Dane Toksykologiczne - Populacje Ludzi

Dane toksykologiczne wynikają z obserwacji:

1. populacji ludzi eksponowanych na daną substancję, zwykle obecną w miejscu pracy; i
2. zwierząt laboratoryjnych, które są poddawane doświadczeniom w warunkach laboratoryjnych.

Studia epidemiologiczne zatruć ludzi eksponowanych na toksyczne substancje stanowią bardzo przekonywujący dowód na powiązanie obecności trującej substancji z niekorzystnymi skutkami dla zdrowia ludzi. Z powodów etycznych przypadkami będącymi obiektem tych badań są wyłącznie osoby eksponowane na trucizny w miejscu pracy albo odosobnione zdarzenia losowe związane z ekspozycją całych populacji.

Rodzaje studiów epidemiologicznych

Spośród wielu metod prowadzenia studiów epidemiologicznych omówimy metodę kohorty, case-control i przekrojów populacji.

Stosowane są dwie metody badań kohorty: prospektywna i retrospektywna.
W prospektywnych badaniach kohorty wybrana populacja, czyli kohorta, jest konfrontowana z ekspozycją na określoną truciznę w celu osiągnięcia konkretnego punktu końcowego zatrucia. Ważną cechą tej metody jest możliwość kontrolowania zależności dawka-reakcja w sposób bardzo precyzyjny. Jednak badanie takie wymagają długiego okresu czasu i mają niewielką rozdzielczość. Jeśli nie można utrzymać wysokiego poziomu ekspozycji, należy poddać badaniom dużą liczbę osób w celu wykrycia efektu o znaczeniu statystycznym. Kiedy taka kohorta jest badana retrospektywnie (retrospektywna metoda kohorty) mamy lepsze warunki do opisania zależności dawka-reakcja. Jednakże często zdarzają się nieścisłości wynikające z niedostatku rejestracji, trudności w odtworzeniu zdarzeń związanych z ekspozycją, braku informacji o ekspozycji na inne czynniki i inne niedociągnięcia.

W metodzie case-control stosuje się inne zasady. W ujęciu retrospektywnym wybiera się spośród większej populacji osoby, u których stwierdzono określoną chorobę, a następnie analizuje się zagrożenie ekspozycją na podejrzany czynnik, zdolny do wywołania tej choroby. Każda z chorych osób jest traktowana jak oddzielny przypadek. Zaistnienie u nich ekspozycji na badany czynnik jest następnie porównywane z przypadkami ekspozycji w grupie kontrolnej osób, u których rozpatrywanej choroby nie stwierdzono. Kiedy stwierdzimy, że wśród osób chorych kontakt z trucizną był częstszy niż u osób z grupy kontrolnej, powinniśmy uznać, że istnieje związek przyczynowy między chorobą i ekspozycją. Metoda ta wymaga uwzględnienia takich czynników jak wiek i płeć osób w obu próbkach oraz kwestia palenia. Ponieważ próbki osób chorych i zdrowych mogą być wybierane spośród bardzo dużych populacji, metodologia ta jest bardziej obiektywna niż badania kohort, jednak również ma wady wynikające z niedociągnięć w realizacji. Uważa się, że badania metodą case-control są możliwe do wykonania tylko jeśli rozpatrywany w nich toksykologiczny punkt końcowy jest stosunkowo rzadki. Jeśli są prawidłowo wykonane mogą dostarczyć ważnych wniosków o przyczynach chorób u ludzi (tj. o etiologii), jednak rzadko umożliwiają rzetelną ocenę zależności dawka-reakcja.

W badaniach przekrojowych (studium rozpowszechnienia) zbiera się informacje o częstości występowania w jednostce czasu określonej choroby lub zatrucia oraz o ich związku z ekspozycją lub możliwością wystąpienia ekspozycji na badaną truciznę. Na przykład, poddaje się weryfikacji następującą kwestię:
Czy anemia jest częstszą chorobą wśród pracowników huty zużywającej rudy siarczkowe o wysokiej zawartości arsenu, w porównaniu do ogólnej populacji zdrowych mężczyzn?
Chwilową ekspozycją na arsen można ocenić mierząc stężenie arsenu w moczu, a chroniczną przez oznaczenie arsenu we włosach i paznokciach.
Podobnie jak w innych studiach epidemiologicznych należy starannie dobrać próbkę kontrolną, porównywalną z grupą badaną pod względem wieku, zwyczaju palenia, odżywiania, stanu zdrowia, itp.

