju sa jonima metala i

Opta toksikologija

15

grade metal-tiolatne grupe koje reaguju sa superoksid i hidroksil radikalom i uklanjaju ih veoma

efikasno.

Mehanizmi nekrotine i apoptotine smrti elije

Promene koje se deavaju u eliji pod dejstvom otrova predodreuju odgovor elije na

oteenje. Neke promene u eliji mogu biti reverzibilne po prestanku izloenosti i nakon

popravki oteenja dok su promene u eliji koje se deavaju na kritinom nivou take bez

povratka ireverzibilne i vode ka elijskoj smrti.

Nekroza ili apoptoza su krajnje take dejstva otrova razliitim mehanizmima koji su

doveli do toliko jakih oteenja elije koja uzrokuju njenu smrt. Inicijalni procesi za elijsku smrt

su nastanak reaktivnih metabolita, prekomerni nastanak oksidativnog stresa, kovalentno

vezivanje, oteenje mitohondrija itd. Mehanizmi koji vode ka elijskoj smrti su veoma

kompleksni, naroito kada je u pitanju apoptoza koja se javlja pod dejstvom otrova i koja za

sada nije dovoljno ispitana. Iako su nekroza i apoptoza dva meusobno odvojena, jasno

razgraniena, procesa elijske smrti, oba procesa postoje u eliji i treba istai da isti otrov moe

da indukuje i jedan i drugi mehanizam elijske smrti. U zavisnosti od energetskog statusa elije,

trajanja izloenosti i doze otrova mogu se aktivirati jedan ili drugi, ali se oba mehanizma elijske

smrti mogu sresti i u istom tkivu, ili ak apoptoza moe u nekom momentu prei u nekrozu.

Do pojave nekroze dolazi kod akutnih trovanja kao posledica izloenosti visokim dozama

ali i kod produene izloenosti i zahvata vei broj elija ili velike delove tkiva. Nekroza se

najee aktivira dejstvom reaktivnih metabolita kao i dejstvom otrova koji direktno oteuju

elijsku membranu i izazivaju akutna oteenja elije.

Nekrotino oteenje tkiva se odvija u dve faze:

1. Inicijalna faza otrov svojim mehanizmom toksinosti dovodi do oteenja koja

su letalna za eliju

2. Progresivna faza inicijalna oteenja se prenose na susedno tkivo ime vei

delovi organa bivaju zahvaeni nekrozom to moe da potraje i nekoliko dana.

Ovim se objanjava dejstvo nekih otrova kao to je ugljen tetrahlorid koji se iz organizma

eliminie za 6-12 h nakon ekspozicije, a oteenja jetre se javljaju tek nakon 48 h. I kod trovanja

paracetamolom se nekroza jetre javlja sa zakanjenjem i nakon latentnog perioda od oko 72h.

Za razliku od nekroze koja je neplanski proces, apoptoza je veoma organizovan nain

odumiranje elije koji je preko onkogena i tumorsupresorskih gena povezan sa sistemom koji

kontrolie proliferaciju elije i popravke DNK. Upravo zato to je genetski i vremenski odreena

tj. programirana, apoptoza se i naziva programirana elijska smrt. Meutim, otrovi mogu da

pokrenu apoptozu u bilo koje vreme, ali takoe i da je inhibiraju. Brojni otrovi indukuju

apoptozu u razliitim tkivima i razliitim inicijalnim mehanizmima meu kojima se po znaaju

izdvaja oksidativni stres i pokretanje sistema kaspaza. U toksikologiji se kao primer za ovakav

nain delovanja izdvajaju toksini metali. Arsen ispoljava brojne mehanizme toksinosti meu

kojima je i izazivanje apoptoze, to se deava u nervnom sistemu obzirom da su neuroni u CNS-u

specijalno osetljivi na ovaj efekat arsena. Smatra se da je ovo posledica aktivacije neuron-

Doc. dr Zorica Bulat

16

specifinih kinaza, a da u osnovi ovog efekta lei oksidativni stres. Navodno je nakon ovog

otkria poelo razmatranje vraanja arsentrioksida u terapiju, u ovom sluaju leukemije. Otrovi

mogu da deluju i na receptore smrti (npr. Fas) bilo njihovom aktivacijom ili indukujui njihovu

sintezu. Ovim se objanjava odumiranje hepatocita kod holestaze prouzrokovane otrovima ili

odumiranje Sertolijevih elija kod testikularne toksinosti ftalata.

Inhibicija apoptoze rezultuje poremeajem u balansu izmeu elijske proliferacije i smrti

elije. Vezivanje otrova za DNK rezultuje njenim oteenjem i kada su ta oteenja prevelika u

odnosu na kapacitete popravki, aktivira se sistem p53 ime se ovakva elija uklanja iz

organizma. Meutim, pod dejstvom nekih otrova tumor promotera sistem p53 moe biti

izmenjen, to dovodi do inhibicije apoptoze i omoguava preivljavanje eliji sa oteenom DNK,

mutaciju i nastanak preneoplastinih elija. Mutirana forma p53 je naena u vie od 60%

humanih karcinoma to ukazuje na znaajnu ulogu ovog enzima u popravci DNK-a oteenja i

prevenciji karcinoma.

Opta toksikologija

17

Dejstvo otrova na ciljne organe

Kada je organizam izloen nekom otrovu do ispoljavanja toksinih efekata moe doi na

mestu gde otrov prvo dolazi u kontakt sa organizmom tj. lokalno, na koi, disajnim putevima,

pluima ili GIT-u, to je naroito izraeno kod korozivnih hemikalija. Ipak, u veini sluajeva

otrovi se apsorbuju i zatim distribuiraju kroz celo telo ispoljavajui opte, sistemske efekte ili

efekte koji se dominantno javljaju u odreenim organima. Ovakva selektivna toksinost za ciljni

organ, koja se javlja nezavisno od puta unosa, se naziva organotropizam i predstavlja specifino

delovanje otrova koje se zasniva na toksikokinetikim i toksikodinamskim mehanizmima. U

toksikokinetike faktore se svrstavaju selektivno preuzimanje, distribucija i akumulacija otrova

pomou specifinih transportera, zatim hemijska slinost izmeu otrova i prirodnih sastojaka

organizma (homologija), a od znaaja moe biti i specifian metabolizam u pojedinim organima

ili bioaktivacija. Sa druge strane, toksikodinamski faktori su tkivno-specifina ekspresija

receptora ili transkripcionih faktora, vezivanje za biomolekule, nedostatak puteva detoksikacije,

popravki, adaptivnih odgovora ili pojava poveane osetljivosti, molekularna mimikrija i drugo.

Otrovi mogu da ispolje efekte na sve organe ili organske sisteme u organizmu, na krv i

krvotvorne organe (hematotoksinost), kardiovaskularni sistem (kardiotoksinost), jetru

(hepatotoksinost), bubrege (nefrotoksinost), respiratorni sistem, nervni sistem

(neurotoksinost), imuni sistem (imunotoksinost), kou i sluzokoe (dermatotoksinost),

endokrini sistem (endokrina toksinost), reproduktivni sistem (reproduktivna toksinost), ulo

vida U nekim sluajevima otrov deluje prvenstveno na jedan ciljni organ, ali veina otrova

ispoljava toksinost na vie organa. Od znaaja je imati u vidu da ukoliko postoji neko oboljenje,

moe se sa sigurnou oekivati da e dejstvo otrov na oboleli organ imati izraenije efekte i

dovesti do teih oteenja.

