toksikologi i arbejdsmiljï¿½et, bind i - norsk yrkeshygienisk ...title toksikologi i...

BASISBOG

TOKSIKOLOGI IARBEJDSMILJØET

BIND I

REDIGERET AF UFFE MIDTGÅRD, LEIF SIMONSEN OG LISBETH E. KNUDSEN

BASISBOGREDIGERET AF UFFE MIDTGÅRD, LEIF SIMONSEN OG LISBETH E. KNUDSEN

TOKSIKOLOGI I ARBEJDSMILJØET

BIND I

ARBEJDSMILJØINSTITUTTETKØBENHAVN 1999

Basisbog: Toksikologi iarbejdsmiljøet bind IRedaktion: Uffe Midtgård, Leif Simonsen og Lisbeth E.Knudsen

Grafisk tilrettelægning og tegninger: art GrafikOmslag: art GrafikTryk: Repro & Tryk A/S

ISBN: 87-7904-030-6København 1999

ArbejdsmiljøinstituttetLersø Parkallé 1052100 København Ø

Tlf. (+45) 3916 5200Fax: (+45) 3916 5201e-post: [email protected]: www.ami.dk

3ForordArbejdsmiljøinstituttet (AMI) har udgivet basisbøger inden forområderne metodeevaluering og kvalitetsstyring, arbejdsmedicin,arbejdsfysiologi, teknisk arbejdshygiejne og risikovurdering. Meddet foreliggende tobindsværk har AMI suppleret denne basisbog-serie med en lærebog om toksikologi i arbejdsmiljøet, og umid-delbart herefter følger et værk om kemikalier og produkter iarbejdsmiljøet.

I AMI’s første basisbog i arbejdsmedicin indgik der også kapit-ler om effekter af kemiske stoffer som beskrivelse af risikofakto-rer i arbejdsmiljøet. Da dette værk efterhånden er mere end 15år gammelt, har vi fundet det på sin plads at udgive et selvstæn-digt værk om toksikologi.

Som nævnt i indledningen er arbejdsmiljøtoksikologi et megetbredt felt med berøringsflader til mange andre discipliner indenfor sundhed og arbejdsmiljø. De medtagne emner er udvalgtefter en indledende høringsrunde både blandt specialister indenfor feltet og blandt brugere af AMI’s publikationer. Dette betyder,at der er kapitler, som ikke direkte er omfattet af den klassisketoksikologi, men snarere er eksempler på anvendt toksikologi.

Indholdsmæssigt ligger værket tæt op ad basisbog i arbejdsme-dicin, og et vist overlap mellem de to værker har ikke kunnetundgås. I flere tilfælde vil man endvidere bemærke, at der iudstrakt grad er henvist til basisbogen i arbejdsmedicin.

Målgruppen for basisbogen er den brede gruppe af arbejdsmil-jøprofessionelle, som i forbindelse med deres arbejde har brugfor et dansk opslagsværk som en første indgang til toksikologiog vurdering af mulige toksiske effekter.

Det er endvidere vores håb, at udvalgte kapitler kan tjene somundervisningsmateriale i forbindelse med kurser inden for toksi-kologi og beslægtede områder.

Kapitlerne er forfattet af specialister fra en række forskningsin-stitutioner, universiteter, myndigheder, arbejdsmedicinske klinik-ker og private firmaer samt fra AMI’s egen medarbejderstab.Redaktionsgruppen skal hermed benytte lejligheden til at takkealle bidragyderne for deres indsats i skrivefasen og den store tål-modighed, de har udvist i redaktions- og layoutfasen. Udenderes velvilje var værket næppe blevet til.

Redaktionsgruppen

Uffe Midtgård Leif Simonsen Lisbeth E. Knudsen1

Arbejdsmiljøinstituttet, København 1 Nu ansat i Lægemiddelstyrelsen

Toksikologi i arbejdsmiljøet - Bind I omfatter toksikologiske grundprin-cipper og mekanismer samt metoder til undersøgelse af toksiske effek-ter. Derudover indgår der kapitler om individuel følsomhed, biomar-kører, toksikologi i relation til grænseværdier, samt en oversigt overhåndbogslitteratur, videncentre og databaser omhandlende toksikologi.

Kapitel 1 Toksikologi - fra forgiftningskunst til videnskab 1011 Historiske aspekter12 Toksikologi i dag13 Toksikologi i arbejdsmiljømæssig sammenhæng

Kapitel 2 Toksikologiske grundprincipper og -begreber 1616 Toksikodynamik25 Toksikokinetik66 Litteratur

Kapitel 3 Dyreforsøg 6869 Ekstrapolation fra dyr til mennesker71 Dyreetiske hensyn72 Dyremodeller80 Toksikologiske undersøgelser90 OECD-guidelines92 GLP93 ECVAM94 Forsøgsdyrs anvendelse i risikovurderingen96 Udviklingstendenser97 Litteratur

Kapitel 4 In vitro forsøg 102108 Fysisk-kemiske metoder110 Tests for almene giftvirkninger på celler117 Tests med væv og organer119 Tests med rekonstrueret humant væv121 Udviklingstendenser124 Litteratur

Kapitel 5 Analytisk epidemiologi 128129 Basale begreber131 Risikofaktorer og effektmodifikation133 Konfoundere144 Et eksempel fra det virkelige liv154 Litteratur

Indhold4

5

Kapitel 6 Biomarkører og biologisk monitering 156157 Intern dosis158 Klassifikation af biomarkører169 Prøvetagning173 Analysemetoder174 Tolkning af data180 Anvendelsesmuligheder182 Etiske overvejelser184 Udviklingstendenser186 Litteratur

Kapitel 7 Individuel følsomhed 190192 Typer af markører for følsomhed200 Metoder til genetisk screening201 Anvendelse205 Udviklingstendenser209 Litteratur

Kapitel 8 Grænseværdier og grænseværdifastsættelse 212212 Historie216 Definition af grænseværdi217 Forskellige former for grænseværdier218 Fastsættelse af grænseværdier i Danmark222 Grænseværdier i EU243 Udviklingstendenser245 Litteratur

Kapitel 9 Toksikologisk litteratur, databaser og videncentre 248249 Datasøgning250 Datakilder251 Databaser255 Databaseværter256 Internet259 Videncentre261 Anneks 1266 Anneks 2268 Anneks 3

270 Stikordsregister - bind I-II

BIND IIBind II omfatter hovedeffektområderne genotoksikologi,kræft, reproduktionstoksikologi, immuntoksikologi, allergi,neurotoksikologi samt hormoner og stress.

6

Kapitel 1 Professor, dr.med. Jens S. SchouInstitut for Farmakologi ogToksikologiPanum Instituttet

Kapitel 2 Lektor, cand.scient Sven EdelforsFarmakologisk InstitutPanum InstituttetogLektor, cand.pharm. Andree Ravn-JonsenFarmakologisk InstitutPanum Instituttet

Kapitel 3 Sektionsleder, dyrlæge Otto MeyerInstitut for Fødevare-sikkerhed og ToksikologiVeterinær- og Fødevare-direktoratetogAfdelingsforstander, dyrlægePh.D.Jens-Jørgen LarsenAfdeling for almenToksikologiVeterinær- ogFødevaredirektoratet

Kapitel 4 Toksikolog, cand.scient., Ph.D. Eva Selzer RasmussenInstitut forFødevaresikkerhed ogToksikologiVeterinær- ogFødevaredirektoratet

Kapitel 5 Seniorforsker, cand.odont.Poul SuadicaniArbejds- og MiljømedicinskKlinikBispebjerg Hospital

Kapitel 6 Forskningsleder, cand.scient.et dr.med. Jytte Molin Christensen,Forsker, cand.scient., Ph.D. Anne Helene Garde,Seniorforsker, cand.pharm.,Ph.D. Åse Marie Hansen,Seniorforsker, cand.scient.,Ph.D. Jesper Kristiansen,ReferencelaboratorietArbejdsmiljøinstituttetogSeniorforsker, cand.scient.,Ph.D. Lisbeth E. KnudsenMedicinsk AfdelingLægemiddelstyrelsen

Kapitel 7 Seniorforsker, cand.scient.,Ph.D. Lisbeth E. KnudsenMedicinsk AfdelingLægemiddelstyrelsen,Forsker cand.scient. Lotte RisomAfd. for Miljø- ogArbejdsmedicinInstitut forFolkesundhedsvidenskabogForsker, cand.scient., Ph.D.Ulla B. VogelAfdeling for KemiskArbejdsmiljøArbejdsmiljøinstituttet

Kapitel 8 Dyrlæge, dr.med.vet. A. Schaich FriesDirektionssekretariatetogSeniorforsker, lic.scient. Leif SimonsenAfdeling for kemiskArbejdsmiljøArbejdsmiljøinstituttet

Forfatterfortegnelse

7Forfatterfortegnelse

Kapitel 9 Seniorkonsulent, cand.scient.Karl-Heinz CohrAfdeling forForbrugertoksikologiDansk Toksikologi Center,Bibliotekar, DB, Elizabeth BengtsenInformationssekretariatetArbejdsmiljøinstituttetogMiljøbiolog, lic.scient. Gunde E. Jensen,Kontoret for ProduktdataArbejdstilsynet

K A P I T E L 1

Toksikologi - fra forgiftnings-

kunst til videnskab

Jens S. Schou

10

Toksikologi - fra forgiftningskunst til videnskab

Toksikologi er læren om kemiske skadevirkninger på levendeorganismer, i denne sammenhæng på mennesket. Navnet toksi-kologi er afledt af toksin = gift, og toksikologien kan således for-danskes til giftlære. Begreber som miljøtoksikologi og økono-misk toksikologi (anvendelsen af gifte til at opnå produkti-onsmæssige forbedringer, som det kendes med bekæmpel-sesmidler) ligger uden for formålet med denne fremstilling, udover de skadelige påvirkninger og risici, som direkte eller indi-rekte kan nå mennesket fra disse områder gennem føde elleranvendelse.

Ved giftlære forstår men i dag først og fremmest den klassisketoksikologi, som væsentligst beskæftigede sig med akutte forgift-ninger, deres opståen og forløb, symptomer, diagnose ogbehandling på grundlag af kendskab til deres mekanisme forgiftvirkningen.

I dag vil man karakterisere toksikologien som den videnskab,der gør rede for opståelsesmåde og mekanisme for kemiske ska-devirkninger, såvel akutte som senere opstående, og på basis afdenne viden vurderer risikoen for skadevirkninger ved såvelfremstilling som anvendelse af kemiske produkter. Den toksiko-logiske risikovurdering eller sikkerhedsvurdering baserer sig pri-mært på den viden, der kan opnås fra modelsystemer inklusiveforsøgsdyr, og er stærkt specialiseret inden for forskellige pro-duktområder og eksponeringssituationer. Den forebyggende tok-sikologi eller sikkerhedstoksikologien er yderligere specialiseretinden for forskellige produktområder, såsom levnedsmidler, hus-holdningsartikler, kosmetik, bekæmpelsesmidler, lægemidler ogkemikalier i almindelighed, idet hvert område er reguleret gen-nem speciel lovgivning mht beskyttelse af mennesket både vederhvervsmæssig og brugermæssig eksponering.


11Toksikologi - fra forgiftningskunst til videnskab

Historiske aspekterGiftlæren, som i dag vel nærmest svarer til klinisk toksikologi,omfattende diagnose og behandling af akutte forgiftninger, haren historie så lang som lægemiddellæren, for ikke at sige så langsom menneskets historie. Vore tidligste forfædre, det primitivemenneske, måtte vælge de spiselige naturprodukter, planter, fiskog pattedyr, på basis af erfaringer opnået med skadevirkninger,når de indtog de farlige emner. Ved overlevering sikrede man, atden opnåede viden kom kommende generationer til gode. Menparallelt udviklede der sig også en tro på, at det, der i størremængder var skadeligt, kunne anvendes i mindre, ikke skadeligemængder (doser) til at modvirke sygdomme, der betragtedessom besættelse.

