Toxicology ina jukumu kubwa katika maendeleo ya kanuni na sera nyingine za afya ya kazi. Ili kuzuia majeraha na ugonjwa wa kazini, maamuzi yanazidi kuegemezwa juu ya taarifa zinazopatikana kabla au kutokuwepo kwa aina za ufichuzi wa binadamu ambazo zinaweza kutoa taarifa mahususi kuhusu hatari kama vile masomo ya epidemiolojia. Kwa kuongeza, tafiti za kitoksini, kama ilivyoelezwa katika sura hii, zinaweza kutoa taarifa sahihi juu ya kipimo na majibu chini ya hali zilizodhibitiwa za utafiti wa maabara; habari hii mara nyingi ni ngumu kupata katika mpangilio usiodhibitiwa wa mfiduo wa kikazi. Hata hivyo, maelezo haya lazima yatathminiwe kwa uangalifu ili kukadiria uwezekano wa athari mbaya kwa wanadamu, asili ya athari hizi mbaya, na uhusiano wa kiasi kati ya kufichua na athari.

Uangalifu mkubwa umetolewa katika nchi nyingi, tangu miaka ya 1980, kutengeneza mbinu zenye lengo la kutumia taarifa za kitoksini katika kufanya maamuzi ya udhibiti. Njia rasmi, ambazo mara nyingi hujulikana kama hatari tathmini, zimependekezwa na kutumika katika nchi hizi na vyombo vya kiserikali na visivyo vya kiserikali. Tathmini ya hatari imefafanuliwa kwa njia tofauti; kimsingi ni mchakato wa tathmini unaojumuisha sumu, epidemiolojia na taarifa ya kuambukizwa ili kutambua na kukadiria uwezekano wa athari mbaya zinazohusiana na kufichuliwa kwa vitu au hali hatari. Tathmini ya hatari inaweza kuwa ya ubora katika asili, inayoonyesha asili ya athari mbaya na makadirio ya jumla ya uwezekano, au inaweza kuwa ya kiasi, na makadirio ya idadi ya watu walioathirika katika viwango maalum vya kuambukizwa. Katika mifumo mingi ya udhibiti, tathmini ya hatari hufanywa katika hatua nne: utambulisho wa hatari, maelezo ya asili ya athari ya sumu; tathmini ya majibu ya kipimo, uchambuzi wa nusu kiasi au kiasi wa uhusiano kati ya mfiduo (au kipimo) na ukali au uwezekano wa athari ya sumu; tathmini ya mfiduo, tathmini ya taarifa kuhusu anuwai ya mfiduo unaoweza kutokea kwa watu kwa ujumla au kwa vikundi vidogo ndani ya vikundi vya watu; tabia ya hatari, mkusanyo wa taarifa zote zilizo hapo juu katika kielelezo cha ukubwa wa hatari inayotarajiwa kutokea chini ya hali maalum ya kufichuliwa (tazama NRC 1983 kwa taarifa ya kanuni hizi).

Katika sehemu hii, mbinu tatu za tathmini ya hatari zimewasilishwa kama kielelezo. Haiwezekani kutoa muunganisho wa kina wa mbinu za tathmini ya hatari zinazotumiwa kote ulimwenguni, na chaguzi hizi hazipaswi kuchukuliwa kama maagizo. Ikumbukwe kwamba kuna mwelekeo wa kuoanisha mbinu za tathmini ya hatari, kwa kiasi fulani katika kukabiliana na masharti katika mikataba ya hivi majuzi ya GATT. Michakato miwili ya upatanishi wa kimataifa wa mbinu za kutathmini hatari inaendelea kwa sasa, kupitia Mpango wa Kimataifa wa Usalama wa Kemikali (IPCS) na Shirika la Ushirikiano wa Kiuchumi na Maendeleo (OECD). Mashirika haya pia huhifadhi taarifa za sasa kuhusu mbinu za kitaifa za kutathmini hatari.

