Toxikologie ist die Untersuchung von Giften oder, umfassender, die Identifizierung und Quantifizierung von nachteiligen Folgen im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber physikalischen Einwirkungen, chemischen Substanzen und anderen Bedingungen. Als solche stützt sich die Toxikologie auf die meisten grundlegenden biologischen Wissenschaften, medizinischen Disziplinen, Epidemiologie und einige Bereiche der Chemie und Physik für Informationen, Forschungsdesigns und Methoden. Die Toxikologie reicht von der Grundlagenforschung zum Wirkmechanismus toxischer Stoffe bis hin zur Entwicklung und Interpretation von Standardtests zur Charakterisierung der toxischen Eigenschaften von Stoffen. Die Toxikologie liefert sowohl für die Medizin als auch für die Epidemiologie wichtige Informationen zum Verständnis der Ätiologie und zur Bereitstellung von Informationen zur Plausibilität beobachteter Zusammenhänge zwischen Expositionen, einschließlich Berufen, und Krankheiten. Die Toxikologie kann in Standarddisziplinen unterteilt werden, wie klinische, forensische, investigative und regulatorische Toxikologie; Toxikologie kann nach Zielorgansystem oder -prozess betrachtet werden, wie z. B. Immuntoxikologie oder genetische Toxikologie; Toxikologie kann in funktionalen Begriffen wie Forschung, Prüfung und Risikobewertung dargestellt werden.
Es ist eine Herausforderung, hier eine umfassende Darstellung der Toxikologie vorzuschlagen Enzyklopädie. Dieses Kapitel stellt kein Kompendium von Informationen zur Toxikologie oder zu Nebenwirkungen bestimmter Stoffe dar. Letztere Informationen werden besser aus Datenbanken gewonnen, die ständig aktualisiert werden, wie im letzten Abschnitt dieses Kapitels beschrieben. Darüber hinaus versucht das Kapitel nicht, die Toxikologie in bestimmte Unterdisziplinen wie die forensische Toxikologie einzuordnen. Es ist die Prämisse des Kapitels, dass die bereitgestellten Informationen für alle Arten toxikologischer Bemühungen und für die Anwendung der Toxikologie in verschiedenen medizinischen Fachrichtungen und Bereichen relevant sind. In diesem Kapitel basieren die Themen hauptsächlich auf einer praktischen Orientierung und Integration mit dem Sinn und Zweck des Enzyklopädie als Ganzes. Die Themen werden auch zur Erleichterung von Querverweisen innerhalb ausgewählt Enzyklopädie.
In der modernen Gesellschaft ist die Toxikologie zu einem wichtigen Element des Umwelt- und Arbeitsschutzes geworden. Dies liegt daran, dass viele staatliche und nichtstaatliche Organisationen Informationen aus der Toxikologie verwenden, um Gefahren am Arbeitsplatz und in der außerberuflichen Umgebung zu bewerten und zu regulieren. Als Teil von Präventionsstrategien ist die Toxikologie von unschätzbarem Wert, da sie die Quelle für Informationen über potenzielle Gefahren ist, wenn es keine weit verbreitete Exposition des Menschen gibt. Toxikologische Methoden werden von der Industrie auch häufig in der Produktentwicklung eingesetzt, um Informationen zu liefern, die für das Design spezifischer Moleküle oder Produktformulierungen nützlich sind.
