TOKSİK ETKİ MEKANİZMALARI Kimyasal maddeler normal

1. TOKSİK ETKİ MEKANİZMALARI
Kimyasal maddeler normal biyokimyasal ve fizyolojik fonksiyonları çeşitli yollarla
interfere ederek toksik etki gösterirler. Bu etkiler akut toksisite ve kronik toksisite şeklinde
ortaya çıkar. Bu mekanizmaları, fizikokimyasal ve/veya kimyasal etkileşme şekilleri de göz
önüne alarak:
1. Reseptörlerle etkileşme;
2. Enzimlerle birleşme;
3. Diğer biyomoleküllere bağlanma;
4. Küçük molekül veya iyonla birleşme (şelasyon);
5. Hücre enerjisi oluşumunun engellenmesi;
olarak sınıflandırılabilir. Kimyasal maddelerin toksik etki mekanizmaları daha değişik
şekillerde de yapılabilir.
1.1.Reseptörlerle Etkileşme
Reseptör Kavramı: Farmakolojide ilaç etkileşiminin açıklanması için kullanılan
“reseptör” kavramı, toksik maddeler için de geçerlidir. Reseptör ilaç veya kimyasal bir
maddenin karakteristik biyolojik etkisini göstermek için organizmada birleştiği
“makromoleküller” olarak tanımlanmaktadır.
Toksikan (zehir) reseptörü “toksik maddenin zehir etkisini göstermek için birleştiği
makromolekül olarak tanımlanabilir.
Reseptörler de enzimler gibi etkileştiği toksik maddelere kimyasal strüktür ve
konfigürasyon bakımından seçicilik gösterirler. Bir çok toksik maddeler, yapısal olarak sinir
sisteminde iletimi sağlayan nörotransmitterlere benzediği için, toksik etkilerini gösterirler. Bu
kimyasal mediyatörlerin (M), kendilerine özgü reseptör (R) ile oluşturdukları kompleksler
(RM), biyokimyasal, fizyolojik ve nörolojik etkilerin ortaya çıkmasına neden olurlar. (RM)
bağları kovalan tipte olmayan bağlarla (iyon-iyon bağı, iyon-dipol, hidrojen bağı veya Van
der Waals kuvvetleri) oluşur. Böylece birleşme reversibldir. Asetilkolin reseptörleri, epinefrin
reseptörleri örnek verilebilir.
Stereoseçicilik: Reseptör-kimyasal madde (ilaç veya diğer bir kimyasal madde: daha genel
olarak ligand (L) denir) etkileşmesi yüksek stereospesifiklik gösterirler. Reseptörlerin
geometrik izomerlere seçicilik göstermesi, farmakolojik ve toksikolojik aktivitede farklılığa
neden olur.
1.2.Enzimlerle Birleşme
Hücredeki fizyolojik olaylarda rol alan enzimlerin (biyolojik katalizörler), aktivitelerinin
herhangi bir kimyasal madde tarafından ortadan kaldırılması ile enzim inhibisyonu
oluşmaktadır. Bu şekilde organizmadaki denge bozularak fizyolojik değişmeler sonucu
zehirlenmeler görülür.
Toksik maddeler, enzimleri yarışmalı (kompetitif) veya yarışmasız (nonkompetitif) olmak
üzere iki şekilde inhibe edebilirler. Yarışmalı inhibisyonda, toksik madde (T veya I), normal
enzim substratı (S) gibi aynı enzimle (E) yarışmalı olarak reaksiyona girer. Bu durumda (ES)
1
kompleksi gibi (EI) yarışmalı olarak reaksiyona girer. Bu durumda (ES) kompleksi gibi (EI)
kompleksi de eğer kovalan bir bağ değilse reversibldir.
(1) E+S
(2) E+I
(ES): Enzim-Substrat kompleksi (reversibl)
(EI): Enzim-İnhibitör kompleksi (reversibl)
Bu inhibisyonlarda, toksik madde substratlarla enzimin aynı aktif bölgeleri için yarışır, bu
nedenle (I) ve (S) arasında kimyasal yapı ve konfigürasyon benzerliği olmalıdır.
Yarışmasız (nonkompetitif) inhibisyon: Diğer taraftan, toksik maddeler protein
yapısındaki enzimlerin, hidroksil (-OH), sülfidril (-SH), amino (-NH2), imidazol grupları ile
birleşerek enzimleri inaktive ederek de toksisitelerini gösterirler (irreversibl ve spesifik
olmayan inhibisyon). Bu durumda enzim, normal substratı ile birleşirse de, inhibitörün de bu
kompleksde yer alması (ESI), enzim aktivitesini ortadan kaldırır.
+I
E+S
(ES)
(ESI)
Ağır metaller (Hg, As, Pb, Ag, Cu gibi) iyodoasetat, feri siyanür ve siyanür iyonları,
ortokinonlar gibi çeşitli bileşikler selektivite göstermeden sülfidril grubu içeren enzimleri
inhibe ederek toksik etki gösterirler.
Yarışmasız inhibisyon çoğu kez irreversibldir. Sonuç olarak da enzim molekülü
devamlı olarak inhibe olmuştur. İnhibe olan enzimin fonksiyonu, yeni enzim sentezine kadar
duru. Bu nedenle nonkompetitif enzim inhibitörü olan toksik maddeler, uzun süreli zararlara
neden olurlar.
