1
Laboratorij za toksikologiju
TOKSIKOLOGIJA HRANE
akad. god. 2010 / 2011
TOKSIKOLOGIJA HRANE
• Predavanja:Dr. sc. Branimir Šimić, red. prof.Dr. sc. Jasna Franekić Čolić red. prof.Dr. sc. Ivana Kmetič, doc.Dr. sc. Ksenija Durgo, doc.
• Seminari i vježbe:Dr. sc. Ivana Kmetič, doc.Dr. sc. Ksenija Durgo, doc.Dipl. inž. Teuta Murati, asistent
2
� Literatura za dopunu znanja:
� Hayes, A.W. (ured.): Principles and Methods of Toxicology. Raven Press, New York (1989).
� Timbrell, J.A.: Introduction to Toxicology, 2. izd., Taylor&Francis, London (1995).
� Timbrell, J.A.: Principles of Biochemical Toxicology,3.izd., Taylor&Francis, London (2000).
� Deshpande, S.S.: Handbook of Food Toxicology, Marcel Dekker, Inc., New York - Basel (2002).
� Hodgson, E. (ured.): A Textbook of Modern Toxicology, 3. izd., Wiley-Interscience, Hoboken, NJ (2004).
� Omaye, S.T.: Food and Nutritional Toxicology, CRC Press, Boca Raton (2004).
Toksikologija
• Toksikologija - znanost koja izučava štetne učinke kemijskih, fizičkih ili bioloških agensa na žive organizme i ekosustav, uključujući prevenciju i
oporavak(SOT - Society of Toxicology, 2010
http://www.toxicology.org/ai/asot/aboutsot.asp)
• Toksičnost - nepovoljan (štetan) završetak niza učinaka potaknutih izlaganjem kemijskom, fizičkom ili biološkom agensu
3
- manifestacije toksičnosti:
�od blagih biokemijskih poremećaja do ozbiljnih oštećenja organa i smrti
�reverzibilne ili ireverzibilne promjene
uključuju:
apsorpciju, transport, biotransformacije u manje toksične ili toksičnije metabolite, interakcije sa staničnim makromolekulama, izlučivanje i dr.
• Obuhvatnost područja toksikologije:- studije temeljnih mehanizama toksičnosti
- testiranja toksičnosti- mjerenja izloženosti
- analize rizika
• ovakav pristup zahtijeva: interdisciplinarnost
� korištenje načela i metoda disciplina kao što su:- molekularna biologija- kemija (analitička, organska, anorganska,
biokemija)- fiziologija- medicina (veterinarska, humana)- matematika i informatika
4
� temeljni ciljevi znanstvenih istraživanja u području toksikologije:
• odrediti toksična svojstva ksenobiotika i steći saznanja o njihovim toksičnim učincima
• istražiti rizik koji ksenobiotici predstavljaju za organizmeu odnosu na koncentracije u kojima su te tvari prisutne:
- u okolišu
- u hranidbenom lancu
• ukazati na potrebu kontrole i zaštite od štetnih utjecajaksenobiotika
�ksenobiotik
- tvar strana biološkom sustavu
- tvar koja ima mali ili nikakav značaj u održavanju normalnih biokemijskih / staničnih funkcija
Povijesni razvoj toksikologije
� empirijska saznanja o otrovnim svojstvima biljaka i životinja
- korištenje otrova u opskrbi hranom, ritualima, ali i u medicinske svrhe (Indijanci, stanovniciAfrike, narodi u Aziji)
� znanja najranijih kultura o lijekovima
i otrovima
�Kina - Pen Ts’ao - najstarije kinesko medicinsko djelo - popis otrovnog i
ljekovitog bilja, kao i antidota:
car Shen Nung (2735 p.n.e.)
