Ecotoxicologie curs 1.

Definitii ale ecotoxicologiei sunt numeroase.

In 1961, RENNE TRUHAULT defineste ecotoxicologia

ca fiind extensia naturala a toxicologiei la actiunea ecologica a poluantilor. Practic, el combina definitia ecologiei ca stiinta care studiaza inter-relatiile ce determina distributia si abundenta organismelor cu toxicologia, care studiaza efectele negative ale substantelor chimice asupra organismelor vii. RAMADE, 1977 defineste ecotoxicologia ca stiinta care sudiaza modalitatile de contaminare ale mediului cu agenti poluanti, naturali si artificiali rezultati in urma activitatii omului, mecanismele de actiune si efectele nocive asupra organismelor ce polueaza biosfera. Ecotoxicologia este stiinta ce studiaza actiunea factorilor poluanti asupra ecosistemelor si modul in care acestia afecteaza ecosfera. In 1996, WALKER defineste ecotoxicologia ca stiinta care studiaza efectele substantelor chimice asupra ecosistemelor.

Obiectivele ecotoxicologiei, dupa FORBES 1994 sunt in nr de 3: a de date necesare evaluarii riscului si a menegementului de mediu. erea cerintelor legale necesare obtinerii si distributiei de substante toxice. Obtinere

Cunoast

Elaborar ea unor teorii empirice care sa imbogateasca si imbunatateasca cunostintele referitoare la comportamentul substantelor chimice in mediu, mecanismele de actiune si efectele asupra organismelor vii.

In cadrul acestor 3 obiective majore sunt atinse aspect privind: Distributi a poluantilor in mediu (implica cunoasterea cu exactitate a compartimentelor din mediu unde se vor depozita diferitele categorii de poluanti).

Cinetica poluantilor (presupune cunoasterea modalitatilor de patrundere, circulatie, transformare si depozitare in mediu) Determi narea efectelor toxice ale substantelor chimice intai la nivel individual (stabilirea tabloului disruptiilor, structurii si functiei la nivel structural, biochimic sau fiziologic), si pe plan populational (modificarea nr de indivizi, a frecventei genelor, a functiilor ecosistemului) Determi narea datelor toxicologice (doza si concentratie) pt fiecare substanta chimica si specie in parte. Este realizata prin teste standard sau prin sisteme complexe. a riscului sau hazardului pentru fiecare substanta toxica. a potentialului generator de tulburari in ecosistem. de masuri terapeutice. ea de masuri preventive si analiza acestora. Evaluare

Evaluare

Luarea

Elaborar

Pentru o buna intelegere a ecotoxicologiei este nevoie de cunostinte temeinice despre chimie organic si anorganica, chimie analitica, biochimie, fiziologie, ecologie si statistica. O importanta majora in ecotoxicologie o are raportul dintre cantitatea de toxic la care organismul a fost expus, natura si intensitatea efectelor sale (relatia doza-raspuns). O lunga perioada de timp, termenii de ecotoxicologie si toxicologia mediului au fost considerati sinonimi.

Toxicologia mediului este stiinta care studiaza starea, comportamentul si efectele substantelor toxiceasupra organismelor vii, ea se ocupa in special cu studiul agentilor sau substantelor poluante artificial si mai putin de poluanitii naturali si cuprinde 2 subdomenii: prima teorie a toxicologiei mediului, care studiaza efectele substantelor toxice asupra sanatatii oamenilor abordand destul de limitat diferitele aspect ale poluarii.

ologia care studiaza efectul poluantilor asupra ecosistemelor.Toxon = arc cu sageti cu varful otravit. Tako = dezastru, prapad, moarte Cei mai multi spun k provine din toxicus = veninos, otravitor

Ecotoxic

Intoxicatia = reprez starea morbida cauzata de actiunea unei substante organice sau anorganice deorigine animala, vegetala, mineral sau sintetica, care determina tulburari profunde la nivelul metabolismului celular, producand imbolnavirea organismului.

Toxine = sunt substante organice de natura proteica, de origine animala sau vegetala care producfenomenul de intoxicatie.

