Генетска токсикологија, по дефиницији, је студија о томе како хемијски или физички агенси утичу на замршени процес наслеђа. Генотоксичне хемикалије се дефинишу као једињења која су способна да модификују наследни материјал живих ћелија. Вероватноћа да ће одређена хемикалија изазвати генетско оштећење неизбежно зависи од неколико варијабли, укључујући ниво изложености организма хемикалији, дистрибуцију и задржавање хемикалије када уђе у тело, ефикасност метаболичке активације и/или система детоксикације у циљна ткива, и реактивност хемикалије или њених метаболита са критичним макромолекулима унутар ћелија. Вероватноћа да ће генетско оштећење изазвати болест на крају зависи од природе оштећења, способности ћелије да поправи или појача генетско оштећење, могућности да изрази било коју промену која је изазвана, и способности тела да препозна и потисне умножавање аберантне ћелије.

У вишим организмима, наследне информације су организоване у хромозомима. Хромозоми се састоје од чврсто кондензованих ланаца ДНК повезане са протеинима. У оквиру једног хромозома, сваки молекул ДНК постоји као пар дугих, неразгранатих ланаца нуклеотидних подјединица повезаних фосфодиестарским везама које спајају 5 угљеника једног дела дезоксирибозе са 3 угљеника следећег (слика 1). Поред тога, једна од четири различите нуклеотидне базе (аденин, цитозин, гванин или тимин) је везана за сваку подјединицу дезоксирибозе као перле на нити. Тродимензионално, сваки пар ланаца ДНК формира двоструку спиралу са свим базама оријентисаним ка унутрашњости спирале. Унутар хеликса, свака база је повезана са својом комплементарном базом на супротном ДНК ланцу; водонична веза диктира снажно, нековалентно упаривање аденина са тимином и гванина са цитозином (слика 1). Пошто је секвенца нуклеотидних база комплементарна целом дужином молекула дуплекс ДНК, оба ланца носе у суштини исте генетске информације. У ствари, током репликације ДНК сваки ланац служи као шаблон за производњу новог партнерског ланца.

Слика 1. (а) примарна, (б) секундарна и (ц) терцијарна организација људских наследних информација

Користећи РНК и низ различитих протеина, ћелија на крају дешифрује информације кодиране линеарном секвенцом база унутар специфичних региона ДНК (гена) и производи протеине који су неопходни за опстанак основних ћелија, као и за нормалан раст и диференцијацију. У суштини, нуклеотиди функционишу као биолошка абецеда која се користи за кодирање аминокиселина, градивних блокова протеина.

Када се уметну нетачни нуклеотиди или се нуклеотиди изгубе, или када се додају непотребни нуклеотиди током синтезе ДНК, грешка се назива мутација. Процењено је да се на сваких 10 јавља мање од једне мутације⁹ нуклеотиди уграђени током нормалне репликације ћелија. Иако мутације нису нужно штетне, промене које изазивају инактивацију или прекомерну експресију важних гена могу довести до разних поремећаја, укључујући рак, наследне болести, развојне абнормалности, неплодност и ембрионалну или перинаталну смрт. Веома ретко, мутација може довести до побољшаног преживљавања; такве појаве су основа природне селекције.

Иако неке хемикалије реагују директно са ДНК, већина захтева метаболичку активацију. У последњем случају, електрофилни интермедијери као што су епоксиди или јони угљеника су на крају одговорни за изазивање лезија на различитим нуклеофилним местима унутар генетског материјала (слика 2). У другим случајевима, генотоксичност је посредована нуспроизводима интеракције једињења са интрацелуларним липидима, протеинима или кисеоником.

Слика 2. Биоактивација: а) бензо(а)пирена; и б) Н-нитрозодиметиламин

Због њиховог релативног обиља у ћелијама, протеини су најчешћа мета интеракције токсичних супстанци. Међутим, модификација ДНК изазива већу забринутост због централне улоге овог молекула у регулисању раста и диференцијације кроз више генерација ћелија.

На молекуларном нивоу, електрофилна једињења имају тенденцију да нападају кисеоник и азот у ДНК. Локације које су најсклоне модификацијама илустроване су на слици 3. Иако су кисеоник унутар фосфатних група у ДНК кичми такође мета за хемијску модификацију, сматра се да је оштећење база биолошки релевантније јер се ове групе сматрају примарним информативним елемената у молекулу ДНК.

