Detta är en tramsig sammanfattning av farmakologisk toxikologi till
© sideblow toxikologi Detta är en tramsig sammanfattning av farmakologisk toxikologi till stor del inspirerad av den fantastiska boken Pharmacological Toxicology. Som blivande farmacevt BÖR DU köpa den boken. Denna sammanfattning skrevs runt 2007 och innehåller fortfarande en del felaktigheter- har du uppdateringar? Maila [email protected]. Tack! Toxikologiska grundbegrepp 2 Begreppen dos och dosering 2 Toxicitet kan ta sig olika utryck 3 Dos-effekt & dos-respons 3 Lite mer om dos-responskurvor 4 De beryktade fyra stegen 4 ADME 5 Mekanismer bakom celldöd 5 Processer som leder till celldöd Toxicitet i luftvägarne En massa skumma fosterskador Fostersskadande läkemedel Enzymomania den goda sjukdommen Genotoxicitet Njurtoxicitet Många olika sorters mutationer Levern Kemisk carcinogenes Olika sätt att katigorisera carcinogener Bioaktivering Cyklofosfamid n shizz Finishing touches on bioaktivering De akuta förgiftningarna Behandlingsgången vid akut-tox Några verkningsmekanismer Äntligen regulatorisk toxikologi Indragna läkemedel Akut toxiska ämnen och antidoter Läkemedelsmetabolism Några olika sköna enzymer Den okristliga evolutionen Några endogent aktiva CYP’ar 6 7 8 9 10 11 12 12 13 14 14 15 15 16 16 16 17 18 19 19 20 20-21 21 22 TOXIKOLOGISKA grundbegrepp De tre gyllene lådor af toxicologia Beskrivande toxikologi identifierar och beskriver kemikaliers inneboende toxikologiska egenskaper = toxikologisk profil. Utförs av: INDUSTRIN Mekatistisk toxikologi identifierar och beskriver hur och varför toxikologiska effekter uppkommer. Utförs av: INDUSTRIN & ACADEMIA BEGREPPEN dos och dosering DOSERING (eng. dosage) kan uttryckas i exempelvis [mg/kg kroppsvikt/dag]. Alltså dos per tidsenhet. DOS (eng. dose) är ett centralt men multifacetterat begrepp. Kan uttryckas [mg/kg kroppsvikt] eller [mmol/kg kroppsvikt] Exponeringsnivå Halt av ett ämne i luft, dricksvatten, föda, läkemedel, jord etc. Intagen mängd Dos eller dosering Absorberad mängd Systemdos, intern dos eller halt i blod Vävnadsdos Halt i CNS, lever, njure, fettvävnad eller liknande. Måldos Biologiskt effektiv dos. Farmakologisk måldos är den dos som ger farmakoligisk effekt. Koncentrationen vid en specifik receptor. Måldosen avgörs av biotillgänglighet, ADME, individuella skillnader mm. Tillämpad toxikologi kallas även analytisk toxikologi. Använder samlad kunskap om kemikalier för att göra riskbedömningar, säkerhetsvärderingar och dylikt. Calle 7 år, Falun Bor i ett område där jorden som innehåller 1000 mg Pb/kg (exponeringsdos) Äter omkring 50 g jord/dag, som innehåller x mg Pb (intagen mängd) Dock påträffas inga förhöjda blyvärden i Calles blod (absorberad mängd) Utförs av: MYNDIGHETER -2- TOXICITET NÅGRA KURVOR SOM BESKRIVER kan ta sig olika utryck dos-effekt & dos-respons Skador i organ med hög förmåga till kompensatorisk cellproliferation är oftare reversibla (typ njure och lever). Medan de som inte har lika bra cellnybildningsförmåga ofta får irreversibla skador (typ CNS). Ärftligt betingad avvikande känslighet. TD 50 Omedelbar - Fördröjd Akuta effekter oftast direkt i samband med enstaka exponering. Sent uppträdande, ofta upprepade exponeringar under lång tid. Exempel: radon → 20-30 år → lungcancer . Hur stor effekt individen (djuret) uppvisar vid olika doser. Effekten kan exempelvis vara halten av något leverenzym. Skalan blir då exempelvis en koncentration eller procent av maximal effekt. X-axeln är ofta logaritmerad för att kunna inbegripa ett större dos-omfång. log dos [mg/kg] Dos - Respons Lokal - Systemisk Exempel på organ som drabbas av lokal toxicitet (beroende på administrationsform) är ögon, hud och mag-tarm-kanalen. Organ som drabbas av systemisk toxicitet är CNS, lever, njurar och blodbildande organ, mfl. En kombination av både lokal och systemisk effekt kan uppkomma när huden utsätts för stark syra. Frätskada (lokal) och elektrolytbalansen rubbas (systemisk), vilket kan leda till njurskada. Ormbett är ett annat exempel. Dos - Effekt respons Vissa toxiska effekter är per defi nition irreversibla, som död, cancer, mutagenes och miss-bildning. Idiosynkrasi antal människor Reversibel - Irreversibel effekt Toxicitet är ett mycket svårdefinierat begrepp. Att ens försöka definiera det skulle vara att spela rysk roulett med sin akademiska karriär En minoritet av befolkningen (siffrorna är påhittade) är extremt känsliga eller okänsliga p.g.a idiosynkrasi. Toleransutveckling Kan uppkomma om.. 1) mindre substans når kritisk receptor 2) vävnaden får ökad motståndskraft, exempelvis då metalltionin bildas för att komplexbinda Cd2+ log dos [mg/kg] Alltid dikotom skala - 1 eller 0, respons eller ingen respons. När dessa allt-eller-inget-data läggs ihop för en hel population framträder en sigmoid kurva (om ämnet har tröskelvärde). Responsen kan antingen vara naturligt dikotom - t.ex. leverförändringar eller inga förändringar. Men även kontinuerliga skalor kan omvandlas till dikotoma skalor genom att man sätter upp ett tröskelvärde. Exempelvis: när ALAT är > 1,0 = positiv respons, alla andra värden = negativ respons. Interaktioner mellan kemikalier Samtidig administrering av två kemikalier kan leda till.. 1) att kemikalierna interagerar direkt med varandra, vilket kan påverka kinetik eller metabolism. 2) att organismens respons påverkas om ämnena binder samma receptor. Kan ge en additiv, synergistisk, eller antagonistisk effekt. Tröskeldos finns. Gäller de flesta gifter -3- Tröskeldos saknas, ex. vissa genotoxiska carcinogener T.ex. syre, vatten LITE MER OM DE BERYKTADE dos-responskurvor fyra stegen vid utvärdering av toxikologiska verkningsmekanismer 1 delivery Från djurexperimentella (eller invitro) tox-tester kan man utläsa väldigt många värden. ADME. Involverar det toxiska ämnets toxikokinetik och metabolism. Molekylens biotillgänglighet har stor betydelse. TD50 Toxic Dose 50%. Den dos då halva populationen drabbas av en speciell toxicitet. ED50 Effective Dose 50%. Önskvärd farmakologisk effekt (finns ej för miljögifter o. dyl) TD50 för olika skador samt ungefärliga tröskeldoser för olika toxiska effekter. LD50 Lethal Dose 50%. Den dos då halva populationen dör. 2 interaktion med målmolekyl Kovalent bindning, reversibel receptorbindning eller inkorprering i endogena molekyler exempelvis. Den kovalenta bidningen är viktigast för kemikalieinduserad toxicitet. TI Terapeutiskt Index som kan defi nieras som LD50/ED50 NOAEL No Observed Adverse Effect Level, alltså den högsta dosen i experimentet 3 förändrad cellfunktion som inte gav observerbar tox. effekt jmf. kontrollgruppen Resultatet av en förändrad cellfunktion beror på vilken sorts förändring det handlar om. Det kan hända att cellen själv inte tar skada av förändringen utan exempelvis bara producerar mindre mängder av ett visst protein - men att denna minskning ändå är ödesdiger för organismen. Detsamma gäller om cell-cellsignaleringen förändras, exempelvis mella neuron. Dessa båda exempel kan vara svåra att upptäcka i in vitro-studier. LOAEL Lowest Observed Adverse Effect Level, alltså lägsta dosen som gav upphov till observerbar tox. effekt jmf. kontrollgruppen. MOS - Margin Of Safety, kan definieras som LD1/ED99 (vanligt inom LM-toxikologi) eller NOAEL/faktisk exponeringsnivå. 