Nasilenie objawów zatrucia zależy od wielu czynników. Wydaje się oczywistym, że wielkość dawki będzie najważniejszym wyznacznikiem rozmiarów zatrucia. Występuje zależność między wielkością dawki i rozmiarem zatrucia (tj. większa liczba zaatakowanych receptorów prowadzi do poważniejszych uszkodzeń tkanki).

Zależność zatrucia od dawki

Rozmiary efektów zatrucia nie zależą tylko od dawki lecz również od indywidualnej odporności organizmu. Ta z kolei zależy głównie od wieku, płci, diety, stanu zdrowia, genetyki, wcześniejszych kontaktów z analizowaną trucizną i innymi czynnikami szkodliwymi. Również inne uwarunkowania są istotne, gdyż pomimo ścisłego utrzymania wyżej wymienionych uwarunkowań na porównywalnym poziomie u zwierząt laboratoryjnych i tak obserwuje się zróżnicowane objawy reakcji toksycznej na taką samą dawkę trucizny.

Częstotliwość wystąpienia określonego zatrucia w populacji badanej (np. udział wystąpienia raka u zwierząt, udział padłych zwierząt) rejestruje się w funkcji wielkości dawki. Tak wyznaczoną zależność nazywamy zależnością dawka-reakcja. Klasycznym przykładem badania zależności dawka-reakcja jest eksponowanie populacji organizmów żywych na coraz większe dawki substancji toksycznej. Zazwyczaj w badanej populacji nie notuje się zgonów przy małych dawkach, kilka zgonów po zwiększeniu dawki, znaczną liczbę zgonów przy dużych dawkach, aż po podaniu jeszcze większej dawki wszystkie organizmy padają. Większość wykresów sumarycznej śmiertelności od logarytmu dawki posiada klasyczny kształt krzywej "S", co ilustruje rysunek.

Pomysł prowadzenia takich eksperymentów ogłoszony został już w 1927 wraz z propozycją wprowadzenia pojęcia średniej dawki śmiertelnej (LD₅₀). Wyrażana jest ona zwykle w mg/kg wagi ciała i określa dawkę trucizny, przy której przy życiu pozostaje najwyżej 50% organizmów. Uważa się ją czasem za miernik zależności dawka-odpowiedź, gdyż ujawnia odpowiedź w relacji zerojedynkowej (tj. żywy lub martwy). Analogiczna wielkość dla trucizn wdychanych zwana jest średnim stężeniem śmiertelnym (LC₅₀), gdzie dawka zastąpiona jest stężeniem substancji obecnej we wdychanym powietrzu.

Dla umożliwienia porównań toksyczności ostrej chemikaliów i dla utworzenia skali relatywnej zwykle analizuje się wartości LD₅₀ dla gryzoni przy aplikacji trucizny przez układ pokarmowej. Tabela przedstawia wartości LD₅₀ różnych trucizn wyznaczone dla szczura.

Analiza zależności dawka-reakcja powinna być poprzedzona zdefiniowaniem toksykologicznego punktu końcowego, wynikającego z rodzaju reakcji spowodowanej przez ekspozycję na dany czynnik szkodliwy. Określenie punktu końcowego powinno być jednoznaczne, opisane przez łatwe do obserwacji objawy, jak śmierć osobnika lub zanik aktywności organu. Posługując się trudną do weryfikacji definicją punktu końcowego, taką jak opóźnienie w rozwoju, narażamy się na uzyskanie wyników łatwych do podważenia .

Rzędna (tj. reakcja) zależności dawka-reakcja zwykle mierzona jest jako częstość występowania określonego punktu końcowego (np. procent śmiertelności). Analogicznie można ją rejestrować jako prawdopodobieństwo występowania punktu końcowego. Ten sposób definiowania zależności jest częściej stosowany dla kancerogenów, jako prawdopodobieństwo wystąpienia raka w czasie całego życia po ekspozycji na truciznę.

Jeśli posiadamy dobrze zinterpretowane dane kliniczne, możemy je użyć w charakterze wskaźników działania trucizn. Parametr wybrany do tego celu powinien być specyficzny, mierzalny i związany funkcjonalnie z toksykologicznym działaniem czynnika chemicznego.

U ludzi ołów powoduje anemię przez inhibicję syntezy hemoglobiny z wielu prekursorów. Powoduje to akumulację w erytrocytach (czerwonych ciałkach krwi) protoporfiryny jako jednego z prekursorów. Dlatego protoporfiryna może być traktowana jako biomarker dla toksycznego działania ołowiu. Stwierdzono, że jest ona czułym i rzetelnym wskaźnikiem zaistnienia ekspozycji na małe stężenia ołowiu. Na rysunku przedstawiono zależność dawka-reakcja dla poziomu EP w funkcji stężenia ołowiu w krwi, opracowaną na podstawie badań kilku grup w populacji ludzi.

Zależność dawka-efekt

Trucizna chemiczna może powodować szkodliwe oddziaływania na stan zdrowia już od dawki znacznie mniejszej od śmiertelnej. Można zamiast częstości występowania zdarzeń w populacji badanej, analizować intensywność (albo stopień nasilenia) występowania objawów zatrucia u pojedyńczego osobnika (np. wzrost ciśnienia krwi, opóźnienie wzrostu, występowanie w plazmie krwi wskaźników uszkodzenia wątroby). Wyniki tej analizy są wykreślane w funkcji wielkości dawki, a ich korelacja zwykle jest nazywana zależnością dawka-efekt.

Etery glikolowe (rozpuszczalniki przemysłowe) powodują uszkodzenia jąder u szczurów. Na rysunku przedstawiono zależność dawka-efekt między ilością podawanego w pokarmie glikolowego eteru jednometylowego (EGM) i odpowiedniej wagi organu (jąder i prostaty) u szczurów po 11 dniach zatruwania. Wykres dawka-efekt może być przekształcony do postaci krzywej dawka-odpowiedź, jeśli określimy wartość progową dla oceny mierzalnego efektu. Możemy wówczas wykreślić zależność udziału w populacji osobników, u których stwierdzono wystąpienie tej deformacji, od wielkości dawki.