Back

Uchambuzi wa mahusiano ya shughuli za muundo (SAR) ni matumizi ya taarifa kuhusu muundo wa molekuli ya kemikali ili kutabiri sifa muhimu zinazohusiana na kuendelea, usambazaji, uchukuaji na unyonyaji na sumu. SAR ni mbinu mbadala ya kutambua kemikali hatari zinazoweza kutokea, ambayo inashikilia ahadi ya kusaidia viwanda na serikali katika kuweka vipaumbele kwa vitu kwa ajili ya kutathminiwa zaidi au kwa ajili ya kufanya maamuzi ya mapema kwa kemikali mpya. Toxicology ni kazi inayozidi kuwa ghali na inayohitaji rasilimali nyingi. Kuongezeka kwa wasiwasi juu ya uwezekano wa kemikali kusababisha athari mbaya katika idadi ya watu walio wazi kumesababisha mashirika ya udhibiti na afya kupanua anuwai na unyeti wa majaribio ili kugundua hatari za kitoksini. Wakati huo huo, mizigo halisi na inayotambulika ya udhibiti juu ya tasnia imezua wasiwasi juu ya ufanisi wa mbinu za kupima sumu na uchambuzi wa data. Kwa sasa, uamuzi wa kansa ya kemikali inategemea upimaji wa maisha ya angalau spishi mbili, jinsia zote, kwa kipimo kadhaa, na uchambuzi wa uangalifu wa histopatholojia wa viungo vingi, na pia kugundua mabadiliko ya preneoplastic katika seli na viungo vinavyolengwa. Nchini Marekani, uchunguzi wa kibayolojia wa saratani unakadiriwa kugharimu zaidi ya dola milioni 3 (dola za 1995).

Hata kwa rasilimali za kifedha zisizo na kikomo, mzigo wa kupima takriban kemikali 70,000 zilizopo zinazozalishwa duniani leo ungezidi rasilimali zilizopo za wataalam wa sumu waliofunzwa. Karne nyingi zingehitajika kukamilisha hata tathmini ya daraja la kwanza la kemikali hizi (NRC 1984). Katika nchi nyingi wasiwasi wa kimaadili juu ya matumizi ya wanyama katika kupima sumu umeongezeka, na kuleta shinikizo la ziada juu ya matumizi ya mbinu za kawaida za kupima sumu. SAR imetumika sana katika tasnia ya dawa kutambua molekuli zenye uwezo wa kutumika katika matibabu (Hansch na Zhang 1993). Katika sera ya afya ya mazingira na kazini, SAR hutumiwa kutabiri mtawanyiko wa misombo katika mazingira ya kemikali-kemikali na kukagua kemikali mpya kwa tathmini zaidi ya uwezekano wa sumu. Chini ya Sheria ya Udhibiti wa Madawa ya Sumu ya Marekani (TSCA), EPA imetumia tangu 1979 mbinu ya SAR kama "skrini ya kwanza" ya kemikali mpya katika mchakato wa taarifa ya bidhaa zilizotengenezwa kabla (PMN); Australia inatumia mbinu sawa kama sehemu ya utaratibu wake mpya wa taarifa kuhusu kemikali (NICNAS). Nchini Marekani uchanganuzi wa SAR ni msingi muhimu wa kubainisha kuwa kuna msingi wa kuridhisha wa kuhitimisha kwamba utengenezaji, usindikaji, usambazaji, matumizi au utupaji wa dutu hii utaleta hatari isiyo na sababu ya kuumiza afya ya binadamu au mazingira, kama inavyotakiwa na Sehemu. 5(f) ya TSCA. Kwa msingi wa matokeo haya, EPA inaweza kuhitaji majaribio halisi ya dutu hii chini ya Sehemu ya 6 ya TSCA.

Sababu za SAR

Mantiki ya kisayansi ya SAR inategemea dhana kwamba muundo wa molekuli ya kemikali utatabiri vipengele muhimu vya tabia yake katika mifumo ya kimwili-kemikali na kibaolojia (Hansch na Leo 1979).