Lægegerningen fra den tidligste historiske tid, fra hvilken over-leveringer eksisterer, anvender da også naturprodukter tilbehandling af sygdomme. Ebers’ Papyrus, der blev fundet i engrav i Thebes i 1862, repræsenterer den ældste kendte tekst omlægeplanter og andre drogers anvendelse ved beskrevne lidelser.Denne velbevarede tekst, som dateres til omkring 1500 f.Kr.,indeholder ca 900 “recepter” med angivelse af deres anvendelseved sygdomsbehandling. Mange midler gjorde uden tvivl mereskade end gavn og hører i dag mere hjemme i toksikologien.Men man finder da også droger som ricinusolie (amerikanskolie), der den dag i dag - som for ca 3500 år siden - benyttessom afføringsmiddel.

Mens tidlige kulturer således beskæftigede sig med anvendel-sen af naturprodukter som lægemidler, blev man også tidligtopmærksom på de muligheder, giftvirkningerne tilbød.

I Ægypten var bid af giftslanger et kendt henrettelses- og selv-mordsmiddel, og skarntydesaft blev anvendt til disse formål ioldtidens Grækenland. Sokrates blev henrettet med skarntyde-saft, Conium maculatum, og Platon nedskrev hans beretning om,hvordan han oplevede giftvirkningen med fremadskridende følel-sesløshed og lammelse i benene, stigende opad i bugmuskulatu-ren for at nå brystkasse med respirationslammelse og hjertestoptil følge. Dette er den første kendte beretning om den tidsmæssi-ge fremadskriden af en dødeligt forløbende forgiftning. På lig-nende måde kan vi i dag beskrive de fleste akutte forgiftningerssymptomatologi og forløb, dels baseret på observationer i dyre-forsøg, dels på grundlag af kliniske forgiftningserfaringer.

Forgiftnings“kunsten” blev forfinet i Romerriget, hvor gifte i højgrad infiltrerede det politiske liv. Foruden plante- og dyregifteblev nu også mineralske gifte taget i anvendelse. Det hævdessåledes, at Grippus skilte sig af med Claudius med arsenik for at

* Philip Theophrastus Bombastus vonHohenheim (1493-1541); schweizisklæge og filosof.

12

sikre Nero kejsertitlen i Rom. Nero var lærenem og anvendtesamme gift til Claudius’ søn Britannicus, og måtte skynde sig atfå liget begravet for at andre ikke skulle se de karakteristiske lil-lasorte ligpletter, idet han hævdede, at døden skyldtes et epilep-tisk anfald. I middelalderens Italien viste kvinder også stor inter-esse ikke blot for anvendelsen af gifte, men også for de dertilknyttede biologiske faktorer. Catherina af Medici i Florens gavmåltider til syge og fattige og tilsatte gifte for at notere sigsymptomerne, varigheden før de opstod (latenstiden) samt dentidsmæssige følge for deres opståen, karakter og voldsomhed irelation til dosis, og endelig den dødelige dosis’ størrelse. IFrankrig fulgte man også godt med, og under Ludvig XIV, “sol-kongen”, blev Catharine Deshayer henrettet efter at være fundetskyldig i over 2.000 spædbørns og adskillige mødres død underhendes foregivende af at ville hjælpe dem til abort.

Toksikologi i dagI lyset af disse barske beretninger har toksikologien i dag etutroligt fredeligt sigte, som udtrykkes godt af ordet safety toxico-logy, sikkerhedstoksikologi. Der er mange udtryk i denne forbin-delse, såsom profylaktisk, præventiv eller forebyggende toksiko-logi, idet man anvender de videnskabelige metoder til at fore-bygge uønskede effekter ved menneskers fremstilling og anven-delse af samt arbejde med kemiske stoffer og produkter. Dennemoderne toksikologi opstod som følge af den kemiske industrisfødsel omkring midten af forrige århundrede, men blomstredeførst rigtig op med den syntetiske kemi’s eksplosion for et halvtårhundrede siden. Det blev nødvendigt at karaterisere de storemængder af nye kemiske stoffer dels mht biologiske egenskaber,dels mhp anvendelsesmuligheder, men i denne forbindelse ikkemindst klargøre deres potentielle risici. Her måtte man erkendevisdommen i Paracelsus’* ord: Alle stoffer er gifte, intet er udengiftvirkning, det er kun dosis, der gør en ting ugiftig. Denneevige sandhed demonstreres simplest, ved at det livsnødvendigenatriumchlorid kan føre til en dødeligt forløbende forgiftning vedindtagelse af en mættet saltopløsning, hvilket der findes sørgeli-ge eksempler på.

Sikkerhedstoksikologien blev først udviklet mhp at sikre moduønskede virkninger ved levnedsmidler og lægemidler. Men derskulle en katastrofe til for rigtig at sætte fokus på nødvendighe-den af forfinede, prædiktive metoder. Det var den såkaldteThalidomidkatastrofe, der fandt sted omkring 1960, da et nyfrem-


13Toksikologi - fra forgiftningskunst til videnskab

stillet lægemiddel, som i øvrigt var et fremragende selektivt vir-kende sovemiddel, viste sig at medføre svære skadevirkningerpå fosteret hos gravide kvinder, som fik midlet i svangerskabetstidligste fase omkring 5.-6. svangerskabsuge.

Dette førte til en eksplosionsmæssig indsats for at finde dyre-eksperimentelle metoder til at påvise sådanne effekter, mhp athindre tilsvarende katastrofer i at opstå i fremtiden. Man måtteogså erkende at toksikologien i vid udstrækning var deskriptiv,idet der blev undersøgt for de toksiske effekter, man kendte,men man var tilbøjelig til at overse ukendte mekanismer ogderaf følgende skader. Det er derfor vigtigt, at toksikologien idag går i retning af at klarlægge toksikologiske mekanismer,mekanistisk toksikologi, som det vil fremgå af de videre kapitler.Endelig skal det understreges, at der sker en rivende udvikling iudarbejdelsen af nye metoder, baseret på videnskabens tilførselaf ny viden om mekanistisk toksikologi.

Den eksperimentelle toksikologi har været et af de områder,som har været stærkt i søgelyset mht den humane opfattelse afanvendelsen af forsøgsdyr. Den klassiske test for bestemmelse afakut giftighed har i mange år været LD50, bestemmelse af dendosis, der medførte døden hos 50% af en forsøgsdyrspopulation.Dette medførte et urimeligt forbrug af forsøgsdyr for at opnå enså sikker bestemmelse som muligt, samtidig med at den enesteobservation på det enkelte dyr gik ud, på om det overlevedeeller døde af en bestemt dosis af teststoffet. Det er derfor vigtigt,at man tænker i forsøgsdyretiske baner i forbindelse med de tok-sikologiske undersøgelser, samtidig med at man bør indskrænkeanvendelsen af forsøgsdyr mest muligt. Dette kan ske ved atanvende in vitro metoder i den udstrækning, som de kan givesvar på de afgørende spørgsmål. Hele det forsøgsdyrsetiske kon-cept repræsenteres af “De tre RRR” mht forsøgsdyrs anvendelse:“Replace with in vitro methods when possible, Reduce the num-ber of experimental animals used to the acceptable minimum,Refine the methods to decrease exposure and suffering.” Dettebør tilstræbes i al toksikologi, uden at det naturligvis må gå udover sikkerheden.

Toksikologi i arbejdsmiljømæssig sammenhængToksikologien, eller som den er benævnt ovenfor: Sikkerheds-toksikologien, indgår på mange forskellige måder som et vigtigt

14

element i forebyggelsen af uønskede effekter som følge afudsættelse for kemiske stoffer og produkter i arbejdslivet. Påoverordnet niveau sikres dette primært gennem etablering afgrænseværdier og klassificering og mærkning af kemiske stofferog produkter - områder som begge er baseret på farlighedsvur-deringer ud fra bl.a. den toksikologiske viden om de pågælden-de stoffer. Sammen med stofvurderinger, udredning af helbreds-effekter relateret til kemiske eksponeringer, arbejdspladsvurde-ringer (APV) og almindelig rådgivning er dette de væsentligstedagligdags anvendelser af toksikologien inden for arbejdsmil-jøområdet.

Selvom akutte forgiftninger stadig optræder i erhvervsmæssigsammenhæng, er det takket være den øgede viden og forebyg-gende indsats et aftagende fænomen. Udviklingen har bevirket,at der kommer mere og mere fokus på effekter som følge aflangvarig udsættelse for lave koncentrationer af stoffer og kom-plekse eksponeringer, herunder samspil mellem kemiske og fysi-ske påvirkninger. Samtidig med at interessen for lav-dosis effek-ter er øget, har det medført, at viden omkring fx individuelle for-skelle i følsomhed, specielt udsatte grupper og effekter i indekli-ma er blevet relevante. Ved eksponeringsvurderinger er manogså blevet opmærksom på samvirkning, interaktion, mellempåvirkning i arbejdsmiljø og eksternt miljø. Disse forhold harbevirket, at toksikologien i arbejdsmiljømæssig henseende harbredt sig ud eller har affødt nye emner og interesseområder, somman måske rent konceptuelt ikke ville inkludere i toksikologien.Endelig skal det bemærkes, at toksikologien, som det afspejles idette værk, har berøringsflader med beslægtede fagområder somarbejdshygiejne, arbejdsmedicin og risikovurdering.


Toksikologiskegrundprincipper

og -begreber

Sven EdelforsAndree Ravn-Jonsen

K A P I T E L 2

16

Toksikologiske grund-principper og-begreber

Fremmedstoffer fremkalder kun uønskede eller toksiske virknin-ger på et biologisk system, hvis stofferne eller deres nedbryd-ningsprodukter når påvirkelige områder i organismen i en kon-centration og i et tidsrum, der er tilstrækkeligt til at fremkalde entoksisk reaktion. Den gren af toksikologien, der beskæftiger sigmed de mekanismer, der ligger til grund for stoffers toksiskeegenskaber, kaldes toksikodynamik, eller beskrivelsen af de virk-ninger, et stof har på organismen.

Toksikodynamik

EksponeringsbegrebetEksponeringen deles normalt op i fire kategorier: akut, subakut,subkronisk og kronisk eksponering. Akut eksponering vil nor-malt ske inden for kort tid, oftest timer eller minutter, og med éneller kun få eksponeringer. Subakut eksponering defineres someksponering af mindre end en måneds varighed, subkronisk optil tre måneders varighed og kronisk mere end tre måneders eks-ponering. Inddelingen af eksponeringsvarigheden i fire kategori-er er administrativ og regulatorisk, men ikke toksikologiskbegrundet.

Akut eksponeringDen toksiske reaktion under eller efter en akut eksponeringadskiller sig fra de andre eksponeringsformer, ved at reaktionennormalt ses, mens stoffet er til stede i organismen, og klinger af i

Toksikologiske grundprincipper og -begreber

17Toksikologiske grundprincipper og -begreber

takt med, at stoffet nedbrydes eller udskilles. Der er altså taleom en såkaldt reversibel toksisk reaktion. En massiv akut eks-ponering kan dog også give anledning til kroniske skader. Vedmassiv eksponering for kulilte vil den akutte effekt være bevidst-løshed, men senere indtræder vedvarende skader i hjernen pgaden indtrådte iltmangel. Der er her tale om en irreversibel tok-sisk reaktion.