- otac kineske medicine
5
�Egipat- Ebersov papirus (1550 p.n.e.)- najveći papirus medicinskog sadržaja (20,23 m dug,
30 cm širok, 110 stranica) - opis: 700 lijekova u 900 pripravaka, otrovi biljnog i mineralnog porijekla, otrovni insekti i životinje
- naziv - njemački egiptolog Georg Moritz Ebers� Indija - Vede - (1550 i 1200 p.n.e.) svete knjige Hindusa
Susruta-Samhita - (100 p.n.e.) farmakopejadrevne Indije
Kalpa Sthana - primarno opisi antidota
� drevna Grčka
� liječnik Hipokrat (400 p.n.e.) - opisi otrova i principa u kliničkoj toksikologiji
� filozof Teofrast (300 p.n.e.) - De Historia Plantarum:
ljekovito i otrovno bilje - počeci botanike
� liječnik i farmakolog Dioskorid (1. st.) - klasifikacija otrova prema biljnim, životinjskim i mineralnim izvorima
6
� pronalaženja “boljih načina” smrti/usmrćenja
�grčki filozof Sokrat (470-399 p.n.e.) - smaknuće ekstraktom kukute(Conium maculatum L.)
�grčki govornik Demosten (385-322 p.n.e.) - otrov skriven u peru
�Kleopatra (69-30 p.n.e.) - eksperimentirala strihninom na zatvorenicima, sama odabrala zmijski otrov
� grčki car Mitridat VI (132-63 p.n.e.)- tražio univerzalni antidot- provodio akutne testove toksičnosti na osobama
osuđenim zbog kriminala
� Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim - Paracelsus (1493-1541)- revolucionaran doprinos za toksikologiju- jasne postavke odnosa doza - odgovor
- “Svaka tvar je otrov; ne postoji niti jedna koja nije otrov. Samo doza čini tvar otrovom ili lijekom.”
- njegove postavke - integralni dio moderne toksikologije:� eksperiment je neophodan u istraživanju
odgovora na kemijsku tvar�nužno je razgraničiti terapeutska i toksična
svojstva kemijskih tvari- ova svojstva ponekad raspoznatljiva samo
po dozi
7
� Percivall Pott (1714-1788), engleski kirurg- prvi dokumentirao 1775. povezanost radne okoline i
pojave kancera (kancerogen iz okoliša)- PAH spojevi - pojava kancera skrotuma u dimnjačara
� Bonavetura Orfila (1787-1853), francuski liječnik španjolskog porijekla- smatra se ocem moderne toksikologije- prvi koristio materijale autopsije i kemijsku analizu u
dokazivanju trovanja (forenzička toksikologija)- kreirao nove i usavršio postojeće metode- prvi znanstvenik koji je sustavno primjenjivao testove
na životinjama- razlučio toksikologiju kao zasebnu disciplinu- autor prve knjige iz toksikologije “Traite des poisons”
(1813) - opisani štetni učinci otrova
� 20 st. - većina značajnih informacija za modernu toksikologiju- 1930. oformljena FDA (Food and Drug Administration)
- regulativa o sastavu i sigurnosti lijekova i namirnica- od kraja II svj. rata - razvoj novih analitičkih metoda- značaj testiranja lijekova - tragedija s talidomidom
(1950-tih godina)- bolest minimata - trovanje s metil živom u ribi (1950. g.)- fokusiranje na testiranje pesticida
(Rachel Carson: Silent Spring, 1962. g.)- Agent Orange - dioksin (TCDD), 1960-tih- 1970. osnovana EPA (Environmental Protection
Agency) zaštita vode tla i zraka- 1980. - International Union of Toxicology (51 suradnih
društava, > 20.000 toksikologa)
8
Toksikologija - znanost
� značaj toksikologije:- zaštita zdravlja i kvalitete okoliša- poznavanje rizika od tvari koje su proizvod našeg
društva� multidisciplinarnost - uz pomoć npr. fiziologije,
patologije, biokemije, analitičke kemije - istražujetoksične utjecaje i ponašanje tvari na razini organizma i organa
� interdisciplinarnost - u objašnjenju mehanizamatoksičnih učinaka na molekularnoj razini - integracija s osnovnim područjima u znanosti (biologija, imunologija, molekularne znanosti, organska kemija…)
� “vertikalna integracija” s temeljnim područjima i“horizontalna integracija” s poljima primijenjenihznanosti
Položaj toksikologije u odnosu na temeljne
znanosti i odgovarajuća polja
9
Discipline u toksikologiji
� deskriptivna toksikologija- identificira moguću akutnu i kroničnu toksičnost, kao npr.