Mchakato wa SAR

Mchakato wa mapitio ya SAR unajumuisha utambuzi wa muundo wa kemikali, ikiwa ni pamoja na uundaji wa majaribio pamoja na kiwanja safi; utambulisho wa vitu vinavyofanana vya kimuundo; kutafuta hifadhidata na fasihi kwa habari juu ya analogi za muundo; na uchambuzi wa sumu na data nyingine juu ya analogi za miundo. Katika baadhi ya matukio nadra, maelezo juu ya muundo wa kiwanja pekee yanaweza kutosha kusaidia uchanganuzi fulani wa SAR, kulingana na njia zinazoeleweka za sumu. Hifadhidata kadhaa kwenye SAR zimekusanywa, pamoja na njia za kompyuta za utabiri wa muundo wa molekuli.

Kwa habari hii, miisho ifuatayo inaweza kukadiriwa na SAR:

• vigezo vya kemikali-mwili: mahali mchemko, shinikizo la mvuke, umumunyifu wa maji, oktanoli/kizigeu mgawo cha maji
• vigezo vya hatima ya kibayolojia/mazingira: uharibifu wa viumbe, unyunyizaji wa udongo, uharibifu wa picha, pharmacokinetics
• vigezo vya sumu: sumu ya viumbe vya majini, kunyonya, sumu kali ya mamalia (mtihani wa kikomo au LD.₅₀), kuwasha kwa ngozi, mapafu na macho, uhamasishaji, sumu ya subchronic, mutagenicity.

Ikumbukwe kwamba mbinu za SAR hazipo kwa miisho muhimu ya kiafya kama vile kasinojeni, sumu ya ukuaji, sumu ya uzazi, sumu ya neva, sumu ya kinga au athari zingine zinazolengwa za viungo. Hii inatokana na mambo matatu: ukosefu wa hifadhidata kubwa ya kufanyia majaribio dhahania za SAR, ukosefu wa ujuzi wa viambishi vya kimuundo vya hatua ya sumu, na wingi wa seli lengwa na mifumo inayohusika katika ncha hizi (ona "Marekani. mbinu ya tathmini ya hatari ya sumu ya uzazi na mawakala wa neurotoxic"). Baadhi ya majaribio machache ya kutumia SAR kwa ajili ya kutabiri pharmacokinetics kwa kutumia taarifa kuhusu mgawo wa kizigeu na umumunyifu (Johanson na Naslund 1988). SAR ya kiasi kikubwa zaidi imefanywa kutabiri kimetaboliki tegemezi ya P450 ya anuwai ya misombo na kufungana kwa molekuli kama dioxin- na PCB kwa kipokezi cha "dioxin" cha cytosolic (Hansch na Zhang 1993).

SAR imeonyeshwa kuwa na utabiri tofauti kwa baadhi ya vidokezo vilivyoorodheshwa hapo juu, kama inavyoonyeshwa katika jedwali la 1. Jedwali hili linatoa data kutoka kwa ulinganisho mbili wa shughuli iliyotabiriwa na matokeo halisi yaliyopatikana kwa kipimo cha majaribio au majaribio ya sumu. SAR kama ilivyoendeshwa na wataalamu wa EPA ya Marekani ilifanya vibaya zaidi kwa kutabiri sifa za kemikali-mwili kuliko kutabiri shughuli za kibayolojia, ikiwa ni pamoja na uharibifu wa viumbe. Kwa sehemu za mwisho za sumu, SAR ilifanya vyema zaidi kwa kutabiri utajeni. Ashby na Tennant (1991) katika utafiti uliopanuliwa zaidi pia walipata utabiri mzuri wa sumu ya jeni ya muda mfupi katika uchanganuzi wao wa kemikali za NTP. Matokeo haya si ya kushangaza, kwa kuzingatia uelewa wa sasa wa mifumo ya molekuli ya sumu ya jeni (ona "Toxiology ya Jenetiki") na jukumu la electrophilicity katika kuunganisha DNA. Kinyume chake, SAR ilielekea kutotabiri sumu ya kimfumo na isiyo ya muda mrefu kwa mamalia na kutabiri kupita kiasi sumu kali kwa viumbe vya majini.