Bioacumularea = reprez cresterea concentratiei uneia sau mai multor substante toxice inorgaismele care traiesc in medii poluate. Aceste substante toxice, fie nu sunt degradate in mediu, fie se degradeaaza in mica masura; de asemenea organismele nu sunt capabile sa le detoxifice. Depozitarea substantelor toxice la organismele animale se face in special in tesutul adipos.

Biomagnificarea (sporirea biologica) = reprezinta trecerea unei substante toxice in cantitati din ce ince mai mari de la un nivel trofic la unul superior sau succesiv la mai multe niveluri superioare astfel incat in consumatorul succesor concentratia toxicului este mai mare.

Bioconcentrarea = reprezinta cresterea concentratiei de substanta toxica la organismele caretraiesc in medii acvatice poluate. Aceste substante sunt direct preluate si concentrate din apa, iar diferenta dintre concentratia in organism si cea din apa reprezinta factorul de bioconcentrare.

Clasificarea substantelor toxiceExista mai multe criterii de clasificare: 1) Dupa natura efectelor asupra organismelor vii: a. Substante cu actiune anoxica:

primele sunt cele care interactioneaza cu hemoglobina rezultand compusi care sunt incapabili sa mai transporte oxigen (oxizii de catbon, nitritii si nitratii); a doua posibilitate este blocarea enzimelor respiratorii celulare (cianurile) sau actioneaza asupra organelor hematoformatoare (substantele cu actiune radioactive)

b. Substante cu actiune coroziva: actiona direct asupra zonelor de contact sau asupra organelor de excretie (toxicele minerale) pot

Substant e cu actiune protoplasmatica sau parenchimatoase care duc la aparitia degenerescentei hepatice grase cu aparitia hemoragiilor (teraclorura de carbon, fosfor). 2) Dupa natura substantelor : ce: metalele, metaloizi, albalii, acizii minerali Anorgani

Organice : hidrocarburile, hidrocarburile halogenate, acizii organic (acid formic, salicylic, floracetic), esterii acizilor fosforici (pesticidele organelor fosforice), fenolii, alcaloizii, saponinele, glocozizii 3) Dupa origie:

Subrante

de origine vegetala, animal, mineral si sintetica.

4) Dupa provenienta si domeniul de utilizare: Ingrasam inte chimice, pesticide, aditivi furajeri, medicamente, toxin de origine animal, toxine de origine vegetala, plante toxice, poluanti industriali.

Intoxicatiile

pot fi accidentale sau provocate.

Intoxicat iile accidentale se pot produce in conditii naturale sau in conditii create de om. Cele care au loc in conditii naturale sunt rezultatul actiunii toxicelor naturale (plantelor toxice, care devin periculoase in anumite conditii, de obicei in conditii de seceta, la inceputul pasunatului, de obicei la animalele tinere). Intoxicat iile in conditiide provocate de om sunt cele mai numeroase si se produc sub actiunea poluantilor industriali si a altor substante sintetice. Intoxicatiile provocate sunt cele in scop criminal sau eutanasii.

Factorii care influenteaza toxicitateaReprezinta totalitatea conditiilor care pot afecta toxicitatea, respectiv gradul de nocivitate al unei substante. Pot fi impartiti in 2 mari categorii: dependenti de substante dependenti de animale Factorii

Factorii

Factorii dependent de substanta:

1. Proprietatile fizice si chimice ale substantelor:a. Natura chimica a substantei: - tipul combinatiei (organic si anorganica; ex: compusii anorganici ai arsenului sunt mai toxici decat compusii organici ai acestora), - valenta (ex: compusii arseniului trivalent sunt mai toxici decat arsenii compusilor pentavalent; clorura mercurica este mai toxica decat clorura mercuroasa), - greutatea atomica si molecular (toxicitatea creste pe masura cresterii greutatii atomice si moleculara, astfel alcoolul butilic este mai toxic decat alcoolul propilic, mai toxic decat alcoolul etilic, care la randul sau este mai toxic decat alcoolul metilic),