Слика 3. Примарна места хемијски изазваних оштећења ДНК

Једињења која садрже један електрофилни део обично испољавају генотоксичност тако што производе моно-адукте у ДНК. Слично томе, једињења која садрже два или више реактивних делова могу да реагују са два различита нуклеофилна центра и на тај начин произведу интра- или интер-молекуларне попречне везе у генетском материјалу (слика 4). Унакрсне везе између ДНК-ДНК и ДНК-протеина могу бити посебно цитотоксичне јер могу формирати потпуне блокове за репликацију ДНК. Из очигледних разлога, смрт ћелије елиминише могућност да ће бити мутирана или неопластично трансформисана. Генотоксични агенси такође могу деловати тако што изазивају прекиде у фосфодиестарској кичми, или између база и шећера (производећи абазична места) у ДНК. Такви прекиди могу бити директан резултат хемијске реактивности на месту оштећења или се могу јавити током поправке једног од горе наведених типова лезија ДНК.

Слика 4. Разне врсте оштећења комплекса протеин-ДНК

Током протеклих тридесет до четрдесет година развијене су различите технике за праћење врсте генетских оштећења изазваних разним хемикалијама. Такви тестови су детаљно описани на другом месту у овом поглављу и Енциклопедија.

Погрешна репликација „микролезија“ као што су моно-адукти, абазична места или прекиди једног ланца може на крају довести до супституција нуклеотидних базних парова, или уметања или брисања кратких полинуклеотидних фрагмената у хромозомској ДНК. Насупрот томе, „макролезије“, као што су гломазни адукти, унакрсне везе или прекиди двоструког ланца, могу изазвати добијање, губитак или преуређење релативно великих делова хромозома. У сваком случају, последице могу бити погубне по организам јер било који од ових догађаја може довести до смрти ћелије, губитка функције или малигне трансформације ћелија. Како тачно оштећење ДНК узрокује рак је углавном непознато. Тренутно се верује да процес може укључивати неодговарајућу активацију прото-онкогена као што је нпр миц Рас, и/или инактивација недавно идентификованих гена супресора тумора као што је п53. Абнормална експресија било ког типа гена укида нормалне ћелијске механизме за контролу пролиферације и/или диференцијације ћелија.

Превласт експерименталних доказа указује да је развој канцера након излагања електрофилним једињењима релативно редак догађај. Ово се делимично може објаснити интринзичном способношћу ћелије да препозна и поправи оштећену ДНК или неуспехом ћелија са оштећеном ДНК да преживе. Током поправке, оштећена база, нуклеотид или кратак део нуклеотида који окружује место оштећења се уклања и (користећи супротни ланац као шаблон) нови део ДНК се синтетише и спаја на место. Да би била ефикасна, поправка ДНК мора да се деси са великом тачношћу пре деобе ћелије, пре него што дође до могућности за ширење мутације.

Клиничке студије су показале да људи са наследним дефектима у способности да поправе оштећену ДНК често развију рак и/или развојне абнормалности у раном добу (табела 1). Такви примери пружају снажне доказе који повезују акумулацију оштећења ДНК са људским болестима. Слично, агенси који промовишу пролиферацију ћелија (као што је тетрадеканоилфорбол ацетат) често појачавају карциногенезу. За ова једињења, повећана вероватноћа неопластичне трансформације може бити директна последица смањења времена доступног ћелији да изврши адекватну поправку ДНК.

Табела 1. Наследни поремећаји склони карциному за које се чини да укључују дефекте у поправци ДНК

Најраније теорије о томе како хемикалије интерагују са ДНК могу се пратити до студија спроведених током развоја иперита за употребу у рату. Даље разумевање је произашло из напора да се идентификују агенси против рака који би селективно зауставили репликацију туморских ћелија које се брзо деле. Повећана забринутост јавности због опасности у нашем окружењу подстакла је додатна истраживања механизама и последица хемијске интеракције са генетским материјалом. Примери различитих врста хемикалија које испољавају генотоксичност су представљени у табели 2.

Табела 2. Примери хемикалија које показују генотоксичност у људским ћелијама

Назад

Функције имуног система су да заштити тело од инвазије инфективних агенаса и да обезбеди имунолошки надзор против туморских ћелија које настају. Има прву линију одбране која је неспецифична и која сама може да покрене ефекторске реакције и стечену специфичну грану, у којој лимфоцити и антитела носе специфичност препознавања и накнадне реактивности према антигену.

Имунотоксикологија је дефинисана као „дисциплина која се бави проучавањем догађаја који могу довести до нежељених ефеката као резултат интеракције ксенобиотика са имунолошким системом. Ови нежељени догађаји могу резултирати као последица (1) директног и/или индиректног ефекта ксенобиотика (и/или његовог производа биотрансформације) на имуни систем, или (2) имунолошки заснованог одговора домаћина на једињење и/или његов метаболит(и), или антигени домаћина модификовани једињењем или његовим метаболитима” (Берлин ет ал. 1987).