Ovde e biti detaljnije objanjeno dejstvo otrova na neka od najznaajnijih i najuestalijih

mesta delovanja otrova.

Doc. dr Zorica Bulat

18

Hematotoksinost

Krv ima veoma znaajnu ulogu u prenosu kiseonika i svih materija neophodnih za

normalno funkcionisanje organizma, ali i toksinih supstanci, do pojedinih organa i elija. Pored

toga to se putem krvi vri transport otrova u organizmu do ciljnih organa, otrov moe i da

ispolji toksine efekte na samu krv. Otrov moe da deluje direktno na produkciju krvnih elija

kao to deluju mitotiki otrovi, ili indirektno npr. otrovi koji smanjuju nivo gvoa raspoloivog

za sintezu hemoglobina. Posledice kako direktnog tako i indirektnog dejstva otrova na elije krvi

ili njihove prekursore su predvidive i esto opasne po ivot, a ukljuuju hipoksiju, hemoragije i

infekcije.

Otrovi najee ispoljavaju toksine efekte na krv tako to dovode do promene u broju

krvnih elemenata, promene u sintezi i funkciji krvnih elemenata, kao i promene u pH vrednosti

krvi ili deluju na proces koagulacije.

Promena broja krvnih elemenata koje se javljaju pod dejstvom otrova se manifestuju kao

anemija, leukemija, trombocitopenija, agranulocitopenija itd, ali i aplastina anemija. Otrovi

deluju na proces nastanka eritrocita, njihovu funkciju, ali i preivljavanje eritrocita, to najee

dovodi do pada broja eritrocita u cirkulaciji, anemije. Dva glavna naina kojima otrovi dovode

do pojave teke anemije su:

1. smanjena produkcija eritrocita

2. ubrzana destrukcija eritrocita,

koji se dijagnostikuju analizom kompletne krvne slike, broja eritrocita, koncentracijom

hemoglobina, vrednost hematokrita itd.

Primeri

Benzen je organski rastvara koji pored iroke upotrebe kao rastvara, predstavlja

znaajnu polaznu sirovinu u sintezi brojnih organskih jedinjenja. Metabolizmom benzena

nastaju aktivni metaboliti, pirokatehol, hidrohinon itd, koji su mitotski otrovi. Oni svoje toksino

dejstvo ispoljavaju prvenstveno na tkiva koja se brzo dele kao to je kostna sr izazivajui njenu

hipoplaziju, hiperplaziju (benignu i malignu), ili aplaziju.

Olovo deluje na krv brojnim mehanizmima koji za posledicu imaju razliite poremeaje

meu kojima se po znaaju izdvaja smanjenje broja krvnih elija. Cink dovodi do pada broja

eritrocita i smanjenja hematokrita to se objanjava interakcijama izmeu cinka i bakra,

odnosno smanjenjem sadraja bakra u fizioloki znaajnim procesima.

Promene u sintezi i funkciji krvnih elemenata. Stvaranje eritrocita je kontinuirani proces

koji zavisi od veoma aktivne deobe elija i intenzivne sinteze hemoglobina. Sinteza hemoglobina

se odvija kroz niz enzimskih procesa koji mogu biti mesto delovanja otrova to za posledicu ima

smanjenu sintezu ili izmenjen sastav hemoglobina. Poremeaji u sintezi porfirinskog prstena,

koji ulazi u sastav hema, dovode do razvoja sideroblastne anemije, sa karakteristinom

akumulacijom gvoa u eritroblastima kostne sri. Otrovi koji interferiraju sa ovim procesima i

Opta toksikologija

19

dovode do sideroblastne anemije su etanol, hloramfenikol, izoniazid, cink, olovo... U sintezi

hema jedan od kljunih momenata je i inkorporiranje gvoa u porfirinski prsten, tako da otrovi

koji dovode do smanjenja nivoa Fe mogu dovesti do sideropenijske anemije.

Jedan od znaajnih efekata olova na krv se ogleda i u smanjenoj sintezi hemoglobina.

Olovo u manjoj ili veoj meri inhibira sve enzime koji uestvuju u sintezi hemoglobina to za

posledicu ima povienu koncentraciju razliitih intermedijera iz sinteze hemoglobina, kako u

krvi tako i u urinu.

Otrovi mogu da deluju i direktno na hemoglobin vezujui se za njega i ometajui transport

kiseonika kao to vezivanjem ugljen monoksida za oksihemoglobin nastaje karboksihemoglobin

koji nema sposobnost prenosa kiseonika. Neka jedinjenja kao to su aromatina amino i nitro

jedinjenja, nitriti, nitrati, hlorati prevode Fe2+ u hemoglobinu u Fe3+ pri emu nastaje

methemoglobin koji takoe ne moe da obavlja funkciju prenosa kiseonika.

Methemoglobin moe nastati direktno kao to je sluaj kod izloenosti nitritima, ili

indirektno, bioaktivacijom otrova, npr. aromatinih amina do redoks-aktivnih metabolita koji

dovode do stvaranja methemoglobina. U ciklusu oksido-redukcija, aktivni metaboliti (N-

hidroksi i nitrozo komponente) se regeneriu sve do iscrpljivanja fiziolokih zaliha NADPH to

dovodi do izraene methemoglobinemije ak i nakon unosa malih koliina aromatinih amina.

Promena pH vrednosti krvi je ima veliki uticaj na funkcionisanje hemoglobina, tako

smanjenje pH dovodi do smanjenog afiniteta hemoglobina za kiseonik (hloroform i etar

smanjuju pH)

Promene u koagulaciji krvi su jo jedno od moguih dejstava otrova (benzen, oksalna

kiselina). Na ovaj nain efekat ispoljavaju i oralni antikoagulansi, kao to je varfarin, koji imaju

uzak terapijski indeks uz velike inter-individualne razlike u odgovoru na istu dozu te se kao

posledica prekoraenja doze javlja rizik od krvarenja.

Hepatotoksinost

Toksini efekti otrova na jetru se javljaju esto i predstavljaju uobiajenu pojavu kod

trovanja. To je znaajnim delom posledica injenice da nakon per os unosa i resorpcije u GIT-u

otrovi prvo odlaze u jetru gde se javlja efekat prvog prolaza kroz jetru. Od znaaja je i podatak

da se u jetri, koja ima veoma visok kapacitet da metabolie otrove, vri biotransformacija otrova

do neaktivnih, ali i aktivnih, metabolita. Promene koje otrovi izazivaju na jetri se zapaaju

veoma brzo i znatno lake od efekata na bilo koji drugi organski sistem, jer ak i veoma blagi

efekti se registruju lako na osnovu promena u biohemijskim parametrima krvi.