4 reparationsmekanismer Cellerna kan försvara sig mot angrepp på olika nivåer. Vävnadsnivå: apoptos eller ökad cellproliferation Cellulär nivå: regenerering av axoner vid t.ex. botulinumtox. Molekylär nivå: olika DNA-reparationsmekanismer -4- ADME Administration Distribution Metabolism Elimination + Kemiskfysikaliska egenskaper (små, oladdade, fettlösliga) + Koncentration vid kontaktstället + Kontaktställets yta och genomblödning + Distribution till målorgan + Aktiv intransport till målcell + Lipofilicitet + Bioaktivering till reaktiva metaboliter och ev. biprodukter + Återabsorption + Depåer i t.ex. fettvävnad + Elimination i bröstmjölk A D M E - Förstahandsmetabolism = elimination från det systemiska kretsloppet - Kemiskfysikaliska egenskaper (stora, laddade och/eller lipofoba) - Distribution till övriga vävnader - Bindning till plasmaproteiner - Barriärer (blod-hjärn-) MEKANISMER BAKOM celldöd Trots att mycket är olika mellan nekrotisk och apoptotisk celldöd, finns gemensamma drag som nedsatt mitokondriefunktion p.g.a ökad permeabilitet i mitokondriens innermembran förkortas MPT (membrane permeability transition). Flertalet kemikalier som dödar celler genom nekrotisk celldöd kan också framkalla apoptotisk celldöd. Nekrotisk celldöd Apoptotisk celldöd • Passiv process • Spricker (cellinnehåll frisätts i vävnaden) • Aktiv process • Cellen delas upp i små apoptoskroppar (cellinnehåll frisätts inte i vävnaden) • Immunförsvaret aktiveras inte Äfven känd som toxisk celldöd eller okontrollerad celldöd. Nekrosen är vanlig vid infektioner o.dyl. Primära metaboliska rubbningar leder till att underhållet i cellen försvagas och en ’bioenergetisk katastrof ’ i cellen leder till själva nekrosen. • Immunförsvaret aktiveras Eller programerad/kontrollerad celldöd. Apoptos är ett naturligtfenomen som är ett viktigt inslag i: 1) fosterutvecklingen 2) immunförsvar 3) tumörutvecklings-skydd Olika celltypers möjlighet att proliferera - Detoxifiering - Ökad hydrofilicitet - Eliminering via njurar, lever, lungor Om ett organ eller en vävnad lider stor skada vid celldöd, så är dess förmåga att återhämta sig beroenede av hur bra celltypen är på att proliferera. Ständig proliferation Som lätt kan börja dela sig Huden Slemhinnor (luftvägar, magetarmkanal) Benmärg Hepatocyter Parenkymala celler i njuren -5- Som ej delarpå sig (kan ej ersättas) Neuroner (CNS) Hjärtmuskelceller Äggceller När dör du? http://www.death-clock.org HUR TOXIKOLOGIN PÅVERKAS AV TRE OLIKA PROCESSER SOM leder till celldöd Brist på ATP ATP krävs för ett stort antal energikrävande funktioner i alla celler (exempelvis uttransport av Ca2+joner). Mitokondriegifter är ämnen som stör ATPsyntesen. De finns några olika typer av mitokondriegifter: • De som stör H+ tillförseln till Leffes grill1 • De som stör transporten av elektroner i Leffes grill1 • De som hämmar tillförsel av syre till cytokromoxidas • De som hämmar fosforyleringen av ADP • De som skadar mitokondriernas DNA Mer om dessa fem punkter finns att läsa i det gudomligt välgjorda kompendiet. Alla dessa fem leder till ökade nivåer av AMP, ADP och metaboliter, sam minskade nivåer ATP. 1 Brist på ATP 2 Förhöjd i.c. Ca2+konc under lång tid 3 Överproduktion reaktivt syre eller kväve (ROS; RNS) Förhöjd intracellulär Ca2+koncentration under lång tid Kemikalieinduceard ökning av ROS & RNS Kalciumkoncentrationen i blod är låg men i cellerna är den sjuuuukt låg. Att den behålls sjuuuuukt låg är viktigt då många proteiner och proteinfunktioner styrs av tillgången på Ca2+. Eftersom [Ca2+]ic är så viktig finns en kontrollaparatur i cellen som håller koncentrationen under uppsyn. Men toxiska ämnen kan störa detta kontrollsystem genom att öka Ca2+flödet in i cytoplasman eller genom att hämma utflödet, vilket medför att kalciumkoncentationen skjuter i höjden. Konsekvenser: membranskador, celldöd, istid. NADPH + H+ Ca Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ 2+ Ca2+ Citroncyracykelns enzymer inhiberas. Ca2+ Ca Ca2+ Ca2+ 2+ Ca Ca2+ Leffes grill1 inhiberas Ca2+ 2 Syrebrist (hypoxi) Ca Mitokondrierna skadas eller inhiberas ATP celldöd 2+ Ca Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ 2+ Ca2+ O 2+ Ca Ca2+ Transporter för att hålla stabil kalciumkoncentration i.c. 2+ Ca2+ NAD+ O2 aktiv molekyl som utövar toxisk effekt cytokrom 450reduktas doxorubicinradikal O2 aktiv molekyl som utövar toxisk effekt Vad avgör om det blir apoptos eller nekros? MPT ATP-produktion glykolys nedbrytande processer Om det finns ATP kan cellen ”välja” att begå apoptos. Alla mitokondrier Har fenomenet MPT nekrotisk celldöd Inte alla mitokondrier omfattas av MPT apoptotisk celldöd Fåtal mitokondrier omfattas av MPT livet går vidare ATP-syntaset inhiberas Olika orsaker till ATP-brist 1) Leffes grill kallas ibland även elektrontransportkedjan. doxorubicin -6- Överproduktion av ROS / RNS Även i normalfallet bildas ROS (reaktiva syre metaboliter/”fria radikaler”) men cellerna har ett väl fungerande system för att oskadliggöra ROS (SuperOxidDismutas, GSH, katalas mfl.) När försvarssystemet hindras eller uppkomsten av ROS är för stor för att kunna hanteras, oxideras fettsyror, proteiner och DNA. Eftersom organellers och cellers membran bestpår av lipider leder lipidperoxidation - om den får på gå länge - till att dessa delar eller hela celler kolapsar. Friska alveoler Astma 168 TOXICITET I Luftpassage hindras reversibelt genom att bronkmuskulaturen kontraheras, bronkslemhinnan svulnar och ett segt slem produceras. luftvägarne Emfysem bakterier svampsporer (tobaks)rök (damm)partiklar läkemedel gaser mangan NH3, SO2, Cl2 och andra gaser större partiklar (>10μm) Gradvis förstörelse av alveolväggen + Minskat antal elastiska fibrer = förstorade alveoler. I en frisk lunga omges alveoler och luftvägar av ett nätverk av elastiska fibrer som hjälper till att bibehålla alveolernas form och elasticitet, samt gör det lättare för personen att andas in och ut. Vid KOL frigörs Emfysem-alveoler proteiner som bryter ner dessa elastiska fibrer vilket dels resulterar i att alveolerna kolapsar ihop till större alveolhåligheter och dels att andningen försvåras på grund av ’stelhet’ i lungan. Cancer-alveoler Lungcancer Lungcancer är den vanligaste cancerrelaterade dödsorsaken i västvärlden. I Sverige registreras årligen knappt 3 000 nya fall av lungcancer, av vilka 90 procent avlider inom 5 år. Bäst prognos har patienter som opereras, men dessa utgör <20 procent av fallen. Även bland opererade patienter är recidivfrekvensen hög, och 5-årsöverlevnaden är ca 40 procent. olösliga ämnen små partiklar, ner till nano flimmerhår GI-trakten slemlager Försvarsmekanismer krökt luftväg cilier makrofager slem, hostreflex (viss metabolism) lättlösliga ämnen Småcellig lungcancer Massor med små och tätt packade cancerceller som snabbt sprider sig utanför själva lungan. Icke-småcellig lungcancer Adenokarcinom växer från körtlar i lugornas slemhinna. Skivepitelcancer – börjar växa i bronkerna och bildas i skivepitelet blodet Pulmonell fibros the system Pulmonell fibros uppkommer då alveoler och interstitium fylls av bindväv. Makrofager reagerar på vissa irritanter genom att frisätta tillväxtfaktorer och cytokiner som får fiberoblaster att börja dela sig. Detta medför vanligen till ickeproduktiv hosta och/eller andfåddhet. Lungan blir stel. direkt till målorgan Fibrotiska alveoler ingen förstapassagemetabolism ARDS Acute respiratory distress syndrome Omfattande skador på alveolernas epitel leder till ökad permeabilitet och inflöde av vätska till alveolerna. Överflödet av vätska kan leda till hindrat lymfdränage och inaktiverad surfaktant. Detta kan i sin tur medföra hindrat gasutbyte och livshotande syrebrist. ARDS / ALI pulmonell fibros fosfolipidos KOL 2 hosta 4 28 69 135 ARDS-alveoler Fosfolipidos 168 Störning i fosfolipidmetabolismen orsakar en abnormol fördelning av lipider i makrofager och alveoler. Antal läkemedel som är kända för att orsaka olika luftvägstoxicitet. -7- EN MASSA SKUMMA fosterskador Viktiga skäl att studera fosterskador Missbildningar leder till spontanaborter Missbildningar förekommer i mer än hälften av alla konceptioner. De flesta leder till spontana aborter väldigt tidigt i fosterstadiet