Antimetabolitler: Enzimleri yarışmalı olarak inhibe eden kimyasal maddeler,
organizmanın normal substratına strüktür bakımından çok yakındır. “Antimetabolit” olarak
tanımlanan substrata benzeyen (substrat analogu) bu maddeler enzimle birleşirler. Ancak bu
enzimin kataliz ettiği normal biyolojik reaksiyonlar artık devam etmez. Böylece
antimetabolitler, inhibe ettikleri enzimlerin yer aldığı metabolik prosesler zincirini bloke
ederler.
Farmakolojide, antimetabolitler bazı bakteri cinsleri ve malign tümörlerin tedavisinde
kullanılmaları ile önemli bir ilaç grubunu oluştururlar. Antibakteriyel ilaç olarak kullanılan
sulfanilamidler, p-aminobenzoik asit (PABA) ve folik asitin; antikoagülan olarak kullanılan
kumarinler ise vitamin K’nın antimetabolitleridir.
Letal Sentez
Karbonhidratlar metabolizması gibi normal metabolizmanın ara basamakta bazı
kimyasal maddeler tarafından bloke edilmesi ile, organizmaya yeterli enerji sağlanmayabilir.
Toksik etki mekanizması ilk kez Sir Rudolph Peters tarafından “letal sentez” olarak
tanımlanan biyokimyasal lezyonla açıklanmıştır. Floroasetat toksik etkisini, sitrik asit (Krebs)
devrini bloke ederek gösterir. Floroasetat endojen asetatla yarışmalı olarak bu metabolizmaya
2
başlangıç maddesi olarak girer. Ancak ara ürün olarak oluşan florositrat, akotinaz enzimini
inhibe ederek cis-akonitat oluşumunu engeller. Böylece sitrik asit devri bloke olarak,
mitokondriyal enerji sağlanması durur. Oksidatif enerji metabolizmasının bu şekilde
inhibisyonundan en çok kalp ve sinir sistemi etkilenir. Floroasetat zehirlenmesinde bulantı,
konvülziyon, kardiyak ritm defekti başlıca belirtiler olup, ventriküler fibrilasyon veya
solunum felci ölüme neden olur.
Enzim İnhibisyonunda Reversibilite ve İrreversibilite
Bir enzimin toksik madde tarafından inhibisyonu, reversibl (geri dönüşlü) veya
irreversibl olabilir. Örneğin kolinesteraz (ChE) inhibitörleri bu açıdan iki grupta toplanabilir.
Reversibl inhibitörler, enzimle kovalan olmayan bağla kompleks (E-I) yaparlar. Reversibl
inhibitörler, enzimin negatif yüklü (anyonik) bölgesi ile iyonik bağ veya Van der Waals
kuvvetleri ile bağlanırlar. Kolinesterazların anyonik ve esteratik olmak üzere iki aktif bölgesi
vardır. Metilpiridilyum, tetrametilamonyum iyonu, d-tubokürarin gibi pozitif yüklü azot (N+)
taşıyan maddeler ChE’ı reversibl olarak inhibe ederler. Aşırı substrat mevcudiyetinde enzim
(AChE için asetilkolin substrat), (toksik madde enzim) kompleksi yönündeki reaksiyon
tersine döner.
S+
+I
(1) ES
E
EI(kompleks oluşumu)
(2) (EI)+S
(ES)+I (reaksiyonun reversibilitesi)
Organik fosfat yapısındaki insektisitler ve sinir gazları ise, AChE’i irreversibl olarak
inhibe ederler. Burada önce toksik madde ve enzim reversibl kompleks (EI) yapar. Ancak bu
kompleks, enzimin aktif bölgesi ile ikinci fakat kovalan bağlı irreversibl kompleksini yapar
(E’). E’ dayanıklı kompleks olup, serbest enzimi çok yavaş rejenere eder.
E+I
(EI)
(reversibl
kompleks)
E’
(dayanıklı
kompleks)
E+ürünler
(enzim
rejenerasyonu)
Genel olarak irriversibl inhisyonda, enzim rejenerasyonu uzun bir süre sonra (saatler
sonra) ve çok yavaş olur. İrriversibilite derecesi enzim kinetiği çalışmaları ile aydınlatılabilir.
Enzimin rejenerasyonu dışarıdan verilen diğer kimyasal maddelerle (enzim reaksivatörü,
antidot) hızlandırılabilir. Örneğin, organik fosfat yapısındaki insektisitlerle zehirlenmede,
kuvvetli nükleofilik bileşiklerle (2-piridin aldoksim metil iyodür:2-PAM gibi) bu
sağlanabilmektedir.
Ağır metaller tarafından (As, Hg, gibi) sülfidril grupları ile kompleks yaparak, inhibe olan
enzimler de ditiyol grubu içeren maddelerle (dimerkaprol: British Anti Lewisit:BAL) rejenere
edilebilir. Böylece enzim inhibisyonunda reversibilite mümkün olur.
3
1.3.Diğer Biyomoleküllerle Birleşme
Birçok ksenobiyotik organizmanın protein, lipid, DNA ve RNA gibi biyomolekülleri ile
birleşerek toksik etkilerini gösterirler.
Örneğin karbonmonoksidin (CO) taşıyıcı bir protein olan hemoglobinle etkileşerek,
hemoglobinin dokulara oksijen taşınmasının engellenmesi klasik bir örnektir.
