Biotransformacja i Eliminacja

Trucizna po osiągnięciu organu docelowego bierze udział w następujących trzech procesach:

1. Biotransformacja - organy zasobne w enzymy metabolizują trucizny do substancji odmiennych pod względem budowy, zwanych metabolitami, które mogą być (choć nie zawsze) mniej trujące od samej trucizny.

2. Eliminacja - trucizny niemożliwe do zmagazynowania, podobnie jak metabolity, są usuwane z organizmu.

3. Tworzenie kompleksów receptor-toksyna - zwykle trucizny atakują jeden lub kilka organów, zwanych organami docelowymi.

Organizm posiada ogromne możliwości eliminacji szerokiego spektrum czynników chemicznych absorbowanych z dietą lub w wyniku ekspozycji na warunki środowiska. Trucizny, szczególnie substancje polarne, mogą opuścić organizm w urynie, żółci, kale i pocie. Eliminacja natomiast niepolarnych i nielotnych związków jest trudna. Może być ona tylko etapem końcowym ich transformacji metabolicznej (tj. biotransformacji w organizmie) do metabolitów bardziej polarnych i lepiej rozpuszczalnych w wodzie, które są wydalone w urynie.

Biotransformacja niepolarnych i nielotnych trucizn może być opisana jako dwuetapowa reakcja biochemiczna. W fazie pierwszej układ enzymatyczny organizmu wprowadza polarną grupę funkcyjną do cząsteczki trucizny. Przykładami takiego działania są utlenienie, redukcja, hydroliza i dehalogenacja. W drugiej fazie zwykle zachodzi połączenie cząsteczki polarnej z dodatkowym składnikiem (koniugacja), co ułatwia rozpuszczenie się nowej cząsteczki w wodzie i łatwiejszą jej eliminację. Czynniki koniugujące są endogeniczne dla organizmu, a ich przykładami mogą być kwas glukuronowy i siarczany.

Biotransformacja i eliminacja trucizn zachodzi głównie w wątrobie i nerkach. Trucizny zaabsorbowane w przewodzie pokarmowym unoszone są w krwi z żołądka i jelit do wątroby. Wątroba jest miejscem, gdzie zaabsorbowane trucizny szybko są transformowane przez enzymy, których tam jest wyjątkowo dużo. Niektóre substancje stają się rozpuszczalne w wodzie i wraz z krwią przechodzą do nerek. Tam są odfiltrowywane lub inaczej usuwane z krwi jako metabolity i toksyny polarne, a następnie wydalane w stężonym roztworze pod postacią uryny. Szereg substancji organicznych i niektóre nieorganiczne czynniki trujące (np. ołów, rtęć i pewne metale ciężkie) jest wydzielanych z żółcią do jelit, skąd wydalane są z kałem. Ich stężenie w żółci często znacznie przewyższa stężenia we krwi. Jednak niektóre hydrofobowe trucizny i ich produkty biotransformacji zalegają w wątrobie. Na przykład benzen jest wstępnie metabolizowany w wątrobie do tlenku benzenu. Tlenek jest nietrwały i przekształca się do związków fenolowych, które są wydalane w urynie wraz z innymi metabolitami. Analiza specyficznych metabolitów w urynie jest często stosowana jako ilościowy wskaźnik ekspozycji na daną substancję. Nazywa się to monitoringiem biologicznym, a metabolit biomarkerem. Fenol jest więc wskaźnikiem biologicznym zaistnienia ekspozycji na benzen, co ilustruje poniższy rysunek.

Biotransformacja nie musi prowadzić do zmniejszenia toksyczności substancji. Niektóre metabolity są wielokrotnie bardziej trujące od substancji pierwotnej. Na przykład benzen podlega transformacji metabolicznej, która jest powodem zatrucia szpiku kostnego. W innym przykładzie, zawarty w dymie tytoniowym benzo-a-piren sam nie jest kancerogenem. Natomiast produkt jego metabolizmu epoksyd diolu benzopirenu ma silne własności rakotwórcze. Również transformacja do trujących metabolitów powoduje konwersję parationu do paraoksonu, a pestycydu DDT do DDE (odpowiedzialnego za zmniejszenie grubości skorupek ptasich jaj).