kvinnan är inte ens medveten om graviditeten. Vad ger missbildning? Genetiska anlag Kromosomrubbningar i ägg-/spermiecellen Infektioner Bristsjukdom Läkemedel Vad ska vi kunna? Varför känsligheten gentemot embryotoxiska teratogena ämnen varierar under graviteten. Prekliniska säkerhetsvärderingar (se FASS) Mekanismer vävnadsnivå och cellulär nivå som kan ge upphov till fosterskador. Några kända fosterskadade ämnen (alkohol, tobaksrökning, antiepileptika, retinoider mm.) FASS gruppering av läkemedel A – inga missbildningar under lång tids prövning B – ger fosterskador på djur C – har reversibel farmakologisk effekt på foster (andningsdepression mm.) D – ger fosterskador (15-tal läkemedel) Målorgan o målceller hos kvinna/man rörande reproduktionstoxicitet (kursivt) Reproduktionstoxicitet Män och kvinnor Utvecklings tox (developemental tox) Bild 31.1 från hand out Skadade könsceller under fosterstadiet (bildas utanför fostret vandrar sedan in i fostret). Mutationer i dessa får konsekvenser på gametbildningen i den blivande individen. • Betydelse av bristtillstånd ( folsyra, zink, jod – struma, hjärnskador) • Kemisk exponering större problem för fostret än vad vi tror? Alkohol, rökning… bokstavssjukdommar. • Kliniska problem: sjuk kvinna som blir gravid (diabetiker, epilepsi etc.), gravid kvinna som blir sjuk (ex. infektion) Av DAMP-kids i Götet hade 36% rökande morsor, medan 16% i kontrollgrupp (ickerök.) hade DAMP. Endpoints slutresultat av fl era händelser • Spermakvalitet, i västvärlden minskar sädkvalitén pga. okänd anledning • Fertilitet, time to fi rst pregnancy används som mått vid tox.studier för olika substanser. • Spontanaborter, ex. arbetsmiljöexponeringar • Missbildningar, missbildningsregister • Låg födelsevikt, koppling t fosterskador • Prematuritet, • Perinatal dödlighet, plötslig spädbarnsdöd (infant death), minskat pga. barn sover på rygg mer och mer. Rökning ökar risken för p.d. • Transplacentär cancer • Reproduktiv kapacitet hos avkomma, Fostereffekter av rökning • Halverad chans till befruktning (pga. att blastocysten utsätts för toxiska ämen?) • Risk för utomkvedshavandeskap = blastocysten implanteras i äggledaren • För tidig födsel • Låg födelsevikt • Låååååång lista. En rökande kvinna förlorar fl er ägg än en ickerökande, pga apoptos av äggcellerna tidigare klimakterie. -8- Fosterutveckling Under den allra första delen av fosterutvecklingen delas cellerna upp sig i tre cellskikt: Ektoderm CNS Hud Mesoderm Ben Brosk Bindväv Buskler Edoderm Epitel i andningsvägar, tarmepitel Neuralrörets vikning kan liknas vid ett papper som viks och bildar ett rör. Efter 4 veckor fi nns fortfarande en öppning framtill och baktill neuroröret = främre och bakre neuroporen. Om dessa inte sluts kan man få en avsaknad av hjärna. Om den bakre neuroporen inte sluts ryggmärgsbrock Äggcellen har RNA med sig från modern, som snabbt degraderas. Olika sorters mRNA bildas av olika celler i fostret olika cellfunktioner. Under embryonalutveckligen är samstämmighet/kordination mellan olika celler väldigt viktig. Rubbningar i denna SYMFONI leder till ovärdiga människor (typ CarlPhilip). MÅNGA FINA fostersskadande läkemedel Retinoider Vitamin A-liknande Anti-acneläkemedel. Kvinnan måste sluta med lm. 2 år innan hon skaffar barn. Vitamin A från kött/mjölk, omvandlas till all-transvitaminA-syra (vitamin A-syra), via olika aldehyder. Symtom Platt ansikte, liten haka, underutvecklat öra (avsaknat i extremfall), grava hjärnskador, assymetri i ansikte. Brist eller för stor förekomst av vitamin A. Mödrar som får vitamin A ombildas till vitamin A-syra fostret får för höga doser vitamin A-syra missbildningar. Embryto bildar vitamin A-syra i bakre delen av hjärnan, och bryter ner den i framhjärnan. Detta leder till en gradient i bakhjärnan. Halten vitamin A-syra bestämmer cellsegmentens öde / funktion. Orsak Nervlistceller finns i fosterutveckligen . Bildar delar av ansiktet i normalfallet. Första gälbågen bildar under och överkäke. Örat bildas mellan första och andra gälbågen. För lite celler i detta område leder till att ytterörat inte kan bildas avsaknad av öra. Tymus bildas av nervlistceller. Bakhjärnan består av 7-8 olika segment som skickar ut innerverande nervanor till ansiktet (röstapparat, spottkörtlar, ansiktsmuskler mm) – kranialnerver. Homeoboxgenergener (hox-gener) Har vitamin-A-syrareceptorer på sig. Styr bildning av olika organ/ nerver. För höga tillförda doser vitamin A-syra missbildningar/felaktig tillväxt Alkohol 1. tillväxthämning 2. utvecklingshämning 3. ansiktsmissbildningar Symtom Minskad hjärna, kort näsa, mycket tunnöverläpp, epikan tusveck (ögonen), platt mellanansikte På det gyllene 1970-talet upptäcktes detta. Under denna tid gick folk i allmänhet över till vettigare droger. Hydatoin Symtom Läpp-gomspalt, korta fingrar, snedöghet, minskad hjärnvolym=mikrocefali, epikantusveck Orsak Teori 1: epoxidbildning epoxiderna är vävnadsskadande pga sin reaktivitet Epoxidhydraktas gör att epoxiden återbildas till hydroxidgrupp O Trimetadion Symtom Kort nacke, V-formade ögonbryn, kort haka, mm. Valproinsyra Symtom Ryggmärgsbrock, ansiktsmissbildningar Orsak V. hämmar slutning av nervröret under den 4:e veckan. V. hämmar enzymet histonacetylas (HDAC) som deacetylerar histoner. När histonerna förblir acetylerade är DNAkedjan ”mer öppen” och transkriptionsfaktorer kan binda in lättare. Detta gör att transkriptionsaktiviteten i cellen störs/förändras. Warafarin Orsak Svåra blödningar kan drabba fostret, vilket kan resultera i hjärnskador. Kondrodcytropi kan även inträffa. reaktiv epoxid -9- Talodimid Misoprostol Talidomid användes mot graviditetsillamående på1960-talet. Nu får det endast skrivas ut mot myelom hos personer >65år. Symtom Korta armar/ben. Orsak Fiberoblast Groth Factor påverkas? Integriner? Ett 40-tal teorier finns. Talidomid finns även i R-form, som teoretiskt inte skulle ge dessa skador MEN racemat kommer bildas i blodet, även om bara R-formen tillförs. En prostaglandinagonist som används för att inducera abort (i superkristna länder). Fostren kan ’överleva’ abortförsöket men får då ofta missbildade leder. ACE-hämmare ACE-hämmare kan gå över placentan och sänker bt hos fostret. Detta innebär att njurar underutvecklas, liksom lungorna. Symtom Anuri, hjärnan har inget skyddande brosk eller hudlager. Östrogener Vid stora mängder östradiol, kan fostret få ökad risk för vaginalcancer. Dessa barn föds även för tidigt pga. annorlunda form på livmodern. Pojkfoster kan få cystor i bitestiklarna. Hormonstörande ämnen DDT, PCB har en östrogen effekt, men svag sådan Testikelcancer är 5 ggr vanligare idag än för 100 år sedan, vilket inte kan förklaras. Förmodligen multifaktoriell förklaring. Ftalat som används som mjukgörare i plast, kan vara hormonstörande enl. amerikanska studier. ENZYMOMANIA den goda sjukdommen Flavin-beroende MonoOxygenaser (FMO) Cirka fem olika isoenzymer. Har ingen hemgrupp, men en fl avingrupp (FAD). Sätter in syre i substratet. FMO1: njure, hud FMO2: lunga FMO3: lever FMO4: FMO5: lever I fosterstadiet, uttrycks de olika varianterna av FMO i andra organ. Polymorfism finns, vissa saknar FMOerna. Alkoholdehydrogenas Alkohol Aldehyd Alkoholdehydrogenas använder NAD+ som kofaktor. Zn-innehållande enzym. 