Subakut, subkronisk og kronisk eksponeringVed subakut, subkronisk og kronisk eksponering kan der ske enakkumulation (ophobning) af det toksiske stof, fordi nedbryd-nings- og udskillelseshastigheden er lavere end optagelseshastig-heden, så der ud over en eventuel akut virkning kan fremkaldesandre og varige skader. Kroniske skader kan skyldes entenophobning (akkumulation) af det pågældende stof eller ændrin-ger i vævets strukturer eller funktioner fremkaldt under ekspone-ringen med stoffet. Cadmiums toksiske effekt på nyrerne skyldesakkumulationen af cadmium i nyrevævet. Da cadmiums halve-ringstid i organismen er anslået til ca 40 år, vil selv kort tids eks-ponering kunne medføre skader gennem hele livet. Strukturelleændringer, som medfører varige skader på lungevævet, ses eftereksponering for mineralfibre (silicose og støvlunge). Kroniskeskader kan også opstå, hvis organismens normale “reparationssy-stemer” ikke kan følge med, fx hvis organismen udsættes forstoffer, der beskadiger DNA-molekylerne og dermed medførerrisiko for udvikling af kræft.

EksponeringsvejeDe vigtigste eksponeringsveje for fremmedstoffer er lungerne (pul-monal), mave-tarmkanalen (peroral) og huden (dermal). Hurtig-heden, hvormed en akut effekt indtræder, sker oftest i den angivnerækkefølge.

I erhvervsmæssig sammenhæng er pulmonal og dermal ekspone-ring vigtigst, mens peroral eksponering stort set kun ses ved ulyk-ker, selvmord og dårlig hygiejne. Effekten på organismen afhængerligeledes af eksponeringsvejen. Ved peroral indtagelse vil leverenofte nedbryde en del af den indtagne dosis, inden den når de om-råder, hvor den toksiske reaktion udspiller sig.

Optagelsen af fremmedstoffer i organismen via de forskellige eks-poneringsveje vil blive behandlet mere indgående i et senere afsnit.

VirkningsstedLokal effektHvis et stof skal kunne fremkalde en lokal effekt, må det kunne

18

overskride den beskyttende barriere, der udgøres af hud eller slim-hinde, enten ved diffusion eller ved at ødelægge barrieren. Denintakte hud er modstandsdygtig over for en lang række stoffer, derville ødelægge en slimhinde. Dyppes en finger i ammoniakvand,sker der ingenting, men hvis ammoniakvandet drikkes, vil resulta-tet være alvorlige skader på slimhinderne i svælget. Indåndes nitrø-se gasser, kan der opstå lungeødem. Det må betegnes som enlokal effekt, men ødemet kan være dødeligt.

Systemisk effekt, organspecificitetI langt de fleste tilfælde skal stofferne optages, før deres virkningses. Denne virkning kan være systemisk, dvs hele organismenpåvirkes, det er fx tilfældet ved indånding af kulilte, hvor heleorganismen lider under den efterfølgende iltmangel, eller ved encyanidforgiftning, hvor alle cellers evne til at udnytte ilt stoppes.Virkningen kan også være organspecifik, dvs knyttet til et enkeltorgan, som det ses efter eksponering med cadmium, hvor nyrer-ne er mål for den toksiske effekt, eller efter indtagelse af meta-nol, hvor synsnerven rammes med deraf følgende blindhed.Organspecificiteten behøver ikke nødvendigvis at være forårsa-get af stoffets opkoncentrering i organet, selv kortvarig iltman-gel giver hjerneskader, fordi centralnervesystemet er ekstremtfølsomt for mangel på ilt. Man skal også være opmærksom på,at virkningssted og deponeringssted ofte er forskellige. Orga-niske opløsningsmidler opkoncentreres (deponeres) i fedtvæv,men virkningsstedet er nervesystemet, bly deponeres i knogle-væv, men det er nyrer, nervesystem og bloddannende organer,der påvirkes.

Selektiv toksicitetVed selektiv toksicitet forstås, at et stof er mere toksisk for én typeorganisme end for en anden. Emnet ligger uden for denne bogsrammer, men ved vurderingen af undersøgelser, der skal bruges tilgodkendelsen af et stof, skal man være opmærksom på, at selvblandt pattedyr findes eksempler på selektiv toksicitet.

Struktur-aktivitet (QSAR)Ved at sammenligne et stofs kemiske struktur med et andet stofs,hvis virkning på organismen kendes, kan man undertiden forud-sige stoffets virkning. Sådanne overvejelser indgår i myndighe-dernes vurderinger af nye stoffers toksiske egenskaber. Man skaldog være yderst forsigtig med at drage forhastede slutninger pgaligheder i den kemiske struktur. Der kendes eksempler fra læge-videnskaben, hvor to nært beslægtede stoffer har meget forskel-



lig virkning. Allergimidlet prometazin og schizofrenimidlet chlor-promazin afviger stort set kun ved tilstedeværelsen af et chlora-tom, og morfins struktur er næsten identisk med strukturen afmorfinmodgiften naloxon, der fuldstændig ophæver morfins virk-ning.

Dosis-effekt relationenReceptorerDe fleste stoffer udøver deres effekt på et biologisk system vedat bindes til bestemte molekyler eller molekylegrupper. Dissebenævnes receptorer og vil som regel være knyttet til afgrænse-de områder af cellemembranen eller cellekernen. Beror et stofsvirkning på bindingen til en receptor, betyder det, at stoffets tre-dimensionelle struktur passer ind i et tilsvarende område vedreceptoren ligesom puslespilbrikker. Et stof, der virker på dennemåde, kaldes en agonist. Visse stoffer virker dog alene ved dereskemiske reaktivitet, fx ætsgifte, og ikke via en receptor. Når enagonist bindes til en receptor, sker det vha de sædvanlige kemi-ske bindinger. Svage bindinger er lette at bryde og vil derforgive reversible effekter, mens stærke bindinger ikke kan brydesog derfor giver irreversible effekter. Jo flere receptorer, der bin-des, jo kraftigere effekt, men modsat betyder det også, at nåralle receptorer er bundet, kan reaktionen ikke blive kraftigere.Det er vigtigt her at gøre opmærksom på, at receptorundersøgel-ser altid foregår med simple systemer og derfor ikke nødvendig-vis siger noget om et stofs effekt på organismen som helhed.Undersøgelserne er dog vigtige, fordi de afslører et stofs virk-ningsmekanisme og ikke mindst kan vise, hvorledes man kanophæve et stofs virkning. Et stofs virkning på hele organismener således summen af virkningen på organismens receptorer.

Afbildes stof-receptor effekten som funktion af logaritmen tilstofkoncentrationen, fås en S-formet kurve (fig. 2.1). Kurvensplacering på x-aksen viser, om der skal lidt eller meget af et stoftil at fremkalde en given effekt. Højden i forhold til y-aksenviser, hvor kraftig en effekt der kan opnås med det pågældendestof, og kurvens hældning viser, hvor meget stof der skal til forat fremkalde en stigning i effekten. Den kraftigste effekt, der kanopnås med et stof, kaldes stoffets maksimaleffekt. Hældningenpå kurven udtrykker stoffets affinitet, dvs dets evne til at bindestil receptoren. Kurvens placering på x-aksen bruges, hvis manønsker at sammenligne to eller flere stoffers evne til at fremkaldeen given effekt, hvilket kaldes stoffets potens. Forskydes kurvenmod højre, skal der bruges mere af et stof, forskydes kurven tilvenstre, skal der bruges mindre. Fig. 2.2 viser kurveforløbet for

Figur 2.1. Log dosis-effektkurve.

▲

Log koncentration

▲

% Effekt

.. . . .0

50

100

Figur 2.2. Log dosis-effektkurver for stofferne A, Bog C.

20

tre stoffers effekt på en given receptor. Stof A har den størstemaksimaleffekt, stof B den største affinitet og stof C den højestepotens.

Agonist/antagonistTilføres receptoren et stof med større affinitet til denne end ago-nistens, kan det pågældende stof fortrænge en allerede bundetagonist fra receptoren. Et stof med denne egenskab kaldes enantagonist. Morfinmodgiften naloxon er en sådan antagonist.Antagonistens binding til receptoren kan i lighed med agonistensbinding være både reversibel og irreversibel. I receptortermino-logien kaldes den reversible binding kompetitiv, og den irrever-sible binding kaldes nonkompetitiv. Flere forgiftningsbehandlin-ger bygger på agonist/antagonist princippet. Når kulmonoxidfor-giftningen behandles med ilt, er det, fordi ilt og kulmonoxidkonkurrerer om bindingen til hæmoglobin, og når bladanforgift-ningen behandles med atropin, er det, fordi atropin fortrængeracetylcholin fra receptorerne i centralnervesystemet.

LD50Til at vurdere stoffers giftighed har man hidtil bestemt, hvor stor enakut dosis der skal indgives til en gruppe dyr, for at halvdelen afdyregruppen dør, den såkaldte LD50 (letal dosis, 50%). Bestem-melsen anses af mange for at være uetisk, da den er behæftet medstore fejl og kræver mange forsøgsdyr. Man er derfor i stigendegrad gået over til at anvende det såkaldte “fixed dose” system,hvor man med få dyr pejler sig ind på en given effekt.

Tabel 2.1 viser, hvorledes stofferne grupperes efter deres akut-te toksicitet udtrykt ved LD50 eller LC50 (den koncentration iindåndingsluften, der dræber 50% af gruppen).

Dosis-respons relationenI toksikologien er sammenhængen mellem den indgivne dosis af etgivet stof og organismens reaktion på dosis, det såkaldte dosis-


▲

Log koncentration

BC

A

▲

% Effekt

.. . . .0

50

100

Substans LD50 mg/kg

Ethylalkohol 10.000

Natriumchlorid 4.000

Ferrosulfat 1.500

Morfin 900

Nikotin 1

Dioxin 0,001

Butolinum toxin 0,00001

Tabel 2.1. LD50 for en ræk-ke repræsentative stoffer.

respons forløb, mere relevant end dosis-effekt forløbet på enbestemt receptor. Ved dosis-respons fastlægges sammenhængenmellem dosis/eksponeringsniveau og den procentdel af en givenpopulation, der opnår det ønskede/uønskede respons. En lille delaf populationen vil reagere allerede ved små doser, og ved stigendedoser vil flere og flere individer reagere, indtil der nås et doserings-niveau, hvor alle individer reagerer. Angives den procentdel afindividerne, der reagerer på en given dosis, som funktion af dosis,fås en Gauss fordelingskurve. Fordelingskurven udtrykker den bio-logiske variation i reaktionen på stoffet. Hvis man i stedet for afsæt-ter det antal individer, der totalt reagerer på en given dosis, somfunktion af log dosis, får man en S-formet kurve (fig. 2.3).

Figur 2.3. Dosis-responskurve angivet som antalindivider i %, der reagerer på en given dosis (farvedeblokke), og det akkumule-rede antal individer i %,der reagerer på en givendosis (åbne blokke).

▲

▲

Dosis, mg

ED50

▲

% Respons

.2,5

.1,25

.5

.10

.20

.40

.80

0

50

100

. . . . . . .

22

Selvom kurven er ret på det midterste stykke, kan man ændreden til det såkaldte “probitsystem”, hvor kurven er ret i hele for-løbet. Probitberegningen tager sit udgangspunkt i den standardi-serede normalfordeling, og de tilhørende probitværdier kan slåsop i statistiske tabelværker. I tabel 2.2 er angivet procent indivi-der, der reagerer på dosis, og den tilhørende probitværdi.

Probitsystemet er mere praktisk anvendeligt end de S-formedekurver, når man skal sammenligne to stoffers toksicitet. I probit-systemet fås to rette linier, hvor hældningen angiver, hvor storeffekt der opnås ved en given ændring af dosis. Af fig. 2.4 frem-går det klart, at indtagelse af B er forbundet med større risikoend A, da en given ændring i respons kræver væsentlig mindredosis. Af figuren ses, at LD50 er identisk for de to stoffer, nemlig8 mg/kg, men ved 4 mg/kg reagerer mindre end 0,1% på B,mens ikke mindre end 20% reagerer på A.