Das Kapitel beginnt mit fünf Artikeln zu allgemeinen Prinzipien der Toxikologie, die für die Betrachtung der meisten Themen auf diesem Gebiet wichtig sind. Die ersten allgemeinen Prinzipien beziehen sich auf das Verständnis der Beziehungen zwischen externer Exposition und interner Dosis. In der modernen Terminologie bezieht sich „Exposition“ auf die Konzentrationen oder Mengen einer Substanz, die Einzelpersonen oder Bevölkerungsgruppen ausgesetzt werden – Mengen, die in bestimmten Luft- oder Wasservolumina oder in Bodenmassen gefunden werden. „Dosis“ bezieht sich auf die Konzentration oder Menge einer Substanz in einer exponierten Person oder einem exponierten Organismus. Im Arbeitsschutz werden häufig Standards und Richtlinien in Bezug auf die Exposition oder zulässige Grenzwerte für Konzentrationen in bestimmten Situationen festgelegt, z. B. in der Luft am Arbeitsplatz. Diese Expositionsgrenzwerte basieren auf Annahmen oder Informationen über die Beziehungen zwischen Exposition und Dosis; Informationen zur internen Dosis sind jedoch häufig nicht verfügbar. So können in vielen arbeitsmedizinischen Studien Assoziationen nur zwischen Exposition und Reaktion bzw. Wirkung hergestellt werden. In einigen Fällen wurden auf der Grundlage der Dosis Standards festgelegt (z. B. zulässige Konzentrationen von Blei im Blut oder Quecksilber im Urin). Obwohl diese Maßnahmen direkter mit der Toxizität korrelieren, ist es dennoch notwendig, die mit diesen Werten verbundenen Expositionsniveaus zum Zwecke der Risikokontrolle zurückzurechnen.
Der nächste Artikel befasst sich mit den Faktoren und Ereignissen, die die Beziehungen zwischen Exposition, Dosis und Wirkung bestimmen. Die ersten Faktoren beziehen sich auf Aufnahme, Absorption und Verteilung – die Prozesse, die den tatsächlichen Transport von Substanzen aus der äußeren Umgebung über Eintrittspforten wie Haut, Lunge und Darm in den Körper bestimmen. Diese Prozesse finden an der Schnittstelle zwischen Mensch und Umwelt statt. Die zweiten Faktoren, der Stoffwechsel, beziehen sich auf das Verständnis, wie der Körper mit absorbierten Substanzen umgeht. Einige Substanzen werden durch zelluläre Stoffwechselprozesse umgewandelt, die ihre biologische Aktivität entweder erhöhen oder verringern können.
Die Konzepte Zielorgan und kritischer Effekt wurden entwickelt, um die Interpretation toxikologischer Daten zu unterstützen. Abhängig von Dosis, Dauer und Expositionsweg sowie Wirtsfaktoren wie Alter können viele toxische Stoffe eine Reihe von Wirkungen in Organen und Organismen hervorrufen. Eine wichtige Rolle der Toxikologie besteht darin, die wichtige Wirkung oder Wirkungsgruppen zu identifizieren, um irreversible oder schwächende Krankheiten zu verhindern. Ein wichtiger Teil dieser Aufgabe ist die Identifizierung des Organs, das zuerst oder am stärksten von einem toxischen Mittel betroffen ist; dieses Organ wird als „Zielorgan“ bezeichnet. Innerhalb des Zielorgans ist es wichtig, das wichtige Ereignis oder die wichtigen Ereignisse zu identifizieren, die eine Vergiftung oder Schädigung signalisieren, um sicherzustellen, dass das Organ über den Bereich der normalen Schwankungen hinaus beeinträchtigt wurde. Dies ist als „kritischer Effekt“ bekannt; es kann das erste Ereignis in einer Reihe von pathophysiologischen Stadien darstellen (wie die Ausscheidung von Proteinen mit geringem Molekulargewicht als kritischer Effekt bei Nephrotoxizität), oder es kann die erste und potenziell irreversible Wirkung in einem Krankheitsprozess darstellen (wie die Bildung von eines DNA-Addukts in der Karzinogenese). Diese Konzepte sind im Arbeitsschutz wichtig, weil sie die Arten von Toxizität und klinischen Erkrankungen definieren, die mit bestimmten Expositionen verbunden sind, und in den meisten Fällen hat die Verringerung der Exposition das Ziel, kritische Wirkungen in den Zielorganen zu verhindern, und nicht jede Wirkung in allen oder irgendwelchen Organ.