Jedna od znaajnih uloga jetre je i da se u ovom organu vri priprema za eliminaciju

bilijarnim putem. Pored toga to otrov moe da se utie na ekskreciju endogenih i egzogenih

supstanci, npr. kompeticijom za nosae, ili da dovede do iritacije unih kanala, poremeaj u

bilijarnoj ekskreciji moe da dovede i do visokih koncentracija otrova i metabolita u jetri i do

oteenja hepatocita. Od znaaja za hepatotoksinost otrova je i podatak da li otrov podlee

enterohepatinoj recirkulaciji koja moe da dovede i do ponovljenog izlaganja jetre otrovu.

Doc. dr Zorica Bulat

20

Na oteenja jetre utiu brojni faktori. Svi organski rastvarai su liposolubilni, podleu

nizu metabolikih promena i svi, u manjoj ili veoj meri, ispoljavaju toksine efekte na jetru. Kod

drugih otrova doza ili duina ekspozicije mogu biti presudni za efekat na jetru te npr. kadmijum

pri akutnom trovanju izaziva teka oteenja jetre, dok se kod hroninih trovanja takve

promene ne zapaaju. Iako veliki broj otrova deluje toksino na jetru, u manjoj ili veoj meri,

pojedini otrovi naroito oni koji svoje toksino dejstvo prvenstveno ispoljavaju na jetru mogu

da izazovu i vie razliitih oteenja, poput etanola koji izaziva i steatozu i cirozu.

Meu mehanizme kojima otrovi ispoljavaju toksine efekte na jetru se izdvajaju vezivanje

otrova za -SH grupe proteina, kovalentno vezivanje reaktivnih intermedijera za makromolekule,

imunotoksine reakcije i oksidativni stres, koji u zavisnosti od intenziteta promena dovode do

nekroze ili apoptoze hepatocita.

Najznaajnija oteenja jetre koja se mogu javiti pod dejstvom akutne izloenosti

otrovima su nekroza i holestaza, a nakon hronine izloenosti ciroza, steatoza, hepatitis,

karcinom jetre itd.

Nekroza jetre

Nakon unosa jednokratnih visokih doza pojedinih otrova koji deluju na jetru kao

posledica se esto javlja nekroza velikog broja hepatocita. Hepatociti zahvaeni nekrozom se

razgrauju i javlja se karakteristina infiltracija limfocita. Ukoliko je ova pojava lokalizovana na

nekoliko hepatocita naziva se fokalna nekroza, a kada je zahvaen ceo lobus jetre re je o

masivnoj nekrozi. Jetra poseduje veoma veliki regenerativni potencijal tako da nekrotine lezije

kod trovanja ne moraju da budu kritine, npr. ukoliko je dolo do prestanka ekspozicije i

primenjen je antidot. Ipak, velika oteenja koja zahvataju preko 80% hepatocita dovode do

masivnih lezija i ireverzibilnih oteenja pri emu dolazi do kompletnog gubitka funkcije jetre,

hiperamonemije, otkazivanja modanih funkcija i smrti. Meu otrove koji izazivaju nekrozu

jetre svrstavaju se paracetamol, halogeni ugljovodonici, nitrozamini, berilijum, aflatoksin.

Primeri

Akutno trovanje paracetamolom (unos 15 g paracetamola, a po nekim podacima i nie)

dovodi do razvoja nekroze jetre. Unet u terapijskim dozama paracetamol se eliminie urinom u

obliku konjugata sa glukuronidima i sulfatima, a mali procenat od unete doze se oksidie

sistemom citohrom oksidaze i nastaje toksino, visoko reaktivno, jedinjenje N-acetil-p-

benzohinonimin (NAPQI). Nastali NAPQI se konjuguje sa glutationom (GSH) i u obliku

acetaminofen-3-merkapturne kiseline se lako izluuje urinom. Ukoliko doe do trovanja

paracetamolom, NAPQI nastaje u velikoj koliini, rezerve GSH se iscrpljuju i postaju nedovoljne,

preovladava toksini metabolit koji se vezuje za proteine, izaziva oksidativni stres, porast

intracelularnog Ca2+, oteenje mitohondrija to sve zajedno vodi ka nekrozi jetre.

Iako je usled poboljanja uslova rada profesionalna izloenost ugljentetrahloridu sve

manja, ovaj organski rastvara u toksikologiji ostaje jedan od najboljih primera i model

supstanca koja dovodi do razvoja nekroze jetre. Pod dejstvom citohroma P450, konkretno

CYP2E1, ugljentetrahlorid se prevodi u radikal CCl3 i dalje u radikal CCl3OO to je klasian

Opta toksikologija

21

primer bioaktivacije otrova u slobodni radikal koji inicira lipidnu peroksidaciju odvajajui

vodonikov atom iz polinezasienih masnih kiselina iz fosfolipida. Lipidna peroksidacija, nastala

pod dejstvom ugljentetrahlorida, poveava permeabilnost plazma membrane za Ca2+ jon, to

vodi tekom oteenju homeostaze kalcijuma i nekrozi elije. Pored ovog mehanizma, radikal

CCl3 moe direktno da se vee za tkivne makromolekule, a neki od proizvoda lipidne

peroksidacije kao to su reaktivni aldehidi, npr. 4-hidroksinonenal, mogu da formiraju adukte

na proteinima. Potvrda za ove mehanizme je da je znatno poboljanje toksinih efekata

ugljentetrahlorida dobijeno inhibicijom CYP enzima, odravanjem homeostaze Ca2+, primenom

antioksidanasa itd. Kao potvrda za ovakav mehanizam delovanja slue i podaci dobijeni kod

radnika kod kojih je alkoholizam, usled pojaanog rada CYP enzimskog sistema, doprineo

znatno veoj osetljivosti na izloenost ugljentetrahloridu, u poreenju sa radnicima koji ne

konzumiraju redovno alkoholna pia.

Alil alkohol je industrijska hemikalija koja se koristi u proizvodnji plastinih masa,

usporivaa gorenja, smola, a u toksikologiji predstavlja primer otrova koji toksinost

prvenstveno ispoljava na periportalnu, zonu 1, u jetri. Alkohol se uz pomo alkoholne

dehidrogenaze metabolie do veoma reaktivnog aldehida akroleina koji se smatra glavnim

uzronikom oteenja jetre. Iako je vezivanje reaktivnog metabolita akroleina za proteine i

formiranje adukta glavni uzrok smrti hepatocita, lipidna peroksidacija je takoe od znaaja za

oteenje elije u uslovima kompromitovanog antioksidantnog statusa.

Holestaza

Nastanak ui, odnosno ekskrecija unih kiselina iz jetre u une kanale, je aktivan

proces u koji je ukljueno vie elijskih proteina. Do supresije ili opstrukcije oticanja ui moe

doi usled razliitih inter- ili intra-hepatikih uzroka. To su:

1. direktna inhibicija protoka ui ili selektivna inhibicija ekskrecije pojedinih

jedinjenja;

2. kompeticija otrova sa endogenim supstratom za regulatorne proteine;

3. poremeaj permeabilnosti membrane hepatocita ili unih kanala.

