La tossicologia è lo studio dei veleni o, più in generale, l'identificazione e la quantificazione degli esiti avversi associati all'esposizione ad agenti fisici, sostanze chimiche e altre condizioni. In quanto tale, la tossicologia attinge alla maggior parte delle scienze biologiche di base, delle discipline mediche, dell'epidemiologia e di alcune aree della chimica e della fisica per informazioni, progetti di ricerca e metodi. La tossicologia spazia dalle indagini di ricerca di base sul meccanismo d'azione degli agenti tossici attraverso lo sviluppo e l'interpretazione di test standard che caratterizzano le proprietà tossiche degli agenti. La tossicologia fornisce informazioni importanti sia per la medicina che per l'epidemiologia nella comprensione dell'eziologia e nel fornire informazioni sulla plausibilità delle associazioni osservate tra le esposizioni, comprese le occupazioni, e la malattia. La tossicologia può essere suddivisa in discipline standard, come la tossicologia clinica, forense, investigativa e normativa; la tossicologia può essere considerata per sistema o processo dell'organo bersaglio, come l'immunotossicologia o la tossicologia genetica; la tossicologia può essere presentata in termini funzionali, come ricerca, sperimentazione e valutazione del rischio.
È una sfida proporre una presentazione completa della tossicologia in questo Enciclopedia. Questo capitolo non presenta un compendio di informazioni sulla tossicologia o sugli effetti avversi di agenti specifici. Quest'ultima informazione è meglio ricavata da banche dati in continuo aggiornamento, come descritto nell'ultima sezione di questo capitolo. Inoltre, il capitolo non tenta di collocare la tossicologia all'interno di specifiche sottodiscipline, come la tossicologia forense. È la premessa del capitolo che le informazioni fornite sono rilevanti per tutti i tipi di sforzi tossicologici e per l'uso della tossicologia in varie specialità e campi medici. In questo capitolo, gli argomenti si basano principalmente su un orientamento pratico e sull'integrazione con l'intento e lo scopo del Enciclopedia nel complesso. Gli argomenti sono selezionati anche per facilità di riferimento incrociato all'interno del Enciclopedia.
Nella società moderna, la tossicologia è diventata un elemento importante per la salute ambientale e occupazionale. Questo perché molte organizzazioni, governative e non governative, utilizzano le informazioni della tossicologia per valutare e regolamentare i pericoli sul posto di lavoro e nell'ambiente non professionale. Nell'ambito delle strategie di prevenzione, la tossicologia è preziosa, poiché è la fonte di informazioni sui potenziali pericoli in assenza di esposizioni umane diffuse. I metodi tossicologici sono anche ampiamente utilizzati dall'industria nello sviluppo del prodotto, per fornire informazioni utili nella progettazione di molecole specifiche o formulazioni del prodotto.
Il capitolo inizia con cinque articoli sui principi generali della tossicologia, che sono importanti per la considerazione della maggior parte degli argomenti nel campo. I primi principi generali riguardano la comprensione delle relazioni tra esposizione esterna e dose interna. Nella terminologia moderna, "esposizione" si riferisce alle concentrazioni o alla quantità di una sostanza presentata a individui o popolazioni, quantità che si trovano in volumi specifici di aria o acqua o in masse di suolo. "Dose" si riferisce alla concentrazione o alla quantità di una sostanza all'interno di una persona o organismo esposto. Nella salute sul lavoro, gli standard e le linee guida sono spesso fissati in termini di esposizione o limiti consentiti di concentrazioni in situazioni specifiche, come nell'aria sul posto di lavoro. Questi limiti di esposizione si basano su ipotesi o informazioni sulle relazioni tra esposizione e dose; tuttavia, spesso le informazioni sulla dose interna non sono disponibili. Pertanto, in molti studi sulla salute sul lavoro, le associazioni possono essere tracciate solo tra l'esposizione e la risposta o l'effetto. In alcuni casi, gli standard sono stati fissati in base alla dose (ad esempio, livelli consentiti di piombo nel sangue o mercurio nelle urine). Mentre queste misure sono più direttamente correlate alla tossicità, è ancora necessario calcolare a ritroso i livelli di esposizione associati a questi livelli ai fini del controllo dei rischi.
