Principles of Toxicology and Risk
Assessment
De grondlegger van de toxicologie = Paracelsus
Principes van de toxicologie
Biologische effecten van toxicanten:
In principe zijn alle verbindingen toxisch. Echter het gaat om de dosis die je
binnenkrijgt. Toxicanten zijn overal:
- Aspirine en andere pijnstillers
- Schoonmaakmiddelen
- Benzine
- Alcohol
De effecten kunnen in de tijd erg verschillen:
- Onmiddellijke effecten (van licht tot zeer ernstig)
- Uitgestelde effecten (licht tot zeer ernstig)
o Het is dan lastig om een dosis-effect relatie vast te stellen.
Voorbeeld: Bhopal (india) 1984: per ongeluk komt 40 ton methyl isocyanaat vrij
uit een pesticiden fabriek. Resultaat 2000 doden.
De plaats waar toxische effecten zich manifesteren kan ook verschillen. We
onderscheiden:
- Lokale effecten, veelal op de plaats waar het contact met de toxische
verbinding heeft plaatsgevonden.
- Systemische effecten: Waarbij toxicanten in het lichaam komen, daar
circuleren en effect hebben op organen en orgaanstelsels.
Hoe werken toxicanten?
Toxische verbindingen kunnen zich binden aan enzymen en andere belangrijke
moleculen, met name het DNA.
De binding met deze moleculen verandert het functioneren van cellen, soms op
zeer ingrijpend:
1. Koper en arseen binden aan enzymen en blokkeren hun functioneren.
2. Koolmonoxide bindt aan hemoglobine in de rode bloedcellen en blokkeert
daarmee de zuurstofbinding
3. Toxicanten interacteren met DNA, leidend tot mutaties, celsterfte of kanker.
Factoren die toxiciteit beïnvloeden:
1. De route waardoor deze het lichaam binnenkomt.
2. De chemische reactiviteit
3. De dosis
4. De duur van blootstelling
5. Individu gebonden zaken, zoals leeftijd, sekse en genetische achtergrond
van het individu
1) De route waardoor toxicanten het lichaam binnenkomt
1. Inhalatie
2. Ingestie
, 3. Absorptie via de huid
Inhalatie is het snelste, absorptie de langzaamste
2) Chemische interacties
Chemische stoffen kunnen op vele manieren met elkaar reageren, dat geldt ook
voor toxicanten.
Reacties kunnen een additieve respons geven (1+1=2), maar soms ook een
synergistische respons (1+1=3). Bekend voorbeeld is barbituraten
(kalmeringsmiddleen) in combinatie met alcohol.
Er zijn ook een aantal (heel weinig) antagnositische responses (1+1=1)
Bio-accumulatie
Toxische verbindingen kunnen accumuleren in weefsels en organen. Is dus binnen
het individu!
Er treedt ook vaak accumulatie op in de voedselketen (dan heet het bio-
magnificatie). Dit komt voornamelijk door toename levensduur bij hogere
trofische niveaus en doordat die organismen vetweefsel hebben.
Hierdoor zijn omgevingsfactoren vaak geen goede maat voor de voorspelling van
toxische effecten.
Bio-accumulatie van pesticiden
Pesticides zijn vaak weinig selectief
Vaak zijn pesticides persistent
Gechloreerde koolwaterstoffen vertonen vaak bio-magnificatie (C xHyCl(1,2 of 3))
Bij de mens hoor je vaak over bio-magnificatie en accumulatie van radio-actief
jodine (kan leiden tot schildklierkanker)
Nederland: heeft heel veel vervuilde bodems. De vraag is of dit in de
voedselketens terecht komt. Met name in stedelijke gebieden zijn die
concentraties van giftige stoffen in de bodem te hoog.
Een Case Study: Herkomst, doorgifte en effecten van zware metalen in een
bodem-plant-slak voedselketen in vervuilde ecosystemen in Nationaal Park de
Biesbosch
Vervuiling met zware metalen
Metalen zitten van nature in gesteente. Vervuiling door menselijk gebruik en
verspreiding (metaalmijnen en smelterijen, in verf, pesticiden, gelode benzine,
mobiele telefoons).
* zware metalen zijn metalen met een dichtheid >5 g cm -3 (cadmium, koper)
Vaak komen ze chronisch en diffuus het milieu binnen. Met als kenmerken:
- niet afbreekbaar
- Deken over Nederland door bijdrage verschillende bronnen
SSEO Programma
- Gevolgen voor ecosystemen
- Stimuleringsprogramma Systeemgerichte Ecotoxicologie
- Onderzoekslocatie in de Biesbosch
In de slip van het biesbos zit nog steeds vervuiling van de jaren 60-70. De vraag
is of dit nog steeds in onze voedselketens terecht komt.