- structura chimica (inlocuirea unuia sau mai multor atomi dintr-o molecula poate modifica toxicitatea substantei respective.; ex: introducerea unuia sau mai multor atomi de halogen intr-o hidrocarbura creste toxicitatea compusului, astfel metanul este inert d.p.d.v toxic in timp ce clorura de metilen CH2Cl2 si teraclorura de carbon sun toxice. In alte cazuri insa, toxicitatea scade introducerea unui atom de oxigen pe o grupare aminica scade toxicitatea, rezultand amino-oxizi), - izomeria (izomerii lebogiri sunt mai toxici decat cei dextrogiri; iar izomerii para sunt mai toxici decat cei meta si cei orto. Izomerii gama este mai toxic decat toti ceilalti).

b. Starea de agregare si marimea particulelor : - Substantele care apar sub forma lichida pot fi rapid absorbite, motiv pt care toxicitatea lor este crescuta. De asemenea, subst in stare gazoasa care patrund in special pe cale respiratorie sunt de obicei foarte toxice. In cazul subst solide, toxicitatea depinde de starea in care se gasesc (amorfa sau cristalina), subst amorfe fiind mai solide, fiind practice si mai toxice. - Forma de ionizare. Substantele care apar sub forma ionizata sunt neabsorbabile, motiv pt care sunt lipsite de toxicitate.

curs 2 continuare...

- Solventul - poate avea actiune toxica ca atare (ex: la pesticide) sau pot favoriza absorbtia - Concentratia - acest factor este foarte evident la substantele in stare gazoasa C*t sau constanta d`haber, unde c = concentratia, iar t = timpul Concentratia este importanta si in cadrul solutiilor (acidul sulfuric foarte concentrat este foarte coroziv, in timp ce o solutie cu o concentratie de 2 % este ca o limonada acida cu utilizare terapeutica. Originea, in unele cazuri poate influenta toxicitatea substantei, adica in cazul plantelor toxice conteaza partea din planta care este consumata (la majoritatea plantelor substantele toxice se concentreaza in seminte si radacini), faza de vegetatie (ex: glicozizii cianogenetici, in cazul porumbului apar in faza de lapte) sau de conditiile pedoclimatice si meteorologice (in regiunile de stepa, in conditii de seceta, unele plante pot concentra glicozizi cianogenetici). in cazul toxicilor de origine minerala, factorul timp influenteaza toxicitatea (cianura de potasiu).

c. Tipul de asociere

Asocierea substantelor toxice poate influenta activitatea, si, deci toxicitatea acestora. Substantele pot interactiona sinergic (cand toxicitatea creste) sau antagonic (cand toxicitatea scade). In cazul sinergismului, toxicitatea se modifica : - prin cumulare (cocaina si adrenalina) -prin potentare (compusii organo-fosforici cu subst parasimpaticomimetice) - prin favorizarea absorbtiei (compusii fosforului au toxicitate mai mare in cazul unui regim bogat in lipide) Antagonismul reduce toxicitatea prin intermediul fenomenelor fizice, chimice sau farmaco-dinamice care au loc intre subst respective. Antagonismul poate fi reversibil sau ireversibil, un caz particular al antagonismului este antidotismul (alcaloizii sunt precipitati de taninurile alimentare; intoxicatiile cu plumb pot fi prevenite prin administrare de molipden; substantele colinergice prezinta ca antidot antropina; cianura de potasiu in contact cu glucoza formeaza cianohidrina care este un compus netoxic). Doza este factorul de toxicitate cel mai important in cazul administrarii unei substante peros sau parenteral trebuie sa cunoastem urmatoarele doze: - in primul rand doza maxima tolerata (DMT) reprezinta cantitatea maxima dintr-o substanta toxica, care administrata unui organism nu produce nici un efect toxic. - doza letala (DL) - reprezinta cantitatea minima de substanta care provoaca moartea unui animal adult; datorita variatiilor individuale, in practica se folosesc DL1, DL10, DL 50, DL 25, DL 75. In cazul unei substante toxice gazoase care patrunde pe cale respiratorie trebuie sa cunoastem concentratia letala in atmosfera care reprezinta cantitatea de substanta exprimara in p.p.m. (mg subst /m3 aer) care produce moartea unui animal adult. CL50 - reprezinta cantit de subst exprimata in p.p.m. care produce moartea a 50 % din animalele de experienta in decursul a 4 ore. O clasificare valabila si in prezent este cea a lui Hodge si Sterner dupa doza administrata oral in mg/kg la sobolani. In cazul medicamentelor se determina raportul dintre DL50 si DE50 (doza terapeutica efectiva), raportul fiind indicele terapeutic (IT) ; daca acesta este mai mare sau egal cu 10 atunci medicamentul poate fi folosit fara nici o problema in dozele uzuale, daca IT este mai mic decat 10, medicamentul trebuie folosit cu precautie. Doza toxica variaza in fuctie de specie (de regula daca pt o subst toxica doza letala este de 1 la caine, ea va fi de 2 pana la 5 la suine (porci), cam 5 la ovine, 10 pana la 12 la cabaline si in jur de 15 la rumegatoare) si de varsta ( la animalele tinere doza letala este cu o optime pana la o patrime mai mica decat cea corespunzatoare unui animal adult).