Il prossimo articolo riguarda i fattori e gli eventi che determinano le relazioni tra esposizione, dose e risposta. I primi fattori riguardano l'assorbimento, l'assorbimento e la distribuzione, i processi che determinano l'effettivo trasporto di sostanze nel corpo dall'ambiente esterno attraverso le porte di ingresso come la pelle, i polmoni e l'intestino. Questi processi sono all'interfaccia tra gli esseri umani e il loro ambiente. I secondi fattori, del metabolismo, riguardano la comprensione di come il corpo gestisce le sostanze assorbite. Alcune sostanze vengono trasformate dai processi cellulari del metabolismo, che possono aumentare o diminuire la loro attività biologica.
I concetti di organo bersaglio ed effetto critico sono stati sviluppati per facilitare l'interpretazione dei dati tossicologici. A seconda della dose, della durata e della via di esposizione, nonché di fattori dell'ospite come l'età, molti agenti tossici possono indurre una serie di effetti all'interno di organi e organismi. Un ruolo importante della tossicologia è identificare l'effetto o le serie di effetti importanti al fine di prevenire malattie irreversibili o debilitanti. Una parte importante di questo compito è l'identificazione dell'organo colpito per primo o maggiormente da un agente tossico; tale organo è definito “organo bersaglio”. All'interno dell'organo bersaglio, è importante identificare l'evento o gli eventi importanti che segnalano intossicazione o danno, al fine di accertare che l'organo sia stato colpito oltre il range di variazione normale. Questo è noto come "effetto critico"; può rappresentare il primo evento in una progressione di stadi fisiopatologici (come l'escrezione di proteine a piccolo peso molecolare come effetto critico nella nefrotossicità), oppure può rappresentare il primo e potenzialmente irreversibile effetto in un processo patologico (come la formazione di un addotto del DNA nella carcinogenesi). Questi concetti sono importanti nella salute sul lavoro perché definiscono i tipi di tossicità e malattia clinica associati a esposizioni specifiche e nella maggior parte dei casi la riduzione dell'esposizione ha come obiettivo la prevenzione degli effetti critici negli organi bersaglio, piuttosto che ogni effetto in ogni o in qualsiasi organo.
I prossimi due articoli riguardano importanti fattori dell'ospite che influenzano molti tipi di risposte a molti tipi di agenti tossici. Questi sono: determinanti genetici o fattori ereditari di suscettibilità/resistenza; e l'età, il sesso e altri fattori come la dieta o la coesistenza di malattie infettive. Questi fattori possono anche influenzare l'esposizione e la dose, modificando l'assorbimento, l'assorbimento, la distribuzione e il metabolismo. Poiché le popolazioni lavoratrici in tutto il mondo variano rispetto a molti di questi fattori, è fondamentale per gli specialisti della salute sul lavoro e i responsabili politici comprendere il modo in cui questi fattori possono contribuire alle variabilità di risposta tra le popolazioni e gli individui all'interno delle popolazioni. Nelle società con popolazioni eterogenee, queste considerazioni sono particolarmente importanti. La variabilità delle popolazioni umane deve essere considerata nella valutazione dei rischi di esposizioni professionali e nel raggiungere conclusioni razionali dallo studio di organismi non umani nella ricerca o nei test tossicologici.
La sezione fornisce quindi due panoramiche generali sulla tossicologia a livello meccanicistico. Meccanicisticamente, i tossicologi moderni ritengono che tutti gli effetti tossici manifestino le loro prime azioni a livello cellulare; quindi, le risposte cellulari rappresentano le prime indicazioni degli incontri del corpo con un agente tossico. Si presume inoltre che queste risposte rappresentino uno spettro di eventi, dalla lesione alla morte. Il danno cellulare si riferisce a processi specifici utilizzati dalle cellule, la più piccola unità di organizzazione biologica all'interno degli organi, per rispondere alla sfida. Queste risposte comportano cambiamenti nella funzione dei processi all'interno della cellula, inclusa la membrana e la sua capacità di assorbire, rilasciare o escludere sostanze; la sintesi diretta di proteine da amminoacidi; e il turnover dei componenti cellulari. Queste risposte possono essere comuni a tutte le cellule danneggiate o possono essere specifiche per determinati tipi di cellule all'interno di determinati sistemi di organi. La morte cellulare è la distruzione delle cellule all'interno di un sistema di organi, come conseguenza di un danno cellulare irreversibile o non compensato. Gli agenti tossici possono causare la morte cellulare in modo acuto a causa di determinate azioni come l'avvelenamento del trasferimento di ossigeno, oppure la morte cellulare può essere la conseguenza dell'intossicazione cronica. La morte cellulare può essere seguita dalla sostituzione in alcuni ma non in tutti i sistemi di organi, ma in alcune condizioni la proliferazione cellulare indotta dalla morte cellulare può essere considerata una risposta tossica. Anche in assenza di morte cellulare, ripetute lesioni cellulari possono indurre stress all'interno degli organi che ne compromette la funzione e colpisce la loro progenie.