20 olika isoenzymer fi nns uttryckta. Vissa fi nns i magsäck och ögats kornea. Levern uttrycker alla. Enzymerna finns i cytosolen. Klass I metaboliserar etanol Klass II oxiderar andra alkoholer Klass III -”Klass IV fi nns i magsäcken. etanol Klass V nyligen upptäckt Flera lm har alkoholgrupper på sig och är därmed substrat för dessa fem. Aldehyden är giftig/toxisk. Därför fi nns aldehydehydrogenas. Aldehyd Karboxylsyra Aldehyd av etanol ger baksmälla. Aldehyddehydrogenaser CYP450-enzymerne Cytosol & mitokondrier NAD+ (NADP+) är kofaktor Klass I Klass II Finns i mitokondrier En mycket stor och viktig enzymgrupp för både läkemedel och andra gifter. Bidrar både till metabolisering, detoxifiering och bioaktivering av ämnen. Disulfiram hämmar aldehyddehydrogenaset. CYP-ar inblandade i ..exogen omvandling visar bred substratspecifi tet. Svält, diabetes och andra fysiologiska tillstånd påverkar inte CYP450-enzymerna så mycket. ..endogen omvandling har en absolut (1 subs.) eller smal (fåtal substrat) specificitet. I levern är 77% exogent omvandlande och 23% endogent omvandlande. Aldehyddehydrogenaser Cytosol & mitokondrier NAD+ (NADP+) är kofaktor Klass I Klass II Finns i mitokondrier Disulfiram hämmar aldehyddehydrogenaset. CYP450’s endogena roller Oxidaser Ska ej förväxlas med CYP450-enzymerna som är monooxygenaser. Här används syre för att ta emot elektroner under oxidationen. Överför elektroner från substrat O2 som bildar =O2Oxiderar fettaldehyder till karboxylsyror Xantinoxidas Oxiderar xantin till urinsyra (men ox. inte läkemedel) MonoAminoOxidas (MAO) 1) Viktig för att inaktivera neurotransmittorer 2) Viktig för deaminering av aminer Könsdiffrentiering (könshormoner & steroider) Ca2+ koncentration i serum – kontrolleras av hormonet/vitaminen vitamin D, som är helt beroende av P450. Vid urkalkning av skelettet är P450 inblandat. Hemmar och gynnar blodkoagulationen. Glukoneogenes P450 måste ha syre närvarande. CYP 1-3: främst exogena ämnen (läkemedel, gifter mm) CYP 4-5, 8: främst fetter som substrat CYP 7,9-51: främst steroider (kolesterolderivat) CYP 51: gör kolesterol som utgör ett så pass viktigt förstadie till steroiderna att dess blotta närvaro borde slå vilken farmacie studerande som helst med HÄPNAD. Väl konserverad genetiskt. - 10 - I den sexkantiga levercellen Ett sätt att för cellen att göra sig av med kolesterol genom att göra om dem till gallsyra, genom flera CYP 450-enzymstyrda reaktioner. Reaktionen går från organell till organell Vitamin D V. D syntesen går genom olika organeller En aktivering sker i levern (CYP 27A), och en sker i njurarna (CYP 27B). Uppreglerar Ca2+ nivåerna i blodet (från skelettet eller ökat upptag från födan). Vid rätt mängd Ca2+ i blodet måste Vit D syntesen stoppa CYP 24 inaktiverar VD3. CYP 27B och 24 kan aldrig vara samtidigt aktiverade. Fler endogent aktiva CYP’ar P450 grupp 8 deltar i omvandling av fetter CYP5A1 deltar i blodkoagulationen genom att syntetisera tromboxaner. CYP8A1 sitter i kärlväggarna och är involverad i prostaglandinsyntes. CYP11A är nödvändig för progestersonbildning ( för vidareutveckling estradiol, kortisol, testosteron) CYP4A stimuleras (lixom 2E) av svält och diabetes. Gynnar därmed snabbare nedbrytning av fettsyror. CYP2E har förmåga att omvandla ketonkroppar till glukos i extrema situationer. DEN EFVIGA TRENDEN genotoxicitet Varför i helvete är gentox så jävla viktigt? 1. Viktig toxikologisk end-point i sig (end-point ≈ effekt ) Cancer Ärftliga sjd Fosterskador o missbildningar 2. Genotoxiska ämnen kan sakna tröskeldos och alltså vara farliga vid vilken dos som helst. 3. Genetiska förändringar används allt oftare som biomarkörer i epidemiologiska studier. Som tidiga sjukdomsmarkörer eller som biologiska exponeringsmarkörer. En av de tidigaste toxiska effekter som undersöks i preklinisk lm-prövning är gen-tox. Snabbt, enkelt och billigt samt kräver liten mängd substans. Därför finns >200 korttidstester för att påvisa gentox hos ett ämne. (På denna kurs är 2 upptagna: Ames & HPCDNArepairtest) inget händer HPC/DNA-reparationstest direkt effekt En standardmetod för att mäta hur aktivt cellens reparationsmekanism blir när en viss kemikalie introduceras. genotoxiskt ämne eller fungerar DNA-förändring bioaktivering HPC = hepatocyt-primär cultur Negativ kontroll = vehikel Positiv kontroll = ex. cyklofosfoamid Tymin (unikt för DNA) märks med 3H. Cellerna får inte genomgå proliferation då uppstår risken att man mäter replikation istället för DNA-reparation. Detta åstadkoms (troligen) med kemikalier Ames test 3 personer End-points 1 Lever från inducerad råtta el likn. 1 negativkontroll 2 positiva kontroller (en direktverkande mutagen och en mutagen och en bioaktiverad) 1 handfull salmonellabakterier (finns på ICA Väst) 1 testsubstans i tre koncentrationer Direktinteraktion med DNA alkylering av DNA, DNA-addukter Primär DNA-skada AP-siter, korsbindningar DNA eller protein, dimerer mfl. Genmutationer basparssubstitution, ramskifte Strukturella kromosomförändringar chromatoid/chromosome breakage, translokation från Genotoxicitet 16/5-07 - 11 - Resultatet visar om testsubstansen är mutagen i närvaro/frånvaro av bioaktiverande CYPenzymer. Metoden är vanlig, men man måste ta ställning till dess relevans för människa DNA-reparation fungerar int bestående effekt DE MÅNGA LJUVLIGA ETT OCH ANNAT OM olika sorters mutationer njurtoxicitet Hur uppstår njurtox? Membran. ROS (reparationsmekanismer) antioxidanter membran-integretet och permeabilitet. Membranceller dör eller skadas vilket medför att gränsen mellan blod- och urinsidan suddas ut och primärurin blandas med blodet njursvikt. Celler som dör i proximala tubuli extraheras genom urinen och blockerar då genomflödet. När detta händer samtidigt i många nefron sjunker GFR. Var uppstår njurtox? Framförallt i proximala tubuli. Både membran i njuren och mitokondrier kan påverkas. När mitokondrier förstörs eller hindras från att producera ATP får cellerna snabbt brist på denna energiråvara som är extra viktig för cellerna i proximala tubuli som utför många energikrävande processer. Konsekvensen blir celldöd. Vilka läkemedel orsakar njurtoxicitet? Över 300 kända njurtoxiska sibstanser. Metotrexat, cisplatin, paracetamol, NSAID, omeprazol och ciklosporin är bara några - listan kan göras lång. Cisplatin som är ett cytostatikum är njurtoxiskt på flera olika sätt samtidigt (genotoxisk stress och oxidativ stress). NSAID S1 S2 Proximala tubuli S3 Fyra viktiga sätt som mutationer kan uppkomma på 1 Primär DNA-skada, oreparerad vid 2 3 4 celldelning. Felaktig DNA-replikation. DNApolymeraset attackeras Obalans i prekursorpoolen. Felaktig celldelningsprocedur Primär DNA-skada Kan både ha tröskeldos (paracetamol mfl ) eller sakna (alfastrålning). Synonymt med premutagena förändringar, inaktiveradnde DNA-förändringar a) strukturella DNA-basförändringar • Alkylering • Kovalent bindning mellan elektrofil och DNA-bas (nukleofilt site) • Dimerbildning • Basbortfall b) intekalering ex. doxorubicin = adriamyci - 12 - c) crosslinking DNA-DNA (ex. cyklofosfoamid) eller protein-DNA (ex. formaldehyd) d) DNA-strängbrott Single strand break Uppkommer äv naturligt (vid DNAreplikation et. al) Double strand break Typ lite allvarligare. Ex. joniserande strålning, H2O2 DNA-addukter Reaktionsprodukt mellan DNA-bas och reaktivt ämne. Lågmolekylära addukter - metylerat DNA Högmolekylära (bulky) T.ex. B(a)diolepoxidDNA Naturligt förekommande (endogena) eller exogena t.ex. bens(a)pyren Mutationer på molekylnivå punktmut. genmut. blockmut. små stora bitar THE HOME OF THE CYP’S levern ASAT/ALAT ALP och GGT Senare visas förhöj bilirubinnivå vilket visas som gulsot Kemikalieinducerade leverskador Leverns funktioner innefattar: metabolism, metabolism, metabolism, detoxifiering (=metabolism), immunologi, lagring, koagulering, gallysreproduktion, glukoskontroll, viss proteinsyntes. Levern har en ohelig förmåga att återhämta sig. Celldöd (akut) Nekros - celläckage. Kan t.ex. vara cetrolobulär dvs drabbar området kring centralvenen Apoptos - kan även sluta i nekros. Proteaser (kaspaser) sönderdelar cellen. centralven 3 2 1 portaområde portaven galla leverartär Centrilobulära regionen - zon 3 (O2) Midzonala - zon 2 Periportala delen - zon 1 (CYP) Hepatit (kronisk) Inflammatorisk. Kan bero på 1) nekros av hepatocyter som leder till inflöde av inflammerade celler eller 2) en attack från T-celler. Fibros cirros (kronisk) Skadade hepatocyter ersätts med bindväv. En cirros (skrumplever) är en större fi bros. Cirros kan ge upphov till andra komplikationer. Viktiga cellstrukturer Hepatocyter (tight junctions) Sinusoider – kapilärer med hög genomsläpplighet (albumin kan ta sig igenom) Kupferceller - fagatocyterande makrofager Leversvikt Omkring 25% av l.sviktfallen orsakas av lm. 80-90% av leverns funktion är förstörd. Leder till gulsot, amoniak, koagulationsfaktorer Leverns metabolism av alla möjliga ämnen kan båda leda till detoxifiering och bioaktivering som i dessa exempel. Förutsägbarhet Leverförfettning/steatos (kronisk) Triglycerider lagras i vesiklar och kan inte transporteras ut ur levercellen. Ofta reversibelt. Gallstas / kolestas (akut eller kronisk) Försämrad produktion av galla eller gallflöde. Detox och bioaktivering Vissa levertoxiska ämnen är levertoxiska för alla människor (och vanligtvis även försöksdjur) s.k. intrinsic toxicity. Dessa är dosberoende och skadan sker oftast inom 24-48 timmar efter exponering. Vanligtvis upptäcks och stoppas dessa redan i prekliniska eller kliniska studier. Men det finns även en grupp som är oförutsägbara, som orsakar olika toxicitet hos olika individer baserat på genetik, överkänslighet och andra faktorer. De är inte dosberoende, går sällan att reproducera i djurförsök och inträffar med så låg incidens att de riskerar att inte upptäckas i kliniska studier. Flera läkedmedel som dragits tillbaka pga. levertox har haft biverkningsfrekvens på <1 per 10.000, vilket kräver studiepopulationer på >30.000 för att hittas. Alla drabbas Paracetamol, furosemid, kloroform, koltetraklorid, mfl. Dosberoende, ses även försöksdjur, hög incidens. Jämför med typ A-biverkningar. Idiosynkratiskt Sulfonamider, isoniazid, cinkofen, statiner, mfl Ej dosberoende, ses ej i djurstudier, låg incidens. Jämför med typ B-biverkningar. - 13 - O detox Funktion Indelning av leverlobuli Cancer (kronisk) Ganska ovanligt. Tumörerna kan växa i hepatocyterna, sinusiderna eller i gallgången Detektion av leverskador O CYP OH Alfa-thujone nervtoxisk 7-OH-alfa-thujone mindre toxisk ..alfa-thujone som är den komponent i absint som förmodas bidra både till dryckens halucinogena farmakologi samt toxicitet. I försök med mus har CYP-enzymer som hittas i muslever, visats metabolisera [detoxifiera] ämnet till en mindre toxisk metabolit. CH3 CH3 bioaktivering Levertoxikologi är viktigt att hålla koll på eftersom * levern är ett otroligt viktigt organ * levertox har varit den vanligaste orsaken till att godkända läkemedel dragits tillbaka de senaste 50 åren * levertox ofta går att upptäcka med labvärden HN O N O CYP OH paracetamol OH NAPQI levertoxiskt Vid normala doser konjugeras med hjälp av transferaser, men vid högre (över-)doser mättas de enzymsystemet och CYP-ensymer metaboliserar [bioaktiverar] till den reaktiva dipolen NAPQI. KEMISK OLIKA SÄTT ATT carcinogenes Cancer definieras inom tox. substans som ökar antalet svulster/tumörer. Ex. leukemi (bensen ger ökad risk att insjukna i leukemi). Flerstegsprocess = frisk cell manifest cancer Åldersrelaterade (OBS! Risken är inte alltid som störst för äldre – barnleukemi, testiscancer) Toxikologer kan slarvig säga ”cancerframkallande” även om ämnen som framkallar benigna melanom. Vad leder till cancer? Individrelaterade faktorer Arv/genetisk profil (bröstcancer) Metabolism (bioaktivering / detoxifiering) Ålder / kön Hormonbalans Immunologiska faktorer Livstils- och kulturella faktorer Kost, rökning, stress, alkoholintag (otippat) och sex med flera. Miljöfaktorer Kemiskalier (toxikologens jaktmark) Fysikaliska miljöfaktorer UV-strålning Joniserande strålning: α, β, γ Biologiska faktorer Virus (papilloma, hepatit mfl ) katigorisera carcinogener Tumöromvandling En flerstegsprocess Första sättet att kategorisera carsinogener Ett tredje sätt att klassificera carcinogener utifrån metabolismens betydelse 1) Direkt verkande modersubstans ultimate carcinogen 2) Indirekt (via metabolit) kräver metabolisk bioaktivering Procarcinogener, pre carcinogen Toxikologens view Normal cell initiering, promotion, progression malign tumör 1) Kompletta carcinogener Påverkar samtliga steg Låga doser: initiering Höga doser: Promotion & progression Ex. bens(a)pyren, cyklofosfamid 2) Initiator Finns inte i verkligheten 3) Promotor De fl esta icke-genotoxiska carcinogener. Har tröskeldos Ex. dietylstilbestrol (DES) = ett syntetiskt östrogen som gjorde att barn vars mammor fått subst. fi ck vaginalcancer i puberteten 4) Progressor Påverkar bara tredje steget Ex. Vassa fi brer & mineraler Blå krokidolit (blå asbest) Normal cell tumörsuppressorgen muteras (exempelvis P53 sin påslagen i vanliga fall) i exemplet stängs genen av någon effekt typ att apoptosfunktionen stängs av normal cell protoonkogen muteras till onkogen myc, ras är exempel på protoonkogener Steg 1 Frisk cell initieras. Första kritiska mutationen. Kan exempelvis drabba en tumörsuppressor-gen. Irreversibelt steg. Kan förvärvas eller nedärvas. Den förvärvade mutationen kan ske spontant eller inducerat genom någon exponering. Steg 2 Promotion Ofta viktigt steg, men inte alltid nödvändigt. En klon av den initierade cellen. Även här är patienten kliniskt frisk. REVERSIBELT steg. Gäller rökning mm. Har inget med mutationer att göra. Exempelvis ökat eller minskat genuttryck. Steg 3 Progression Patienten får diagnosen cancer. Denna process är irreversibel. Komplicerade genetiska förändringar (mutationer). Instabil karyotyp: Tillväxtkontroll helt förlorad Alternativ indelning av carcinogener 1) Genotoxiska Anses sakna tröskeldos 2) Icke genotoxika = epigenetiska Anses ha tröskeldos De icke genotoxiska carcinogena promotorerna ger inflamationer, selektiv celltillväxt och påverkar biotransformationen. Cytotoxiska ämnen framkallar en kompensatorisk celldelning efter skadan i vissa organ Ökad endonukleasaktivitet DNA-fragmentering. Tillväxtfaktorer = Immunosuppressiva ämn. - 14 - Ett fjärde sätt att klassificera carcinogener utifrån yrkesmedicinen 1) Bevisade humancarcinogener 2) Cancerframkallande i djurförsök Har betydelse för regulatoriska institutioner mm. Exempelvis är omeprazol är carcinogent hos råtta men inte hos människa. Den breda definitionen av begreppet kemisk carcinogen tar inte hänsyn till en rad faktorer som övervägs i säkerhetsvärdering/riskbedömning. Verkningsmekanism Begnign/malign neoplasm Species människa / råtta / apa Potens Dos – (respons, TD50, NOAEL & LOAEL ) Latenstid & exponeringstid Hur undersöks om ett ämne är carcinogent I) Epidemiologiska studier II) Djurexp. BRITTEBO SPITS the TRUTH ABOUT bioaktivering Centraldogm xenobiotika reaktiv metabolit addukt Hur ser den reaktiva metaboliten ut? Elektronunderskott - dessa kan binda kovalent till SH-, N- eller O-grupper i endogena ämnen. Addukten kan sitta på mer eller mindre kritiska ställen på den endogena makromolekylen. Addukter kan bildas på proteiner, DNA eller lipider. Proteinaddukter Proteinaddukter (cys, lys eller his framförallt) kan leda till celldöd, antigenformation, irreversibel CYP-inaktivering. Tripeptiden glutation är vanlig i adduktsammanhang. Den fungera som en uppfångare av reaktiva metaboliter in vivo. Höga nivåer glutation finns i levern. Det skydd mot reaktiva metaboliter som glutation ger har man försökt använda terapeutiskt. N-Acetylcystine används som trapping agent för paracetamol. DNA-addukter Det finns kritiska DNA-adduktställen, samt mindre kritiska. Skydd mot DNAaddukter: BER och NER. Vilka bioaktiveras? Så gott som alla kemiska substanser som är carcinogena bioaktiveras