Factorii dependenti de animale sunt:

specia, rasa , varsta, sexul, greutatea corporala, gradul de

plenitudine al tubului digestiv, starea de intretinere, starea de sanatate a animalului, predispozitiile si sensibilitatea individuala. a. SPECIA - toxicitatea unor substante poate fi influentata de specie. Astfel, caii si cainii sunt mai putin sensibili la morfina decat omul, in timp ce la caine si om morfina are un efect analgezic, iar la pisica are un efect excitant. Rumegatoarele sunt foarte sensibile la toxicele minerale; cabalinele sunt foarte sensibili la digitalina; cainii sunt foarte sensibili la sarurile de mercur; pisicile foarte sensibile la femoli si benzoli. Iepurii sunt rezistenti la atropina, oile pot consuma brandusa de toamna fara probleme, in timp ce vacile sunt foarte sensibile la aceasta. Feriga mascula produce intoxicatii grave la cai, dar nu si la rumegatoare; pasarile sunt rezistente la cantarida. b. RASA - regula generala ar fi ca rasele perfectionate sunt mai sensibile decat rasele primitive. Sunt insa si exceptii: astfel oile din rasa Melinos sunt mai rezistente la intoxicatia cu cupru; sobolanii albi sunt mai rezistenti la toxici decat cei cenusii. Cainii din rasa ceau-ceau sunt rezistenti la morfina si la barbiturice (somnifere) c. GREUTATEA CORPORALA - in cadrul aceleiasi specii pt obtinerea aceluaiasi efect toxic un animal mai mic are nevoie de o cantititate mai mare de toxic datorita intensitatii crescute a proceselor de metabolizare si ardere. d. VARSTA - animalele tinere si cele senile sunt mai sensibile la actiunea toxicelor. In cadrul primei categorii aceasta sensibilitate se datoreaza deficientei unor sisteme enzimatice implicate in metabolizarea substantelor toxice (de conjugare cu sulfatul, cu acidul glucuronic, de acetilare). La animalele senile anumite afectiuni morfo-fiziologice ale principalelor organe implicate in detoxificare (ficatul si rinichii) sunt raspunzatoare de sensibilitatea crescuta la toxice a acestora. e. SEXUL - in general femelele sunt mai sensibile la actiunea substantelor toice decat masculii. Strignina este mai lent metabolizata de sobolanii femele in comparatie cu masculii. Parationul este mai rapid transformat in paraoxon la femele in comparatie cu masculii. Diferentele de sensibilitate dintre cele 2 sexe apar de la pubertate si se pare ca sunt rezultatul actiunii hormonilor sexuali (in sprijinul acestei ipoteze pledeaza si observatia ca dupa castrare masculii devin mai sensibili la toxice, iar dupa administrarea de testosteron femelele devin mai rezistente la toxice). f. GRADUL DE UMPLERE A TUBULUI DIGESTIV - absorbtia si respectiv toxicitatea unor substante este cu atat mai mare cu cat tubul digestiv este mai gol. Continutul alimentar poate sa influenteze de asemenea toxicitatea prin fenomenele fizice sau chimice ce pot avea loc ( precipitarea, solubilizarea, neutralizarea; ex: precipitarea alcaloizilor de catre taninurile alimentare, si cresterea toxicitatii compusilor cu fosfor in prezenta lipidelor prin favorizarea absorbtiei si solubilizarii. ) g. REGUMUL ALIMENTAR - in cazul unui regim hipoproteic toxicitatea unor substante creste datorita scaderii activitatii unor enzime (prin aportul redus de azot ; compusi organoclorurari, organofosforici, ierbicide) . Daca regimul este hiperproteic, creste rezistenta la toxice, fapt constatat in cazul administrarii de aflatoxina. Regimul hipolipidic influenteaza negativ rezistenta organismelor la toxice. Regimul hiperglucidic creste sensibilitatea la pesticide prin influenta negativa a digestiei si absorbtiei aminoacizilor dar are un efect benefic in uree si cianuri.