Када имуни систем делује као пасивна мета хемијских увреда, резултат може бити смањена отпорност на инфекцију и одређене облике неоплазије, или имунолошка дисрегулација/стимулација која може погоршати алергију или ауто-имунитет. У случају да имуни систем реагује на антигенску специфичност ксенобиотика или антигена домаћина модификованог једињењем, токсичност се може манифестовати као алергије или аутоимуне болести.

Развијени су животињски модели за испитивање супресије имунитета изазване хемикалијама, а један број ових метода је потврђен (Бурлесон, Мунсон и Деан 1995; ИПЦС 1996). За потребе тестирања, следи вишестепени приступ како би се направио адекватан избор од огромног броја доступних тестова. Генерално, циљ првог нивоа је да идентификује потенцијалне имунотоксичне супстанце. Ако се идентификује потенцијална имунотоксичност, врши се други ниво тестирања да би се потврдиле и даље карактерисале уочене промене. Истраживања трећег нивоа укључују посебне студије о механизму деловања једињења. Неколико ксенобиотика је идентификовано као имунотоксиканти који изазивају имуносупресију у таквим студијама на лабораторијским животињама.

База података о поремећајима имунолошке функције код људи услед хемикалија из животне средине је ограничена (Десцотес 1986; НРЦ Подкомитет за имунотоксикологију 1992). Употреба маркера имунотоксичности је добила мало пажње у клиничким и епидемиолошким студијама да би се истражио ефекат ових хемикалија на здравље људи. Такве студије нису рађене често, а њихово тумачење често не дозвољава да се донесу недвосмислени закључци, на пример због неконтролисане природе излагања. Стога, тренутно процена имунотоксичности код глодара, са накнадном екстраполацијом на човека, чини основу за доношење одлука о опасности и ризику.

Реакције преосетљивости, посебно алергијска астма и контактни дерматитис, су важни здравствени проблеми у индустријализованим земљама (Вос, Иоунес и Смитх 1995). Феномен контактне сензибилизације је прво истражен код заморца (Андерсен и Маибацх 1985). До недавно је ово била врста избора за предиктивно тестирање. Доступне су многе методе тестирања заморчића, а најчешће коришћени су тест максимизације заморчића и Буехлеров тест оклудираних закрпа. Тестови на заморцима и новији приступи развијени на мишевима, као што су тестови отицања уха и тест локалних лимфних чворова, пружају токсикологу алате за процену опасности од сензибилизације коже. Ситуација у погледу сензибилизације респираторног тракта је веома различита. Још увек не постоје добро потврђене или широко прихваћене методе за идентификацију хемијских респираторних алергена, иако је напредак у развоју животињских модела за испитивање хемијских респираторних алергија постигнут код заморца и миша.

Подаци о људима показују да хемијски агенси, посебно лекови, могу изазвати аутоимуне болести (Каммуллер, Блоксма и Сеинен 1989). Постоји велики број експерименталних животињских модела људских аутоимуних болести. Оне обухватају и спонтану патологију (на пример системски еритематозни лупус код новозеландских црних мишева) и аутоимуне феномене изазване експерименталном имунизацијом унакрсним реактивним аутоантигеном (на пример, артритис изазван Х37Ра адјувансом код пацова соја Левис). Ови модели се примењују у претклиничкој евалуацији имуносупресивних лекова. Врло мало студија бавило се потенцијалом ових модела за процену да ли ксенобиотик погоршава индуковану или урођену аутоимуност. Животињски модели који су погодни за истраживање способности хемикалија да изазову аутоимуне болести практично недостају. Један модел који се користи у ограниченој мери је тест поплитеалних лимфних чворова код мишева. Као и ситуација код људи, генетски фактори играју кључну улогу у развоју аутоимуне болести (АД) код лабораторијских животиња, што ће ограничити предиктивну вредност таквих тестова.

Имунски систем

Главна функција имуног система је одбрана од бактерија, вируса, паразита, гљивица и неопластичних ћелија. Ово се постиже деловањем различитих типова ћелија и њихових растворљивих медијатора у фино подешеном концерту. Одбрана домаћина може се грубо поделити на неспецифичну или урођену резистенцију и специфичан или стечени имунитет посредован лимфоцитима (Роитт, Бростофф и Мале 1989).

Компоненте имуног система присутне су у целом телу (Јонес ет ал. 1990). Компартмент за лимфоците се налази у лимфоидним органима (слика 1). Коштана срж и тимус су класификовани као примарни или централни лимфоидни органи; секундарни или периферни лимфоидни органи обухватају лимфне чворове, слезину и лимфоидно ткиво дуж секреторних површина као што су гастроинтестинални и респираторни тракт, такозвано лимфоидно ткиво повезано са слузницом (МАЛТ). Отприлике половина телесних лимфоцита налази се у било ком тренутку у МАЛТ-у. Поред тога, кожа је важан орган за индукцију имунолошких одговора на антигене присутне на кожи. Важне у овом процесу су епидермалне Лангерхансове ћелије које имају функцију презентовања антигена.