Brojni otrovi izazivaju holestazu putem razliitih mehanizama u koje su esto ukljueni

transmembranski transportni sistemi, bilo da je oteena njihova funkcija, ili da je dolo do

nishodne regulacije njihove ekspresije. Bez obzira na uzrok posledice su uvek iste, a to je da se

proizvodi koji se normalno ekskretuju iz jetre putem ui nagomilavaju u telu. Verovatno

najpoznatiji primer je hiperbilirubinemija, kada se bilirubin koji je normalni proizvod

razgradnje hema i normalno se izluuje iz organizma putem ui, zadrava u organizmu i

nagomilava u koi i beonjaama. Holestazu izazivaju: fenotiazini (hlorpromazin, tioridazin),

antidepresivi (amitriptilin, imipramin), eritromicin, sulfonamidi, oralni kontraceptivi,

dihloretilen, etanol, Mn.

Pojava holestaze se dovodi u vezu sa primenom leka benoksaprofena (NSAIL) kod

pojedinih pacijenata. Benoksaprofen se selektivno akumulira u unom kanalu gde se dostiu

Doc. dr Zorica Bulat

22

veoma visoke koncentracije ovog leka. Ovo je verovatno posledica nastanka slabo

hidrosolubilnog benoksaprofen-acil-glukuronida koji se taloi u unom kanalu, a pri alkalnom

pH ui ovaj metabolit hidrolizuje do reaktivnog oblika koji se zatim vezuje za proteine u

unim kanalima.

Steatoza

Steatoza ili masna jetra je oboljenje jetre koje se karakterie poveanom akumulacijom

masti u hepatocitima uz istovremeni pad lipida i lipoproteina u plazmi. Koliina masnih kiselina

u jetri zavisi od ravnotee izmeu njihovog dopremanja u jetru pomou hilomikrona i koliine

lipoproteina vrlo male gustine (VLDL) koji naputaju jetru. Steatoza se ne svrstava u teka

oboljenja jetre i promene koje se deavaju su reverzibilne prirode, jer po prestanku dejstva

otrova elije se vraaju u normalno stanje i u strukturnom i u funkcionalnom smislu. Na primer,

po prestanku konzumiranja etanola masne akumulacije u jetri se povlae u periodu od 2 do 4

nedelje. Ipak, ima izuzetaka kao to je Rejov sindrom gde se kod dece sa virusnom infekcijom

nakon primene acetil salicilne kiseline razvija mikrovezikularna steatoza, hiperamonemija, a

mogu je i letalni ishod. Steatozu izazivaju etanol, ugljentetrahlorid, tetraciklini, valproinska

kiselina...

Ciroza

Ciroza je oteenje jetre koje se javlja usled hronine izloenosti pojedinim otrovima kao

to su etanol, As, Mn, pirolizidinski alkaloidi, vitamin A, ugljentetrahlorid, tioacetamid,

dimetilnitrozamin... Ciroza je progresivan proces u kome zamena funkcionalnog hepatinog

tkiva rezultuje nastankom nefunkcionalnog vezivnog tkiva. Nakon ovih promena onemoguena

je regeneracija hepatocita i oni bivaju zamenjeni fibroznim tkivom. Kolagenizacija parenhima

jetre dovodi do restrikcije prokrvljenosti ime se naruava uloga jetre u metabolizmu i

detoksikaciji. Zbog velikog funkcionalnog kapaciteta jetre ove promene u poetku prolaze

nezapaeno i ukoliko se izloenost otrovu nastavi dolazi do daljih oteenja koja vie ne mogu

proi nezapaeno. Dolazi do razvoja kolateralnog krvotoka i kompletnog zastoja funkcije jetre

to rezultuje letalnim ishodom.

Hepatitis

Hepatitis se javlja usled izloenosti otrovima koji deluju na hepatocite tako da elije

imunog sistema primaju signal da uklone hepatocite. Hepatitis mogu izazvati halotan, izofluran

(anestetici), izoniazid, triciklini antidepresivi, fenitoin, sulfonamidi itd.

Poznati primer je hepatitis koji se razvija nakon izloenosti halotanu. Halotan se prevodi

u reaktivni intermedijer koji se vezuju za endogene proteine. Tom prilikom nastaje hapten koji

imuni sistem prepoznaje kao neto to je strano organizmu. Aktiviraju se imune elije koje

napadaju ove hepatocite to vodi nekrozi i apoptozi.

Opta toksikologija

23

Neoplazme

Neoplazme predstavljaju nekontrolisanu proliferaciju elija jetre, a meu uzronicima

ovih promena su karcinogene materije. U jetri se sree hepatocelularni karcinom koji se javlja

kao posledica izloenosti etanolu, nekim anabolikim steroidima, ali i usled dugotrajnog unosa

hrane kontaminirane aflatoksinima. Ree se javlja veoma maligni angiosarkom sinusoidalnih

elija npr. kao posledica dugotrajne profesionalne izloenosti vinilhloridu ili arsenu.

Radioaktivni torijum dioksid koji se koristi kao kontrastno sredstvo u radiologiji moe da

dovede do pojave holangiokarcinoma, karcinoma unih puteva. U karcinogene materije koje

izazivaju razvoja neoplazmi u jetri spadaju: aflatoksin B1, pirolizidinski alkaloidi, antraceni,

nitrozamini, polihlorovani bifenili, acetilaminofluoren, uretan, pojedini anaboliki steroidi itd.

Nefrotoksinost

Bubrezi imaju veoma znaajnu ulogu u transportu esencijalnih supstanci i eliminaciji

proizvoda metabolizma sa ciljem da ouvaju homeostazu. Takoe, bubrezi su i najznaajniji put

eliminacije veine otrova i njihovih metabolita. Ovi procesi su energetski veoma zavisni tako da

su bubrezi izuzetno osetljivi na nedostatak ATP-a. Poto se ekskrecija otrova i njihovih

metabolita veoma esto vri aktivnim transportom moe doi do njihove akumulacije u

bubrezima koji su tada izloeni visokim koncentracijama otrova, naroito elije koje oblau

proksimalne tubule.

Do sada je identifikovano preko 300 hemikalija koje izazivaju oteenje bubrega, a meu

njima je pored velikog broj industrijskih hemikalija i zagaivaa ivotne sredine, kao to su

metali iva, kadmijum i olovo i znaajan broj lekova koji se koriste u klinikoj praksi

(cefalosporini, aminoglikozidi, radiokontrasti, hemoterapeutici, imunosupresivi, analgetici).

Otrovi koji deluju na bubrege ispoljavaju svoj toksini efekat na nefron, a najugroenije su

proksimalne tubule jer primaju veliku koliinu tenosti, ali i samih otrova. Proksimalne tubule

se karakteriu visokom aktivnou mnogih enzima i izrazitim metabolizmom koji je neophodan

da se svi energetski zavisni procesi odravaju. U zavisnosti od fiziko-hemijskih osobina otrova i

lokalizacije transportnih sistema kao to su organski, anjonski i katjonski nosai oteenja se

javljaju u razliitim segmentima proksimalnih tubula. Lokalizacija nosaa u elijama

proksimalnih tubula odreuje potencijalnu koncentraciju otrova na apikalnoj strana (ka urinu)

ili ka bazolateralnoj membrani (strana ka krvi). Kao posledica ovoga, akumulacija otrova u

proksimalnim tubulama se javlja sa bazolaterarne strane posredstvom transportera za organske

anjone i katjone. Takoe, transport se moe deavati i sa apikalne strane gde se odvija specifini

transport konjugata sa cisteinom uz pomo nosaa za amino kiseline ili proteine male

molekulske mase kao to je sluaj sa transportom kadmijuma vezanog za metaloproteine.