till reaktiva metaboliter som binds till DNA. Några exempel Polyaromatiska kolväten diolepoxider Nitrosaminer karbokatjoner Heterocykliska aminer N-hydroxi metaboliter Aromatiska aminer N-hydroxi metaboliter Några läkemedel med reaktiva metaboliter är paracetamol, cyklofosfamid, halotan, klozapin, furosemid, isoniazid, tamoxifen med fler Paracetamol Vid normaldos P. konjungera m. sulfat eller glukonorylsyra. Två transferaser står för konjugeringen. Vid högre doser mättas dessa enzymsystem och CYP tar vid. Flera CYP-enzymer är inblandade men CYP 2E1 anses ha den viktigaste levertoxiska effekten. Metaboliten NAPQI är elektrofil som gärna bildar addukter på leverproteiner. BRITTEBO SPITS the TRUTH ABOUT cyklofosfamid n shizz Glutation fungerar som första skyddsmekanism. När det systemet är mättat angriper NAPQI leverns proteiner. Exakt vilka proteiner som är målproteiner är oklart. Konsekvensen är att vid höga halter paracetamol sjunker haleten glutation i takt med att antalet proteinadukter till leverprotein ökar likt inget annat. Glutation pendlar mellan att vara red. och ox. Normalt är cytosolen i ett ”reducerat läge” tack vare att glutation föreligger i mer i reducerad form. Paracetamolöverdoser slår hårdast mot de centrolobulära delarna av levern. Det finns ett samband mellan proteinaddukternas lokalisation och den initiala celldöden. Cyklofosfamid Kan beskrivas som en prodrug för bröstcancer och lymfom. CYP 3A4, CYP 2C9 och CYP 2B6 anses viktigast för bioaktiveringen av substansen. Cyklofosfoamid metaboliseras i flera steg till en väldigt reaktiv aziridiummetabolit. Proteinaddukter ...verkar kunna leda till.. Cellstress och celldöd Immunoreaktioner Inaktiverat CYP (självmordsinaktivering) - 15 - oxidativ stress TNF-alfa & FASL dödsreceptorer prokaspas 8 ER kaspas 8 mitokondrier cyt C prokaspas 12 prokaspas 9 kaspas 12 kaspas 9 prokaspas 3 kaspas 3 protein-/DNAdegradering apoptos Oxidativ stress kan påverka cellen på olika sätt som leder till apoptos. Oxidativ stress Vid oxidativ stress bildas disulfidbryggor mellan proteiners tiolgrupper vilket kan ändra deras form ( funktion) kan glutation rycka ut och tillrättaställa ordningen i en tvåstegsreaktion. Denna skyddsmekanism fungerar finurligt nog inte om glutationnivåerna är låg. Parallella vägar till celldöd 1) Reaktiva metaboliter ger upphov till proteinadukter (?) 2) Glutationnivå-sänkning kan ge upphov till ox.stress. Både 1 och 2 kan orsaka felveckade proteiner som då gör att ett skyddssystem av chaperoner sätts igång. Om chaperon-systemet överbelastas sätts en cellsignalering igång som leder till celldöd. FINNISHING TOUCHES ON DE BÄSTA FÖRGIFTNINGAR ÄR de akuta förgiftningarna bioaktivering CYP-addukter 900 dödsfall/år/Sverige. Många pga självmord. Barn är en stor riskgrupp. Positiv trend: färre och färre riktigt svåra förgiftningar. Orsakerna till det är: 1) substitutionsprincipen ”slår igenom” Exempel: Barbiturater byts mot Bz eller SSRI 2) Allt fler barnsäkra förpackningar Reaktiva intermediärer kan även bindas kovalent till CYP-enzymet som bioaktiverat ämnet. Reaktiva intermediären kan sätta sig på själva CYP-proteinet, eller på hemgruppen. I det senare fallet får man en störning i hemsyntesen (hemporfyri). Härunder beskrivs bara när RI sätter sig på själva proteinet. RI. kan sätta sig på aktivt site självmordsinaktivering (mekanismbaserad hämning). Bindningen är kovalent = nysyntes av proteinet är nödvändigt. Exempel på självmordsinaktiverare av CYP3A4 äro erythromycin, isoniazid, antiretroviralika: ritonavir, oren frukt: grapefrukt. Bättre prognos för förgiftade: 1) Bättre symtomatisk intensivvårdsbehandling 2) Mer specifika o icketoxiska antidoter Tonåringar - jävla pack Millisiewert - akrylamidens poster boy. Immunoreaktioner P450 addukten kan även ge upphov till en immunreaktion. Vid första exponeringen ser man oftast liten/ingen leverskada, men vid upprepad exp. visas leverskador hos vissa. Patienterna bildar antikroppar mot olika CYPar. Antikroppar kan bildas både mot CYPaddukt och mot endogent CYP. Ex. Halotan, som är en kort kolkedja med många halogener, metaboliseras av CYP 2E1. Metaboliten kallas bland ungdomar TFA (TriFloursyrA) och kan antingen bli fluorättikssyra eller bilda en TFA-addukt i vävnaden. Protein- DNA-addukter på ej kritiska ställen kan användas som biomarkörer. Exemepelvis hemoglobinaddukter. Exemplet Akrylamid Finns i tobaksrök, upphättad mat och Rocagil (användes som tätningsmassa under bygget av tunneln under Hallandsåsen). Akrylamid metaboliseras av CYP2E1 till en epoxid som i sin tur kan bilda DNA-, hemoglobin- och proteinaddukter. Akrylamid ger genotoxiska, neurotoxiska, carsinogena skador samt även skador på könsorgan hos försöksdjur. Akrylamid metaboliseras relativt snabbt vilket gör det svårt att mäta t.ex. hos tunnelarbetarna i Hallandsåsen, men då kan man använda hemoglobinaddukterna som finns kvar längre tid. Missbruk af de ädla preparaten: Centralstimulerande ämnen inkl. extacy, GHB, hallucinogena svampar, etanol samt sniffning av organiska lösningsmedel (lim) och butangas (tändargas) på landsbyggden. En massa olika toxiska substanser finns i handouten ”Akuta förgiftningar”. Aktivt kol Aktivt kol eller medicinskt kol, är mkt små kolpartiklar även ner till nanopartiklar som ger en abnormt meganautiskt stor yta som kan binda ett stort antal toxiner/gifter (dock inte alla). Kolbehandling är en vanlig första åtgärd på olycksplatsen. Ge 10 ggr mer kol än gift 50-100 gram kol/behandling. OBS! binder även antidoter (om de ges peroralt) samt innebär en ökad risk för kräkning. Ska ej ges vid (enbart) frätande medel eller rena petroleumprodukter. - 16 - Den enligt Kungen mest lämpliga Behandlingsgången vid akut-tox 1 Stabilisera allmäntillståndet Upprätta homeostas • elektrolytbalans • glukosbalans • vätskebalans • syra/basbalans Alla åtgärder som krävs för att hålla personen vid liv och vid medvetande. 2 Klinis us. och diagnos • Studera förgiftningssymtom klassiska kännetecken vid flera vanliga förgiftningar. • Anamnes - Skapa en helhetsbild av förloppet • Kemisk analys (as seen in sjukhus-TV-serier) av ämnen i blod/kroppsvätskor i vävnade. 3 Förhindra fortsatt apsoroption och öka eliminering av giftet • Aktivt kol • Kräkmedel / ventrikeltömning • Laxerande medel/diuretika / (dialys) 4 Ge antidot Bra läge för utpressning 5 Lämplig vård Symtomlindrande, intensivvård, uppföljande vård. delvis reviderad 2012 NÅGRA AV DE MEST ÄLSKADE GIFTERNAS verkningsmekanismer Botulinumtoxin BTX Olika varianter som produceras av Clostridium botulinum. Exotoxin. Mest akuttoxiska ämnet som vi känner till. Används i Botox. Intakt disulfidbrygga krävs för att BTX ska kunna absorberas. För att tox ska utövas måste den bryggan spjälkas. Den lätta kedjan (med Zn) är ultimate toxicant. Verkningsmekanism Botulinumtoxin (neurotoxin) binder irreversibelt till presynaptiska kolinerga nervändar Lätta kedjan kommer att fungera som ett endoproteas, som bryter ner enzymer som är nödvändiga för frisättningen av ACh. Exotoxiner funkar i allmänhet så här. Plutonium 239Pu fyrvärt: svårlösliga Pu-salter (sitter kvar länge i lungorna) 100 tals dygn leder alltid till lungancer sexvärt: lättlösliga Pu-salter lungor relativt snabb omfördelning till andra organ ackumeleras i lever, skelett och benmärg. Levercancer, leukemi mm. Verkningsmekanism Arsenik existerar i många olika former • As – grundämne • Trevärda oorganiska föreningar (As2O3 = zö king, AsCl3, AsH3) • Femvärda jävlar (As2O3) ex arseniksyra • Organiska föreningar som bland annat finns i skaldjur och är tämligen harmlösa. Verkningsmekanism Binder sig till sulfhydrylgrupper (–SH) i proteiner. Som antidot kan chelerande ämnen gifvas, exempelvis DMSA. Dessa är rika på –SH grupper och tämligen