Badania epidemiologiczne na terenie składowania niebezpiecznych odpadów.

Jak powinno wyglądać badanie epidemiologiczne terenu, który dawniej był skażony przez nielegalne zakopywanie niebezpiecznych odpadów?
Jakiego rodzaju problemy powstają w czasie takich badań?
Epidemiolog powinien posłużyć się metodą retrospektywną albo case-control. Najpierw powinien wskazać reprezentatywne punkty poboru próbek i pozyskać dane o wielkości skażenia środowiska, w celu oceny skali zagrożenia zdrowia ludzi przez określone skażenia chemiczne. Również należy dokonać przeglądu literatury w celu określenia jakich rodzajów uszkodzeń zdrowia można spodziewać się dla sytuacji opisanej jakością i poziomem stężeń trucizn w środowisku. Następnie trzeba rozpoznać częstość występowania schorzeń wśród zagrożonej ludności. Przy innym podejściu epidemiolog może wyszukać choroby o niezwykle wysokiej częstości występowania w okolicznej społeczności i następnie próbować przypisać ich pochodzenie do skażeń przy pomocy metod case-control lub przekrojów populacji. Trzeba sobie uświadomić, że prowadzenie dochodzenia epidemiologicznego na populacji ludzkiej zamieszkałej sąsiedztwo miejsca składowania niebezpiecznych odpadów przedstawia niezwykłe zadanie. Jednym z najtrudniejszych zadań jest zapewnienie rzetelności oceny zagrożenia. Ekspozycja bowiem obejmuje tu prawie na pewno więcej niż jedno skażenie. Ponadto czas poświęcony na dochodzenie może być niewystarczający dla uzyskania reprezentatywnych danych, więc należy też ocenić skalę wcześniejszych ekspozycji. Wymaga to wykonania przeglądu zapisów historycznych i częstości zachorowań i śmiertelności w obecnej populacji mieszkańców, jak również danych o osobach, które opuściły już ten teren. Bardzo to komplikuje prowadzenie badań. W końcu może okazać się, że badana populacja jest zbyt nieliczna, aby można było uzyskać dane poddające się ocenie statystycznej.

Ograniczenia badań epidemiologicznych

Warto pamiętać, że same badania epidemiologiczne oparte o metody statystyczne nie dają nigdy pewności zaistnienia zależności przyczynowo-skutkowej. Niemniej ich wyniki mogą sprowokować do postawienia lub weryfikacji konkretnej hipotezy. Ponieważ występuje szereg możliwości wniesienia błędów do badań epidemiologicznych, uzyskanie korelacji statystycznej może być kwestią przypadku. Niemniej ważne dla wiarygodności korelacji jest również , aby była potwierdzona przez wiadomości biologiczne pochodzące z danych toksykologicznych i innych kompetentnych źródeł informacji. Uzgodnienie wiadomości jest więc zwykle pierwszym krokiem. Nawet w przypadku dobrze udokumentowanej zależności przyczynowo-skutkowej często wynikają trudności w ustaleniu zależności dawka-reakcja.

Badania epidemiologiczne na populacji całego społeczeństwa są wyjątkowo trudne. Szczególnie dotyczy to badań, kiedy częstość występowania schorzeń (np. raka) polega na bezpośrednim porównywaniu ilości zachorowań w zagrożonej populacji, zamieszkałej na danym terenie, w relacji do liczby chorych w całym społeczeństwie. Głównym zarzutem wobec wyników takich porównań jest możliwość ich zniekształcenia z powodu nieodpowiedniości doboru pod względem warunków życia osób badanych i grupy kontrolnej. Ważnymi czynnikami zakłócającymi jasność oceny są palenie tytoniu i inne obyczaje codzienne, związane z używaniem wielkiej liczby chemikaliów, jak również jakość metod diagnostycznych używanych w szpitalach. Z wymienionych powodów tylko nieliczne trucizny otrzymały wystarczającą ocenę w oparciu o badania na ludziach, a która polega na ustaleniu ilościowej zależności między dawką i zaistnieniem szkodliwych oddziaływań na zdrowie.