genotoksičnost, reprodukcijsku toksičnost, teratogeni i kancerogeni potencijal testirane tvari
- sakuplja toksikološke informacije iz zapažanja i eksperimenata na životinjama
- postavlja hipoteze za mehanističke studije
� istraživačka ili mehanistička toksikologija- proučava način na koji toksični agens izaziva biokemijske i
fiziološke promjene u stanici ili tkivu, koje za posljedicu imaju štetne učinke
� primijenjena toksikolgija- proučava prisutnost, upotrebu, djelovanje i učinke
ksenobiotika u nelaboratorijskim uvjetima- poddiscipline: klinička i forenzička toksikologija,
toksikologija okoliša, toksikologija hrane ....
Klinička i forenzička toksikologija
� dijagnostika, tretman pri otrovanju� intoksikacije i metode detekcije� povezanost toksikologije, kliničke medicine, biokemije,
farmacije� utvrđivanje odnosa “uzrok-učinak” - između
ekspozicije lijeku ili otrovu i toksičnog ili letalnog učinka tvari
Veterinarska toksikologija
� dijagnostika i tretman otrovanja u životinja� posebna pozornost:
mogući prijenos toksina i patogena na čovjeka putem mesa, mlijeka i drugih namirnica
10
Toksikologija okoliša i ekotoksikologija
� povezuju: znanosti o zdravlju i okolišu, ekologiju,kemiju okoliša
� studij djelovanja štetnih tvari iz okoliša kojima suorganizmi izloženi:- zagađivači vode, hrane, tla, zraka i ambijenta
radnog okoliša- primarno usmjerenje:
• kretanje kemijskih tvari, toksikanata i njihovih metabolita u okolišu i u prehrambenom lancu
• učinci takvih toksikanata na pojedinca i na populaciju
Toksikologija u medicini rada
� profesionalna / industrijska toksikologija
- “Occupational toxicology / Industrial toxicology”
� specifično područje toksikologije okoliša
� razvoj uvjetovan potrebama:
- zaštititi čovjeka na radnom mjestu od otrovnih tvari
- učiniti radni okoliš sigurnim
� svrha:
- spriječiti oštećenja zdravlja osoba na radnom mjestu
11
Toksikologija hrane
� toksikološki aspekti prehrambenih proizvoda i načinaprehrane
� sustavno izučavanje toksina i toksikanata koji se mogu naći u hrani:- tvari prirodnog porijekla kao metabolički produkti
nastali u životinjama i biljkama od kojih je hrana proizvedena i u mikroorganizmima
- biološki i kemijski zagađivači iz zraka, vode i tla
- namjerno u hranu unešeni ksenobiotici (aditivi)
- toksikanti nastali tijekom procesiranja hrane
� kombinacija toksikologije sa znanostima o hrani i prehrani
- određivanje rizika i savjeti društvu
Analitička toksikologija
� identifikacija toksikanata analizom uzoraka iz okoliša, namirnica, tjelesnih tekućina, stomačnog sadržaja, izlučevina, kože itd.