Die nächsten beiden Artikel betreffen wichtige Wirtsfaktoren, die viele Arten von Reaktionen auf viele Arten von toxischen Stoffen beeinflussen. Diese sind: genetische Determinanten oder vererbte Anfälligkeits-/Resistenzfaktoren; und Alter, Geschlecht und andere Faktoren wie Ernährung oder Koexistenz von Infektionskrankheiten. Diese Faktoren können auch die Exposition und Dosis beeinflussen, indem sie die Aufnahme, Resorption, Verteilung und den Metabolismus verändern. Da die Erwerbstätigen auf der ganzen Welt in Bezug auf viele dieser Faktoren unterschiedlich sind, ist es für Arbeitsmediziner und politische Entscheidungsträger von entscheidender Bedeutung, zu verstehen, wie diese Faktoren zu unterschiedlichen Reaktionen zwischen Bevölkerungsgruppen und Einzelpersonen innerhalb von Bevölkerungsgruppen beitragen können. In Gesellschaften mit heterogener Bevölkerung sind diese Überlegungen besonders wichtig. Die Variabilität menschlicher Populationen muss bei der Bewertung der Risiken beruflicher Expositionen und beim Erreichen vernünftiger Schlussfolgerungen aus der Untersuchung nichtmenschlicher Organismen in der toxikologischen Forschung oder Prüfung berücksichtigt werden.
Der Abschnitt bietet dann zwei allgemeine Überblicke über die Toxikologie auf mechanistischer Ebene. Mechanistisch gehen moderne Toxikologen davon aus, dass alle toxischen Wirkungen ihre ersten Wirkungen auf zellulärer Ebene manifestieren; daher stellen zelluläre Reaktionen die frühesten Anzeichen dafür dar, dass der Körper auf ein toxisches Mittel trifft. Es wird ferner angenommen, dass diese Reaktionen ein Spektrum von Ereignissen darstellen, von Verletzungen bis zum Tod. Zellverletzung bezieht sich auf spezifische Prozesse, die von Zellen, der kleinsten Einheit der biologischen Organisation innerhalb von Organen, genutzt werden, um auf Herausforderungen zu reagieren. Diese Reaktionen beinhalten Veränderungen in der Funktion von Prozessen innerhalb der Zelle, einschließlich der Membran und ihrer Fähigkeit, Substanzen aufzunehmen, freizusetzen oder auszuschließen; die gezielte Synthese von Proteinen aus Aminosäuren; und der Umsatz von Zellkomponenten. Diese Reaktionen können allen verletzten Zellen gemeinsam sein, oder sie können für bestimmte Zelltypen innerhalb bestimmter Organsysteme spezifisch sein. Zelltod ist die Zerstörung von Zellen innerhalb eines Organsystems als Folge einer irreversiblen oder nicht kompensierten Zellschädigung. Toxische Mittel können aufgrund bestimmter Wirkungen wie Vergiftung des Sauerstofftransfers akut Zelltod verursachen, oder Zelltod kann die Folge einer chronischen Vergiftung sein. Auf den Zelltod kann in einigen, aber nicht allen Organsystemen ein Ersatz folgen, aber unter manchen Bedingungen kann die durch den Zelltod induzierte Zellproliferation als toxische Reaktion angesehen werden. Selbst ohne Zelltod kann eine wiederholte Zellverletzung Stress in Organen hervorrufen, der ihre Funktion beeinträchtigt und ihre Nachkommenschaft beeinträchtigt.