Bazı kimyasal maddeler (paraquat, ozon, karbon tetraklorür gibi) aktif metabolit olarak
serbest radikaller oluştururlar. Bu radikallerin poliansatüre yağ asitleri ile etkileşmesi sonucu
serbest lipid peroksiradikalleri (RO.) ve lipid hidroperoksitler (ROOH) meydana gelir (lipid
peroksidasyon). Bu peroksitler de hücre hasarı ve ölümüne neden olurlar. Böylece hücrenin
lipid membranlarının, peroksidatif hasarı sonucu membran yapısı bozularak parçalanır.
1.4.Küçük Molekül veya İyonla Birleşme (Şelasyon)
Organik kompleks (şelat) oluşumu ile toksik etki gösteren maddelerin başında
etilendiamin tetraasetik asit (EDTA) gelmektedir. Bu madde özellikle iki değerli metal
katyonları ile kompleks yapar.
Normal vücut koşullarında, organizmaya EDTA’nın disodyum tuzu enjekte edilirse,
kandaki kalsiyum iyonu (Ca+2) ile Ca++EDTA kompleksi oluşur. Meydana gelen şelat son
derece dayanıklıdır. Bu nedenle kandaki kalsiyum iyonunun konsantrasyonu düşer,
hipokalsemi oluşurç Örneğin Na2 EDTA 25 mg/kg dozda insan IV olarak uygulandığında
tetani ve hipokalsemik şok sonucunda ölüm görülür.
Diğer taraftan CaNa2 EDTA (kalsiyum sodyum EDTA) oral yol veya enjeksiyon yolu ile
aynı dozda verildiğinde toksik etki görülmez. Ayrıca kurşunla zehirlenmelerde antidot olarak
kullanılır. Pb-EDTA, Ca-EDTA kompleksine göre çok daha sağlamdır. Bu nedenle kandaki
serbest kurşun iyonu (zehirlenme durumunda) kompleksteki kalsiyumun yerini alır ve idrarla
atılır.
1.5.Hücrede Enerji Oluşumunun Engellenmesi
Birçok biyokimyasal maddeler toksik etkilerini, sellüler enerji oluşumunu engelleyerek
gösterirler. Bu maddeler enerji sağlayan bir proses olan karbonhidratların adenozin trifosfata
(ATP) oksidasyonunu interfere ederler. Örneğin hemoglobindeki demir-2-iyonunun (ferro),
nitritler gibi oksidan maddelerle demir-3-iyonuna (feri) yükseltgenerek methemoglobin
oluşturması dokulara oksijen taşınmasını engeller. Siyanür, kükürtlü hidrojen (HjS) ve
sodyum azid gibi maddeler sitokrom oksidaz enzimini inhibe ederek, dokularda oksijen
kullanımın engellerler.
Bazı kimyasal maddeler ise elektron transportuna imkan verdikleri halde adenozin
difosfatın (ADP); ATP’a fosforilasyonunu engelleyerek toksik etki gösterirler. Bu maddeler
ATP aktivitesini indükleyerek mitokondri tarafından oksijen alımını stimüle ederler. 2,4dinitrofenol, halojenli nitrofenoller, dikumarin, fenil hidrazin, sali-silanilid gibi lipofil ve
aromatik halka taşıyan zayıf asitler oksidatif fosforilasyonu engellerler. Sonuçta oksijen
kullanımı artarak aşırı ısı oluşur. Hipertermi, solunum ve kalp hızında artış, ciltte ateş basması
ve kızarma, terleme, bulantı ve koma gibi semptomlar görülür.
4
1.6. Nonspesifik Toksik Etkiler ve Multipl Etki Yerleri
Bazı kimyasal maddeler, toksik etkilerini belirli etki yerlerinde seçici olarak göstermezler.
Bunun yerine yaygın olarak gösterebilirler. Örneğin kuvvetli asit ve bazlar bütün canlı
hücreleri tahrip ederler. Muhtemelen bu etki hücre membranlarındaki proteinlerin
denatürasyonu ve çökmesi ile oluşmaktadır. Benzeri etkiler tüm toksik ve koro-zif zehirle
görülebilir. Deterjanlar lipid membranlara zarar verirler ve ayrıca nükleoprotein
komplekslerinin disosiyasyonuna (ayrışmasına) neden olurlar.
Bir kimyasal maddenin toksik etkisinde tek bir spesifik proses veya etki yeri belirtmek
çoğu kez zordur. Örneğin siyanür başlıca sitokrom oksidaz enzimini inhibe ederek histotoksik
etki gösterir; ayrıca enzim aktivitesinin düşmesi ile oksidatif stresi indükler, kalsiyum iyonu
homoeostasını bozar.
Ksenobiyotiklerin toksik etki mekanizmalarının araştırılmasının en önemli sonucu
zehirlenmelerin antidot tedavilerini geliştirmesi ve istenmeyen toksik etkilerin önlenmesi
açısındandır. Bu nedenle de toksikolojinin temel konuları içindedir.
2. GENETİK TOKSİKOLOJİ (KİMYASAL MUTAJENEZİS)
Bir organizmanın genetik işaretlerinde, kalıtsal (herediter) bir farklılaşma oluşturan
maddelere genel olarak -genetik zehirler- denir. Genetik zehir, gonadların gamet hücrelerini
etkileyerek ya gametlerin sayıca azalmasına neden olur veya gametlerdeki genetik bilgiyi
(informasyonu) değiştirir. Böylece iki ayrı cinsiyete ait gametlerin birleşmesiyle oluşan zigot
ölmezse anne ve babadan farklı döller oluşur. Genotipteki devamlı değişmeye “mutasyon”,
mutsyona neden olan etkilere “mutajen” denilmektedir. Mutasyonlar somatik doku
hücrelerinde de olabilir, bu takdirde diğer (gelecek) nesillere geçmez. Bu değişme daha çok
karsinojenezise zemin olması açısından önem taşır.