Indgiver man mindre og mindre doser, vil respons til sidst for-svinde. Den største dosis, man kan give uden at fremkalde etrespons, kaldes “no observed effect level” (NOEL), og tilsvaren-de kaldes den mindste dosis, der lige netop fremkalder etrespons, undertiden “lowest observed effect level” (LOEL). I dagerstattes begreberne mere og mere af begreberne “no observedadverse effect level” (NOAEL) og “lowest observed adverse ef-fect level” (LOAEL).

Er der tale om et muligt kræftfremkaldende stof, søger man atfastlægge en tærskelværdi. Det er ret kompliceret, da der ikke ertale om en direkte målelig værdi, men om resultatet af statistiskeovervejelser, hvor man fastlægger, hvor stor risiko man vil accep-tere, fx at højst én ud af en million får kræft ved udsættelse forstoffet.


Procent NED Probit

0,1 -3 2

2,3 -2 3

15,9 -1 4

50,0 0 5

84,1 +1 6

97,7 +2 7

100,0 +3 8

Tabel 2.2. Sammenhængen mellem procent responderende individer, afvigelsenfra middelværdien (NED) og probitværdien.


Faktorer med indflydelse på stoffers toksicitet

Genetiske forholdDet er velkendt, at der er forskel på forskellige dyreartersfølsomhed over for samme stof, men der kan også være forskelmellem forskellige stammer inden for samme dyreart. Inden forforsøgsdyrsbranchen prøver man at løse problemet med bevidstindavl, for at mindske den genetiske variation.

Hos mennesket er den genetiske variation meget stor ikke

Dødelighed(Probitenheder)

Dosis mg (kg)

.4

..2

... . ..0

.6

.8

.10

.20

. .40

.60

3,0

4,0

6,0

7,0

1

5

10

20

30

40

5060

70

90

95

98

99

2

80

5,0

B A

% Dødelighed(Probitskala)

Figur 2.4. Log dosis-respons kurver for stofferne A og B angivet i probitenheder.

24

alene mellem enkeltindivider, men også mellem etniske grupper.Forskellen i alkoholnedbrydningen mellem orientalere og kauka-siere er velkendt. Genetisk betinget mangel på enzymet gluco-se-6-phosphat-dehydrogenase kan medføre hæmolytisk anæmihos ca 10% af den negroide race, hvis de behandles med mala-riamidlet primaqin, og som et kuriøst eksempel kan nævnes, athos 50% af den jødiske befolkningsgruppe i Tyrkiet kan anæmi-en udløses ved overdreven indtagelse af hestebønner!

ToleranceVed tolerance forstås en tilstand, hvor et individ skal have tilførtstørre og større doser af et stof for at opnå samme virkning.Tolerancen kan udvikles, ved at stoffet stimulerer sin egen ned-brydning eller ændrer receptorbindingen. Morfin er kendt for enkraftig toleranceudvikling.

Adaptation er en tolerance, der udvikles meget hurtigt, ofte iløbet af minutter. Adaptation udvikles hyppigt over for lugt,smag og slimhindeirritation. Adaptationen kan medføre, at manudsættes for toksiske koncentrationer uden at bemærke det. Mankan vænne sig til lugten af opløsningsmidler, svovlbrinte ogammoniak. Adaptationen forsvinder oftest lige så hurtigt, somden opstod.

Fysiologiske faktorerGenerelt er der ikke kønsforskelle i toksiske reaktioner. Hvis deto køn reagerer forskelligt, bunder det som regel i forskellig ned-brydningskapacitet eller forskelligt fedtindhold i de to køn.

Til gengæld betyder alderen meget. Fostres og nyfødtes orga-ner er ikke færdigudviklede, og enhver toksisk påvirkning kan fåkatastrofale følger senere hen. Tidlig eksponering med bly ogkviksølv er et glimrende eksempel herpå. Hos gamle vil lever-og nyrekapaciteten være nedsat, ligesom kropssammensætningenvil være anderledes.

Det er indlysende, at lever- og nyresygdomme påvirker en tok-sisk effekt, idet muligheden for at nedbryde og udskille et stofkan nedsættes væsentligt. Ernæringsforholdene har en vis indfly-delse. Kosten kan indeholde stoffer, der påvirker nedbrydningenaf andre, og ved sult vil leverens nedbrydningskapacitet værenedsat.

InteraktionerArbejder man med to eller flere stoffer samtidig, vil der væremulighed for gensidig påvirkning mht toksicitet. Benzen påvirkerknoglemarven, men ved samtidig inhalation af toluen nedsættesbenzens toksiske effekt, fordi toluen hæmmer benzens omdan-nelse til den toksiske forbindelse. Miljøfaktorer kan indgå som



den ene faktor i en interaktion. Forurenende stoffer tilført medkosten, luft eller vand kan påvirke leverens enzymer, så den nor-male omsætning af et andet stof hæmmes eller fremmes.

Ved interaktioner taler man om additiv effekt, synergisme,antagonisme og potentiering. Ved additiv effekt bliver virkningensummen af enkeltvirkningerne (1 + 1 = 2), mens den ved syner-gisme bliver større end enkeltvirkningerne (1 + 1 = 4). Ved anta-gonisme bliver effekten mindre end enkeltvirkningerne (1 + 1 =1), og ved potentiering er det ene stof uden effekt, men forstær-ker effekten af det andet (1 + 0 = 3).

ToksikokinetikI bestræbelserne på at belyse et stofs toksiske egenskaber er detlige så vigtigt at forstå, hvorledes stoffet optages, fordeles ogudskilles fra organismen, som at kende til stoffets virkningsme-kanismer. Det er ligegyldigt, om et stof er ekstremt giftigt, hvisdet ikke kan optages i organismen, og det er yderst problema-tisk, hvis et lettere giftigt stof når toksiske niveauer i organismen,fordi denne ikke kan eliminere stoffet. Den gren af toksikologi-en, der beskæftiger sig med alle de processer, der omfatter stof-fers absorption, fordeling og elimination, kaldes toksikokinetik,eller beskrivelsen af den måde, organismen behandler stoffet på.

Transport over biologiske membranerEn hvilken som helst organisme, encellet som flercellet, er af-grænset mod omgivelserne af en cellemembran, hvis opgave deter at beskytte organismen.

Cellemembranen er ikke et passivt organ, men højt specialise-ret afhængigt af, hvilken celle den tilhører. Generelt er celle-membranens funktion at opretholde volumen og konstantefysisk-kemiske forhold inde i cellen. Derudover regulerer celle-membranen optagelsen af næringsstoffer og molekyler til vedli-geholdelse af cellen samt udskillelse af affaldsstoffer. Endeligsikrer cellemembranen elektriske potentialer over cellemembra-nen i eksitable (stimulerbare) væv som nervevæv og muskler.

Membranen består stærkt simplificeret af et dobbeltlag af phos-phorlipider med fedtsyredelen indad mod membranens indre ogproteiner, der enten er placeret på membranens overflade, pådennes inderside eller gennembryder denne og dermed dannerforbindelse mellem inder- og yderside (fig. 2.5).

26

Membranens proteiner optræder med så forskelligartede funktio-ner som receptorer, genkendelsesfunktion (forligelighed) ogtransportfunktion. Proteinerne varetager således membranensaktive funktion, mens lipidlaget har strukturel funktion. Denneantagelse bygger bl.a. på, at jo mere aktiv en celle er, jo mereprotein indeholder membranen.

Transport over biologiske membraner kan deles i passive ogaktive transportsystemer. Passiv transport er stort set identiskmed diffusion og kræver ikke energi. Fedtopløselige molekylerdiffunderer gennem membranens lipiddel, mens små vandoplø-selige molekyler transporteres gennem vandfyldte porer ved dif-fusion eller filtration.

Diffusion finder kun sted, hvis der er en koncentrationsforskelover membranen, og filtrationen, hvis der er en trykforskel ogfor luftarters og dampes vedkommende, hvis der er en forskel ipartialtrykket (tensionsforskel).

Diffusionen beskrives matematisk med Ficks lov:

(1)

hvor n er antal molekyler (antal mol), t er tiden, D og A ermembrankonstanter og dC/dx er koncentrationsgradienten. Ilangt de fleste tilfælde kan Ficks lov simplificeres til

(2)


Figur 2.5. Cellemembranangivet skematisk. A: trans-membrant protein, B: eks-ternt protein, C: interntprotein, D: transmembrantproteinkompleks (trans-portkanal).

Inderside

Yderside

A

C

B

D D

� � = -DA dndt dcdx

= -K·C dndt


hvor K er en membrankonstant, og C er koncentrationen påabsorptionsstedet.

Ved passiv diffusion afhænger diffusionshastigheden desudenaf stoffets fysisk-kemiske egenskaber: molekylevægt, lipidopløse-lighed og ionisering.

Jo større molekyle, jo langsommere diffusion, ganske simpeltpga gnidning mod membranmolekylerne.

Jo mere lipidoløseligt et molekyle er, jo nemmere passerer detgennem membranens lipidmatrix. Hvis et molekyle indeholderpolære atomer som ilt, kvælstof eller svovl, vil det danne envandkappe omkring sig og vanskeliggøre diffusion. Som mål foret stofs lipidopløselighed angives fordelingsforholdet, fx chloro-form/vand, jo højere værdi, jo mere lipofilt. Fordelingsforholdetchloroform/vand anvendes ved vurderingen af et stofs fordelingi fedtvæv generelt. Fordelingsforholdet 1-octanol/vand er særliginteressant, fordi 1-octanol har samme lipofile egenskaber somcentralnervesystemet og derfor giver et fingerpeg om stoffetsoptagelse i nervesystemet.

En del organiske stoffer indeholder enten en syre- eller enbasegruppe og kan derfor optræde på ioniseret form afhængigtaf pH i det omgivende miljø. Forholdet mellem ioniseret og uio-niseret form beskrives matematisk i Henderson-Hasselbalch lig-ningen:

(3)

hvor pKa er logaritmen til syrens dissociationskonstant og HA ogA- er koncentrationen af hhv den uioniserede og den ioniseredeform.

Da et ioniseret molekyle vanskeligt diffunderer, betyder det, atkun den uioniserede form diffunderer gennem membanen. HvispH er forskellig på de to sider af en membran, betyder det, atkoncentrationen af stoffet kan være meget forskellig på de tosider; fænomenet kaldes “ion-trapping” (fig. 2.6).

pH = pKa + log HAA-

Figur 2.6. Ion-trapping afsvag syre (pKa = 3).Ion-trapping af svag syre (pKa = 3)

Plasma, pH = 7,4 Ventrikel, pH = 1,0

H+ + A- [ HA HA [ H++ A-

25000 [ 1,0 1,0 [ 0,01

Total mængde af syre og base

25001 1,01

[

[

[

[

28

Aktiv transport er meget selektiv. Transportsystemerne er rettetmod fysiologiske substanser som fx kulhydrater, aminosyrer ogioner. Skal fremmedstoffer transporteres med aktive transportsy-stemer, skal de have en vis lighed med fysiologiske stoffer.Eksempler på stoffer, der transporteres aktivt, er bly og cadmi-um, der transporteres med et calciumtransporterende system.Aktive transportsystemer kan mættes, dvs de har en maksimaltransportkapacitet. Denne mætning er netop årsagen til, at rige-ligt calcium i kosten hæmmer optagelsen af bly og cadmium.

AbsorptionAbsorption kan defineres som et stofs transport fra legemetsydre eller indre overflade til det systemiske kredsløb. Mave-tarm-kanalen er den vigtigste absorptionsflade for lægemidler, men ierhvervstoksikologisk sammenhæng er absorption via hud oglunger mere relevante.