Aportul vitaminic poate influenta toxicitatea unor compusi prin rolul de cofactor al enzimelor demetabolizare a acestora. Astfel, vitamina B2 are un efect protector asupra efectului cancerigen al dimetil-aminoazobenzenului, ea fiind cofactor al reductazei care ii detoxifica. Complexul vitaminelor B are rol protector si in intoxicatiile cu plumb. Aportul mineral - un regim declorurat mareste absorbtia bromurilor. Regimul alcalin mareste toxicitatea lupinului, carenta de calciu mareste toxicitatea plumbului si tetraclorurii de carbon. Aportul de factori lipotripi maresc capacitatea detoxifianta a ficatului. h. STAREA DE INTRETINERE SI STAREA DE SANATATE A ANIMALELEOR - animalele care prezinta leziuni in special hepatice (care scad viteza de metabolizare) si renale (care diminueaza viteza de eliminare) sunt mai sensibile la substantele toxice. Deshidratarea mareste toxicitatea compusilor hidrosolubili ai plumbului prin scaderea activitatii microzomale. i. PREDISPOZITIA - depinde de starea sistemului nervos si a celui neuroendocrin, oboseala, distonia neuro-vegetativa, cresc sensibilitatea la toxice. Tiroidotomia creste sensibilitatea iepurelui la axonobenzen, iar suprarenalectomia creste sensibilitatea sobolanilor la morfina si veratrina (suprarenalele produc glutation , care este un important factor de oxidoreducere.

j. SENSIBILITATEA INDIVIDUALA

- poate fi congenitala sau dobandita.

Hipersensibilitatea congenitala (idiosincrazia) - poate fi de ordin individual sau familial si consta insensibilitatea exagerata a unor indivizi la actiunea unor substante (sulfamide, antibiotice, chimina). Simptomele sunt : eruptii cutanate, cistite si corize.

Hipersensibilitatea dobandita (anafilaxie) - apare ca rezultat al introducerii in organism a unor cantitatimici de subst toxice de origine vegetala (riginul) sau animala (veninurile) cu proprietati antigenice care produc un proces de imunitate dobandita si o serie de subst neproteice cum sunt arsenobenzolii antipirina si colorantii azoici prin combinatie cu proteinele capata proprietati antigenice. Reactiile sunt : epidermice, intradermice, astm, rinite, dureri articilare. Un caz particular il reprezinta socul anafilactic care poate sa apara la cateva minute de la administrarea subst si care pe langa simptomele prezentate produce colax, pierderea cunostintei, chiar moartea.

Hiposensibilitatea congenitala se datoreaza speciei, factorilor genetici ( rezistenta iepurilor la artropina sia pasarilor la cantarina)

Hiposensibilitatea dobandita - care apare datorita unor fenomene obijnuinta ( fie o blocare a absorbtieila nivelul tubului digestiv - mitridatism, fie o obijnuire a celulei cu substanta toxica - morfina), imunitatea dobandita si filaxia (reprez reducerea, chiar anularea toxicitatii unei substante de catre alta subst - ex: sparteina este filactizanta pt veninul de vipera).