Mutasyon her zaman zararlı olmaz. Çünkü genelde mutasyon devamlı değişen çevreye
uyum sağlayan bir gelişmedir. Mutasyonların zararlı etkileri ise üreme bozuklukları,
embriyonejik ve perinatal ölüm malformasyonlar, genelde hastalıklar ve kanser şeklinde
görülür.
Genetik zehirler, gen hücreleri üzerindeki etkilerine göre sitotoksik, sitostatik ve
mutajenik etkenler olmak üzere sınıflandırılabilir. Sitotoksik maddeler, hücreleri anoksi,
protein koagülasyonu veya membran permeabilitesinin artmasına neden olarak öldürürler.
Sitotoksik etki ise, daha çok kromozom yapısı ve sayısındaki değişmeleri gösterir. Genlerdeki
DNA üzerindeki değişmeler ise “nokta mutasyonu” veya “genelokus mutasyonu” olarak
isimlendirilir. Genlerdeki nokta mutasyonuna neden olan “mutajenik etkenler”; virüsler,
fiziksel etkenler ve kimyasal maddeler olabilir. Bu olaya “mutajenesiz”, mutasyona uğrayan
türe de” mutant” denir.
3. KİMYASAL KARSİNOJENEZİS
Genel olarak “karsinojen” terimi biyolojik sistemlerde kanser oluşturan herhangi bir
etken için kullanılmaktadır. Bu etkenler kimyasal maddeler, fiziksel etkenler veya virüsler
olabilir. Kimyasal karsinojenler ise spesifik toksik etkilerini insan ve hayvanlarda kanser
oluşturarak gösterirler. Bu olaya “kimyasal karsinojenezis” denir.
5
3.1. Kimyasal Karsinojenezis İle İlgili Tanımlar
Kanser , “hücrelerin, fenotipik veya genetik kodlarındaki değişme sonucu
anormalleşerek baskısız büyümeleri ve yayılması prosesi” olarak tanımlanabilir. Kanser
dokuları neoplazmanın daha genel sınıflandırılmasına göre yapılabilir. Neoplazma (neo: yeni,
plasia: büyüme); normalden daha çabuk çoğalan anormal doku bölgesi olarak tanımlanabilir.
Neoplazma herhangi bir dokuda oluşabilir ve histopatolojik olarak benign (iyi huylu) veya
malign (habis) tümör tipleri olmak üzere iki tipi vardır. Tümör deyimi, neoplazma ile eş
anlamdadır. Epitel hücrelerin malign tümörlerine sinonimi “karsinoma” kullanılmaktadır.
Mezodermal kaynaklı malign tümörlere ise “sarkoma” adı verilir. Ayrıca malign tümörün
oluştuğu dokuya göre de neoplazma çeşitli isimler alır; örneğin epidermiste “epidermal
karsinoma”, midede “gastrik karsinoma”; karaciğerde “hepatosellüler karsinoma”; kasta
“rhabdomiyosarkoma”, kemikte “osteosarkoma” isimlerini alır.
“Karsinojen” deyimi sözcük anlamı ile malign tümör oluşturan herhangi bir maddeyi
ifade etmektedir. Her ne kadar mezenşimal kaynaklı sarkoma oluşturan maddeler için
“sarkomojen” veya “onkojen” deyiminin kullanılması daha doğru ise de genel olarak
karsinojen sözcüğü karsinoma ve sarkoma neden olan maddeleri içermektedir. Toksikolojide
ise karsinojen deyimi daha genel anlamdadır. Kimyasal maddeler tarafından oluşturulan
benign ve malign tümör veya neoplazmanın toksikolojide birbirinden ayrılması pratik açıdan
istenmez. Bu nedenle de pratik olarak karsinojen deyimi “test örneklerinde tümör sayısını
arttıran kimyasal maddeler” olarak tanımlanabilir.
4. TERATOJENEZİS
Teratojenezis, lüzumundan farklı veya noksan, yeri değişmiş veya fena halde
biçimsizleşmiş anormal yavruların doğmasına denilmektedir.
“Konjenital defekt” deyimi doğumdan önce ve sonra görülen her türlü morfolojik
biyokimyasal veya fonksiyonal anormallikler için kullanılmaktadır.
Görülen malformasyon insidansı (sıklığı) ise bölgelerde, mevsimlere ve kimyasal
etkenlere göre değişir.
4.1. Teratojenezisin Genel Prensipleri
Teratoloji, prenatal (doğumdan önceki) yapısal fonksiyonel gelişme anormalliklerinin
nedenlerini ve mekanizmalarını inceleyen bir bilimdir.
Genetik Faktörler: teratojen maddelere duyarlık, organizmanın genotipine bağlıdır. Bu
farklılık türlere göre olduğu gibi soya göre de ortaya çıkmaktadır.
Teratojenezise duyar dönemler( Kritik periyot): teratojenlere organojenezisin erken ve
kısa döneminde maruz kalındığında konjenital defektler indüklenir.
Döllenmeden sonra, ilk iki hafta hücrelerin bölünerek çoğalma devridir. Bu dönemde
teratojenler embriyonun ölümüne neden olmadığı durumlarda, herhangi bir tahribat
yapmazlar. Teratojenlere asıl duyarlı dönem, döl yatağının oluşması ve organojenezis
zamanıdır (insanda 18 ile 55’inci günler arası).