Слика 1. Примарни и секундарни лимфоидни органи и ткива

Фагоцитне ћелије лозе моноцита/макрофага, назване мононуклеарни фагоцитни систем (МПС), јављају се у лимфоидним органима и такође на екстранодалним местима; екстранодални фагоцити укључују Купферове ћелије у јетри, алвеоларне макрофаге у плућима, мезангијалне макрофаге у бубрезима и глијалне ћелије у мозгу. Полиморфонуклеарни леукоцити (ПМН) су углавном присутни у крви и коштаној сржи, али се акумулирају на местима упале.

Неспецифична одбрана

Прву линију одбране од микроорганизама врши физичка и хемијска баријера, као што су кожа, респираторни и пробавни тракт. Ова баријера је потпомогнута неспецифичним заштитним механизмима укључујући фагоцитне ћелије, као што су макрофаги и полиморфонуклеарни леукоцити, који су у стању да убијају патогене, и природне ћелије убице, које могу да лизирају ћелије тумора и ћелије инфициране вирусом. Систем комплемента и одређени микробни инхибитори (нпр. лизозим) такође учествују у неспецифичном одговору.

Специфични имунитет

Након почетног контакта домаћина са патогеном, индукују се специфични имуни одговори. Обележје ове друге линије одбране је специфично препознавање детерминанти, такозваних антигена или епитопа, патогена помоћу рецептора на површини ћелије Б- и Т-лимфоцита. Након интеракције са специфичним антигеном, ћелија која носи рецептор се стимулише да се подвргне пролиферацији и диференцијацији, производећи клон ћелија потомака који су специфични за изазивајући антиген. Специфични имуни одговори помажу неспецифичној одбрани представљеној патогенима стимулишући ефикасност неспецифичних одговора. Основна карактеристика специфичног имунитета је да се памћење развија. Секундарни контакт са истим антигеном изазива бржи и снажнији, али добро регулисан одговор.

Геном нема капацитет да носи кодове низа антигенских рецептора који су довољни да препознају број антигена који се могу срести. Репертоар специфичности се развија процесом преуређивања гена. Ово је случајан процес, током којег се јављају различите специфичности. Ово укључује специфичности сопствених компоненти, које су непожељне. Процес селекције који се одвија у тимусу (Т ћелије) или коштаној сржи (Б ћелије) ради на брисању ових непожељних специфичности.

Нормална имунолошка ефекторска функција и хомеостатска регулација имуног одговора зависе од низа растворљивих производа, познатих као цитокини, које синтетишу и луче лимфоцити и други типови ћелија. Цитокини имају плеиотропне ефекте на имуне и инфламаторне одговоре. Сарадња између различитих ћелијских популација је неопходна за имуни одговор — регулацију одговора антитела, акумулацију имуних ћелија и молекула на местима упале, иницирање одговора акутне фазе, контролу цитотоксичне функције макрофага и многе друге процесе који су централни за отпорност домаћина. . На њих утичу и у многим случајевима зависе од цитокина који делују појединачно или заједно.

Препознају се два крака специфичног имунитета—хуморални имунитет и ћелијски посредован или ћелијски имунитет:

Хуморални имунитет. У хуморалном краку Б-лимфоцити се стимулишу након што рецептори на ћелијској површини препознају антиген. Антигенски рецептори на Б-лимфоцитима су имуноглобулини (Иг). Зреле Б ћелије (плазма ћелије) започињу производњу антиген-специфичних имуноглобулина који делују као антитела у серуму или дуж мукозних површина. Постоји пет главних класа имуноглобулина: (1) ИгМ, пентамерни Иг са оптималним капацитетом аглутинације, који се прво производи након антигенске стимулације; (2) ИгГ, главни Иг у циркулацији, који може да прође кроз плаценту; (3) ИгА, секреторни Иг за заштиту мукозних површина; (4) ИгЕ, Иг фиксирање за мастоците или базофилне гранулоците укључене у непосредне реакције преосетљивости и (5) ИгД, чија је главна функција рецептор на Б-лимфоцитима.

Ћелијски посредован имунитет. Ћелијски крак специфичног имуног система је посредован Т-лимфоцитима. Ове ћелије такође имају рецепторе за антиген на својим мембранама. Они препознају антиген ако су представљени ћелијама које представљају антиген у контексту антигена хистокомпатибилности. Дакле, ове ћелије имају ограничење поред специфичности антигена. Т ћелије функционишу као помоћне ћелије за различите (укључујући хуморалне) имуне одговоре, посредују у регрутовању инфламаторних ћелија и могу, као цитотоксичне Т ћелије, да убијају циљне ћелије након антиген-специфичног препознавања.