Regulatorna toksikologija
� sakupljanje i obrada postojećih toksikoloških informacija u svrhu utvrđivanja standarda “sigurne”izloženosti temeljeno na koncentracijama
� koristi podatke deskriptivne i mehanističke toksikologije
� odlučivanje da li je rizik koji predstavlja kemikalija dovoljno malen da bi se ona mogla pustiti na tržište
12
Terminologija u toksikologiji
� TOKSIKANT - (OTROV)
- tvar koja je s obzirom na kvalitetu, količinu i koncentraciju strana organizmu, dospjela u organizam na bilo koji način ilije u njemu nastala, te remeti normalneživotne procese i funkcije i izaziva drugaoštećenja, pri čemu ne djeluje mehaničkiniti termički
� TOKSINI - otrovi koje proizvode živi organizmi� često korišten pojam - BIOTOKSINI
- zootoksini - životinjskog porijekla- fitotoksini - biljnog porijekla- bakteriotoksini - nastaju u bakterijama
- endotoksini; npr. Salmonella toksini(toksini nastaju i zadražavaju se u samommikroorganizmu)
- egzotoksini; npr. aflatoksin, botulinumtoksin (izlučuju se iz mikroorganizma)
- mikotoksini - stvaraju ih gljivice
13
� TOKSIKOZE - (INTOKSIKACIJA) oboljenja izazvanatoksikantom (otrovanja)
� TOKSIKO-INFEKCIJE - bolesti izazvaneendotoksinima, koji se oslobađaju u probavnom traktu(npr. uzrokovane Salmonellom)
� TOKSIČNOST
- osobina neke tvari da izazove štetne učinake u organizmu
- nepovoljan (štetan) završetak niza učinaka potaknutih izlaganjem kemijskom, fizičkom ili biološkom agensu
- izazvani učinci - TOKSIČNI UČINCI
� TOKSICITET - relativan pojam- označava “stupanj toksičnosti” neke tvari
u odnosu na drugu� stupnjevanje regulirano zakonskim
propisima (pr. Zakon o otrovima, NN 27/99 i Pravilnik o mjerilima za razvrstavanje otrova u skupine, NN 47/99)
� razvrstanost otrovnih tvari u 3 skupine� toksicitet se isključivo označava s LD50
(količina otrova koja izaziva smrtnost 50% populacije)
14
� LD50 - mg otrova / kg tj.m. (per os za štakora)
1. skupina - vrlo jaki otrov: LD50 do 25 mg/kg
2. skupina - otrov: LD50 25 -200 mg/kg
3. skupina - štetna tvar: LD50 200-2000 mg/kg
� određivanje LD50
- najčešća eksperimentalna životinja: štakor
- jednokratne peroralne doze
- praćenje učinka tijekom 24 sata� LC50 (za ptice i ribe): mg otrova/kg hrane (ptice)
ili mg otrova/L vode (ribe)
� NOAEL (no observed adverse effect level) - najvišadoza koja ne uzrokuje štetan učinak (nikakvaoštećenja)
� NOEL (no observed effect level) - doza koja ne uzrokuje biološki ili statistički značajno povećanjejačine ili frekvencije bilo kojeg učinka
� MTD (minimum toxic dose ili maximum tolerance
dose) - minimalna toksična doza ili maksimalnotolerantna doza
15
Uobičajeni način izražavanja koncentracijatoksične tvari
� koncentracije tvari u:
- hrani
- vodi
- tkivima i tekućinama živih organizama
izražava se u:
ppm (parts per million) mg/kg ili mg/L
ppb (parts per billion) µµµµg/kg ili µµµµg/L
ppt (parts per trillion) ng/kg ili ng/L
koncentracije > ppm - izražavanje u %
Klasifikacija toksičnih tvari
izloženost čovjeka toksičnim tvarima obzirom na njihovu namijenu i uporabu:
� lijekovi
� aditivi hrani
� industrijske kemikalije
� agrokemikalije
� prirodni toksini
� zagađivači okoliša
� otrovi u kućanstvu
16
Lijekovi
� lijekovi u humanoj medicini- tvari visoke aktivnosti u biološkim sustavima -
većina potencijalno toksična- toksičnost najčešće povezana s nepravilnim
doziranjem� lijekovi u veterinarskoj medicini
- čovjek izložen konzumiranjem jestivih dijelova životinja tretiranih lijekovima
� lijekovi i druge tvari kao sredstva zlouporabe- izazivanje ovisnosti; toksična djelovanja- u ovu kategoriju svrstavaju se također
alkohol i aktivne tvari u cigaretama
Aditivi hrani
� ksenobiotici neposredno unošeni hranom u organizam
� korištenje u svrhu održavanja ili poboljšavanjasvojstava proizvoda
� tvari obično niske biološke aktivnosti
� potencijalno toksične tvari kao zagađivači(toksičnost tvari nastalih procesiranjem hrane)
� većina aditiva (prirodnog porijekla ili sintetski):
- u hrani u niskim koncentracijama
- za mnoge nepoznata kronična toksičnost
� svakodnevni unos hranom
17
Industrijske kemikalije
� neposredan rizik na radnom mjestu gdje se proizvodeili koriste
� ogroman broj kemikalija u raznim industrijama
- ekspozicija kontrolirana zakonskim propisima
- kronična i akutna izloženost� odgovorne za zagađenje okoliša
� opasnosti po zdravlje
- produžena izloženost
- nastajanje oštećenja, kancer
Agrokemikalije
� pesticidi (herbicidi, fungicidi, insekticidi, rodenticidi ...)