Do oteenja elija bubrega i renalne funkcije moe doi usled vazokonstrikcije koja se

javlja pod dejstvom pojedinih otrova, dejstvom otrova na glomerularnu funkciju (filtraciju),

uticajem na tubularnu funkciju (reapsorpciju) i deskvamacijom i nagomilavanjem odumrlih

elija.

Mada znatno ree nego u jetri, metabolizam pa i aktivacija pojedinih otrova se deava i u

bubrezima. Prisustvo odreenih enzima koji su ukljueni u bioaktivaciju ili detoksikaciju otrova

Doc. dr Zorica Bulat

24

mogu da ukau koji deo nefrona je ugroen. Npr. beta-liaza metabolie konjugate halogenih

alkena sa cisteinom do reaktivnih metabolita. Iako se neki drugi metaboliki putevi ne smatraju

relevantnim za nefrotoksinost, ovo ukazuje na mogunost potencijalnog uticaja specifinih

metabolikih puteva u nefrotoksinosti.

Mehanizmi toksinosti kojima otrovi dovode do oteenja renalnih elija

Akumulacija toksinih jedinjenja i/ili njihova aktivacija dovodi do oteenja renalnih

elija. Bioaktivacija generalno rezultira formiranjem reaktivnih, elektrofilnih intermedijera koji

e napasti razliite molekule u eliji kao to su glutation, DNK, proteine. Alternativno, otrovi

mogu direktno da ugroze bioloke procese u bubregu selektivnom inhibicijom ili aktivacijom

enzimske aktivnosti ili uzrokujui pojaan nastanak reaktivnih radikala kiseonika. Kao

posledica, u eliji se iniciraju procesi detoksikacije i/ili reparacije te e antioksidantni enzimi

pokuati da uklone viak nastalih radikala. Ukoliko su antioksidantni sistemi nedovoljni, javlja

se lipidna peroksidacija koja oteujui integritet membrane i dovodi do njene propustljivosti.

Pored membrane elije i mitohondrija je veoma vano i esto mesto delovanja razliitih

nefrotoksinih agenasa. Sinteza ATP u proksimalnim tubulama je kritino mesto zbog njihovih

visokoenergetskih zahteva za aktivni transport: oteenje njihovih mitohondrija vrlo lako

dovodi do troenja ATP-a to ultimativno rezultuje smru elije. Teka oteenja usled nastanka

velike koliine ROS-a, ili lipidne peroksidacije, ili masivno iscrpljivanje ATP-a rezultuje

nekrozom. Kada je oteenje manje, ali ipak nije mogua reparacija, elija moe da inicira

apoptozu. Nakon izloenosti nefrotoksinim agensima se sreu oba tipa smrti elije ali jo uvek

nije u potpunosti razjanjen njihov pojedinani znaaj.

Odumrle tubularne elije se eliminiu urinom, tako da ukoliko odumire mnogo elija

dolazi do opstrukcije tubula, porasta pritiska uzvodno u tubulama to se kompenzuje

vazokonstrikcijom i smanjenom glomerularnom filtracijom. Kada se ovo desi u velikom,

znaajnom broju nefrona, stepen ukupne filtracije e opasti. Druga posledica gubitka tubularnih

elija je istanjenje bazolateralne membrane tubula. Poto tubularne elije normalno formiraju

barijeru izmeu luminalnog ultrafiltrata i krvi, gubitak tubularnih elija rezultuje tzv. vraanjem

ultrafiltrata iz lumena u krv. Ovo e ometati klirens sastojaka koji treba da budu uklonjeni iz tela

urinarnim putem, pa samim tim i otrova. Kada je mnogo proksimalnih tubula istovremeno

oteeno, kompletna funkcija bubrega e biti ugroena za nekoliko dana to vodi akutnoj

bubrenoj insuficijenciji.

Poremeaj bubrene funkcije ne mora uvek biti akutan. Teka oteenja DNK mogu

inicirati smrt elije, najee apoptozom. Ali, kad oteenje DNK nije tako teko, a nastale DNK

lezije nisu popravljene ili nisu adekvatno popravljene, moe doi do razvoja karcinoma nakon

dugog niza godina. Produena upotreba analgetika moda nee izazvati direktno oteenje

bubrega, ali u dugakom periodu inicira infiltraciju imunih elija u bubregu. Iako ove elije ne

mogu dovesti direktno do akutnog nefritisa, njihovo stalno prisustvo moe postepeno otetiti

renalnu funkciju.

Mogunosti regeneracije oteenog bubrenog tkiva

Akutna renalna insuficijencija je povezana sa ogoljivanjem i ekskrecijom, esto jo ivih,

proksimalnih tubularnih elija urinom, najveim delom elija S3 segmenta proksimalnih tubula.

Nakon teih oteenja gubitak elija moe da se proiri sve do spoljanje kore i da zahvati i S1 i

Opta toksikologija

25

S2 segmente proksimalnih tubula Kako e tei razvoj oteenja zavisi od otrova i doze, npr.

oteenje tipa ishemija/reperfuzija koje ima najvei kliniki znaaj za jedan dan moe da

izazove akutnu bubrenu insuficijenciju. Sa druge strane, oteenje tubula elija proksimalnih

tubula koje izazivaju cisplatin ili gentamicin se javlja tek nakon nekoliko dana. Bubreg ima

veliku mo regeneracije, tako da i kada se veliki broj proksimalnih elija izgubi dolazi do

intenzivne proliferacije izmeu 1. i 3. dana od oteenja. U poetku su to nezrele elije koje

nemaju sve funkcije kao zrela elija (siromane vilama) ali nakon 3-4 nedelje bubreno tkivo je

kompletno obnovljeno funkcionalnim elijama.

Vrste oteenja bubrega

U odnosu na duinu ekspozicije pojedinim otrovima dolazi do razliitih oteenja bubrega.

Akutna renalna oteenja su:

hipoperfuzija/hipofiltracija (amfotericin B, aminoglikozidi, ciklosporini,

radiokontrasna sredstva, NSAIL)

oteenja tubularne reapsorbcije (beta-laktami, sulfonamidi, tetraciklini, NSAIL)

akutna tubularna nekroza (amfotericin B, aminoglikozidi, paracetamol, beta-

laktamski antibiotici, cisplatin, halogenovani ugljovodonici, teki metali,

mikotoksini, radiokontrasna sredstva)

opstruktivne uropatije (radiokontrasna sredstva)

Meu hroninim renalnim oteenjima pod dejstvom otrova se izdvaja hronini

tubulointersticijalni nefritis do koga dovodi izloenost analgeticima, cisplatinu, ciklosporinu, Cd,

Hg, Pb itd.