, Onderzoeksvraag en opzet:
Doorgifte, herkomst en effecten van zware metalen (cadmium, koper, lood
en zink)
In/op een bodem- plant- herbivoor voedselketen
Plant = brandnetel
Herbivoor = gewone tuinslak
7 onderzoeklocaties (waarvan 2 controlelocaties)
Experimenten en resultaten:
Bodem is zwaar vervuild.
Lage bladconcentraties
Verhoogde slakconcentraties
Blad-slak doorgifte groter dan bodem-slak
BODEM CONCENTRATIES KUN JE NIET 1 OP 1 VERKLAREN IN CONCENTRATIES IN
JE HEBRIVOOR
Conclusies: Doorgifte metalen in bodem-plant-slak voedselketen in de Biesbosch.
Geen negatieve gevolgen voor consumptie en voortplanting slakken. Bijdrage
uitscheiding metalen via slijm.
3) Dosis-effect relaties
Toxische verbindingen verschillen sterk in reactiviteit. Het effect wordt ook
bepaald door de dosis.
Toxiciteit wordt vaak bepaald met een dosis-respons curve. Het karakteristieke
punt is de LD50, de dosis waarbij 50% van de proefdieren sterft. Hoe lager de LD 50
is, des te toxischer de verbinding.
Modellen voor de mens:
- Rat Muis Cavia Hond Aap
Tegenwoordig wordt veel gebruikt met cellijnen (dit zijn celkweken waarmee
proeven gedaan worden). Maar met cellijnen kun je geen systemische effecten
testen. Ze proberen ook via wiskundige modellen tests te doen.
Modellen voor het ecosysteem:
- Bacterie Alg Waterplant Ongewerveld
Vis
Tentamenvraag: Zegt een LD50 nou alles? Want je kunt ook de situatie hebben
waarbij stof A en stof B een andere curve hebben. A is eerst stijl, dan minder stijl,
B is S-vorm.
Ze kunnen dezelfde LD50 hebben. Maar bij lage concentratie is A giftiger dan B, en
bij hoge concentratie is B hoger dan A. Je hebt dus altijd de dosis effect relatie
nodig, omdat de LD50 gewoon niet alles zegt. De vorm is dus OOK belangrijk!!!
Mutaties, kanker en geboorteafwijkingen
Mutaties:
- Chemische stoffen kunnen het erfelijke materiaal op vele manieren
veranderen
- Deze mutaties kunnen zowel optreden in lichaamscellen als in ei- en
zaadcellen
Assessment
De grondlegger van de toxicologie = Paracelsus
Principes van de toxicologie
Biologische effecten van toxicanten:
In principe zijn alle verbindingen toxisch. Echter het gaat om de dosis die je
binnenkrijgt. Toxicanten zijn overal:
- Aspirine en andere pijnstillers
- Schoonmaakmiddelen
- Benzine
- Alcohol
De effecten kunnen in de tijd erg verschillen:
- Onmiddellijke effecten (van licht tot zeer ernstig)
- Uitgestelde effecten (licht tot zeer ernstig)
o Het is dan lastig om een dosis-effect relatie vast te stellen.
Voorbeeld: Bhopal (india) 1984: per ongeluk komt 40 ton methyl isocyanaat vrij
uit een pesticiden fabriek. Resultaat 2000 doden.
De plaats waar toxische effecten zich manifesteren kan ook verschillen. We
onderscheiden:
- Lokale effecten, veelal op de plaats waar het contact met de toxische
verbinding heeft plaatsgevonden.
- Systemische effecten: Waarbij toxicanten in het lichaam komen, daar
circuleren en effect hebben op organen en orgaanstelsels.
Hoe werken toxicanten?
Toxische verbindingen kunnen zich binden aan enzymen en andere belangrijke
moleculen, met name het DNA.
De binding met deze moleculen verandert het functioneren van cellen, soms op
zeer ingrijpend:
1. Koper en arseen binden aan enzymen en blokkeren hun functioneren.
2. Koolmonoxide bindt aan hemoglobine in de rode bloedcellen en blokkeert
daarmee de zuurstofbinding
3. Toxicanten interacteren met DNA, leidend tot mutaties, celsterfte of kanker.
Factoren die toxiciteit beïnvloeden:
1. De route waardoor deze het lichaam binnenkomt.
2. De chemische reactiviteit
3. De dosis
4. De duur van blootstelling
5. Individu gebonden zaken, zoals leeftijd, sekse en genetische achtergrond
van het individu
1) De route waardoor toxicanten het lichaam binnenkomt
1. Inhalatie
2. Ingestie
, 3. Absorptie via de huid
Inhalatie is het snelste, absorptie de langzaamste
2) Chemische interacties
Chemische stoffen kunnen op vele manieren met elkaar reageren, dat geldt ook
voor toxicanten.