- toksičnost za ciljne organizme - poželjno svojstvo
�toksičnost za druge organizme mora biti spriječena!
� pesticidi - namjerno raspršivanje u okoliš
- zagađenja preko poljoprivrednih usjeva, pitkih vodaili zraka
� glavni problemi korištenja pesticida:
- izrazita perzistentnost mnogih pesticida u okolišu
- biokoncentracija u lancima prehrane
� umjetna gnojiva
18
Prirodni toksini
� toksične tvari koje proizvode živi organizmi (mnoge biljke i životinje)
� prirodni toksini biljaka, životinja ili bakterija:
- raznolike kemijske strukture
- različiti, mnogobrojni toksični učinci
� intoksikacije:
- najčešće - unosom u organizam putem hrane
- slučajni unos otrova biljaka ili životinjaubodom i ugrizom
Zagađivači okoliša
� glavni izvori zagađenja okoliša:- industrijski procesi- namjerno korištenje ksenobiotika u okolišu
(npr. pesticidi)
� produkti sagorijevanja:- sastojci dima iz tvornica i elektrana- sastojci plinova nastalih sagorjevanjem različitih
goriva
19
zagađivači okoliša
mnoge industrijske kemikalije - potencijalni zagađivači okoliša
�kontakt s hranom tijekom poljoprivredne proizvodnje, procesiranja, pakiranja, skladištenja
�voda - značajno sredstvo prijenosa zagađenja u poljoprivredi, procesiranju i proizvodnji hrane
�hrana porijeklom iz morskih izvora - moguća kontaminiranost namjernim ili ne namjernim zagađenjem rijeka, jezera i mora
izvori zagađivala slučajno dospjelih u hranu
kontaminacija tla i vodenih resursa� teškim metalima �pesticidima� radioizotopima�drugim toksičnim industrijskim
kemikalijama
proizvodni procesi� kontaminanti dospjeli iz ambalaže (monomeri,
polimerni stabilizatori, plastifikatori...)� čestice korištenog pribora
20
izvori zagađivala slučajno dospjelih u hranu
kemikalije primjenjivane na usjevima
� regulatori biljnog rasta
� pesticidi (insekticidi, fungicidi, herbicidi, sredstva protiv klijanja)
kemikalije primjenjivane u stočarstvu i peradarstvuu svrhu očuvanja i poboljšanja zdravlja životinja
� veterinarski lijekovi
� hormoni
� aditivi krmivu
Otrovi u kućanstvu
� tvari različitih kategorija:
pesticidi, lijekovi, otapala, sredstva za čišćenje, deterđenti, sastojci kozmetičkih preparata
� izloženost obično akutna, rjeđe kronična
� toksične tvari u kućanstvu:
- iritansi
- razna oštećenja kože, sluznice i očiju
- izrazita toksičnost pojedinih ksenobiotika (lijekovi, pesticidi)