Dane Toksykologiczne - Zwierzęta Doświadczalne

Z powodu braku właściwych danych pochodzących z badań na ludziach, większość ocen trujących chemikaliów musi polegać na testach ze zwierzętami doświadczalnymi, z których najważniejsze są testy na ssakach. W wielu przypadkach badania na zwierzętach pozwalają dobrze przewidzieć szkodliwe działanie chemikaliów na ludzi, co przyczyniło się do powszechnego ich zastosowania w badaniach toksykologicznych i farmakologicznych. Interpretacja wyników badań na zwierzętach i wnioskowanie na temat ich znaczenia dla ludzi wymaga dużej znajomości biochemii toksykologicznej i patologii weterynaryjnej. Mimo to dochodzi wśród profesjonalistów do dużych rozbieżności opinii, nawet jeśli ich przygotowanie zawodowe jest na zbliżonym poziomie. Z tego powodu kontrowersje są poddawane często krytycznym przeglądom z udziałem specjalnie powołanych zespołów ekspertów. Niestety większość opublikowanych informacji jeszcze nie została tak zweryfikowana.

Spory wokół interpretacji wyników doświadczeń na zwierzętach szczególnie koncentrują się na następujących kwestiach:

• wnioskowaniu o znaczeniu dla ludzi niektórych rodzajów rezultatów badań patologicznych;
• niewystarczającego stopnia pewności statystycznej, z powodu ograniczeń liczebności próbki zwierząt przypadających na jedną analizowaną dawkę;
• sposobu prowadzenia badań nad kancerogenami;
• ekstrapolacji zależności dawka-reakcja dla pewnych typów efektów, a szczególnie dla kancerogenezy i indukcji odczynów alergicznych.

Interpretacja wyników.

W celu poradzenia sobie z tymi nieścisłościami w ostatnim czasie doszło do międzynarodowego uzgodnienia, że:

1. zaleca się postępowanie zgodne z międzynarodowymi wskazaniami wobec prowadzenia testów toksykologicznych (tj. OECD Guidelines), co ujednolici sposób budowy bazy danych doświadczalnych;
2. interpretacja większości wyników jest zarezerwowana dla wykwalifikowanych toksykologów.

Wystąpiły spory. Ważnym ich przykładem są niejasności wokół interpretacji zmian patologicznych, które są zwykle trudne do zaklasyfikowania (np. adrenal medullary tumors), jak również wokół pewnych, mniej istotnych zmian patologicznych, dla których nie wiadomo czy interpretować je jako wskazanie na zatrucie, czy jako indykator ekspozycji (np. nadprodukcja pewnych enzymów w wątrobie).

Wymagania dla liczebności próbek

Wskazania OECD dla badań chemikaliów, wiążące prawnie wszystkie kraje OECD, wymagają od prowadzących długoterminowe testy na szczurach zapewnienia co najmniej 50 zwierząt dla każdej płci i dla danej dawki trucizny. W tabeli przedstawiono wymagania statystyczne wobec grup badanych i kontrolnych dla uzyskania wystarczającego prawdopodobieństwa wystąpienia pewnych efektów toksycznych. Jak widać liczebność próbki kontrolnej ma również znaczenie dla wykazania zaistnienia toksykologicznego punktu końcowego.

Można łatwo wyobrazić sobie poważne konsekwencje pominięcia wystąpienia ciężkiej reakcji na truciznę (np. przypadku raka) będącego wynikiem ekspozycji całej populacji na czynnik chemiczny, a który może wystąpić przy 5% prawdopodobieństwie liczonym dla całej populacji. W celu poradzenia sobie z tym problemem dawki używane w tych eksperymentach są większe. Stosuje się ilości trucizn zwane maksymalną dawką tolerowaną (MTD), która już powoduje u zwierząt wystąpienie mniej ważnych oznak zatrucia, ale jeszcze nie przyczynia się do wzrostu śmiertelności.

Dobór odpowiednich gatunków.