Jedwali 1. Ulinganisho wa SAR na data ya mtihani: Uchambuzi wa OECD/NTP

Chanzo: Data kutoka OECD, mawasiliano ya kibinafsi C. Auer ,US EPA. Ni zile tu za mwisho ambazo utabiri linganifu wa SAR na data halisi ya jaribio zilipatikana ndizo zilizotumiwa katika uchanganuzi huu. Data ya NTP inatoka kwa Ashby na Tennant 1991.

¹ Ya wasiwasi ilikuwa kushindwa kwa SAR kutabiri sumu kali katika 12% ya kemikali zilizojaribiwa.

² Data ya OECD, kulingana na makubaliano ya majaribio ya Ames na SAR

³ Data ya NTP, kulingana na majaribio ya jenetoksi ikilinganishwa na utabiri wa SAR kwa aina kadhaa za "kemikali za kutahadharisha kimuundo".

⁴ Concordance inatofautiana na darasa; upatanisho wa juu zaidi ulikuwa na viambato vya amino/nitro vyenye kunukia; chini kabisa na miundo "mibile".

Kwa sehemu zingine zenye sumu, kama ilivyobainishwa hapo juu, SAR ina matumizi machache yanayoweza kuonyeshwa. Utabiri wa sumu ya mamalia ni ngumu na ukosefu wa SAR kwa toxicokinetics ya molekuli tata. Walakini, majaribio kadhaa yamefanywa kupendekeza kanuni za SAR kwa ncha changamano za sumu ya mamalia (kwa mfano, tazama Bernstein (1984) kwa uchanganuzi wa SAR wa sumu zinazoweza kutokea za uzazi wa kiume). Katika hali nyingi, hifadhidata ni ndogo sana kuruhusu majaribio makali ya utabiri unaotegemea muundo.

Katika hatua hii inaweza kuhitimishwa kuwa SAR inaweza kuwa muhimu hasa kwa kutanguliza uwekezaji wa rasilimali za kupima sumu au kuibua wasiwasi wa mapema kuhusu hatari inayoweza kutokea. Ni katika hali ya utajeni tu ndipo kuna uwezekano kwamba uchanganuzi wa SAR peke yake unaweza kutumika kwa kutegemewa kufahamisha maamuzi mengine. Bila mwisho, kuna uwezekano kwamba SAR inaweza kutoa aina ya habari ya kiasi inayohitajika kwa madhumuni ya tathmini ya hatari kama ilivyojadiliwa mahali pengine katika sura hii na. Encyclopaedia.

Back

Kuibuka kwa teknolojia za hali ya juu katika biolojia ya molekuli na seli kumechochea mageuzi ya haraka kiasi katika sayansi ya maisha, ikiwa ni pamoja na sumu. Kwa kweli, lengo la toxicology ni kuhama kutoka kwa wanyama wote na idadi ya wanyama wote hadi seli na molekuli za wanyama binafsi na wanadamu. Tangu katikati ya miaka ya 1980, wataalam wa sumu wameanza kutumia mbinu hizi mpya katika kutathmini athari za kemikali kwenye mifumo hai. Kama maendeleo ya kimantiki, njia kama hizo zinarekebishwa kwa madhumuni ya upimaji wa sumu. Maendeleo haya ya kisayansi yamefanya kazi pamoja na mambo ya kijamii na kiuchumi ili kuleta mabadiliko katika tathmini ya usalama wa bidhaa na hatari inayoweza kutokea.