Механизми имунотоксичности

Имуносупресија

Ефективна резистенција домаћина зависи од функционалног интегритета имуног система, што заузврат захтева да компоненте ћелија и молекула који оркестрирају имуни одговор буду доступни у довољном броју иу оперативном облику. Урођене имунодефицијенције код људи често се карактеришу дефектима одређених линија матичних ћелија, што доводи до поремећене или одсутне производње имуних ћелија. По аналогији са урођеним и стеченим болестима хумане имунодефицијенције, хемијски изазвана имуносупресија може бити резултат једноставног смањења броја функционалних ћелија (ИПЦС 1996). Одсуство или смањен број лимфоцита може имати више или мање дубоке ефекте на имунолошки статус. Нека стања имунодефицијенције и тешка имуносупресија, који се могу јавити у трансплантацији или цитостатичкој терапији, повезани су посебно са повећаном инциденцом опортунистичких инфекција и одређених неопластичних болести. Инфекције могу бити бактеријске, вирусне, гљивичне или протозојске, а преовлађујући тип инфекције зависи од придружене имунодефицијенције. Може се очекивати да ће излагање имуносупресивним хемикалијама из животне средине довести до суптилнијих облика имуносупресије, што може бити тешко открити. Ово може довести, на пример, до повећане инциденције инфекција као што су грип или обична прехлада.

С обзиром на сложеност имуног система, са широким спектром ћелија, медијатора и функција које чине компликовану и интерактивну мрежу, имунотоксична једињења имају бројне могућности да испоље дејство. Иако природа почетних лезија изазваних многим имунотоксичним хемикалијама још увек није разјашњена, све је више доступних информација, углавном изведених из студија на лабораторијским животињама, у вези са имунобиолошким променама које доводе до депресије имунолошке функције (Деан ет ал. 1994.) . Токсични ефекти могу се јавити на следећим критичним функцијама (и дати су неки примери имунотоксичних једињења која утичу на ове функције):

•  развој и ширење различитих популација матичних ћелија (бензен испољава имунотоксичне ефекте на нивоу матичних ћелија, изазивајући лимфоцитопенију)
•  пролиферација различитих лимфоидних и мијелоидних ћелија, као и потпорних ткива у којима ове ћелије сазревају и функционишу (имунотоксична органокалајна једињења сузбијају пролиферативну активност лимфоцита у тимусној кортексу путем директне цитотоксичности; тимотоксично дејство 2,3,7,8-тетрахлоро -дибензо-п-диоксин (ТЦДД) и сродна једињења су вероватно због поремећене функције епителних ћелија тимуса, а не због директне токсичности за тимоците)
•  преузимање, процесирање и презентација антигена од стране макрофага и других ћелија које представљају антиген (једна од мета 7,12-диметилбенз(а)антрацена (ДМБА) и олова је презентација антигена од стране макрофага; мета ултраљубичастог зрачења је антиген- представљање Лангерхансове ћелије)
•  регулаторна функција Т-помоћних и Т-супресорских ћелија (функција Т-помоћних ћелија је оштећена органотинима, алдикарбом, полихлорисаним бифенилима (ПЦБ), ТЦДД и ДМБА; функција Т-супресорских ћелија је смањена третманом ниским дозама циклофосфамида)
•  производња различитих цитокина или интерлеукина (бензо(а)пирен (БП) потискује производњу интерлеукина-1; ултраљубичасто зрачење мења производњу цитокина од стране кератиноцита)
•  синтеза различитих класа имуноглобулина ИгМ и ИгГ је потиснута након третмана ПЦБ и трибутилкалај оксидом (ТБТ), и повећана након излагања хексахлоробензену (ХЦБ).
•  регулација и активација комплемента (под утицајем ТЦДД)
•  цитотоксична функција Т ћелија (3-метилхолантрен (3-МЦ), ДМБА и ТЦДД потискују цитотоксичну активност Т ћелија)
•  функција природних ћелија убица (НК) (плућна НК активност је потиснута озоном; НК активност слезине је оштећена никлом)
•  хемотаксија макрофага и полиморфонуклеарних леукоцита и цитотоксичне функције (озон и азот-диоксид нарушавају фагоцитну активност алвеоларних макрофага).