Działanie trucizn na zwierzęta będzie bardzo różne, nawet kiedy naniesiemy poprawkę na wagę ciała. Wynika to z metabolizmu i farmakokinetyki. Na przykład absorpcja po podaniu w żywności może być różna między gatunkami, co wymaga ostrożności przy ekstrapolacji danych o doustnej LD₅₀ na ludzi. Jeśli nie mamy danych dotyczących ludzi lub innych naczelnych, będą trudności w wyborze spośród tradycyjnie używanych zwierząt laboratoryjnych (mysz, świnka morska, szczur, królik) tego gatunku, który najlepiej reprezentuje własności organizmu ludzi. Różne gatunki zwierząt mają wyjątkowo zróżnicowaną odporność na dioksyny (2,3,7,8-czterochlorodwubenzo-p-dioksyna, TCDD), co wykazują dane z tablicy. Co gorsza, toksyczność TCDD badana na trzech szczepach szczura również wykazuje podobne zróżnicowanie. Więc różnice mogą wystąpić nawet w obrębie jednego gatunku.

Inne badania.

Dzisiejsze wymagania prawa zobowiązują dla chemikaliów takich jak pestycydy i farmaceutyki wykonywanie, oprócz normalnych badań toksyczności na całych zwierzętach, również wykonanie analiz reakcji metabolicznych i farmakokinetyki. Badanie te są również prowadzone z użyciem całych zwierząt, jednak czasem stosowane są kultury tkankowe i perfuzja izolowanych organów (np. wątroby). Uzyskane tak dane są konieczne dla określenia wielu parametrów, jak wchłanianie, akumulacja, itp. Studia porównawcze nad metabolizmem zwierząt (znanych z podatności na truciznę) i człowieka, wprawdzie rzadko wykonywane, mają duże znaczenie dla rozwoju możliwości interpretacji posiadanych już danych o toksyczności chemikaliów dla zwierząt. W pewnych przypadkach prowadzenie badań z całymi zwierzętami może być utrudnione. Wówczas analiza danych uzyskanych z doświadczeń na mikroorganizmach i kulturach tkankowych ssaków może udostępnić dodatkowe informacje. Dotyczy to szczególnie testów mutagenności.

Odpowiedniość Danych

W większości przypadków bazy danych naukowych nie są wystarczające dla odpowiedniego, więc o dużej dozie pewności, ilościowego przedstawienia zagrożenia dla zdrowia w każdym aspekcie wynikającego z ekspozycji na trujące chemikalia. Kiedy więc toksykologowie oceniają zagrożenie, powinni brać pod uwagę niedoskonałości źródeł swoich wniosków. Z drugiej strony trzeba pamiętać, że w zależności od sytuacji nie wszystkie oddziaływania toksyczne będą miały znaczenie dla podejmowania decyzji w zakresie gospodarki odpadami niebezpiecznymi. Zazwyczaj są one bardzo ważne w przypadkach rozlewów. W budowaniu zadań dla remediacji skażonych terenów, gdzie największym problemem jest zagrożenie chroniczną ekspozycją na niskie dawki, trzeba dołożyć starań aby zidentyfikować i zdefiniować zależności dawka-reakcja dla poważnych oddziaływań, występujących czasem od najniższych stężeń trucizn.

Kiedy robimy przegląd informacji toksykologicznych, ważne jest jednoznaczne rozróżnienie między danymi toksykologicznymi opracowanymi dla potrzeb oceny zagrożenia, a administracyjnymi "standardami" również związanymi z ograniczaniem ryzyka. Pierwsze służą do badań naukowych. Ograniczanie ryzyka natomiast zawiera elementy polityki i obejmuje wiele działań dla minimalizacji, redukcji lub inne sposoby kontroli nad zagrożeniem zaistniałym w określonej sytuacji. Przykładem informacji użytecznej w ocenie zagrożenia jest wartość LD₅₀ wyznaczona z doświadczeń ze zwierzętami. Tymczasem graniczna wartość stężenia (TLV) dla ekspozycji w miejscu pracy jest wprawdzie oparta częściowo na danych naukowych, jednak jej wartość wynika z administracyjnej decyzji odpowiedniej agencji państwowej. Przy jej ustanowieniu wzięto pod uwagę w mniejszym lub większym stopniu wiele mało naukowych czynników, takich jak możliwości techniczne, wpływ na gospodarkę, itp. Zawierają więc elementy wyboru politycznego.