Mambo ya kiuchumi yanahusiana haswa na kiasi cha nyenzo ambazo lazima zijaribiwe. Wingi wa vipodozi vipya, dawa, dawa za kuulia wadudu, kemikali na bidhaa za nyumbani huletwa sokoni kila mwaka. Bidhaa hizi zote lazima zitathminiwe kwa uwezekano wa sumu yao. Aidha, kuna mrundikano wa kemikali ambazo tayari zinatumika ambazo hazijafanyiwa majaribio ya kutosha. Jukumu kubwa la kupata taarifa za kina za usalama juu ya kemikali hizi zote kwa kutumia mbinu za jadi za kupima wanyama litakuwa ghali katika suala la pesa na wakati, ikiwa lingeweza kutimizwa.

Pia kuna masuala ya kijamii yanayohusiana na afya na usalama wa umma, pamoja na kuongeza wasiwasi wa umma kuhusu matumizi ya wanyama kwa ajili ya kupima usalama wa bidhaa. Kuhusiana na usalama wa binadamu, vikundi vya utetezi wa maslahi ya umma na mazingira vimeweka shinikizo kubwa kwa mashirika ya serikali kutumia kanuni kali zaidi kuhusu kemikali. Mfano wa hivi majuzi umekuwa harakati za baadhi ya vikundi vya mazingira kupiga marufuku misombo ya klorini na klorini nchini Marekani. Moja ya motisha kwa hatua hiyo kali iko katika ukweli kwamba wengi wa misombo hii haijawahi kupimwa vya kutosha. Kwa mtazamo wa kitoksini, dhana ya kupiga marufuku kundi zima la kemikali tofauti kulingana na uwepo wa klorini sio sawa kisayansi na kutowajibika. Hata hivyo, inaeleweka kwamba kwa mtazamo wa umma, lazima kuwe na uhakika kwamba kemikali zinazotolewa kwenye mazingira hazileti hatari kubwa kiafya. Hali kama hiyo inasisitiza haja ya mbinu bora zaidi na za haraka za kutathmini sumu.

Wasiwasi mwingine wa kijamii ambao umeathiri eneo la upimaji wa sumu ni ustawi wa wanyama. Idadi inayoongezeka ya vikundi vya ulinzi wa wanyama ulimwenguni kote yametoa upinzani mkubwa kwa matumizi ya wanyama wote kwa majaribio ya usalama wa bidhaa. Kampeni zinazoendelea zimefanywa dhidi ya watengenezaji wa vipodozi, kaya na bidhaa za utunzaji wa kibinafsi na dawa katika majaribio ya kukomesha upimaji wa wanyama. Juhudi kama hizo barani Ulaya zimesababisha kupitishwa kwa Marekebisho ya Sita ya Maelekezo 76/768/EEC (Maelekezo ya Vipodozi). Matokeo ya Maelekezo haya ni kwamba bidhaa za vipodozi au viambato vya vipodozi ambavyo vimejaribiwa kwa wanyama baada ya Januari 1, 1998 haziwezi kuuzwa katika Umoja wa Ulaya, isipokuwa mbinu mbadala hazijathibitishwa vya kutosha. Ingawa Maelekezo haya hayana mamlaka juu ya uuzaji wa bidhaa kama hizo nchini Marekani au nchi nyingine, yataathiri kwa kiasi kikubwa makampuni hayo ambayo yana masoko ya kimataifa ambayo yanajumuisha Ulaya.

Wazo la njia mbadala, ambayo ni msingi wa ukuzaji wa majaribio isipokuwa yale ya wanyama wote, inafafanuliwa na tatu. Rs: kupunguza kwa idadi ya wanyama wanaotumiwa; uboreshaji ya itifaki ili wanyama wapate dhiki kidogo au usumbufu; na mbadala ya majaribio ya sasa ya wanyama yenye majaribio ya ndani (yaani, majaribio yaliyofanywa nje ya mnyama aliye hai), miundo ya kompyuta au majaribio ya wanyama wenye uti wa chini au spishi zisizo na uti wa mgongo. Watatu hao Rilianzishwa katika kitabu kilichochapishwa mwaka wa 1959 na wanasayansi wawili wa Uingereza, WMS Russell na Rex Burch, Kanuni za Mbinu ya Majaribio ya Kibinadamu. Russell na Burch walidumisha kwamba njia pekee ambayo matokeo halali ya kisayansi yanaweza kupatikana ni kupitia matibabu ya kibinadamu ya wanyama, na waliamini kuwa mbinu zinapaswa kutengenezwa ili kupunguza matumizi ya wanyama na hatimaye kuchukua nafasi yake. Inafurahisha, kanuni zilizoainishwa na Russell na Burch hazikuzingatiwa sana hadi kuanza tena kwa harakati za ustawi wa wanyama katikati ya miaka ya 1970. Leo dhana ya watatu Rs iko mstari wa mbele sana kuhusiana na utafiti, upimaji na elimu.