Primeri

Iako mnogi toksini metali pri hroninom trovanju deluju na bubrege, po svom znaaju se

izdvaja kadmijum kao jedan od najpoznatijih primera nefrotoksinosti. Kadmijum se tokom

niza godina, nekad i decenija, akumulira u korteksu bubrega dok ne doe do razvoja

proteinurije sa progresivnim oteenjem bubrega. Kadmijum indukuje sintezu metalotioneina2

(MT) ime se objanjava poznati fenomen tolerancije koji se ogleda u tome da prethodnom

primenom niskih doza kadmijuma moe da se znaajno umanji efekat letalnih doza kadmijuma.

Jedan mol MT vezuje 7 atoma kadmijuma ime se oni upliu u sve nivoe kretanja Cd u

organizmu. Cd-MT kada napusti jetru odlazi u bubrege i obzirom da je malih dimenzija prolazi

glomerularnu filtraciju odakle biva preuzet u elije proksimalnih tubula gde moe da se

akumulira dui vremenski period. Ukoliko doe do lizozomalne degradacije proteina, to se

javlja kada se prekorai granina vrednost koja iznosi 200 mg Cd/kg tkiva bubrega, kadmijum

2Metalotioneini su proteini male molekulske mase sa neuobiajenim sastavom amino kiselina jer treinu amino kiselinskih ostataka ini cistein, a ne sadre aromatine amino kiseline. Molekul MT se sastoji iz -domena koji vezuje 4 atoma metala (uglavnom cinka) i -domena koji vezuje 3 atoma metala (veinom Cu). Iako se zna da ne poseduju enzimske sposobnosti, njihove fizioloke uloge jo uvek nisu do kraja objanjene. Meu metalima, najjai induktori sinteze ovih proteina su Zn, Cu, Cd i Hg.

Doc. dr Zorica Bulat

26

e iskazati nefrrotoksine efekte. Kao najznaajniji mehanizmi toksinosti se navode oksidativni

stres, vezivanje za sulfhidrilne grupe, ali i istiskivanje bioelemenata iz MT ili metal zavisnih

enzima.

Brojne lekove karakterie nefrotoksinost, a jedan od njih je cisplatin (cis-

diaminodihlorplatina), potentan hemoterapeutik ali uske terapijske irine. Leenje pacijenata je

ogranieno njegovom neurotoksinou, ototoksinou i nefrotoksinou, ali ipak se

proksimalni tubulociti izdvajaju kao najznaajnije mesto delovanja. Proksimalni tubulociti

preuzimaju cisplatin, najverovatnije sa bazolateralne strane, a najvia koncentracija, kao i

najtee oteenje, se zapaaju u S3 segmentu, verovatno zbog poveanog transporta, tako da

pacijenti uglavnom imaju smanjenje renalne funkcije za 10 do 30%. Kada ue u eliju, cisplatin

gubi dva hlora i prelazi u hidratisani oblik koji je znatno nestabilniji i koji se unakrsno vezuje za

DNK, reaguje sa RNK, fosfolipidima, amino kiselinama u enzimima, receptorima, istiskuje

bioelemente, remeti organizaciju citoskeleta, inhibira mitohondrijalne enzime, indukuje

oksidativni stres... U ispitivanjima na kulturama elija je pokazano da sva ova oteenja koja se

javljaju pod dejstvom cisplatina dovode do nekroze ili apoptoze.

Neurotoksinost

Otrovi mogu da deluju na nervi sistem (NS) tako to oteuju nervno tkivo, neurone kao

funkcionalne elije NS, vanove elije (mijelinski omota) ili glija elije. Takoe, otrovi mogu da

dovedu do funkcionalnih promena u nervnom sistemu jer blokiraju, menjaju ili aktiviraju jonske

kanale, zatim ometaju neurotransmisiju interferiranjem sa neurotransmiterima, ali i

blokiranjem njihovog oslobaanja, preuzimanja, razgradnje itd.

Jedna od specifinosti nervnog sistema, kada je u pitanju dejstvo otrova, je i prisustvo

krvno-modane barijere (KMB) koja ima ulogu zatite nervnog sistema. Endotelne elije u KMB

su vrsto povezane te otrovi ne mogu da prolaze izmeu elija ve moraju da prolaze kroz

membranu. Stoga je za neke otrove ova barijera potpuno nepropustljiva dok za druge, kao to su

liposolubilni otrovi, i ne predstavlja pravu barijeru. Otrovi mogu da dospeju u nervni sistem

tako to koriste transportne sisteme koji su normalnu prisutni u KMB, ali mogu i da se

akumuliraju u KMB i da remete transport esencijalnih supstanci u nervni sistem (Cd i Zn).

Potvrda znaaja KMB u spreavanju prolaza otrova u NS se ogleda i u velikoj osetljivosti

novoroenadi, kod kojih ova barijera jo uvek nije dobro razvijena, na dejstvo pojedinih otrova

npr. heksahlorofena iz sredstava za higijenu.

Oteenja koja su javljaju u NS pod dejstvom otrova su neuronopatije, aksonopatije,

mijelinopatije, astrocitopatija, poremeaji neurotransmisije, neurodegenerativne bolesti,

razvojna neurotoksinost itd.

Neuronopatije

Neuroni su elije koje su veoma osetljive na dejstvo otrova to je posledica njihove

specifine grae, duine elije, izrazite ekscitabilnosti membrane, brze depolarizacije i

repolarizacije, ali i specifinih procesa koji zahtevaju vrlo aktivni metabolizam ovih elija.

Opta toksikologija

27

Neuronopatije se javljaju pod dejstvom mnogih otrova, nazivaju se toksine

neuronopatije i izazivaju ih razliiti otrovi sa zajednikom osobinom da imaju sklonost ka

neuronima uzrokujui njihovo oteenje ili smrt. Inicijalno otrovi mogu otetiti neuron to moe

da rezultuje apoptozom ili nekrozom. Gubitak neurona u CNS je ireverzibilni dogaaj i ukljuuje

degeneraciju svih delova neurona, dendrita, aksona, mijelinskog omotaa. U modanom tkivu se

najee razvija difuzna encefalopatija sa optim poremeajem funkcija, a znatno ree postoji

razlika u stepenu oteenja subpopulacija neurona.