Används mot Akut promyelocytleukemi. Stryknin Tidiga symtom kan vara ängslan, rastlöshet och oro. Dessa behandlas gärna med diazepam och göteborgsvitsar. Stryknin har även föreslagits som ett analeptikum dvs. motverka överdoser av typ bensodiazepiner. Verkningsmekanism Stryknin är ett krampframkallande ämne som binder reversibelt till glycinreceptorer i motorneuron. Alfastrålning är ultimate toxicant. TCDD Vätecyanid HCN finns i äckliga saker som bittermandel och gaskamrar. Mycket lättflyktigt vilket man bör beakta om man vill mouth-to-moutha en cyanid-addict. Arsenik - zö king of poisons Verkningsmekanism Hämmar ATP-syntesen genom att interferera med komplex IV i mitokondriernas inre membran TCDD finns listad som grupp 1 – bevisad humancarcinogen, hos IARC trots att de avgörande bevisen saknas. Som skäl till IARC att.. (i) TCDD is a multi-site carcinogen in experimental animals that has been shown by several lines of evidence to act through a mechanism involving the Ah receptor; (ii) this receptor is highly conserved in an evolutionary sense and functions the same way in humans as in experimental animals; (iii) tissue concentrations are similar both - 17 - in heavily exposed human populations in which an increased overall cancer risk was observed and in rats exposed to carcinogenic dosage regimens in bioassays. Verkningsmekanism Flera mekanismer föreslagna • Ah-receptorbindning CYP • Påverkar tillväxtreglering / cellproliferation • Interagerar med vitamin A ÄNTLIGEN LÅDA 3 regulatorisk toxikologi Riskvärdering Risk evalutation läkemedelstox “alla andra kemikalier” starkt fokus på nytta (ED50) starkt fokus på risk (TD50) kontrollerad exponering (känd dosering) svårkontrollerad exponering (okänd dosering) frivilligt - semifrivilligt ofrivilligt - kvasifrivilligt systemdos för både patienter & försöksdjur är väl känd toxikologiska data bygger på given dos från luft, jord, föda eller liknande Begrepp Risk kan defi nieras som sannolikhet för att en negativ hälsoeffekt ska uppkomma. Säkerhet defi nieras som sannolikheten att en negativ hälsoeffekt inte uppkommer. Säker exponering = exponeringa som är förknippad med en acceptabel risknivå. Syfte: Att besvara frågan om uppskattade risken är acceptabel eller icke? Kräver funderande kring frågorna För vem? Varför / varför inte? Samt övervägande av risk-benefit-analysislysiskaraktär. Negativa aspekter som va aspekter som hälsorisk, miljöpåverkan och försämrad livskvalitet måste ställas mot positiva dito som farmakologiskt eftersträvad effekt, ekonomisk vinst eller fler arbetstillfällen. Riskhantering Risk management Syfte: Eliminera eller reducera oacceptabelt höga hälsorisker. Riskbedömning Risk assassment Syfte: 1) Att kartlägga vilka tox. effekter (=möjliga hälsorisker) som är förknippade med kemikalien. 2) Hur stor är risken att drabbas av dessa effekter vid en viss given exponering (dos)? Riskupplevelse/ Riskkommunikation Risk communication Syfte: : Att översätta toxikologin till the avarage Joe, dvs att översätta rådata till information. Metoder • Översätta sannolikheter till greppbara mått som procent, individrisker risk att drabbas av cancer per 10.000, mfl. • Jämföra risk vs. risk snarare än risk vs. nytta. • Använda både relativ och absoluta risktal • Undvika komplexa fackuttryck som Numbers Needed to Treat. Metoder • Förbud av användning (bly i bensin) avregistrering (dextropropoxifen) • Recept / licens • Hanteringsföreskrifter (Cytostatikahantering, talidomid mm.) • Märkning. Symboler, riskfraser etc. Riskbedömning (Andreaskors) • Gränsvärde: Högsta tillåtna halten i t.ex luft. Får inte överskridas. Överträdelse kan leda till åtal. Hygieniska gränsvärden i arbetsmiljön nivågränsvärden. • Riktvärden: Bör inte överskridas. Tuffare satta än gränsvärdena. Allmänbefolkning ska skyddas. Exempel: acceptabla dagliga intag av främmande ämnen i kosten ADI (Acceptable Daily Intake) - 18 - Riskvärdering Riskkommunikation Riskhantering NÅGRA KLASSISKA indragna läkemedel Talidomid Cerivastatin Under 1950-talet användes talidomid (Neurosedyn) livligt vid graviditetsillamående och annat. När det framgick att talidomid kunde leda till svåra fostermissbildningar (fokomeli) drogs talidomid in. Inte förrän 2008 återkom talidomid på den svenska marknaden och får idag bara förskrivas av specialister. Cerivastatin (Lipobay) drogs in 2002 efter att allvarliga muskelbiverkningar (myopati och rhabdomyolys)observerats. Särskilt uppmärksammades risken för denna biverkning när cerivastatin användes tillsammans med fibraten gemfibrozil (Lopid). Risken för muskelbiverkningar finns även för andra statiner, men de har stannat kvar och används idag av 9 av 10 svenskar. Dextropropoxifen Tidigare receptbelagt analgetikum, klassat som assat som narkotikum (tidigare en försäljningssuccé). Relativt snävt terapeutiskt index. Patienterna började dö av andningsdepression, ev lunödem. Coxiberna - COX2-hämmarna COX2-hämmarna (celecoxib, rofecoxib, parecoxib mfl) introducerades med förhoppningar om att kunna minska gastrointestinala biverkningar för patienter som använder NSAID. Vioxx (rofecoxib) blev flaggskeppet när det introducerades 1999. Fem år senare var tillverkaren tvungen att dra tillbaka Vioxx från marknaden. Orsaken var att en ökad risk för hjärtinfarkt och stroke kunde observeras vid långtidsbehandling. Nu har COX2-hämmarna återintroducerats med varningar om försiktig förskrivning. Ximelagatran Under osalighetens år 2006, drog Astra in sitt relativt tokfärska trombinhämmare ximelagatran (Exanta) på grund av leverpåverkan. Tillbakadragandet gjordes på grundval av enstaka biverkningsrapporter men även stora studier hade påvisat leverpåverkan ALAT Ketoprofengeler De geler som innehåller ketoprofen (Orudis, Siduro, Zon) var tidigare receptfria men blev 2011 receptbelagda då fotosensibilisering vid exponering i solljus. Diklofenak nästa? Diklofenak (Voltaren mfl) utreds från och med hösten 2012. Ökad risk för hjärt- och kärlbiverkningar har setts i flera studier. Fn. kan Voltaren köpas på varje kvällsöppen korvmoj. - 19 - NÅGRA HELMYSIGA akut toxiska ämnen Fosfor gul/vit Används främst i stridsföring och fyrverkeri. Antidot Kalium (kaliumpermanganat) Etylenglykol Ett halvt glas innebär dödlig dos. Ger skador på njurar, hjärna och CNS. Antidot (någon av de tre) etanol, 4-metylpyrasol, pyridoxin. Paracetamol Se sid 24, (12, 22) (OBS.. kan var o.o.d.) Självmord; tar lång tid och är extremt plågsamt. Tydliga tecken på leverskada (ASATALAT) efter någon dag. Leversvikt o leverkoma Potentiering Behandling med lm som stimulerar CYP. Högt kroniskt alkoholintag. Svält. Antidot Acetylcystein Metanol Metanol bryts ner av alkoholdehydrogenas och aldehyddehydrogenas. Dessa två enzymsystem kan mättas med etanol - vilket gör det möjligt för kroppen att utsöndra metanolet som i sig inte är tox. Antidot (någon av de tre) etanol, 4-metylpyrasol, folinsyra. Huggormsgift Komplicerad blandning av nedbrytande enzymer. Viktigt med en lugn men snabb transport till sjukvård. Vanligast (alla drabbas) lokal vävnads-reaktion (smärta, vävnadsnedbrytning). Ovanligare men allvarligare ” blodförgiftning” allmänpåverkan: CNS, BTfall, njurfunktion, GI Enstaka fall av livshotande anafylaktisk chock Antidot diverse olika antiserum/antikroppar Vit & lömsk flugsvamp oxinerna heter amatoxiner, och är tämligen potent. Amatoxiner har ett enterohepatiskt kretslopp därför tillför man kol kontinuerligt i stor mängd ( för att hela tiden kunna binda upp lite mer toxin när det passerar tarmen) Behandling jetemycket kol, diuretika, glukos. Fluorvätesyra HF Används i flytande eller gasform som synteskemikalie och vid glasetsning. Kan tränga igenom huden utan att lämna synliga skador. Antidot Kalcium LÄKEMEDELS- NÅGRA OLIKA