Dermal absorptionHuden udgør en barriere for påvirkninger på organismen udefraog fungerer samtidig som en del af reguleringen af organismensvarme- og væskebalance. Huden kan opdeles i to områder, over-hud (epidermis) og læder- og underhud (dermis), hvoraf sidst-nævnte udgør 90% af hudens tykkelse (fig. 2.7).

Epidermis, som gennembrydes af hårsække, sved- og talgkirt-ler, har yderst et lag af døde, forhornede celler (stratum corne-um), som bl.a. gør huden uigennemtrængelig for vand. Disseceller, som indeholder kemisk bundet vand, afstødes til stadig-hed og fornys løbende fra de underliggende cellelag. I underhu-den ligger kapillærerne tæt op mod overhuden.

Trods barrierefunktionen kan nogle stoffer, fx kviksølv ogorganiske opløsningsmidler, optages gennem huden. Optagelsensker primært ved passiv diffusion gennem dermis og epidermis,og kun i meget begrænset omfang gennem hårsække, sved- ogtalgkirtler. Kan et stof passere gennem overhuden, er der ikkeyderligere hindringer for dets diffusion til kapillærerne i under-huden.

Hudkontakt med et stof kan fremkalde en lokal effekt, som fxætsning med syre eller base, eller en systemisk effekt efter opta-gelse i blodbanen, som fx med methylparathion. Da huden stortset har de samme metaboliske enzymsystemer som leveren, omend i mindre mængder, vil en optagelse i blodbanen efter passa-ge af epidermis afhænge af den optagne mængde og stoffets dif-fusionshastighed samt metaboliseringshastigheden.

Om et stof absorberes fra huden, afhænger af en række fakto-


rer. Stoffet skal først og fremmest være ikke-ioniseret og måhverken være for vand- eller lipidopløseligt. Et stof som DDT,der er stærkt lipidopløseligt, absorberes ikke fra huden, mengodt fra mave-tarmkanal, mens phenol, der også er godt lipidop-løseligt, absorberes godt fra huden. Et insekticid, Isolan, der erret vandopløseligt, absorberes godt fra huden, men ikke framave-tarm. Endvidere afhænger absorptionen af stoffets moleky-levægt og struktur.

Overhuden har forskellig struktur, tykkelse og kemisk sam-mensætning forskellige steder på kroppen, hvilket har betydningfor absorptionen (tabel 2.3).

Fugtighed og omgivende temperatur har også indflydelse påabsorptionen. Ved kontakt med vand kan overhuden øge sitvandindhold til det femdobbelte og dermed øge permeabilitetenvæsentligt. Ved arbejde med handsker kan huden blive opblødt,og såfremt man ikke har valgt det rigtige handskemateriale, kandet stof, man arbejder med, efter nogen tid diffundere gennemhandsken og blive absorberet pga den opblødte hud. Hvis denomgivende temperatur bliver tilstrækkelig høj, vil kapillærerne ihuden åbne sig med øget blodgennemstrømning til følge. Pga


Figur 2.7. Tværsnit gennemhuman hud angivet skema-tisk.

StratumCorneum

Talgkirtel

Epidermis

Dermis

Svedkirtel

Blodkar

Bindevæv

Fedt

Hårfollikel

Kapillær

30

den dermed øgede optagelse af stoffet fra underhuden vil opta-gelse over overhuden øges.

Såfremt overhuden beskadiges eller fjernes ved kemisk ellermekanisk påvirkning, er der ingen barrierevirkning længere, ogdet vil fremme optagelsen (tabel 2.4). Mens borsyre fx ikkefremkalder forgiftninger ved anvendelse på normal hud, har manset alvorlige forgiftninger efter anvendelsen på brandsår. Endeligkan fjernelsen af hudlipider øge absorptionen. Behandles hudenmed en blanding af chloroform og methanol, vil absorptionen afandre stoffer øges.

Den substans, som et stof er opløst i, påvirker også absorptio-nen. Et lipofilt stof, der er opløst i en lipofil vehikel, vil absorbe-res dårligere, end hvis det var opløst i en mindre lipofil vehikel.Endvidere kan nogle stoffer, som fx Dimethylsulfoxid (DMSO),øge absorptionen af andre stoffer, uden at man egentlig kan for-klare virkningsmekanismen.

Pulmonal absorptionLuftvejene kan deles op i tre afsnit: næse/svælg, luftrør og bron-kier og det egentlige lungevæv (fig. 2.8).


Absorptionsflade Procent absorberet*

Parathion Malathion

Underarm 8,6 6,8

Håndflade 11,8 5,8

Fodsål 13,5 6,8

Håndryg 21,0 12,5

Pande 36,3 23,2

Øregang 46,6 -

Pung 101,6 -

* 24 timers eksponering med 4�g/cm2

Tabel 2.3. Absorptionen afparathion og malathion fraforskellige hudområder.

Tabel 2.4. Absorption afnogle pesticider fra normal,beskadiget og opblødt hud.

Pesticid Procent absorberet

Normal hud Beskadiget hud* Opblødt hud

Diquat 0,4 3,8 1,4

2,4-dichlorophe-noxyeddikesyre 5,8 33,8 14,7

Parathion 8,6 73,2 54,8

Azodrin 14,7 100,0 33,6

Guthion 15,9 60,5 56,1

Baygon 19,6 51,0 68,8

* Beskadiget med tape

31

Luftvejene er bl.a. forsynet med slimdannende celler og cellermed fimrehår. Fimrehårene ligger indlejrede i et slimlag og“skubber” dette lag i retning mod svælget. Ned mod det egentli-ge lungevæv udtyndes antallet af celler med fimrehår, og længe-re nede forsvinder også de slimproducerende celler.

Lungevævet består af de respiratoriske bronkioler, dvs de fine-ste forgreninger af bronkierne, og af alveolerne, som giver lun-gerne en overflade på ca 70 m2. I alveolerne, der er udposningerpå bronkiolerne, udgøres ca 90% af overfladen af nogle megetflade celler, som ligger i nær kontakt med kapillærerne. Disseceller udgør en del af den tynde barriere mellem luften i lunge-sækken og blodet.

Lungernes totale volumen (TLC) er 5.700 mL. Efter en kraftigudånding vil der være ca 1.200 mL tilbage i lungerne (residualvolumen RV). Det maksimale luftskifte (vitalkapacitet VC) vilsåledes være 4.500 mL. I hvile er luftskiftet ca 500 mL pr indånd-ing og frekvensen ca 12-20 gange pr minut svarende til en lun-geventilation på 6-10 L/min. Den maksimale lungeventilation,der kan opnås, er ca 60 L/min.

Det normale luftskifte ilt/kuldioxid sker i alveolerne, men luft-vejene kan i hele deres udstrækning absorbere fremmedstoffer.Toksiske stoffer kan indåndes enten som partikler eller som gasser(dampe). Stofferne kan udøve lokal virkning eller blive absorberedeog i nogle tilfælde en kombination af begge dele. Xylen virker fxirriterende på lungevævet, men absorberes også.

Figur 2.8. Luftvejenes ana-tomi. (Omtegnet fra Snipes,1989).

Luftvejenes hovedafsnit

NASOPHARYNGEAL(NP)Næsehule

Svælg

Mundhule

Strubehoved

Luftrør

Terminale bronkier

Venstrebronkie

Højrebronkie

Venstre lungeHøjre lunge

TRACHEOBRONCIAL(TP)

PULMONAL(P)

32

Den indåndede luft kan indeholde et bredt spektrum af partiklermed forskellig størrelse og sammensætning (fx støv, røgpartikler,aerosoler af finfordelt fast stof og væskedråber). Idet indåndings-luften på sin vej gennem luftvejene må skifte retning, fordi bronkierog bronkioler gentagne gange deler sig i to grene (fig. 2.8), falderhastigheden i indåndingsluften og dermed dens evne til at transpor-tere partikler. De største partikler (ca 10-30 �m) vil fortrinsvis“lande” i næsens slimlag, og der vil herefter ske en fraktioneringefter partiklernes størrelse og massefylde, således at partikler på 5-15 �m hovedsagelig vil bundfældes i luftrør og bronkier, mens par-tikler på mindre end 5 �m vil kunne komme ned i alveolerne.Sådanne partikler kaldes respirable. Meget små partikler på 0,1 �mog derunder vil blive udåndet igen. At der naturligvis er en gliden-de overgang mellem partikelstørrelsen, og hvor partiklerne aflejres iluftvejene, fremgår af fig. 2.9.

Partikler, der fanges i de øvre dele af luftvejene, vil af fimrehårog slimlaget blive transporteret i retning af svælget, hvorefter desynkes. Dette indebærer en risiko for absorption i mave-tarmka-


Figur 2.9. Deponering inæse, bronkier og lunger iforhold til de indåndedepartiklers aerodynamiskediameter.

▲

▲

Diameter, mm

.0,05

.0,01

.0,1

.0,5

.1,0

.5

.10

.50

.100

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,0

Deposition Fraktion

Lunger

Næse

Bronkier


nalen. Blyholdigt støv fra trafikerede områder vil fjernes fra lun-gerne, men blyet bliver optaget i mave-tarmkanalen. Partiklernekan også fjernes ved optagelse i hvide blodlegemer og andreceller (fagocytose), og er de opløselige, kan de blive absorbere-de. Ved indånding af partikler kan der reflektorisk udløses nyseneller hoste. De partikler, der kommer ned i alveolerne, kan kunfjernes ved at gå i opløsning eller ved at blive fagocyterede. Densidste proces kan være meget langsom. Man har målt halverings-tider på op til 200 dage.

Uopløselige partikler fjernes med forskellig hastighed fra deforskellige afsnit af luftvejene (tabel 2.5).

Indeholder luften partikler, er der stor forskel på, om man ermund- eller næseånder. Ved indånding gennem næsen frafiltreresen stor del af de større partikler allerede i næsehulen. Mus ogrotter er obligatoriske næseåndere, mens mennesker, aber oghunde er både mund- og næseåndere, et forhold der må tages ibetragtning ved vurdering af dyreforsøg.

GasserGasser kan virke lokalt i luftvejene eller efter absorption. Hvor iluftvejene gasserne har deres lokale virkning, afhænger af deresopløselighed. Letopløselige gasser vil virke i de øvre luftveje,mens uopløselige gasser vil trænge helt ned i alveolerne.Ammoniak vil fx reagere i de øvre luftveje, mens nitrøse gasservil udøve deres virkning i alveolerne. Det første gælder imidler-tid kun, når det drejer sig om lavere koncentrationer af de op-løselige gasser. Ved højere koncentrationer, som ses ved ulykker,vil også de opløselige luftarter kunne nå dybt ned i luftvejene.

Følgende faktorer har indflydelse på optagelsen af gasser:

◆ gassens fordelingsforhold blod/luft◆ den alveolære ventilation◆ blodgennemstrømningen i lungerne◆ koncentrationen af gassen i indåndingsluften◆ evt metabolisering.

Tabel 2.5. Eksempel på halveringstid for uopløseli-ge partikler i forskelligeafsnit af luftvejene.

Organ Halveringstid

Luftrør 2-3 min.

Øvre bronkier 20-30 min.

Nedre bronkier 80-120 min.

Distale bronkioler 300 min.

Alveoler 60 dage

34

Ved en gas’s fordelingsforhold (Ostwalds koefficient) forstås for-holdet mellem koncentrationerne i blodet og i luften, når lige-vægten har indstillet sig mellem to lige store rumfang, dvs atpartialtrykket (tensionen) er det samme i begge medier (tabel2.6).

Fordelingsforholdet blod/luft afviger væsentligt fra fordelings-forholdet vand/luft, da blodet indeholder lipider o.a., der kanbinde stofferne. For toluen er de to værdier hhv 14 og 2.