6
Histolojik ve fizyolojik anormallikler ise daha çok fötal gelişme döneminde (büyüme
dönemi: insanda 8-36’ıncı haftalar arası) görülür. Bu dönemde morfolojik değişmeler daha
küçük çaptadır.
Embriyo, teratojenik etkiye en çok farklılaşma ve organojenezis döneminde duyarlıdır.
Diğer taraftan bu dönem içinde belirli organ ve yapıların oluşumu belirli günlere
rastlamaktadır. Bu dönemde tertajenik maddeye maruz kalma ve alım günü, hangi organ için
kritik günse, en çok o organ deformasyona uğrar. Örneğin talidomitin teratojenik etkisi
insanlarda hamileliğin 38-50 inci günleri arasında görülür. Kulaktaki anomalinin 34-38 inci;
koldaki anomalilerin ise 40-44. günler arasında alındığı zaman görüldüğü anlaşılmıştır.
4.2. Teratojenik Mekanizmalar
Mutasyon, teratojenezis mekanizmalarından biridir. Somatik mutasyonlar, embriyonun ilk
dönemlerinde (insanda 3-9’uncu haftalar) hücrelerde belirli strüktürel (yapısal) ve fonksiyonel
defektlere neden olabilir.
Birçok antibiyotikler ve kanser ilaçları, nükleik asit fonksiyonunu bozarak teratojenik etki
gösterirleri. Bu etkiler nükleik asit eşlemesi, kopyalanması veya RNA ve böylece protein
sentezinde olan biyokimyasal değişmelerdir.
Biyosentez için gerekli substrat veya öncül maddelerin eksikliği de teratojenesize neden
olur.
Enerji sağlayan besinlerin azlığı veya kullanılamaması da teratojenik etkiye neden olabilir.
Fötal gelişme ve hücre farklılaşmasında enzimatik fonksiyon çok önemlidir. Osmolar
dengenin bozulmasına neden etkenler de teratojenizise neden olur.
4.3.Teratojen Maddelerle İlgili Özellikler
Kimyasal teratojeneziste, kimyasal maddenin yapısı, fetusa ulaşma derecesi, alınma süresi
ve dozu büyük önem taşır.
Anormal gelişme, ölüm, malformasyon, gelişmede yavaşlama ve fonksiyonel bozukluk
olmak üzere dört şekilde ortaya çıkar. Farklılaşmadan önceki dönemde embriyo birçok
etkenlere karşı dayanıklıdır, ancak yeteri derecede yüksek doz embriyonun ölümüne neden
olur. “Embriyotoksik” olan bu maddelere genelde “teratojen” adı verilmez. Fakat daha düşük
dozda ve farklı bir zaman periyodunda verildiklerinde teratojenik etki gösterebilirler.
Teratojen maddelerin önemli bir kısmı mitozisi inhibe ederler. Teratojenezis
mekanizmalarında bu maddelerin özelliklerine kısmen değinilmiştir.
Plesanta, maternal ve fötal kompartmanlar arasında bir engel (bariyer) olmaktan çok
maddelerin iki yönlü geçişinde etkin olan bir lipid membran olarak düşünülmelidir.
Doz-cevap ilişkisi: birçok tratojenlerin, belirli bir dozun altında hiçbir malformasyonun
görülmediği “eşik limit değerleri (NOEL)” vardır. Kimyasal teratojeneziste, kimyasal madde
ile teratojenik etki arasında kesin bir “neden-etki” ilişkisi kurulabiliyorsa, böyle maddelere “
sert teratojen” adı verilmektedir. Eğer kimyasal madde ile
a)gözlenen spesifik defekt insidansı artıyorsa,
b) hamilelikte maruziyette, diğer faktörlerin yokluğunda da aynı karakteristlik defektler
gözleniyorsa,
7
c) malformasyon insidansı dozla artıyorsa, sert teratojen olarak tanımlanır.
Kimyasal teratojeneziste, teratojen maddeye göre değişik doz-cevap ilişkisi örnekleri
(pattern) gözlenmektedir. Toksik maddelere prenatal dönemde maruziyet ile ilgili yapılan
toksisite çalışmaları embriyonun ölümü, malformasyonlar ve büyüme noksanlığı kapsar.
En çok görülen örnekler; embriyotoksik doz aralığında uygulanan maddedini: deney
hayvanlarının bazılarında “normal” fetüs doğumuna; bazılarında embriyoletaliteye;
bazılarında malformasyonlara; diğer bazılarında da gelişme noksanlığına neden olmasıdır.
Daha düşük dozlarda malformasyon oranıİ doz yükseldikçe embriyoletalite sıklığı artar.
4.4.Teratojen Maddeler









Kızamıkçık virüsü (Rubella virüs)
Sifiliz
Talidomit
Etil alkol
Androjenik hormonlar
Sigara içme
Metil civa
İlaç ve kimyasal maddeler
Transplasental karsinojenezis
5. SİSTEMİK TOKSİKOLOJİ
5.1.Sinir Sistemini Etkileyen Zehirler (Nörotoksinler)
Kan- beyin engeli: Merkezi sinir sisteminin (MSS) bilinçli hareket ve duyu olaylarındaki
önemi açıktır. MSS kan-beyin engeli ile toksik maddelere karşı korunmaktadır. Bu engel
kavramı, beyin dışındaki diğer yumuşak dokuları (böbrek, karaciğer, kas gibi) etkileyen
birçok kimyasal maddelerin beyne nüfuz edememesine dayanarak geliştirilmiştir. Kan-beyin
engelinin permeabilitesi bazı etkenlerle değişebilir. Yaş birinci faktördür. Genel olarak fötal
ve embriyo halinde iken ve doğumdan sonraki ilk yıllarda birçok ksenobiyotikler beyne daha
kolay geçer. Ayrıca bazı toksik maddeler, bu engelin fonksiyonunu değiştirebilirler.
