TRUCIZNY NIERAKOTWÓRCZE

Nierakotwórcze rodzaje zatruć obejmują wszystkie działania toksyczne, które nie powodują rozwoju raka. Rezultaty zatruć czynnikami nierakotwórczymi są bardzo różnorodne, podobnie jak mechanizmy odpowiedzialne za ich spowodowanie. Czynniki chemiczne mogą łączyć się z błonami komórkowymi, co powoduje zmniejszenie ich przepuszczalności. Niektóre mają zdolność wypierania elementów niezbędnych w komórce dla utrzymania jej normalnej aktywności. Jednak największą grupę nierakotwórczych zatruć powodują czynniki wpływające na enzymy. Wszystkie enzymy mają przeznaczenie dla realizacji specyficznych funkcji fizjologicznych. Dlatego przyłączenie się trucizny może zakłócić albo zablokować te zwyczajne funkcje i sprowokować odmienną sekwencję reakcji biochemicznych zdolnych do wywołania odpowiedzi toksykologicznej, czyli objawu zatrucia.

Koncepcja Wartości Granicznej

Ocena toksyczności chemikaliów nierakotwórczych opiera się na pojęciu stężenia granicznego. Oznacza to, że dla toksykologicznego punktu końcowego, innego niż mutacje i rak, zależności dawka-reakcja i dawka-efekt są zwykle sprowadzane do oceny granicznej ilości trucizny, poniżej której nie obserwuje się żadnych efektów na poziomach komórkowym, subkomórkowym i molekularnym. Większość struktur ważnych dla funkcjonowania organizmu działa w postaci wielkiej liczby identycznych kopii. Zniszczenie niewielkiej ich liczby (np. enzymów) będzie miało niewielkie znaczenie, zwłaszcza jeśli zadziałają mechanizmy naprawcze. Objawy zatrucia zaobserwujemy tylko jeśli znaczna część miejsc docelowych działania trucizny zostanie uszkodzona, a dzieje się tak po przekroczeniu dawki granicznej.

Przykładem może być zatrucie ołowiem. Na poziomie stężenia ołowiu we krwi 10-39mg/100mL można spodziewać się opóźnienia w rozwoju u dzieci. Dopóki poziom graniczny nie zostanie przekroczony, rozwój mózgu będzie odbywał się bez przeszkód. Inny przykład: wiadomo, że czterochlorek węgla powoduje zmiany patologiczne w wątrobie. Jednak wątroba nadal może funkcjonować satysfakcjonująco, a jej niezwykła zdolność namnażania nowych komórek wystarcza do zastąpienia uszkodzonych. Poza pewną granicą wątroba jednak przestaje funkcjonować, a uszkodzenia są nieodwracalne. Widać z tego, że organizm potrafi tolerować zagrożenia w szerokim spektrum skali - od ekspozycji zaniedbywalnej - do wartości granicznej dla wystąpienia objawów zatrucia.

Dawka o Niewidocznych Skutkach Zatrucia NOAEL
(No Observed Adverse Effect Level )

Nie można określić precyzyjnie wartości granicznej dawki dla trucizny. Można podać wartości przybliżone, które wynikają z analizy badań epidemiologicznych i doświadczeń na zwierzętach. Praktyczne oceny zagrożenia opierają się często na ograniczonych doświadczeniach ze zwierzętami, w których zadaniem jest określenie najwyższej dawki nie powodującej jeszcze zatrucia, zwanej Dawką o Niewidocznym Wpływie (NOEL). Ponieważ zwykle interesujące są dla toksykologa tylko objawy zatrucia, częściej używane jest pojęcie będące modyfikacją NOEL, zwane Dawka o Niewidocznych Skutkach Zatrucia (NOAEL). Związane są z tym dwie inne często stosowane wielkości:

LOEL (Najniższa Dawka Ujawnienia) - najniższa dawka badana, dla której zaobserwowano efekt działania czynnika. Zwykle jest stosowana kiedy w doświadczeniu wszystkie dawki wywołały efekt.

LOAEL (Najniższa Dawka Ujawnienia Zatrucia) - wersja LOEL, specjalnie używana kiedy ujawnione działania czynnika toksycznego są szkodliwe dla organizmu badanego.

Ważne jest dla właściwego użytkowania danych takich jak LOEL (LOAEL) lub NOEL (NOAEL), aby pamiętać o ich ograniczeniach. NOEL jest wyznaczona przez proste wskazanie najniższej dawki, dla której prowadzący doświadczenie nie zauważył żadnego szkodliwego oddziaływania. Czasem nie podaje się w opisie doświadczenia, prowadzącego do ustalenia wartości tego parametru, wielkości progu nieoznaczoności statystycznej w relacji do liczby zwierząt poddanych obserwacji. Informacja ta jest tym bardziej potrzebna, że zmienność podatności na większość trucizn, obserwowana u zwierząt doświadczalnych, opisywana jest zależnością stochastyczną względem logarytmu dawki.