Man kan på samme måde tale om et fordelingsforhold mellemblod og organer. Dette angiver ligeledes koncentrationsforholdetved tensionsligevægt. I tabel 2.7 er angivet fordelingsforholdetfor trichlorethylen i forskellige organer.


Tabel 2.6. Fordelingsfor-holdet blod/luft for noglekulbrinter og alkoholer.

Opløsningsmiddel Blod/luft fordelingsforhold

Ethylen 0,14

Acetylen 0,82

Benzen 7,8

o-xylen 13,1

Styren 51,9

Ethylacetat 222,0

Methanol/ethanol 2100,0

Carbontetrachlorid 2,4

1,1,1-trichlorethan 3,3

1,1,2-trichlorethan 38,6

1,1,1,2-tetrachlorethan 30,4

1,1,2,2-tetrachlorethan 121,0

Rotter

Fordelingsforhold Fordelingsforhold

Blod/luft 25,8 Lever/blod 1,7

Hjerne/blod 1,3 Nyrer/blod 1,6

Hjerte/blod 1,1 Milt/blod 1,2

Muskel/blod 0,6 Testikler/blod 0,7

Fedt/blod 25,6

Mennesker

Blod/luft 9,5 Fedt/blod 68,0

Tabel 2.7. Fordelingsforholdet blod/luft og organer/blod for trichlorethylen.


Fordelingsforholdet organ/luft findes ved at kombinere forde-lingsforholdene blod/luft og organ/blod. Dette bliver for trichlor-ethylen ved tensionsligevægt for fedt/luft hos rotter 25,8 25,6= 640 og hos mennesket 9,5 68,0 = 646.

Ved indånding af en gas vil den momentant diffundere gen-nem cellerne i alveolevæggen over i blodet, indtil partialtrykketer ens på begge sider. Blodet afgiver gassen til andre væv, menpå et tidspunkt kommer blodet tilbage indeholdende lidt af gas-sen, og den mængde, der nu diffunderer over, bliver mindre. Tilslut vil blodet vende mættet tilbage til kapillærerne i alveolerne,og der vil ikke optages mere gas. På dette tidspunkt er partial-trykket det samme i luft, blod og samtlige organer.

Den endelige koncentrationen af gassen i organismen afhæn-ger alene af gaskoncentrationen i indåndingsluften, men hvorhurtigt gassen optages, afhænger af den alveolære ventilation ogblodgennemstrømningen i lungerne. Ved gasser med et lavt for-delingsforhold, fx ethylen, vil en øgning af blodgennemstrømnin-gen øge optagelseshastigheden, mens en øgning af ventilationenikke vil ændre hastigheden væsentligt. For stoffer med stort for-delingsforhold, fx styren, vil det modsatte være tilfældet. Bortsetfra ulykkessituationer forekommer gasser i arbejdsmiljøet i lavekoncentrationer, men da eksponeringen oftest sker under arbej-de, hvor der er øget hjertevirksomhed og øget respirationsfre-kvens og -dybde, vil absorptionshastigheden være stor.

Ved metaboliserbare gasser vil der i ligevægtstilstanden fortsatoptages gas svarende til den metaboliserede mængde. Øgesgaskoncentrationen i indåndingsluften, kan leverens metabolise-ringskapacitet overskrides, og gassen vil nu opføre sig som enikke-metaboliserbar gas, og blodkoncentrationen vil stige kraftigtved yderligere øgning af gaskoncentrationen (fig. 2.10).

Peroral absorptionVed peroral absorption betragtes hele mave-tarmkanalen framundhule til endetarm som absorptionsflade, men pga sin storeoverflade er tyndtarmen det vigtigste absorptionsorgan. Medundtagelse af stoffer, der virker ætsende eller stærkt irriterendepå mave-tarmkanalens slimhinder, vil gifte være uden effekt,medmindre de optages. Tarmslimhindens celler er udstyret medaktive transportsystemer, der formidler transporten af nærings-stoffer fra tarmen til blodet. Disse transportsystemer er specifiktrettet mod bestemte molekyler, men den vigtigste transportformfor kemikalier er passiv diffusion. Ved peroral absorption spillerfyldningsgraden, motiliteten, pH, tilstedeværelsen af kompleks-bindere og lipofile stoffer en stor rolle for absorptionen.Fyldningsgrad, motilitet og pH har alene indflydelse på absorp-

36

tionshastigheden, mens kompleksbindere og lipofile substanserdesuden kan påvirke absorptionsfraktionen, altså den absorbere-de mængde. Da pH i tarmindholdet normalt er neutralt til svagtbasisk, vil visse tungmetaller bindes som phosphater, carbonatereller til organiske kompleksdannere. Hvis tarmindholdet erstærkt fedtholdigt, vil lipofile stoffer “trækkes” med over tarm-væggen.

FordelingEfter absorptionen fordeler blodet stoffet i resten af organismen;jo større gennemblødning, jo hurtigere optræder der ligevægtmellem blodet og organismens forskellige organer. Transportenfra blodbane til organ sker ved passiv transport.

Til at illustrere et stofs skæbne i organismen anvendes Brodie-


▲

Luftkoncentration, ppm

▲

Blodkoncentration mg/L

.400

.800

.1.200

0II

20

60

40

●

●

Figur 2.10. Koncentrationenaf styren i blodet i relationtil koncentrationen i ind-åndingsluften. (Andersen,1982).

Gillettes kassemodel (fig. 2.11), der kan betragtes som et stærktsimplificeret billede af organismen.

Ved passage fra en kasse til en anden overskrides en eller flerebiologiske membraner, idet organismen så at sige består af enrække områder, der hver især er karakteriseret ved deres af-grænsning, størrelse og fysisk-kemiske egenskaber.

Ved et stofs fordeling i organismen er det vigtigt at væreopmærksom på, at bortset fra virkningsstedet er det kun den friefraktion af stoffet, der er biologisk aktiv. Stof, der er bundet ivævsdepot eller i plasma, er inaktivt.

FordelingsrumAlmindeligvis antager man, at et stof fordeles over organismenstotale vandfase, der traditionelt inddeles i en række fordelings-rum, som angivet i tabel 2.8. Denne vandfase vil igen være i


Organer

Blod

Figur 2.11. Brodie-Gillettes kassemodel.

▲

▲▲

▲

▲

▲

▲

▲

▲

▲

▲

▲

Receptor

Metabolitter

Bundet

Protein – bundet

Frit stof

Metaboliseringfortrinsvis i leveren

MetabolitterFrit stof

Udskillelsefortrinsvis i nyrerne

Absorption

38

ligevægt med vævets øvrige bestanddele. Denne fordeling ude ivævene er forklaringen på, at hvis en række stoffer indgives isamme mængde til samme person, vil plasmakoncentrationenofte være forskellig. Hvis stoffet er ioniseret og vandopløseligt,vil det hovedsagelig fordeles i ekstracellulærvæsken, og plasma-koncentrationen vil være høj. Hvis stoffet derimod er fedtopløse-ligt, vil det ophobes i fedtholdigt væv som nerve- og fedtvæv, ogplasmakoncentrationen vil derfor blive lav. Plasmakoncentratio-nen kan således give et fingerpeg om, hvorledes et stof fordelesi organismen. I tabel 2.9 er angivet en række stoffer med stærktvarierende fordeling.

Alle de områder af organismen, hvor koncentrationen af et stofpå et givet tidspunkt er den samme, kaldes et fordelingsrumeller kompartment. Et kompartment kan således bestå af mangemindre områder spredt i organismen. Ved det centrale kompart-ment forstås kredsløbet og rigt vaskulariserede organer som hjer-ne, hjerte, lever, lunger og nyrer. Ved et perifert kompartmentforstås områder med varierende eller ringe vaskularisering sommuskelvæv, fedtdepoter, hud og knogler. Ved den matematiskebeskrivelse af stoffers fordeling tales om et-, to- eller flerkom-partmentsystemer afhængigt af det pågældende stofs fordeling iorganismen. Da hele organismen er i dynamisk ligevægt, er detvanskeligt at bestemme koncentrationen i de enkelte kompart-ments korrekt. Man arbejder derfor med et teoretisk begreb, dettilsyneladende fordelingsrum Vd defineret som det (hypotetiske)volumen, stoffet ville fordeles over, hvis koncentrationen overaltvar den samme som i plasma. Vd kan beregnes ud fra formlen:


Tabel 2.8. Fordelingen aforganismens vandfase. Vandfase Vol. % af kropsvægt

Plasmavand 5%

Interstitielvæske 16%

Intracellulærvæske 35%

Transcellulærvæske 2%

Tabel 2.9. Sammenhængenmellem dosis og plasma-koncentration.

Substans Dosis, mg/kg Cpl, mg/L

Evans blue 10,0 278

Inulin 10,0 50

Ethanol 10,0 19

Fructose 10,0 9

Quinacrin 10,0 0,62


(4)

hvor D = intravenøst injiceret dosis, Cplo = plasmakoncentratio-nen til tiden 0. Betingelserne for formlens anvendelse er, at stof-fet er i fordelingsligevægt og har 1. ordens kinetik (uddybessenere). Cpl til tiden nul bestemmes ud fra en semilogaritmiskafbildning af plasmakoncentrationen som funktion af tiden (fig.2.12).

I tabel 2.10 er det tilsyneladende fordelingsrum udregnet forstofferne i tabel 2.9. Som det ses, kan beregning af fordelingsrum-met antage forholdsvis store værdier, der kan synes urealistiske.

Tabel 2.10. Sammenhæn-gen mellem dosis, plasma-koncentration og det tilsyneladende fordelings-rum Vd.

Substans Dosis, mg/kg Cpl, mg/L Vd, L/kg

Evans blue 10,0 278 0,036

Inulin 10,0 50 0,20

Ethanol 10,0 19 0,52

Fructose 10,0 9 1,1

Quinacrin 10,0 0,62 16,2

Vd =D

Cplo

▲

Tid

▲ Cpl

. . .

0,1

1,0

10

Figur 2.12 Plasmakoncen-trationen afsat som funk-tion af tiden efter intrave-nøs injektion.

Fysiologisk modelMens den klassiske farmakokinetik (kompartmentmodellerne)har kunnet give rimelige svar på stoffers skæbne i organismen,er der med den øgede anvendelse af EDB skabt mulighed fordels at forfine denne kinetik ved at udvide antallet af kompart-menter, dels at opstille de såkaldte fysiologiske modeller. En fysi-ologisk model kan betragtes som en model, sammenbygget afen række én-kompartmentmodeller, hvert repræsenterende eteller flere organer. For hvert af disse organer skal man kendeorganets størrelse, blodgennemstrømningen, fordelingsforholdetorgan/blod og metaboliseringen i organet. Såfremt absorptionensker via lungerne, skal ventilation og blodgennemstrømning gen-nem lungerne også kendes. En række af sådanne parametre kanfindes i litteraturen, men er dette ikke tilfældet, må man selvfremskaffe dem ved fx in vitro undersøgelser. Fordelen ved denfysiologiske model er, at den kan 1) vise fordelingen af stof iorganerne til ethvert tidspunkt, 2) vise virkningen af fysiologiskeændringer, 3) vise virkningen ved komplicerede doseringer og 4)anvendes til ekstrapolation af de kinetiske forhold fra dyreforsøgtil mennesker med langt større sikkerhed end hidtil. At opstilleen fysiologisk model kræver imidlertid et solidt matematiskgrundlag, men det er i dag muligt at erhverve sådanne modellerkommercielt. I fig. 2.13 vises et eksempel på en fysiologiskmodel for et fedtopløseligt lægemiddel.