Kan- beyin engelini aşarak, beyne nüfuz eden toksik maddeler beynin belirli bölgelerinde
etkilerini gösterirler. Beynin biyokimyasal olarak, hücre yapısındaki farklılık, kan damarları
ile beslenme durumundaki (vaskülerize olma derecesi) değişik ve diğer anatomik farklılıklar,
beynin hücrelerinde “selektif toksisiteye”neden olmaktadır.
Nörotoksinlerin Sınıflandırılması
Sinir impulslarınn bir nörondan diğer nörona iletildiği nöronlar arası bağlantılara sinaps
adı verilir. Hayvanlarda “kimyasal sinaps” ve “elektriksel sinaps” olmak üzere başlıca iki
çeşit sinaps bulunur. Kimyasal sinapslarda ilk nöron sinaps bölgesinde nörotransmitter adı
verilen kimyasal maddeyi salgılar. Bu nörotransmitter impulsun ikinci nörona iletilmesinden
sorumludur.
8
Nörotoksinler , sinir sisteminde
a) Protein sentezini etkileyerek
b) Sinir aksonları boyunca elektrik impulslarının dağılımını bozarak
c) Nörotransmitter (sinir iletimi) aktiviteyi bozarak
d) Miyelin kılıfı bozarak etkilerini gösterirler.
Nörotransmitter Aktiviteyi (Nöronal İletimi) Etkileyen Maddeler
Nörotransmitter kimyasal maddeler;
a) Asetilkolin sınıfı
b) Aminler (norepinefrin, epinefrin gibi)
c) Aminoasitler (gamaminobütirik asit: GABA ve glisin gibi)
d) Peptidler (endorfin, bradikinin) gibi olmak üzere dört sınıfta toplanabilir, sayıları 30
civarındadır.
Nöronal iletimi bozan kimyasal maddeler her iki mekanizmayı da etkileyerek toksik etkilerini
toksik etkilerini gösterirler. Etki mekanizmalarına göre nöronal transmisyonu (iletimi) bozan
kimyasal maddeler;
a) İmpulsu bloke edenler
b) Depolarizanlar
c) Stimülanlar
d) Depresanlar
e) Reseptör antagonistleri ve nöromuskuler blokerler olmak üzere sınıflandırılabilirler.
Depolarizan maddeler hücreyi depolarize ederek veya elektrokimyasal farkı elimine
ederek etkisini gösterirler. Batrokotoksin Güney Amerika’da yaşayan bir cins kurbağa olan
Phyllbates aurotaenia’nın toksini) sodyum membran permeabilitesini arttırarak, sodyum
konsantrasyon farkını ve elektrik potansiyelini ortadan kaldırır.
Stimülanlar nöronların eksitasyon düzeyini (uyarılmasını) arttıran maddelerdir.
Depresanlar ise nöronların eksitasyon düzeyini azaltan maddelerdir
Reseptör antagonistleri postsinaptik reseptörlere bağlanarak nörotransmitterin reseptörü
aktive etmesini ve impulsu başlatmasını engeller.
Nikotin, nikotinik reseptörlerle birleşerek toksik etkisini gösterir.
Antikolinesteraz etkenleri sinir sisteminin kolinerjik sinirlerini geçici olarak etkilerler.
Toksik Maddelerin MSS’de Neden Oldukları Fonksiyonel Bozukluklar
Kimyasal maddelerin sinir sisteminde oluşturduğu hasarlar, bir takım fonksiyonel
bozukluklara neden olur. Bu fonksiyonel bozukluklar duyu (his), motor (hareket) ve anabolik
(integrasyon, birleştirme) fonksiyonlar olmak üzere incelenebilir.
5.2.Karaciğer Zehirleri (Hepatotoksinler)
Karaciğerin fonksiyonel ünitesi birkaç milimetre uzunluğunda ve 0.8-2 mm çapında
lobüllerden oluşmuştur. İnsan karaciğerinde 50000-100000 lobül bulunur. Hekzagonal
şeklindeki lobül, merkezi venden etrafa doğru uzanan hepatik hücresel plaklardan yapılır. İşte
karaciğer, iki hücre kalınlığındaki “hepatik hücrelerin” tabakalardan şeklinde sıralanmasından
9
oluşmuştur. Bu tabakalar hepatik damarların uç dalları etrafından radiyal olarak sıralanırlar.
Hepatik sinüsoidler denilen ve portal ve hepatik arterleri bağlayan boşluklardan akan kanla
hepatik hücreler beslenir.
Hepatoksisite
Vücudun en büyük organı olan karaciğer kimyasal maddelere karşı çok duyarlıdır. Nedeni
yabancı kimyasal maddelerin biyotransformasyona uğradığı başlıca yer karaciğerdir. Ayrıca
bu maddeleri metabolize eden enzimlerin sitokrom P-450 monooksijenaz sisteminin
konsantrasyonu yüksektir. Bu nedenle ksenobiyotiklerin aktivasyonu ile oluşan bir çok aktif
metabolitler burada hepatotoksik maddelere dönüşürler. Bu maddeler karaciğer
bozukluklarının etiyolojisi ve patojenezisinde etken olurlar. Bu toksik etkiler karsinojenik
veya nonkarsinojenik tipte olabilirler. Nonkarsinojenik etkiler ise başlıca karaciğer nekrozu ve
karaciğer yağlanması olmak üzere iki sınıfta toplanabilir.