Алергија

Алергија могу се дефинисати као штетни здравствени ефекти који су резултат индукције и изазивања специфичних имуних одговора. Када се реакције преосетљивости јављају без укључивања имуног система термин псеудо-алергија се користи. У контексту имунотоксикологије, алергија је резултат специфичног имунолошког одговора на хемикалије и лекове који су од интереса. Способност хемикалије да сензибилизира појединце је генерално повезана са њеном способношћу да се ковалентно везује за телесне протеине. Алергијске реакције могу имати различите облике и оне се разликују у односу на основне имунолошке механизме и брзину реакције. Препознате су четири главне врсте алергијских реакција: Реакције преосетљивости типа И, које изазивају ИгЕ антитело и код којих се симптоми манифестују у року од неколико минута након излагања сензибилизоване особе. Реакције преосетљивости типа ИИ су резултат оштећења или уништења ћелија домаћина антителом. У овом случају симптоми постају очигледни у року од неколико сати. Реакције преосетљивости типа ИИИ или Артусове реакције су такође посредоване антителима, али против растворљивог антигена, и резултат су локалног или системског деловања имуних комплекса. На реакције типа ИВ, или преосетљивост одложеног типа, утичу Т-лимфоцити и обично се симптоми развијају 24 до 48 сати након излагања сензибилизоване особе.

Две врсте хемијских алергија од највећег значаја за здравље на раду су осетљивост на контакт или алергија коже и алергија респираторног тракта.

Контактна преосетљивост. Велики број хемикалија може изазвати сензибилизацију коже. Након локалног излагања осетљиве особе хемијском алергену, одговор Т-лимфоцита се индукује у дренирајућим лимфним чворовима. У кожи алерген директно или индиректно ступа у интеракцију са епидермалним Лангерхансовим ћелијама, које транспортују хемикалију до лимфних чворова и представљају је у имуногеном облику Т-лимфоцитима који реагују. Т-лимфоцити активирани алергеном пролиферирају, што доводи до клоналне експанзије. Појединац је сада сензибилизиран и реаговаће на друго дермално излагање истој хемикалији агресивнијим имунолошким одговором, што резултира алергијским контактним дерматитисом. Кожна инфламаторна реакција која карактерише алергијски контактни дерматитис је секундарна у односу на препознавање алергена у кожи од стране специфичних Т-лимфоцита. Ови лимфоцити се активирају, ослобађају цитокине и изазивају локалну акумулацију других мононуклеарних леукоцита. Симптоми се развијају око 24 до 48 сати након излагања сензибилизоване особе, па стога алергијски контактни дерматитис представља облик преосетљивости одложеног типа. Уобичајени узроци алергијског контактног дерматитиса укључују органске хемикалије (као што је 2,4-динитрохлоробензен), метале (као што су никл и хром) и биљне производе (као што је урушиол из отровног бршљана).

Респираторна преосетљивост. Респираторна преосетљивост се обично сматра реакцијом преосетљивости типа И. Међутим, реакције у касној фази и хроничнији симптоми повезани са астмом могу укључити ћелијски посредоване (тип ИВ) имуне процесе. На акутне симптоме повезане са респираторном алергијом утиче ИгЕ антитело, чија производња се провоцира након излагања осетљиве особе индукујућем хемијском алергену. ИгЕ антитело се дистрибуира системски и везује се, преко мембранских рецептора, за мастоците које се налазе у васкуларизованим ткивима, укључујући респираторни тракт. Након удисања исте хемикалије долази до реакције респираторне преосетљивости. Алерген се повезује са протеином и везује се за ИгЕ антитела везана за мастоците и унакрсно повезује. Ово заузврат изазива дегранулацију мастоцита и ослобађање инфламаторних медијатора као што су хистамин и леукотриени. Такви медијатори изазивају бронхоконстрикцију и вазодилатацију, што резултира симптомима респираторне алергије; астма и/или ринитис. Хемикалије за које се зна да изазивају респираторну преосетљивост код људи укључују анхидриде киселине (као што је тримелитни анхидрид), неке диизоцијанате (као што је толуен диизоцијанат), соли платине и неке реактивне боје. Такође, познато је да хронична изложеност берилијуму изазива преосетљивост плућа.

Аутоимунитет

Аутоимунитет може се дефинисати као стимулација специфичних имуних одговора усмерених против ендогених „самосталних” антигена. Индукована аутоимуност може бити резултат или промена у равнотежи регулаторних Т-лимфоцита или због повезаности ксенобиотика са компонентама нормалног ткива тако да их чини имуногеним („измењено ја“). Лекови и хемикалије за које се зна да случајно изазивају или погоршавају ефекте попут оних код аутоимуне болести (АД) код осетљивих појединаца су једињења мале молекулске тежине (молекулске тежине 100 до 500) за која се генерално сматра да сама по себи нису имуногена. Механизам АД услед излагања хемикалијама углавном је непознат. Болест се може произвести директно помоћу циркулишућих антитела, индиректно кроз формирање имунских комплекса, или као последица ћелијски посредованог имунитета, али се вероватно јавља комбинацијом механизама. Патогенеза је најпознатија код имунолошких хемолитичких поремећаја изазваних лековима:

•  Лек се може везати за мембрану црвених ћелија и ступити у интеракцију са антителом специфичним за лек.
•  Лек може да промени мембрану црвених ћелија тако да имуни систем сматра ћелију страном.
•  Лек и његово специфично антитело формирају имуне комплексе који се везују за мембрану црвених ћелија и изазивају повреде.
•  Сензибилизација црвених ћелија настаје услед производње аутоантитела црвених ћелија.