Faktorer med betydning for stoffers fordeling

VaskulariseringDet er velkendt, at blodgennemstrømningen varierer stærkt ikroppens forskellige organer. Hjerne og nyrer modtager såledeshhv 15 og 25% af minutvoluminet, mens fedtvæv kun modtager1-2%. Jo større del af minutvoluminet et organ modtager, jo hur-tigere indtræder en mulig toksisk effekt. Fænomenet kendes franarkomanernes “sus”. Et hurtigt intravenøst fix giver øjeblikkeligeffekt på hjernen.

Fedtholdigt vævJo mere lipofilt et stof er, jo større er fordelingsforholdetfedt/vand, og jo mere fedt et organ indeholder, jo højere kon-centrationer kan opnås med det pågældende stof. Nervesystemog fedtdepoter er eksempler på organer med et højt fedtindhold,hvor der kan opnås høje koncentrationer med et lipofilt stof.Koncentrationen af et lipofilt stof stiger hurtigt i nervesystemetpga den store gennemblødning, mens fedtvæv med ringe gen-

40 Toksikologiske grundprincipper og -begreber

nemblødning optager stoffet med væsentlig lavere hastighed. Dafedtvæv selv hos slanke mennesker udgør 15-20% af legemsvæg-ten og hos fede 50% eller mere, kan der oplagres betragteligemængder af et lipofilt stof i denne fedtfase. Ved kortvarige eks-poneringer vil denne fedtfase virke beskyttende, idet et lipofiltstof hurtigt vil overføres til fedtvævet fra andre organer. Tilgengæld vil længere tids eksponering medføre, at der opbyggeset stort depot af stof i fedtet. Efter eksponeringens ophør vil derderfor gå lang tid, før alt stof er elimineret. DDT, PCB og dioxiner eksempler på stoffer, der akkumuleres i store mængder i fedt-væv.

PlasmaproteinbindingMange stoffer bindes i større eller mindre grad til blodets protei-


Figur 2.13. Fysiologiskmodel for et metaboliser-bart stof.

▲

▲

▲

▲▲

▲▲

Blodbanen

▲

▲

▲

Hjerne

▲

▲

Galdegangen

▲ Nyre

▲

Muskler

▲▲

Øvrigt fordelingsrum

Metabolisering

Renal udskillelse

Intravenøs injektion

Tarm

▲▲ ▲Lever

42

ner, specielt til plasmaalbumin. Plasmaproteinbindingen kanvære meget høj, mere end 99% af det i plasma værende stof kanvære bundet til albumin.

Som tidligere nævnt, er det kun et stofs frie fraktion, der erbiologisk aktiv. Høj plasmaproteinbinding kan derfor specieltved kortvarig eksponering mindske den toksiske virkning ganskebetydeligt. På den anden side kan høj bindingsgrad få toksikolo-giske konsekvenser, hvis stoffet pludselig frigøres fra bindingen,fx i konkurrence med et andet stof, således at den ubundnefraktion stiger voldsomt. Det er velkendt, at lægemidler konkur-rerer indbyrdes eller med andre fremmedstoffer om bindingsste-derne.

KnoglevævKnoglevæv er et relativt inaktivt væv, men ikke desto mindrekan fremmedstoffer akkumuleres i knoglevævet. Det bedst kend-te eksempel er bly, men strontium og fluor er også stoffer, derkan aflejres i knoglevæv. Bly og fluor indlejres ved simpel ion-bytning med hhv calcium og phosphat, hvorved der dannestungt opløselige komplekser. Strontium indbygges i knoglematrixved at konkurrere med calcium. Knoglevævet kan indeholdestore mængder bly uden påviselige effekter, mens fluor og stron-tium giver anledning til toksiske reaktioner, fluorose (knogler ogtænder) og cancer.

Blod-hjerne barrierenCentralnervesystmet er afskærmet fra resten af organismen afblod-hjerne barrieren.

I en normal kapillærvæg er der spalter mellem de enkelteendotelceller, men disse spalter er lukkede i centralnervesyste-mets kapillærer, således at al stoftransport skal gå gennem endo-telcellerne og ikke mellem dem (fig. 2.14).


Figur 2.14. Blod-hjerne bar-rieren angivet skematisk.

Udfyldt spalteBlod

Åben spalteEkstracellulærvæsken

Endotel

Basalmembran

Glia

▲

▲


Medmindre et stof transporteres aktivt, er eneste mulighed diffu-sion. Derfor er det kun lipofile stoffer, der uden besvær trængerind i centralnervesystemet. Eksempler på stoffer, der passererblod-hjerne barrieren uhindret, er organiske opløsningsmidler,organisk kviksølv og PCB. Hos mennesket er blod-hjerne barrie-ren ufuldstændig ved fødslen.

PlacentaPlacenta udgør grænsefladen mellem moderorganisme og fosterog dermed den barriere, som nærings- og affaldsstoffer udveks-les over. Placenta er ikke den eneste adgang til fosteret, idetstoffer afgivet til fostervandet i livmoderen kan optages gennemfosterets totale overflade. Da passagen over placenta for de fle-ste fremmedstoffer er passiv transport, vil alle lipofile stoffer pas-sere over i fosteret fra moderen. Kviksølv, bly og alle organiskeopløsningsmidler inkl. alkohol er eksempler på stoffer, der over-føres til fosteret og kan beskadige dette. Selvom transportfor-men er passiv diffusion, er denne ret kompliceret, fordi der ind-går en række koncentrationsgradienter mellem moder- og foster-organisme:

◆ moder/foster (chorringradient)◆ moder/amnionvæske (chorion/amniongradient)◆ amnionvæske/foster (amniongradient)◆ arterio-venøs gradient hos moderen◆ arterie-venøs gradient hos foster◆ gradient over placenta.

Da placenta og foster besidder nogen metaboliseringsaktivitet,kan moder/foster gradienten kompliceres yderligere. Kviksølvsneurotoksiske effekt forstærkes af, at organisk kviksølv, der erlipofilt, let optages i fosterets nervesystem, hvor det så oxiderestil den uorganiske kviksølvion, der kun vanskeligt passerer bio-logiske membraner, men som er den egentlige neurotoksiskesubstans.

Luftarters og dampes fordelingHvor hurtigt der indtræder ligevægt i partialtrykkene mellem luft,blod og de forskellige organer, afhænger af stoffernes fordelings-forhold blod/luft og organer/blod samt blodgennemstrømningeni de enkelte organer. Således vil ligevægten mellem blod og hjer-ne indstille sig meget hurtigt pga den kraftige blodgennemstrøm-ning i hjernen, mens ligevægten trods stort fordelingforholdorgan/blod indstiller sig langsomt mellem blod og fedtvæv pga

44

den ringe blodgennemstrømning. Med ethylen, som både harlavt fordelingsforhold blod/luft og organer/blod, vil ligevægtstil-standen indtræde på mindre end en halv time, mens det vil tage42 dage med mineralsk terpentin, som både har stort fordelings-forhold blod/luft og organer/blod. Akutte forgiftninger med gas-ser vil imidlertid kunne opstå, længe før den endelige ligevægts-tilstand er nået. Ved bedøvelse med de moderne anæstesimidlervil bevidstløsheden typisk indtræde, allerede når 10% af lige-vægtstilstanden er nået.

EliminationFra det øjeblik et stof er absorberet i organismen, begyndereliminationsprocesserne. Eliminationen omfatter alle de pro-cesser, der fjerner stof fra organismen eller fjerner stoffetseffekt. Som nævnt under fordeling vil fordelingsprocessernekunne nedsætte den aktive koncentration på virkningsstedet såmeget, at effekten i praksis fjernes. Det siger sig selv, at denneeffekt kun finder sted ved en enkelt eller ganske få ekspone-ringer.

Den totale elimination af et fremmedstof er summen af følgen-de processer:

◆ enzymatisk omdannelse (biotransformation)◆ udskillelse via nyrerne (renal udskillelse)◆ udskillelse med galden (biliær udskillelse)◆ udskillelse i tarmen (fækal udskillelse)◆ udskillelse i lungerne (pulmonal udskillelse)◆ udskillelse i mælken◆ udskillelse via hud, hår, sved etc.

Hovedeliminationsprocesserne er, bortset fra gasser og dampe,biotransformation, biliær og renal udskillelse. I fig. 2.15 er frem-medstoffers elimination angivet skematisk.

BiotransformationFremmedstoffer, der optages i organismen, omdannes oftest vedenzymatiske reaktioner, og fænomenet kaldes biotransformation.Lever, nyrer, tarmepitel, lunger og hud er alle i stand til atomdanne fremmedstoffer, men der er både kvalitative og kvanti-tative forskelle mellem de enkelte organer.

Mikrosomale enzymsystemerLeveren er det kvantitativt vigtigste organ, og de enzymer, der



varetager hovedparten af omdannelsen, er lokaliseret til cellernesglatte endoplasmatiske retikulum (mikrosomer).

Biotransformationen i det mikrosomale enzymsystem øger prak-tisk taget altid vandopløseligheden af det omsatte stof, og dervedfremmes udskillelsen i nyrerne, der har vanskeligt ved at udskillefedtopløselige stoffer. Det mikrosomale enzymsystem er ved enumiddelbar betragtning uspecifikt, men systemet består af en langrække isoenzymer med forskellig substratspecificitet. Tidligerenavngav man de enkelte isoenzymer efter de reaktioner, de kata-lyserede, men i dag anvender man en genetisk nomenklatur. Detmikrosomale ethanol-oxiderende system (MEOS) hedder medden ny nomenklatur CYP 2E1, hvor CYP angiver, at der er taleom et cytochrom P-450 enzym, 2-tallet angiver isoenzymnumme-ret, E angiver subfamilie E og 1-tallet, at der kun er 1 gen. I dagkendes ca 25 isoenzymer, men tallet stiger stadig.

Figur 2.15. Oversigt overstoffers biotransformation.

▲ ▲

▲

▲

▲

▲

Fase I(aktivering/inaktivering)

oxidation, reduktion, hydrolyse

Fase II(inaktivering)

konjugation

ekstracellulær mobilisering

plasmacirkulation

biliær udskillelse renal udskillelse

Stærkt lipofilemetabolisk stabile lipofil polær

polær

hydrofil

hydrofil

Akkumulation i kropsfedt

Fremmedstoffer

46

Det er meget vigtigt at gøre opmærksom på, at biotransforma-tionen ikke nødvendigvis automatisk medfører en afgiftning, dametabolitterne i nogle er tilfælde mere toksiske end modersub-stansen. En lang række kræftfremkaldende stoffer skal førstmetaboliseres, før de bliver kræftfremkaldende.

Metaboliseringsreaktionerne inddeles i Fase I-reaktioner, hvorafhovedparten er oxidationer og ganske få reduktioner, og Fase II-reaktioner, hvor fremmedstoffet eller dettes metabolitter konjuge-res (kobles) med et fysiologisk stof. Fase II-reaktionerne med-fører praktisk taget altid en fuldstændig inaktivering af det på-gældende stof.

Fase I-reaktioner


Tabel 2.11. Vigtige fase I-reaktioner. Mikrosomal oxidation

1. Aromatisk hydroxylering. R� R� �OH

2. Alifatisk hydroxylering R�CH2�CH2�CH3 R�CH2�CHOH�CH3

H H H H

3. N, O, eller S-dealkylering R�(N,O,S)�CH3 R�(N,O,S)

H

O

4. Epoxiddannelse R�CH CH�R’ R�CH�CH�R’

S O

5. Desulfatering R1R2P�X R1R2P�X + S

O O

6. N-hydroxylering R�NH�C�CH3 R�NOH�C�CH3

Mikrosomal reduktion

1. Azoreduktion R�N N�R’ R�NH2 + H2N�R’

2. Nitroreduktion R� �NO2 R� �NH2

Anden oxidation

1. Alkoholoxidation R�CH2�OH R�CHO

2. Aldehydoxidation R�CHO R�COOH

Hydrolyse

1. Esterhydrolyse R�COO�R’ R�COOH + HOR’

2. Amidhydrolyse R�CONH�R’ R�COOH + H2N�R’

▲▲

▲▲

▲▲

▲▲

▲▲

▲▲


Cytochrom P450-systemetReaktionsforløbet af det oxidative cyt.P450-system er skitseret ifig. 2.16.