Karaciğer Yağlanması
Biyokimyasal olarak, lipid miktarı ağırlıkça %5’den fazla ve histokimyasal olarak
boyanabilen yağ içeren karaciğer “yağlı karaciğer” olarak tanımlanır. Başlıca trigliserit
yapısında olan bu yağlar, karaciğerin parenkimal hücrelerinde toplanırlar.
Karaciğer Nekrozu
Karaciğer nekrozu, karaciğer hücrelerinin ölmesi ve harabiyeti ile oluşur. Hücre nekrozu
ve hücre ölümü genelde akut bir hasardır ve fokal (merkezi, midzonal veya periferal) veya
yaygın olabilir. Karaiğerin rejenerasyon kapasitesi olması nedeni ile karaciğerdeki nekrotik
lezyonlar çok kritik değildir. Hücre ölümünde, hücrede sitoplazmik ödem, endoplazmik
retikulumun genişlemesi, polizomların çözülmesi gibi çeşitli morfolojik değişmeler sonucu
plazma membranının tahribi, organeller ve nukleus çözülmesi oluşur. Karaciğerdeki hücre
nekrozu veya ölümü:
a) Lipid peroksidasyon indüksiyonu; ve membran harabiyeti sonucu aktif metabolitlerin
protein ve doymamış lipidlere bağlanması
b) Hücresel kalsiyum iyonu homeostazının tahribi
c) Metabolik yolların interferansı
d) Sodyum ve potasyum iyonları dengesindeki kayma
e) Protein sentezi inhibisyonu nedeni ile oluşur.
Karaciğer nekrozu morfolojik olarak çeşitlilik gösterir.
Cholestatis (kolestazis): Safra akımının intrahepatik veya ekstrahepatik nedenler baskıya
alınması veya durdurulmasıdır. Safra yolunun iltihabı sonucu safra asitleri ve bilürubin
birikerek sarılık ortaya çıkar. Kolestazis ilaçlar tarafından indüklenir ve deney hayvanlarında
oluşturulması zordur.
Siroz: Bu hastalık patolojik olarak kollagenin karaciğer boyunca yayılması ile karakterize
edilir. Çoğu kez karaciğer fonksiyonları bozukluğu ile ilgilidir ve sarılıkla sonuçlanabilir.
İnsanlarda sirozun tek önemli nedeni kronik etil alkol (alkolizm) kullanımıdır.
10
Hepatit: Hepatit, karaciğer iltihabıdır. Çoğunlukla viral kaynaklıdır, ancak bazı kimyasal
maddeler (özellikle ilaçlar) viral enfeksiyonlara benzer şekilde hepatite neden olabilir.
Karsinojenezis: En çok rastlanan primer karaciğer tümörü, hepatosellüler karsinomadır.
Bunun dışında angiosarkom, cholangiosarkom, glandular sarkom tipleri de olabilir.
Karaciğer Nekrozunun Mekanizmaları
Karaciğer nekrozu çeşitli mekanizmalarla başlatılabilir. Örneğin enzim inhibisyonu,
kofaktör veya metabolitlerin eksikliği, reseptörlerle etkilerşme ve hücre membranlarındaki
değişmeler hasarı başlatabilir.
Biyotransformasyonun önemi: karaciğer, ksenobiyotik metabolizmasının başlıca yer aldığı
organ olması nedeni ile aktif metabolitlerin toksistesinden en çok etkilenen organdır.
Ksenobiyotiklerin aktivasyon reaksiyonları en çok sitokrom p-450 monooksijenaz enzim
sistemi ile gerçekleştirilir. Bu enzim aktivitesinin artması toksisiteyi arttırırken, inhibisyonu
toksisiteyi azaltmaktadır. Ayrıca metabolitlerin hücredeki glutatyonla konjugasyonları bu
toksik maddelerin uzaklaştırılması ve inaktivasyonunu sağlar. Bu nedenle hücresel toksisite,
aktif metabolit oluşumu ile bunların uzaklaştırılması arasındaki dengeye bağlıdır.
İmmünolojik reaksiyonlar: ilaçlarla indüklenen bazı karaciğer hasarları aşırı duyarlık
reaksiyonları ile açıklanabilir. Klorpromazin, fenitoin, p-aminosalisilik asit, sulfonamidler ve
eritromisin esteolat gibi ilaçlarla tipik alerjik reaksiyon semptomları ile beraber karaciğer
hasarı görülmektedir. Bazı ilaçlar ise immünolojik nedene bağlı reaksiyonlar gösterdikleri
halde, aşırı duyarlılığın diğer belirtilerini göstermezler. Bunların hepatotoksik etkileri ise aktif
metabolitlerine bağlanmaktadır.
Hepatokarsinojenezis
Hepatokarsinojenezis başlama, gelişme ve ilerleme olmak üzere çok basamaklı bir proses
olarak düşünülmektedir. Beslenme, hormonlar, ilaçlar ve diğer kimyasal maddeler gibi
değişik faktörlerin karaciğer kanseri insidansı ve başlama süresi üzerinde etkili olduğu
bilinmektedir. Bu nedenle deney hayvanlarında kimyasal maddelerle belirli koşullarda oluşan
hepatokarsinojenezisin belirsiz koşullarda maruz kalan insanlara ekstrapolasyonunu
sınırlamaktadır.