Das Kapitel wird dann in spezifischere Themen unterteilt, die in die folgenden Kategorien gruppiert sind: Mechanismus, Testmethoden, Regulierung und Risikobewertung. Die Artikel zum Mechanismus konzentrieren sich hauptsächlich auf Zielsysteme und nicht auf Organe. Dies spiegelt die Praxis der modernen Toxikologie und Medizin wider, die eher Organsysteme als isolierte Organe untersucht. So konzentriert sich beispielsweise die Diskussion der genetischen Toxikologie nicht auf die toxischen Wirkungen von Agenzien innerhalb eines bestimmten Organs, sondern auf genetisches Material als Angriffspunkt für toxische Wirkungen. Ebenso diskutiert der Artikel über Immuntoxikologie die verschiedenen Organe und Zellen des Immunsystems als Ziele für toxische Mittel. Die Methodenartikel sind so konzipiert, dass sie in hohem Maße einsatzbereit sind. sie beschreiben aktuelle Methoden, die in vielen Ländern zur Identifizierung von Gefahren verwendet werden, d. h. zur Entwicklung von Informationen über die biologischen Eigenschaften von Arbeitsstoffen.
Das Kapitel setzt sich mit fünf Artikeln über die Anwendung der Toxikologie in der Regulierung und Politikgestaltung fort, von der Gefahrenidentifizierung bis zur Risikobewertung. Die aktuelle Praxis in mehreren Ländern sowie IARC wird vorgestellt. Diese Artikel sollen den Leser in die Lage versetzen, zu verstehen, wie Informationen aus toxikologischen Tests mit grundlegenden und mechanistischen Schlussfolgerungen integriert werden, um quantitative Informationen abzuleiten, die bei der Festlegung von Expositionswerten und anderen Ansätzen zur Kontrolle von Gefahren am Arbeitsplatz und in der allgemeinen Umwelt verwendet werden.
Eine Zusammenfassung der verfügbaren toxikologischen Datenbanken, auf die die Leser dieser Enzyklopädie detaillierte Informationen zu bestimmten toxischen Stoffen und Expositionen finden können, findet sich in Band III (siehe „Toxikologische Datenbanken“ im Kapitel Sicherer Umgang mit Chemikalien, die Informationen zu vielen dieser Datenbanken, ihren Informationsquellen, Auswertungs- und Interpretationsmethoden und Zugangsmöglichkeiten enthält). Diese Datenbanken, zusammen mit der Enzyklopädie, geben dem Arbeitsmediziner, dem Arbeitnehmer und dem Arbeitgeber die Möglichkeit, aktuelle Informationen zur Toxikologie und zur Bewertung toxischer Arbeitsstoffe durch nationale und internationale Gremien zu erhalten und zu nutzen.
Dieses Kapitel konzentriert sich auf die für den Arbeitsschutz relevanten Aspekte der Toxikologie. Aus diesem Grund werden die klinische Toxikologie und die forensische Toxikologie nicht ausdrücklich als Teildisziplinen des Fachgebiets behandelt. Viele der hier beschriebenen Prinzipien und Ansätze werden in diesen Unterdisziplinen sowie in der Umweltgesundheit verwendet. Sie sind auch auf die Bewertung der Auswirkungen toxischer Stoffe auf nichtmenschliche Populationen anwendbar, was in vielen Ländern ein wichtiges Anliegen der Umweltpolitik ist. Es wurde engagiert versucht, die Perspektiven und Erfahrungen von Experten und Praktikern aus allen Bereichen und aus vielen Ländern einzubringen; Der Leser kann jedoch eine gewisse Voreingenommenheit gegenüber akademischen Wissenschaftlern in der entwickelten Welt feststellen. Obwohl der Herausgeber und die Mitwirkenden glauben, dass die Prinzipien und die Praxis der Toxikologie international sind, können die Probleme kultureller Voreingenommenheit und Engstirnigkeit in diesem Kapitel durchaus deutlich werden. Der Herausgeber des Kapitels hofft, dass die Leser dieses Enzyklopädie wird dazu beitragen, eine möglichst breite Perspektive zu gewährleisten, da diese wichtige Referenz weiterhin aktualisiert und erweitert wird.