metabolism Hur läkemedel och xenobiotika förvandlas i celler. Vad är syftet med metabolismen? Vilka blir konsekvenserna av metabolism? Kunna till denna kurs: större delen av häftet. Introduktion • Vad är läkemedelsmetabolism? Inte bara kliniska lm utan alla främmande substanser, i praktiken främst fettlösliga. • Varför behöver levande organismer läkemedelsmetabolism? Utan metabolismen skulle alla främmande substanser lagras upp till toxiska nivåer. Detta motarbetas med läkemedelsmetabolism. Typer av reaktioner Fas I Fas II Syftet är att öka vattenlösligheten hos främmande ämnen OH-grupp är ett bra ”hantag” där fas IIreaktioner kan ske. Fas II: vanligtvis en glukonylsyra där OHgruppen sitter. sköna enzymer Levern har hög nivå av läkemedelsmetaboliserande enzym. Leverns kapacitet är enorm tack vare sin storlek, höga enzymkoncentration och många enzymer. Fas II ensymerna tillsätter en endogen vattenlöslig molekyl på substratet för att substratet ska bli ordentligt vattenlösligt. Esteras och epoxidhydrolas (EH) räknas till fas II-enzymer, eller som hydrolasenzymer. Vatten används i reaktionen. Metabolism sker även i tunntarm, lungor och i huden. Omkring 90% av alla främmande ämnen når oss via födan. Den visentliga skillnaden mellan levern o andra metaboliserande organ är att tunntarm/lungor bara har ett fåtal celler på organets yta, men totalt sett är kapaciteten betydligt mindre. Esteras Exemepel: metaboliskt aktiverat toxin, kan få lokal effekt i tunntarmen eller i lungorna. Detta gör att vissa toxiska ämnen kan vara carcinogena i lungor men ingen annanstans. MDR Multi Drug Resistance complex, pumpar ut de metaboliter som cellerna bildat (eftersom de inte själva kan tar sig genom cellmembranet igen). 10-tal olika former av e.hydrolas finns. De har delvis överlappande specificitet. Uttrycks i olika vävnader. Epoxid + H2O dihydroxid Bryter ner en ester på substratet. s 26, första bilden. Ester karboxylsyra + alkohååål mha H2O Vanlig kronologi: Substrat (alifat eller ring) fas I* skapar en epoxid fas II Esteras känner igen estrar, aminoestrar och sulfatestrar och metaboliserar dessa till två komponenter. Detta är exempel på en snäv specificitet. Benspyren fi nns i rökiga saker (cigarettrök, rökt korv, rökt kött, avgaser, förmodligen i crackrök mm). Det är ett polycykliskat aromatiskt kolväte och ett miljögift. Genotoxisk metabolit. Ger cancer i lungor, lever och andra organ. Epoxidhydrolas är ett skyddssystem mot toxiska epoxider, som annars vill attakera nukleofi la strukturer i cellerna. Epoxiderna är alltid elektrofi la, vissa mer aggressiva än andra. För låg aktivitet av epoxidhydrolas (kan uppkomma pga. ärftliga faktorer) ger en högre cancerrisk. Av denna anledning är estrar i lm väldigt kortlivade. I nervceller spelar esteras den viktiga rollen att den bryter ner ACh i synapsen. Kolinesteras som utför denna nedbrytning kan hämmas med toxiner som nervgaser och vissa ormgift. OH Betydelse av syre: ökar polariseringen och därmed vattenlösligheten. från 8/5-07 Epoxidhydrolaser s27 - 20 - * vanligen ett CYP 450-enzym NÅGRA OLIKA DEN OKRISTLIGA sköna enzymer UDP-glukonorylsyra Metyltransferaser Grupper som UDP-glukonorylsyra kan binda till • hydroxylgrupp, • karboxylgrupp eller • aminogrupp Aminer, hydroxigrupper och sulfatgrupper. Eftersom syftet för LM är att göra ämnet mer vattenlösligt, framstår inte metylering som någon bra väg. Rent allmänt biokemiskt, är metylering viktigt. Proteiner, DNA mm ska metyleras för att bibehålla cellens funktion. Metylering sker, och är viktigt farmakologiskt/ toxikologiskt, men är inte nödvändigtvis en ’av cellen önskad effekt’. Acetylcoenzym A går denna metabolismväg. Viktigaste fas II-enzymsystemet: glukonorydering. Nästa av lika stor betydelse som CYP-arna har i fas I. Transferas På ER finns ett kluster av viktiga enzymer (glukonoryltransferas, CYP’ar). evolutionen Utgångspunkt Genetiska varianter (bytype genes) och muterade former blir tillsammans enorma siffror. Krafter i naturen måste drivit denna utveckling från ett fåtal gener. Tre processer som är avgörande i molekylär evolution 1 Slumpmässiga mutationer sker med viss hastighet som kan beräknas 2 Genetisk rekombination Transposomer. En spontan/slumpmässig process, men det finns även en enzymatisk variant. 3 Deletering Acetyltransferaserna Acetyltransferas I = NAT-1 Acetyltransferas II = NAT-2 N COOH OH Exempel på oxideringsställen Acetylering ökar inte vattenmlösligheten särskilt mycket. Däremot kan metaboliterna bli toxiska. Vilken toxicitet som uppnås beror på molekylstrukturen (döh!). Biologiskt är acetylering viktigt, så förmodligen är det en ’slump’ att lm molekyler. Sulfatisering Glutationkonjungering s31 Allt som kan sulfateras kan även glukonoryderas. Allt som kan glukonoryderas kan även sulfateras. (hydroxigrupper, karboxylgrupper, aminer.) En nukleofil tripeptid som binder till elktrofila grupper (halogener, epoxider, nitrogrupper, mfl ). Glutation finns i extremt höga konc. intracellulärt. Kaffe på det..? Förmodligen finns de två systemen för att komplettera varann. Glukonoryltransferas sitter på ER, men sulftransferas finns i cytosolen. För en viss molekyl går förmodligen reaktionen olika snabbt med de två olika systemen. CYP450 och några andra gener har muterats med ’nästan våldsam’ hastighet. Raka motsatsen till väl konserverade gener (konservativa pga att dess substrat el. liknande är desamma genom historien). Varför finns så stor individuell skillnad? Vi lever i ungefär omgivning! NEJ! Människorna har utsatts för väldigt olika toxiner pga geografisk utspridning, förändrade kostvanor mm. Vegetarisk mat är farlig. Upptakten till konflikten Växterna började med att producera gifter. ”Istället för att använda strålning blev vissa djur växtätare” M Lang Kampen fortsätter Djuren utvecklade enzym som gör att de kan handskas med toxiska alkaloider. Växterna syntetiserar nya alkaloider för att skrämma bort djuren. I Lappland är naturen enklare än i en djungel. Det innebär bland annat att djur kan var beroende av en enda växt - exempelvis brysselkål. Trolig utveckling Vi har en situation i Lappland där det bara finns en enda växt. Några individer av något slumpvis valt växtätande djur har rätt mutationer, vilket gör att de överlever och alla deras kompisar dör. Asiater, kaukasier och afrikaner har stora skillnader i CYP-genotypen. Analys visar att subpopulationer finns och slutligen är alla individer har olika genotyp. Hur snabbt kan en evolutionsprocess gå? s 34 Försök med möss har visat över 10-50 generationer kan genotypen för någon kritisk gen ändras. - 21 - NÅGRA RESVANA och endogent aktiva CYP’ar CYP 2A6 Viktig toxikologiskt enzym. Även känd som nikotinhydroxylas. Kan styra rökvanor. Rökare med högaktivt CYP 2A6 kommer sannolikt att röka mer än rökaren med mindre aktivt CYP 2A6. CYP 3A Metaboliserar 50% av alla läkemedel. Tre olika former 4, 5, 7. CYP 3A4 är viktigast under denna kurs (se äv Brittebos del). 3A4 finns hos alla, men aktiviteten kan variera mycket 3A5 finns hos 20% av befolkningen 3A7 hepatiskt enzym hos foster. försvinner efter födseln. CYP 2D6 viktig och problemskapande Polymorfism. Går ej att inducera. Metaboliserar 30% av de lm som CYP’arna kan metabolisera. När ett lm företag ser att en candidate drug metaboliseras av 2D6 utvärderar man noggrant om man ska gå vidare med substansen. Etiskt dilemma; 1 av 1.000.000 dör eller 1 av 10.000 kan behandlas. CYP 2E1 Benysyl. Kallas även NOS. Kan komplettera alkoholdehydrogenas när det gäller att metabolisera etanol. CYP 1A2 Vissa carcinogena substanser i kosten metaboliseras (aktiveras) av detta enzym. - 22 - Kliniska tester CYP 2C, 3A, 2D6 är ett ”kliniskt paket” som man alltid testar mot i fas 1-studier CYP 2C9 och 2C19.
© Copyright 2024