Hepatotoksiklerin Karaciğer Fonksiyonlarına Etkisi
Karaciğer zehirleri, karaciğerin biyokimyasal mekanizmaları gibi normal metabolik
fonksiyonlarını da bozabilirler. Bazı maddeler karaciğer mikrozomal elektron taşıma sistemini
etkileyebilirler. Bazı hepatotoksik maddeler ise endoplazmik retikulumdan çok subsellüler
organelleri (mitokondrileri, lizozomları ve çekirdekleri) etkileyerek buradaki enzimlerin
aktivitelerini artırır veya azaltırlar.
Gerek sitozollerden ve gerekse subsellüler organellerden salınan enzimler, difüzyon veya
filtrasyonla kana geçerler. Bu nedenle serum enzim düzeylerinin tayini hepatotoksisitenin
gösterilmesinde duyarlı bir göstergedir. Böylece alkalen fosfataz, 5-nükleidaz, glutamil
transpeptidaz, izositrat dehidrojenaz, glutamik piruvik transaminaz (SGPT) ve glutamik
okzalasetik transaminaz (SGOT) gibi enzimlerden bir veya birkaçının serum tayinleri
karaciğer zehirlenmelerinde teşhis amacı ile kullanılırlar.
11
BÖBREK ZEHİRLERİ (NEFROTOKSİNLER)
Böbrek, atık maddelerin elimine edildiği en önemli organdır. Ayrıca bu organın vücut
homeostazının düzenlenmesinde, ekstrasellüler sıvı hacminin ve elektrolit bileşiminin
düzenlenmesinde; asit-baz dengesinin sağlanmasında önemli bir rolü vardır. Ayrıca sistemik
metabolik fonksiyonlarda rol alan eritropoetin, renin, kinin gibi hormonların yapıldığı yerdir.
Böbrek fonksiyonlarında rol alan en küçük birim nefrondur. Nefronun fonksiyonları
1 ) Atık ve fazla maddelerintubulus hücrelerinden geçerek atılmasını sağlar,
2) Reabsorbe edilmiş ve sentezi yapılmış maddeleri sistemik dolaşıma verir.
3) Oksijen ve metabolik ürünleri nefrona dağıtır.
Bu fonksiyonlar böbrek zehirleri nefrotoksinlerden etkilenebilir.
Nefrotoksinlerin Böbreğe Etki Mekanizmaları
Kimyasal maddeler, böbrekte biyokimyasal özelliklerine bağlı olarak hücre ölümüne ve
böylece nekroza neden olabilirler. Bu toksisite, böbrek fonksiyonunda ufacık bir değişikliğe
yol açabilir; glukozüri, aminoasitüri gibi veya böbrek yetmezliği gibi daha ciddi etki olabilir,
böylece anüri görülür, kanda üre azotu yükselir. Toksik maddenin yapısına, etki şekline ve
maruz kalmaya göre bu değişmeler, reversibl, devamlı ve öldürücü olabilir.
Böbrek kan basıncı oldukça yüksektir. Plazmanın 1/3’ü böbrekte süzülmekte, bunun %9899’u ise reabsorbe olmaktadır. Kan dolaşımında bulunan ilaç ve yabancı kimyasal maddeler
de bu nedenle böbreğe yüksek miktarlarda gelmektedir. Tuzlar ve su reabsorbe olurken,
idrarda kalan bu maddeler tübülüslerde toplanarak toksik etki gösterebilirler. Böylece
plazmada toksik olmayan bir madde böbreğe zarar verebilir.
Medulla ise, düşük kan basıncı nedeni ile daha az toksik maddeye maruz kalır. Bunuhnla
beraber tubuler idrarda bulunan herhangi bir madde, Helne kulpu ve medulladaki toplama
kanalı yolu ile geçecektir. Bu sırada bu madde medulla tarafından tutulabilir ve nefron
lümeninde yüksek konsantrasyonun kalmasına neden olabilir.
Böbrek Fonksiyon Testleri: Böbrek fonksiyonundaki bozukluklar, böbrek fonksiyon
testleri ile anlaşılabilir. Böylece kimyasal maddelerin böbrek üzerindeki etkileri de
araştırılabilir. Bunlar arasında idrar hacminin, pH’sının ölçülmesi, sodyum ve potasyum
atılımı, glukoz protein araması ilk yapılacak analizlerdir.
Önemli Nefrotoksinler
Ağır metaller
Halojenli Hidrokarbonlar
Petrol Hidrokarbonları
Çevre Kirleticileri; çeşitli pestisit ve herbisitler (poliklorobifeniller(PCB),
polibromobifeniller (PBB), tetraklorodibenzo-p-dioksin(TCDD)
Diğer Nefrotoksikler; Dimetilnitrozaminin deney hayvanlarında böbrek kanseri yaptığı
gösterilmiştir.
Alkol son araştrmlara göre böbrek zehiri olarak kabul edilmektedir.
12
İlaçlar; analjezikler, anestezikler, antibiyotikler böbrek için toksik olabilirler.
Aspirin ve fenasetin karışımı analjeziklerin uzun zaman alınmalarının böbreklerde
“medüller interstisyel nefrit”, kronik böbrek yetmezliği, renal pupillalarda hasara yol açtıkları
bilinmektedir. Fenasetinin kendisinin veya metaboliti N-asetilparaaminofenolün (asiaminofen,
parasetamol) insanlarda görülen nefrotoksisitede en önemli etken olduğu düşünülmektedir.
13