Утврђено је да разне хемикалије и лекови, посебно ове последње, изазивају аутоимуне реакције (Камуллер, Блоксма и Сеинен 1989). Професионална изложеност хемикалијама може случајно довести до синдрома сличних АД. Излагање мономерном винил хлориду, трихлоретилену, перхлоретилену, епоксидним смолама и силицијум прашини може изазвати синдроме сличне склеродерми. Синдром сличан системском еритематозусу (СЛЕ) описан је након излагања хидразину. Излагање толуен диизоцијанату је повезано са индукцијом тромбоцитопеничне пурпуре. Тешки метали као што је жива су укључени у неке случајеве имунокомплексног гломерулонефритиса.

Процена људског ризика

Процена имуног статуса човека се врши углавном коришћењем периферне крви за анализу хуморалних супстанци као што су имуноглобулини и комплемент, и леукоцита крви за састав подскупа и функционалност субпопулација. Ове методе су обично исте као оне које се користе за испитивање хуморалног и ћелијски посредованог имунитета, као и неспецифичне резистенције пацијената са сумњом на болест урођене имунодефицијенције. За епидемиолошке студије (нпр. професионално изложене популације) параметре треба изабрати на основу њихове предиктивне вредности у људским популацијама, валидираних животињских модела и основне биологије маркера (видети табелу 1). Стратегија скрининга на имунотоксичне ефекте након (случајног) излагања загађивачима животне средине или другим токсичним супстанцама у великој мери зависи од околности, као што су тип имунодефицијенције који се очекује, време између излагања и процене имунолошког статуса, степен изложености и број изложених особа. Процес процене имунотоксичног ризика од одређеног ксенобиотика код људи је изузетно тежак и често немогућ, углавном због присуства различитих збуњујућих фактора ендогеног или егзогеног порекла који утичу на одговор појединаца на токсично оштећење. Ово посебно важи за студије које истражују улогу излагања хемикалијама у аутоимуним болестима, где генетски фактори играју кључну улогу.

Табела 1. Класификација тестова за имунолошке маркере

Пошто су адекватни подаци о људима ретко доступни, процена ризика за имуносупресију изазвану хемикалијама код људи се у већини случајева заснива на студијама на животињама. Идентификација потенцијалних имунотоксичних ксенобиотика се спроводи првенствено у контролисаним студијама на глодарима. Студије изложености ин виво представљају, у том погледу, оптималан приступ за процену имунотоксичног потенцијала једињења. Ово је због мултифакторске и сложене природе имуног система и имунолошких одговора. Ин витро студије су све веће вредности у разјашњавању механизама имунотоксичности. Поред тога, истраживањем ефеката једињења коришћењем ћелија животињског и људског порекла, могу се добити подаци за поређење врста, који се могу користити у „паралелограмском“ приступу за побољшање процеса процене ризика. Ако су доступни подаци за три камена темељца паралелограма (ин виво животиње, ин витро животиње и људи), можда ће бити лакше предвидети исход на преосталом камену темељцу, односно ризик код људи.

Када се процена ризика за имуносупресију изазвану хемикалијама мора ослањати искључиво на податке из студија на животињама, може се следити приступ у екстраполацији на човека применом фактора несигурности на ниво без уочених штетних ефеката (НОАЕЛ). Овај ниво се може заснивати на параметрима одређеним у релевантним моделима, као што су тестови резистенције домаћина и ин виво процена реакција преосетљивости и производње антитела. У идеалном случају, релевантност овог приступа у процени ризика захтева потврду студија на људима. Такве студије треба да комбинују идентификацију и мерење токсичности, епидемиолошке податке и процену имунолошког статуса.

Да би се предвидела контактна преосетљивост, доступни су модели заморчића који се користе у процени ризика од 1970-их. Иако су осетљиви и поновљиви, ови тестови имају ограничења јер зависе од субјективне процене; ово се може превазићи новијим и квантитативнијим методама развијеним у мишу. Што се тиче хемијске индуковане преосетљивости изазване удисањем или гутањем алергена, тестове треба развити и проценити у смислу њихове предиктивне вредности код човека. Када је у питању постављање безбедних нивоа изложености потенцијалним алергенима на радном месту, мора се узети у обзир двофазна природа алергије: фаза сензибилизације и фаза изазивања. Концентрација потребна за изазивање алергијске реакције код претходно сензибилизоване особе је знатно нижа од концентрације неопходне да се изазове сензибилизација код имунолошки наивне, али осетљиве особе.