NOEL, podobnie jak LD₅₀ , nie daje możliwości oceny zróżnicowania podatności indywidualnej . Jednak można czasem, bez uciekania się do dogłębnej analizy, ocenić jakościowo charakter zależności przez zwykłe wyznaczenie nachylenia krzywej dawka-reakcja. Stroma krzywa zwykle wskazuje na jednorodny charakter reakcji na czynnik badany (np. na cyjanek), czyli niewielkie różnice między osobnikami. Wówczas NOEL może być wyznaczona z dużą precyzją. Płaska krzywa będzie wskazywać na znaczne indywidualne różnice odpowiedzi na czynnik badany (np. glikol etylenowy), więc ta obserwacja obniży zaufanie do NOEL.

Akceptowalna Dawka Dzienna i Dawka Odniesienia

Zamiast wyznaczać wartości graniczne toksykologowie używają pojęcia Akceptowalna Dawka Dzienna (ADI). Jest to wielkości codziennie wchłanianej ilości określonej substancji, która nie powoduje objawów szkodliwego oddziaływania jej na zdrowie. ADI opiera się na NOAEL i nie powinna być uważana za wartość graniczną zdefiniowaną fizjologicznie, której przekroczenie spowoduje niekorzystne skutki dla zdrowia. W ADI zawarte są współczynniki bezpieczeństwa dla uwzględnienia zmiennej podatności w populacji ludzkiej i innych nieznanych czynników. Dlatego ADI są znacznie mniejsze niż teoretyczne wartości graniczne.

Dla potrzeb prawnego ustanowienia bezpieczeństwa ludności przyjęto ogólnie akceptowaną metodę wyznaczania wartości ADI dla większości chemikaliów w wodzie i żywności. Polega to na dzieleniu NOEL albo NOAEL przez współczynnik bezpieczeństwa. Na podstawie uzgodnień międzynarodowych współczynnikowi bezpieczeństwa (dla uwzględnienia zróżnicowania indywidualnej podatności) przypisano wartość 10. Ponadto stosuje się dodatkowy współczynnik o wartości 10 dla skompensowania niepewności ekstrapolacji na ludzi danych uzyskanych z doświadczeń na zwierzętach. To uproszczenie w ocenach zagrożenia jest stosowane przez organizacje międzynarodowe, takie jak World Health Organization (WHO), jak również przez legislatury rządowe na całym świecie. Najważniejszym usprawiedliwieniem tego uproszczenia jest fakt, że nie przyczyniło się nigdy w historii jego stosowania do zaistnienia szkodliwych konsekwencji dla zdrowia ludzi.

Jest tymczasową wartością zastępującą ADI, stosowaną przez EPA.. Wyznaczanie RfD jest nieco bardziej precyzyjną procedurą niż używana dla ADI, więc czasem przyczynia się do uzyskania mniejszych wartości dawki dobowej. Standardowa procedura wyznaczania RfD składa się z kolejnych kroków:

1. Wybór zbioru dostępnych danych dla najbardziej podatnego gatunku spośród zbadanych.
   Wybór taki jest zawsze uzasadniony, z wyjątkiem sytuacji kiedy znane są dowody na brak właściwego odzwierciedlenia na populacji ludzi wyników dotyczących najbardziej wrażliwego gatunku, a równocześnie, że dostępne są dane dla bardziej odpowiedniego gatunku. Dostępne dane z badań na ludziach są zawsze najważniejsze. Tu również przyjmuje się poprawki na ograniczenia typowe dla badań epidemiologicznych.
   
2. Wybór badań podstawowych lub pracy przeglądowej, dotyczących odpowiedniej drogi wchłaniania.
   Wartości RfD zależą od drogi podawania trucizn (tj. odnoszą się specjalnie do wdychania lub spożycia). Dlatego badania dotyczące metody iniekcji dożylnej nie będą odpowiednią podstawą do ustalenia RfD dla spożycia ani dla wdychania. W idealnej sytuacji opracowanie powinno być na tyle dobrze wykonane, że można z jego ustaleń wyliczyć NOAEL z akceptowalną dokładnością.
   
3. Wybór badań dodatkowych.
   Bardzo pomocne dla interpretacji wyników wybranej pracy mogą okazać się inne źródła z dziedzin pokrewnych. Szczególnie ważne będzie porównanie z danymi dla ludzi wyników badań metabolizmu i farmakokinetyki trucizny u zwierząt.
   