Il capitolo è poi suddiviso in argomenti più specifici, raggruppati nelle seguenti categorie: meccanismo, metodi di prova, regolamentazione e valutazione del rischio. Gli articoli sui meccanismi si concentrano principalmente sui sistemi bersaglio piuttosto che sugli organi. Ciò riflette la pratica della moderna tossicologia e medicina, che studia i sistemi di organi piuttosto che gli organi isolati. Così, ad esempio, la discussione sulla tossicologia genetica non è incentrata sugli effetti tossici di agenti all'interno di un organo specifico, ma piuttosto sul materiale genetico come bersaglio dell'azione tossica. Allo stesso modo, l'articolo sull'immunotossicologia discute i vari organi e cellule del sistema immunitario come bersagli per agenti tossici. Gli articoli sui metodi sono progettati per essere altamente operativi; descrivono i metodi attualmente in uso in molti paesi per l'identificazione dei pericoli, ovvero lo sviluppo di informazioni relative alle proprietà biologiche degli agenti.
Il capitolo prosegue con cinque articoli sull'applicazione della tossicologia nella regolamentazione e nella definizione delle politiche, dall'identificazione dei pericoli alla valutazione del rischio. Viene presentata la pratica corrente in diversi paesi, così come la IARC. Questi articoli dovrebbero consentire al lettore di comprendere come le informazioni derivate dai test tossicologici siano integrate con inferenze di base e meccanicistiche per ricavare informazioni quantitative utilizzate nella definizione dei livelli di esposizione e altri approcci al controllo dei pericoli sul posto di lavoro e nell'ambiente generale.
Una sintesi delle banche dati tossicologiche disponibili, a cui i lettori di questa enciclopedia possono fare riferimento per informazioni dettagliate su specifici agenti tossici ed esposizioni, si trova nel Volume III (vedi “Banche dati tossicologiche” nel capitolo Manipolazione sicura dei prodotti chimici, che fornisce informazioni su molte di queste banche dati, le loro fonti informative, i metodi di valutazione e interpretazione e le modalità di accesso). Questi database, insieme al file Enciclopedia, fornire allo specialista di medicina del lavoro, al lavoratore e al datore di lavoro la possibilità di ottenere e utilizzare informazioni aggiornate sulla tossicologia e sulla valutazione degli agenti tossici da parte di organismi nazionali e internazionali.
Questo capitolo si concentra su quegli aspetti della tossicologia rilevanti per la sicurezza e la salute sul lavoro. Per questo motivo, la tossicologia clinica e la tossicologia forense non sono specificamente affrontate come sottodiscipline del campo. Molti degli stessi principi e approcci qui descritti sono utilizzati in queste sottodiscipline così come nella salute ambientale. Sono anche applicabili alla valutazione degli impatti degli agenti tossici sulle popolazioni non umane, una delle principali preoccupazioni delle politiche ambientali in molti paesi. È stato fatto un tentativo convinto di raccogliere le prospettive e le esperienze di esperti e professionisti di tutti i settori e di molti paesi; tuttavia, il lettore potrebbe notare un certo pregiudizio nei confronti degli scienziati accademici nel mondo sviluppato. Sebbene l'editore ei collaboratori credano che i principi e la pratica della tossicologia siano internazionali, i problemi di pregiudizio culturale e ristrettezza dell'esperienza possono essere ben evidenti in questo capitolo. L'editore del capitolo spera che i lettori di questo Enciclopedia contribuirà a garantire la più ampia prospettiva possibile mentre questo importante riferimento continua ad essere aggiornato e ampliato.