Primeri otrova uzronika neuronopatije

Otrov Neuroloki nalaz Promene na neuronima

Arsen Encefalopatija (akutno), periferna neuronopatija (hronino)

Edem mozga i hemoragije (akutno), degeneracija aksona u PNS (hronino)

MPTP Parkinsonizam, distonija (akutno) Degeneracija neurona u substanciji nigri

Hloramfenikol Neuritis optikog nerva, periferna neuronopatija

Gubitak neurona (retina), degeneracija aksona (PNS)

Aluminijum Demencija, encefalopatija, problemi sa uenjem

Degenerativne promene u korteksu, agregacija neurofibrila, vakuolizacija kortikalne sive mase

Metanol Glavobolja, gubitak vida, slepilo, koma (teka trovanja)

Nekroza putamena, degeneracija elija retine

Olovo Encefalopatija (akutno), problemi sa uenjem (deca), neuronopatija sa demijelinizacijom (pacov)

Edem mozga, hemoragije (akutno), gubitak aksona u PNS (ljudi)

Metil iva Ataksija, suenje vidnog polja, parestezija (odrasli) Psihomotorna retardacija (fetus)

Degeneracija neurona (vizuelni korteks, cerebellum)

Ugljen monoksid Encefalopatija, odloeni parkinsonizam/distonija

Gubitak neurona u korteksu, nekroza globus pallidus-a, fokalna demijelinizacija; blokira mesta vezivanja kiseonika na hemoglobinu

Primeri

iva je metal koji u razliitim formama ispoljava razliite toksine efekte na razliite

organe. Za razliku od Hg2+ koja je dominantno nefrotoksina, organska iva je neurotoksina. U

osnovi obe toksinosti lei sposobnost mimikrije koja je kod ive, bilo neorganske ili organske,

veoma izraena. Metil-Hg-cistein kompleks imitira metionin i u tom obliku prolazi krvno-

modanu barijeru. Organska iva delom prolazi barijeru zato to je lipofilna, ali je mnogo

znaajnije to u cisteinskoj formi moe da koristi specifine transportere za amino kiseline,

prolazi kroz endotelnu barijeru i ulazi u astrocite. Kada jednom ue u mozak metil iva remeti

glikolizu, biosintezu nukleinskih kiselina, aerobnu respiraciju, sintezu proteina, oslobaanje

neurotransmitera itd. tako to se vezuje za -SH grupe proteina, izaziva oksidativni stres i menja

homeostazu kalcijuma. Metil iva vodi rasprostranjenom oteenju neurona i difuznoj

encefalopatiji. Neuroni su veoma osetljivi na dejstvo ive, a najosetljiviji su ipak oni koji su

locirani u ganglijama zadnjih korenova, ukazujui jo jednom na osetljivost neurona koji nisu

zatieni krvno-modanom barijerom.

Doc. dr Zorica Bulat

28

MPTP (1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridin) je jedinjenje koje nastaje u sintezi

meperidina (new heroine) te su i prvi toksini efekti zapaeni kod zavisnika, a zatim i kod

radnika u sintezi herbicida. Prema nekim podacima i stanovnitvo je izloeno ovom toksinom

agensu. Simptomi i znaci trovanja veoma lie na Parkinsonovu bolest jer MPTP dovodi do

degeneracija dopaminergikih neurona u substanciji nigri sa degeneracijom koja se nastavlja

dugi niz godina nakon izlaganja. U astrocitima se MPTP uz pomo monoamino oksida prevodi do

MPDP+ koji dalje autooksidacijom prelazi u MPP+. MPP+ naputa astrocite i uz pomo

transportera za dopamin ulazi u dopaminergike neurone gde izaziva oteenje mitohondrija i

smrt elije. Mehanizam toksinog dejstva se razlikuje od mehanizma kojim mangan ispoljava

toksine efekte na NS.

Aksonopatije

Aksonopatije su neurotoksini poremeaju u kojima je primarno mesto toksinosti akson.

Otrovi koji deluju na ovaj nain su ve brojni, a njihov broj se stalno poveava. U sluaju

aksonopatije, akson propada zajedno sa mijelinskim omotaem a telo neurona ostaje

neoteeno. Pod dejstvom otrova dolazi do hemijskog presecanja" na nekom mestu du aksona,

a distalno od tog mesta dolazi do degeneracije aksona. Posledice hemijskog presecanja nisu

iste u CNS i PNS jer u perifernom NS postoji mogunost regeneracije aksona uz pomo glija elija

i makrofaga. Kada doe do degeneracije aksona u PNS javlja se poremeaj senzorne i motorne

funkcije koji poinje od najudaljenijih delova, stopala i aka (neuropatija u vidu rukavica i

arapa), a pri produenoj izloenosti su zahvaeni gornji delovi tela i aksoni kimene modine.

Primeri otrova uzronika aksonopatije

Otrov Neuroloki nalaz Promene na neuronima

Akrilamid Periferna neuronopatija (esto senzorna)

Degeneracija aksona; terminalni delovi aksona u ranim stadijumima

Etilen oksid Periferna neuronopatija Degeneracija aksona

Zlato Periferna neuronopatija; mogui psihijatrijski problemi

Degeneracija aksona, parcijalna demijelinizacija

Metronidazol Senzorna periferna neuronopatija, ataksija, konvulzije

Degeneracija aksona, prvenstveno mijelinskih vlakana; lezije jezgra cerebeluma

Platina (cisplatin) Ototoksinost sa tinitusom, senzorna periferna neuronopatija

Degeneracija aksona, gubitak aksona u kimenoj modini

Piretroidi Poremeaji pokreta (tremor, nevoljni pokreti)

Degeneracija aksona

Ugljen disulfid Psihoza (akutno), periferna neuronopatija (hronino)

Degeneracija aksona; rani stadijum ukljuuje otok neurofilamenata

Kolhicin Periferna neuronopatija Degeneracija aksona, agregati perikariona neuralnih filamenata, miopatija

Izoniazid Periferna neuronopatija (senzorna), ataksija (visoke doze)

Degeneracija aksona

Vinkristin (vinka alkaloidi)

Periferna neuronopatija, promenljivi simptomi autonomnog nervnog sistema

Degeneracija aksona (PNS), promene na nervnim vlaknima (kimena modina, intratekalni put)

Opta toksikologija

29

Primeri

Ugljendisulfid je organski rastvara koji se veoma mnogo koristi u industriji.

Profesionalna izloenost ugljen disulfidu dovodi do distalne aksonopatije, na isti nain kao

heksan ili etanol. Kovalentno unakrsno povezivanje neurofilamenata dovodi do degeneracije

aksona u PNS i poremeaja senzorne i motorne funkcije u najudaljenijim delovima tela,

stopalima i akama. Slino deluju i heksan, etanol Ostali efekti ugljen disulfida na NS su

promene u ponaanju koje podseaju na psihozu, impotencija, difuzna encefalopatija itd.

Akrilamid (propilenamid, vinil monomer) je polazna sirovina u proizvodnji

poliakrilamida koji se koristi za zatitu od vlage, u proizvodnji papira, kao flokulant pri

preiavanju vode itd. Akrilamid deluje preko reaktivnog, epoksidnog metabolita, izazivajui

toksinu distalnu aksonopatiju koja poinje degeneracijom terminalnih delova aksona ometajui

funkciju sinapse. Pri produenoj izloenosti degeneracija zahvata i gornje delove aksona i dolazi

do poremeaja prenosa.

Mijelinopatije

Mijelinski omota obezbeuje elektrinu izolaciju za neuronske procese tako da oteenje

ili gubitak mijelinskog omotaa dovodi do usporenog ili poremeeno provoenje impulsa.

Ekspozicija neurotoksinom otrovu moe dovesti do odvajanje mijelina od aksona

(intramijelinski edem) ili selektivni gubitak mijelina (demijelinizacija). Remijelinizacija aksona

u PNS je mogua, dok je u CNS veoma ogranienih mogunosti.