4. Określenie NOAEL, albo jeśli to niemożliwe LOAEL, dla najbardziej czułego punktu końcowego.
   Chemikalia powodują najczęściej wiele efektów toksykologicznych. Na przykład arsen po spożyciu wywołuje szereg chronicznych skutków zatrucia: zaburzenia jelitowe, anemię, uszkodzenia neurologiczne, zaburzenia w obwodowym układzie naczyniowym, itp. Na podstawie danych epidemiologicznych stwierdzono, że zmiany na skórze i zaburzenia naczyniowe są najszybciej wykrywanym wynikiem zatrucia arsenem i dla tych toksykologicznych punktów końcowych określono wartość LOAEL równą 14 mg/kg^.doba.
   
5. Zmniejszenie wartości NOAEL, wyliczonej dla najbardziej czułego punktu końcowego, o kolejne rzędy wielkości dla uwzględnienia następujących niepewności:

• Podzielenie NOAEL wyznaczonej dla ludzi przez wskaźnik niepewności, równy 10, dla uwzględnienia zróżnicowania w populacji ludzi i objęcia ochroną najbardziej wrażliwe grupy społeczne (np. dzieci i starców);
  
• Podzielenie NOAEL przez kolejny wskaźnik, równy 10, jeśli ekstrapolujemy na populację ludzi dane wyznaczone dla zwierząt;
  
• Podzielenie NOAEL uzyskanego w badaniach krótszych niż ekspozycja chroniczna przez wskaźnik niepewności, równy 10;
  
• Kiedy w badaniach nie wyznaczono NOAEL (np. dlatego, że szkodliwe efekty obserwowano dla wszystkich dawek) oszacowuje się LOAEL i jego wartość dzieli przez wskaźnik, równy 10, dla skompensowania niepewności ekstrapolacji.

Wskaźniki niepewności stosowane są w sekwencji. EPA ponadto używa "wskaźnik poprawiający", w zakresie od 1 do 10, którego zadaniem jest odzwierciedlenie przypisywanej analizowanym wynikom niepewności wobec fachowości oceny, a której nie uwzględniły poprzednio wymienione wskaźniki. Wyznaczanie RfD opisujemy na przykładzie:

Inaczej sprawy wyglądają w przypadku RfD dla "zagrożeń rozwoju". Jest to specjalny przypadek, kiedy krótkotrwała ekspozycja, nawet jednorazowa, w okresie przed zapłodnieniem, w czasie ciąży, lub przed osiągnięciem dojrzałości płciowej, może sprowokować szkodliwe oddziaływania, których nie należy spodziewać się u dorosłych. Na przykład, dochodzenie wykazało, że rozwój umysłowy u małych dzieci może być wrażliwy na ołów aż do wartości RfD równej 0,0014 mg/kg^.doba. Z tego powodu EPA postanowiła obniżyć wartość RfD o mnożnik 0,1.

Niezależnie od arbitralnego charakteru współczynników bezpieczeństwa ADI i RfD, oraz związane z nimi wielkości, są wszystkie zależne od poziomu niepewności NOAEL i LOAEL, z których się wywodzą. Nade wszystko, próby stosowania tych danych jako swego rodzaju stałych fizycznych są nadużyciem i nie mogą być zalecane. Silnie podkreśla tą kwestię przykład noty z IRIS (Integrated Risk Infirmation System opracowany przez EPA):

Uwaga: Nie uzyskano jednoznaczności i uzgodnienia wśród naukowców z EPA na temat RfD dla spożycia. Używając metodologii RfD, opracowanej w Agencji, uzyskano poważne przesłanki dla wskazania wartości wskaźnika niepewności od 2 do 3, względem obecnie rekomendowanej wartości RfD, tj od 0,1 do 0,8 mg/kg^.doba. Powinniśmy pamiętać, że metodologia RfD z definicji wprowadza liczne właściwe sobie niedokładności, przypuszczalnie na poziomie rzędu wielkości (podkreślenie autorów) ... Oceniający zagrożenie powinni wykazać należytą elastyczność w formułowaniu decyzji administracyjnych, gdyż trzeba wziąć pod uwagę niedokładność i brak jednoznacznego uzgodnienia.

Większość nierakotwórczych skutków zatruć jest opisana w dużych bazach danych, które umożliwiają odpowiednie ekstrapolacje na podstawie zależności dawka-efekt lub dawka-reakcja. Równocześnie próby określenia takich zależności dla efektów immunologicznych przysparzają specjalnych problemów. Charakterystyka ujęta w takich zależnościach dla alergenów układu oddechowego (i innych) pozostaje niezapisanym polem . Dla oceniających zagrożenia skażeniami atmosferycznymi jest to jeden z najbardziej tajemniczych problemów.