Како животињски модели за предвиђање аутоимуности изазване хемикалијама практично недостају, нагласак треба дати развоју таквих модела. За развој таквих модела, наше знање о хемијском индукованој аутоимуности код људи требало би да се унапреди, укључујући проучавање генетских маркера и маркера имуног система за идентификацију осетљивих појединаца. Људи који су изложени лековима који изазивају аутоимуност нуде такву прилику.

Назад

Проучавање и карактеризација хемикалија и других агенаса за токсична својства често се предузима на основу специфичних органа и система органа. У овом поглављу, два циља су одабрана за детаљну дискусију: имуни систем и ген. Ови примери су одабрани да представљају сложен систем циљних органа и молекуларну мету унутар ћелија. За свеобухватнију дискусију о токсикологији циљних органа, читалац се упућује на стандардне токсиколошке текстове као што су Цасаретт анд Доулл, и Хаиес. Међународни програм за хемијску безбедност (ИПЦС) је такође објавио неколико критеријумских докумената о токсикологији циљних органа, по систему органа.

Токсиколошке студије циљних органа обично се спроводе на основу информација које указују на потенцијал за специфичне токсичне ефекте неке супстанце, било из епидемиолошких података или из студија опште акутне или хроничне токсичности, или на основу посебних забринутости за заштиту одређених функција органа, као што су као репродукција или развој фетуса. У неким случајевима, тестови токсичности специфичних циљних органа су изричито наложени од стране законских власти, као што је тестирање неуротоксичности у складу са америчким законом о пестицидима (погледајте „Приступ Сједињених Држава процјени ризика од репродуктивних токсиканата и неуротоксичних агенаса“ и тестирање мутагености према јапанском Цхемицал Закон о контроли супстанци (видети „Принципи идентификације опасности: јапански приступ“).

Као што је објашњено у одељку „Циљани орган и критични ефекти“, идентификација критичног органа заснива се на откривању органа или система органа који први реагују негативно или на најниже дозе или изложеност. Ове информације се затим користе за дизајнирање специфичних токсиколошких испитивања или више дефинисаних тестова токсичности који су дизајнирани да изазову осетљивије индикације интоксикације у циљном органу. Токсиколошке студије циљних органа такође се могу користити за одређивање механизама деловања, употребе у процени ризика (видети „Приступ Сједињених Држава процени ризика од репродуктивних токсиканата и неуротоксичних агенаса”).

Методе студија токсичности циљних органа

Циљни органи се могу проучавати излагањем интактних организама и детаљном анализом функције и хистопатологије у циљном органу, или ин витро излагањем ћелија, резова ткива или целих органа који се одржавају краткорочно или дуготрајно у култури (видети „Механизми токсикологија: Увод и појмови”). У неким случајевима, ткива људских субјеката могу такође бити доступна за студије токсичности за циљне органе, и то могу пружити могућности за валидацију претпоставки екстраполације међу врстама. Међутим, мора се имати на уму да такве студије не дају информације о релативној токсикокинетици.

Уопштено говорећи, студије токсичности циљног органа деле следеће заједничке карактеристике: детаљан хистопатолошки преглед циљног органа, укључујући пост мортем преглед, тежину ткива и преглед фиксираних ткива; биохемијске студије критичних путева у циљном органу, као што су важни ензимски системи; функционалне студије способности органа и ћелијских састојака да обављају очекиване метаболичке и друге функције; и анализа биомаркера изложености и раних ефеката у ћелијама циљних органа.

Детаљно познавање физиологије циљног органа, биохемије и молекуларне биологије може бити укључено у студије циљних органа. На пример, пошто је синтеза и секреција протеина мале молекуларне тежине важан аспект бубрежне функције, студије нефротоксичности често укључују посебну пажњу на ове параметре (ИПЦС 1991). Пошто је комуникација ћелија-ћелија основни процес функције нервног система, студије неуротоксичности циљних органа могу укључивати детаљна неурохемијска и биофизичка мерења синтезе неуротрансмитера, узимања, складиштења, ослобађања и везивања рецептора, као и електрофизиолошко мерење промена у мембрани. потенцијал повезан са овим догађајима.

Велики акценат се ставља на развој ин витро метода за токсичност циљних органа, како би се заменила или смањила употреба целих животиња. Значајан напредак у овим методама је постигнут за репродуктивне токсичне супстанце (Хеиндел и Цхапин 1993).

Укратко, студије токсичности циљних органа се генерално спроводе као тест вишег реда за одређивање токсичности. Избор специфичних циљних органа за даљу евалуацију зависи од резултата тестова на нивоу скрининга, као што су акутни или субхронични тестови које користе ОЕЦД и Европска унија; неки циљни органи и системи органа могу бити а приори кандидати за специјалну истрагу због забринутости за спречавање одређених врста штетних ефеката на здравље.

Назад