Reacties kunnen een additieve respons geven (1+1=2), maar soms ook een
synergistische respons (1+1=3). Bekend voorbeeld is barbituraten
(kalmeringsmiddleen) in combinatie met alcohol.
Er zijn ook een aantal (heel weinig) antagnositische responses (1+1=1)
Bio-accumulatie
Toxische verbindingen kunnen accumuleren in weefsels en organen. Is dus binnen
het individu!
Er treedt ook vaak accumulatie op in de voedselketen (dan heet het bio-
magnificatie). Dit komt voornamelijk door toename levensduur bij hogere
trofische niveaus en doordat die organismen vetweefsel hebben.
Hierdoor zijn omgevingsfactoren vaak geen goede maat voor de voorspelling van
toxische effecten.
Bio-accumulatie van pesticiden
Pesticides zijn vaak weinig selectief
Vaak zijn pesticides persistent
Gechloreerde koolwaterstoffen vertonen vaak bio-magnificatie (C xHyCl(1,2 of 3))
Bij de mens hoor je vaak over bio-magnificatie en accumulatie van radio-actief
jodine (kan leiden tot schildklierkanker)
Nederland: heeft heel veel vervuilde bodems. De vraag is of dit in de
voedselketens terecht komt. Met name in stedelijke gebieden zijn die
concentraties van giftige stoffen in de bodem te hoog.
Een Case Study: Herkomst, doorgifte en effecten van zware metalen in een
bodem-plant-slak voedselketen in vervuilde ecosystemen in Nationaal Park de
Biesbosch
Vervuiling met zware metalen
Metalen zitten van nature in gesteente. Vervuiling door menselijk gebruik en
verspreiding (metaalmijnen en smelterijen, in verf, pesticiden, gelode benzine,
mobiele telefoons).
* zware metalen zijn metalen met een dichtheid >5 g cm -3 (cadmium, koper)
Vaak komen ze chronisch en diffuus het milieu binnen. Met als kenmerken:
- niet afbreekbaar
- Deken over Nederland door bijdrage verschillende bronnen
SSEO Programma
- Gevolgen voor ecosystemen
- Stimuleringsprogramma Systeemgerichte Ecotoxicologie
- Onderzoekslocatie in de Biesbosch
In de slip van het biesbos zit nog steeds vervuiling van de jaren 60-70. De vraag
is of dit nog steeds in onze voedselketens terecht komt.
, Onderzoeksvraag en opzet:
Doorgifte, herkomst en effecten van zware metalen (cadmium, koper, lood
en zink)
In/op een bodem- plant- herbivoor voedselketen
Plant = brandnetel
Herbivoor = gewone tuinslak
7 onderzoeklocaties (waarvan 2 controlelocaties)
Experimenten en resultaten:
Bodem is zwaar vervuild.
Lage bladconcentraties
Verhoogde slakconcentraties
Blad-slak doorgifte groter dan bodem-slak
BODEM CONCENTRATIES KUN JE NIET 1 OP 1 VERKLAREN IN CONCENTRATIES IN
JE HEBRIVOOR
Conclusies: Doorgifte metalen in bodem-plant-slak voedselketen in de Biesbosch.
Geen negatieve gevolgen voor consumptie en voortplanting slakken. Bijdrage
uitscheiding metalen via slijm.
3) Dosis-effect relaties
Toxische verbindingen verschillen sterk in reactiviteit. Het effect wordt ook
bepaald door de dosis.
Toxiciteit wordt vaak bepaald met een dosis-respons curve. Het karakteristieke
punt is de LD50, de dosis waarbij 50% van de proefdieren sterft. Hoe lager de LD 50
is, des te toxischer de verbinding.
Modellen voor de mens:
- Rat Muis Cavia Hond Aap
Tegenwoordig wordt veel gebruikt met cellijnen (dit zijn celkweken waarmee
proeven gedaan worden). Maar met cellijnen kun je geen systemische effecten
testen. Ze proberen ook via wiskundige modellen tests te doen.
Modellen voor het ecosysteem:
- Bacterie Alg Waterplant Ongewerveld
Vis
Tentamenvraag: Zegt een LD50 nou alles? Want je kunt ook de situatie hebben
waarbij stof A en stof B een andere curve hebben. A is eerst stijl, dan minder stijl,
B is S-vorm.
Ze kunnen dezelfde LD50 hebben. Maar bij lage concentratie is A giftiger dan B, en
bij hoge concentratie is B hoger dan A. Je hebt dus altijd de dosis effect relatie
nodig, omdat de LD50 gewoon niet alles zegt. De vorm is dus OOK belangrijk!!!
Mutaties, kanker en geboorteafwijkingen
Mutaties:
- Chemische stoffen kunnen het erfelijke materiaal op vele manieren
veranderen
- Deze mutaties kunnen zowel optreden in lichaamscellen als in ei- en
zaadcellen