Reaktionen består af fem trin:

◆ Substratet SH bindes til det oxiderede enzymkompleks.◆ En elektron overføres til enzym-substrat komplekset, der der-

ved reduceres.◆ Enzym-substrat komplekset optager et iltmolekyle.◆ Enzym-substrat komplekset optager endnu en elektron, der

reducerer iltmolekylet til den reaktive superoxidanion.◆ Det aktiverede enzym-substrat kompleks spaltes nu til det oxi-

derede substrat SOH og til vand, og samtidig gendannes detoxiderede enzymkompleks.

Det er meget vigtigt at gøre sig klart, at ud over at indføre/fri-lægge grupper, der kan konjugeres i en efterfølgende Fase II-reaktion, kan Fase I-reaktionen som tidligere nævnt medføredannelsen af reaktive metabolitter, der i sig selv kan være ydersttoksiske. Visse bekæmpelsesmidler skal faktisk metaboliseres, førde virker. Thiophosphatestrene, hvortil parathion (bladan) hører,er i sig selv ret ugiftige, men oxideres de til oxoforbindelsen

Figur 2.16. Skematisk frem-stilling af den cyt.P450-afhængige oxidation affremmedstoffer.

NADH FP2 cyt b5 cyt.P450Fe2+

cyt.P450Fe2+ cyt.P450Fe3+

SH

SOH

SH SH

SH

H2O O2

E

O 2 ·

C

D

B A

NADPH FP1 cyt.P450Fe3+

8

8

8

8 8 8

▲

▲

▲

▲

▲

▲

▲▲

▲ ▲ ▲

48

(parathion til paraoxon), øges giftigheden betragteligt. Normaltanses bioaktiveringen for at være en uønsket effekt; flere afdisse reaktioner samt deres toksiske virkninger omtales senere iafsnittet.

Fase II-reaktioner

Fase II-reaktionerne medfører oftest fuldstændigt tab af den bio-logiske aktivitet og ændrer metabolittens fysisk-kemiske egenska-ber yderligere. Vandopløseligheden stiger, og konjugatet vil nor-malt være ioniseret ved fysiologisk pH, hvorved udskillelsengennem nyrerne øges.

Glucuronsyre-, sulfat- og glutathionkoblingen er de kvantitativtvigtigste Fase II-reaktioner, men glutathionkoblingen indtager ensærstilling, idet den kan fungere som “bagstopper”, hvis deandre systemers kapacitet overskrides.


Konjugator Substrat Eksempel

Glucuronidering �OH Alifatiske alkoholerPhenoler

Aktiveret glucuronsyre �COOH Alifatiske syrerAromatiske syrer

�NH2 Aromatiske aminerAmider

Sulfatering �OH Alifatiske alkoholerPhenoler

Aktiveret sulfat �NH2 Aromatiske aminer

Glycin �COOH Aromatiske syrer

Acetylering Alifatiske aminer

Aktiveret eddikesyre �NH2 Aromatiske aminerHydrazinerSulfonamider

Methylering N N-heterocykler

Aktiveret methyl �NH2 Alifatiske aminer�OH Phenoler

Mercaptursyresyntese Lipofile substanser, der indeholder et elektrofilt carbonatom (bl.a. mikrosomalt dannede

●

epoxider)

Glutathion �C�

Tabel 2.12. Vigtige fase II-reaktioner.


Faktorer med indflydelse på biotransformationenBiotransformationen er underlagt en række faktorer:

◆ artsvariation◆ etnisk/genetisk variation◆ fysiologiske faktorer◆ påvirkning fra ydre faktorer.

ArtsvariationDer kan være store forskelle fra art til art i et stofs metabolise-ringsmønster. Det er et fænomen, der især har betydning vedvurderingen af et stofs toksiske egenskaber, idet man ikke umid-delbart kan overføre resultaterne fra dyreforsøg til mennesket.Tabel 2.13 angiver phenols kobling til hhv glucuronsyre og sulfatfor en række forskellige dyrearter.

Etnisk/genetisk variationEtnisk/genetisk variation eller genetisk polymorfi er genstand forstigende opmærksomhed. Et kuriøst eksempel er forskellen ialkoholnedbrydningen hos hhv asiater og kaukasiere. Asiater haren “indbygget” antabusreaktion, hvis de indtager større mængderalkohol. Et andet eksempel er hastigheden, hvormed et individer i stand til at acetylere fremmedstoffer, man taler direkte om“slow acetylators” og “rapid acetylators”. Slow acetylators harstørre risiko for at få blærekræft, hvis de eksponeres for aromati-ske aminer, mens rapid acetylators har større risiko for at få tyk-tarmskræft, hvis de eksponeres for pyrolyseprodukter i kosten,fx stegeskorpe.

Hvis man afbilder antal personer i en population som funktionaf forholdet mellem lægemidlet isoniazid og dets acetylerings-produkt, fordeles individerne i to grupper (fig. 2.17); man siger,at populationen udviser bimodal fordeling.

Konjugation, % af total

Dyreart Glucuronid Sulfat

Kat 0 87

Menneske 23 71

Rotte 25 68

Kanin 46 45

Marsvin 78 17

Gris 100 0

Tabel 2.13. Phenols konju-gation med glucuronsyreog sulfat.

50

Fysiologiske faktorerFysiologiske faktorer er af større eller mindre betydning.Kønsforskelle kommer sjældent i betragtning, hvorimod alder,ernæringstilstand og sundhedsstatus kan spille en væsentlig rolle.

Det er en fastslået kendsgerning, at organismens metabolise-rings- og udskillelseskapacitet falder med alderen, helt op til50%.

Dårlig ernæringstilstand nedsætter mængden af mikrosomaltenzym, fordi enzymsystemet ikke indgår i opretholdelsen af vita-le funktioner.

Ydre faktorerVed ydre faktorer forstås i denne forbindelse påvirkninger fra detomgivende miljø. Der kan være tale om så forskellige påvirknin-ger som kemikalier på arbejdspladsen (opløsningsmidler), luft-båren forurening (polycykliske kulbrinter), stoffer i levnedsmid-


Figur 2.17. Genetisk polymorfi. Kurven angiver antal responderende individersom funktion af isoniazid plasmakoncentrationen.

▲

Isoniazid koncentrationen (mg/mL)

▲

Antal responderende individer

.3

.1

.0

.5

.7

.9

.11

0

25

20

15

10

5

.2

.4

.6

.8

.10

.12


ler og nydelsesmidler (additiver, stegemutagener, alkohol, to-baksrøg) samt lægemidler.

EnzyminduktionBelastes organismen gennem længere tid med ovennævnte stof-fer, induceres en lang række af de mikrosomale enzymer til atøge metaboliseringen ikke alene af det tilførte stof, men også afandre stoffer. Phenobarbital bruges eksperimentelt som induktor,og overforbrug af alkohol er en faktor, som skal tages i betragt-ning ved behandling med visse lægemidler. Dioxin, der dannesved lavtemperaturforbrænding, er en kraftig induktor, som ermistænkt for at inducere nedbrydningen af østrogen til en kræft-fremkaldende metabolit, der normalt kun dannes i ringe mæng-de. Enzyminduktionen indledes ved en reaktion mellem indukto-ren og et cellulært protein. Dette kompleks stimulerer kernensDNA til øget enzymsyntese.

EnzymhæmningEnzymhæmning er ikke så kompliceret, men mekanismen kanvære destruktion af enzymet, binding af enzymet eller substrat-konkurrence mellem substrat og hæmmer. Piperonylbutoxid eret velkendt eksempel på en enzymhæmmer, der bindes til enzy-met. Piperonylbutoxid anvendes i kombination med pesticidetpyrethrum, hvis nedbrydning hæmmes ved piperonylbutoxidsbinding til enzymet. Disulfiram (antabus) er et andet velkendteksempel på et stof, hvis effekt beror på hæmning af et enzym,her aldehyddehydrogenase.

Toksiske metaboliseringsreaktionerFase I-reaktionen kan give anledning til dannelse af reaktive ilt-forbindelser.

Hvis reaktionsforløbet af en eller anden grund afkobles vedreaktion D eller E (fig. 2.16), dannes hhv superoxid eller hydro-genperoxid:

Superoxid: Fe2+-O2-SH Fe3+-SH + O2-

Hydrogenperoxid: Fe2+-O2-SH Fe3+-O

-2-SH + 2H+ Fe3+-SH + H2O2

Normalt vil både superoxid og hydrogenperoxid inaktiveresenzymatisk, men hvis større mængder dannes, kan kapacitetenoverskrides. I så fald omdannes superoxid til hydrogenperoxid,der under medvirken af jern- eller kobberioner omdannes til detyderst reaktive hydroxylradikal:

▲▲ ▲

52

Hydroxylradikal:H2O2 + H+ + Fe2+ HO · + Fe3+ + H2O

Situationen betegnes oxidativt stress og medfører lipidperoxidati-on, DNA- og proteinskader. Oxidativt stress kan dermed føre tilsåvel umiddelbar celledød som udvikling af kræft.

Oxidativt stress kan også initieres ud fra de dannede metabo-litter. Flere stoffer vides at danne reaktive mellemtrin (interme-diære) under deres metabolisering. Som eksempler kan nævnesplantebekæmpelsesmidlet paraquat, tetrachlormethan, chloro-form, olieadditivet bromobenzen og lægemidlet paracetamol.De nævnte eksempler danner alle frie radikaler under deresmetabolisering. Paraquat overfører en elektron til ilt under dan-nelse af superoxid, tetrachlormethan overfører en elektron tilcellemembranens fedtsyrer under dannelse af lipidperoxider, ogbromobenzen og paracetamol omdannes til et radikal, der øde-lægger vævsproteiner. Alle reaktioner kan medføre alvorligevævsødelæggelser.

I situationer, hvor en Fase I-reaktion giver anledning til dan-nelse af reaktive metabolitter, eller ved oxidativt stress reagererglutathion med metabolitten eller med de reaktive iltmetabolitterog inaktiverer disse. Cellernes kapacitet for dannelse af glu-tathion er imidlertid begrænset, så høj aktivitet i Fase I-reaktio-nen, fx ved enzyminduktion eller ved oxidativt stress, kan med-føre mangel på glutathion. Paracetamols hepatotoksiske egenska-ber skyldes manglende inaktivering af en metabolit, der normaltbindes til glutathion (fig. 2.18).

Biliær udskillelseUdskillelse i galden er vigtig specielt for større ladede molekylerog for stoffer, der både er syrer og baser, og kan være den vig-tigste eliminationsvej for sådanne forbindelser. Helt præcist, hvil-ke egenskaber der bestemmer, om et stof udskilles i urinen ellermed galden, vides ikke, men molekylevægt og dyreart er to vig-tige faktorer. Tabel 2.13 og tabel 2.14 viser hhv dyrearts ogmolekylevægts indflydelse på udskillelsen.


Tabel 2.14. Molekylevægtog forholdet mellemudskillelse i urin og galde.

Substans Mol.vægt % i urin % i galde

Biphenyl 154 80 20

Monochlorbiphenyl 188 50 50

Dichlorbiphenyl 223 34 66

Pentachlorbiphenyl 326 11 89

Hexachlorbiphenyl 361 1 99

▲

53

Uds

toksikologi i arbejdsmiljï¿½et, bind i - norsk yrkeshygienisk ...title toksikologi i...

Documents