Primeri otrova uzronika mijelinopatije

Otrov Neuroloki nalaz Promene na neuronima

Amjodaron Periferna neuronopatija Degeneracija aksona i demijelinizacija; nakupljanje lipida u lizozomima vanovih elija

Disulfiram Periferna neuronopatija (uglavnom senzorna)

Degeneracija aksona, otoci u distalnim aksonima

Heksahlorofen Iritabilnost, konfuzije, konvulzije Edem mozga, intramijelinski edem u CNS i PNS, naknadna degeneracija aksona

Telurijum Hidrocefalus, paralize udova (eksperimentalne ivotinje)

Demijelinizacija neurona

Trietilkalaj Glavobolja, fotofobija, paraplegija (ireverzibilna)

Edem mozga (akutno) sa intramijelinskim edemom, vakuolizacija bele mase

Dejstvo otrova na respiratorni sistem

Respiratorni trakt je organski sistem koji ima direktan kontakt sa vazduhom u kome

mogu biti prisutni toksini gasovi, praine i dimovi. Putem respiratornog trakta u organizam se

unose otrovi karakteristini za radnu i ivotnu sredinu, ali i duvanski dim, neki lekovi ili

sredstva zloupotrebe. U plua dospevaju i znaajne koliine otrova i lekova putem cirkulacije

obzirom da ona primaju celokupnu krv iz srca. Plua su veoma dobro prokrvljena i u njima se

obavlja brza razmena gasova i razvijen je odlian odbrambeni sistem: mukocilijarni transport,

Doc. dr Zorica Bulat

30

makrofage, elije imunog sistema, mehanizmi popravke Direktna toksinost nakon inhalacije

je zavisna od rastvorljivosti:

hidrosolubilni otrovi (SO2, NH3, Cl2) deluju na sluzokou gornjih i donjih disajnih

puteva i prvenstveno se tu javljaju oteenja

gasovi koji su slabo rastvorljivi u vodi, kao to su O3 i NO2, u manjoj meri deluju na

disajne puteve, ve dospevaju do plua i tamo izazivaju toksine efekte

Kretanje i sudbina estica koje su inhalirane zavisi od njihove veliine i osobina. Vee

estice se nagomilavaju u nosu, manje estice idu do disajnih puteva, dok najmanje stiu do

alveola gde mogu dovesti do inflamacije u pluima i posledino sistemskog efekta. Solubilne

estice se rastvaraju u mukozi, apsorbuju epitelijumom i uklanjaju cirkulacijom dok se

nesolubilne estice hvataju u nazalnoj i bronhijalnoj mukozi i uklanjaju mukocilijarnim

klirensom. Cilije iz nazalne sluzokoe pokreu mukus sa esticama do glotisa odakle mukus

gutanjem dospeva u GIT. Pored direktne toksinosti otrovi mogu ispoljiti i indirektnu toksinost

dejstvom na centar za disanje i mehanizam disanja, ali i sistemsku toksinost kada su plua ciljni

organ toksinosti bez obzira na put unosa otrova.

U ovom poglavlju su obraena najznaajnija oboljenja respiratornog trakta koja se javljaju

kao posledica dejstva otrova: iritacija, akutni respiratorni distres sindrom (ARDS), pluna

fibroza, hronina opstruktivna bolest plua, astma, i karcinom plua.

Iritacija

Iritacija je posledica inhalacije gasova koji su iritanasi Cl2, NH3, O3, SO2, NO2, a koji u

dodiru sa tkivnim tenostima dovode do nastanka kiselih ili baznih oblika koji izazivaju iritaciju.

Blaa iritacija se karakterie curenjem iz nosa, bolom u grlu, kaljem, izmenjenim ritmom

disanja. Tea iritacija je praena bronhokonstrikcijom, sekrecijom sluzokoe, itanjem iz plua,

kratkim dahom itd. Iritansi u respiratornom traktu mogu da dovedu i do stimulacije centra za

disanje. Produena iritacija moe dovesti do bronhokonstrikcije praene edemom i

sekundarnom infekcijom.

Akutni respiratorni distres sindrom

ARDS se javlja kao posledica dejstva otrova na alveole, konkretno na pneumocite I i

endotelne elije kapilara u alveolama. Jako oteenje kapilarnog endotelijuma izaziva poremeaj

u permeabilnosti kapilara, nakupljanje tenosti, i u poetku intersticijalni edem koji prelazi u

alveolarni edem. Primarni pluni edem je glavan karakteristika ARDS. Oticanje tenosti u

alveole moe biti tako intenzivno da prevazilazi mogunosti limfne drenae i inaktivira

surfaktante to sve zajedno izaziva poremeaj u razmeni gasova, nedostatka kiseonika i smrt.

Ukoliko su oteenja manja moe doi do oporavka uz pomo epitelne regeneracije i

reapsorpcije edematozne tenosti, ali bolest moe i da progredira u plunu fibrozu.

Meu otrovima koji su uzronici ARDS se izdvajaju ozon i hlor, od lekova triciklini

antidepresivi, benzodiazepini i salicilati, dok su meu sredstvima zloupotrebe to opijati, kokain i

amfetamini.

Opta toksikologija

31

Pluna fibroza

Hronina izloenost izvesnim otrovima kao to su gasovi i estice iz ivotne sredine, ali i

pojedini lekovi, dovode do razvoja plune fibroze koju karakterie zamena respiratornog tkiva

vezivnim tkivom. Oslobaanje citokina i faktora rasta iz aktiviranih makrofaga i neutrofila

dovodi do proliferacije fibroblasta, a uporedo u pluima raste i sadraj ekstracelularnog

kolagena izmenjenog sastava. Sve ovo dovodi do toga da se funkcionalna povrina plua

smanjuje, ona postaju kruta, neelastina to rezultuje poremeajem u izmeni gasova. Jedan od

najboljih primera ovakvog oteenja plua su pneumokonioze (silikoza, azbestoza) koje su

posledica hronine izloenosti praini, esticama i vlaknima koji se akumuliraju u pluima i

dovode do razvoja plune fibroze.

Azbest je prirodni mineral koji se sastoji od oksida silicijuma, magnezijuma i gvoa u

razliitom i promenljivom odnosu, a bolest koja se javlja usled hronine izloenosti azbestu se

naziva azbestoza. Azbestoza je hronina inflamatorna bolest ija je glavna karakteristika fibroza.

estice azbesta oteuju zid makrofaga, sadraj makrofaga se oslobaa u okolni prostor plunog

parenhima i javlja se reakcija oko stranog tela.

Izloenost azbestu dovodi i do razvoja karcinoma plua, ali i mezotelioma (karcinom

pleure ili peritoneuma) koji vri pritisak na plua jer ih obavija debelim slojem tumora. Puai

izloeni azbestu imaju povean rizik od pojave karcinoma plua, ali samo puenje ne poveava

rizik od pojave mezotelioma.

Hronina opstruktivna bolest plua

Hronina opstruktivna bolest plua nastaje kao posledica hroninog bronhitisa ili plunog

emfizema i predstavlja teko oboljenje koje karakterie hronina ireverzibilna opstrukcija

disajnih puteva usled smanjenja irine lumena i smanjenje sposobnosti za