Kwa muhtasari, uundaji wa mbinu za majaribio ya vitro umeathiriwa na mambo mbalimbali ambayo yameungana katika kipindi cha miaka kumi hadi 20 iliyopita. Ni vigumu kujua ikiwa mojawapo ya mambo haya pekee yangekuwa na athari kubwa kama hiyo kwenye mikakati ya kupima sumu.

Dhana ya Vipimo vya sumu ya In Vitro

Sehemu hii itazingatia tu mbinu za in vitro za kutathmini sumu, kama mojawapo ya njia mbadala za majaribio ya wanyama wote. Njia mbadala za ziada zisizo za wanyama kama vile uundaji wa muundo wa kompyuta na uhusiano wa kiasi wa shughuli za muundo zimejadiliwa katika vifungu vingine vya sura hii.

Uchunguzi wa in vitro kwa ujumla hufanywa katika seli za wanyama au binadamu au tishu nje ya mwili. In vitro maana yake halisi ni "kwenye glasi", na inarejelea taratibu zinazofanywa kwa nyenzo hai au vifaa vya kuishi vilivyokuzwa katika vyombo vya petri au kwenye mirija ya majaribio chini ya hali maalum. Hizi zinaweza kulinganishwa na masomo ya vivo, au yale yaliyofanywa "katika mnyama aliye hai". Ingawa ni vigumu, au haiwezekani, kutabiri athari za kemikali kwenye kiumbe changamano wakati uchunguzi umefungwa kwa aina moja ya seli kwenye sahani, tafiti za ndani hutoa kiasi kikubwa cha habari kuhusu sumu ya asili pia. kama njia za seli na molekuli za sumu. Kwa kuongezea, hutoa faida nyingi juu ya tafiti za vivo kwa kuwa kwa ujumla ni za bei nafuu na zinaweza kufanywa chini ya hali zilizodhibitiwa zaidi. Zaidi ya hayo, licha ya ukweli kwamba idadi ndogo ya wanyama bado inahitajika kupata seli kwa ajili ya tamaduni za vitro, mbinu hizi zinaweza kuchukuliwa kuwa njia mbadala za kupunguza (kwani wanyama wengi wachache hutumiwa ikilinganishwa na masomo ya vivo) na mbadala za uboreshaji (kwa sababu zinaondoa hitaji). kuwaweka wanyama kwenye matokeo mabaya ya sumu yaliyowekwa na majaribio ya vivo).

Ili kutafsiri matokeo ya vipimo vya sumu ya vitro, kuamua umuhimu wao katika kutathmini sumu na kuhusisha mchakato wa jumla wa kitoksini katika vivo, ni muhimu kuelewa ni sehemu gani ya mchakato wa kitoksini inayochunguzwa. Mchakato mzima wa kitoksini unajumuisha matukio ambayo huanza na mfiduo wa kiumbe kwa wakala wa kimwili au kemikali, maendeleo kupitia mwingiliano wa seli na molekuli na hatimaye kujidhihirisha wenyewe katika majibu ya viumbe vyote. Vipimo vya in vitro kwa ujumla ni mdogo kwa sehemu ya mchakato wa kitoksini unaofanyika katika kiwango cha seli na molekuli. Aina za taarifa zinazoweza kupatikana kutokana na tafiti za ndani ni pamoja na njia za kimetaboliki, mwingiliano wa metabolites hai zenye shabaha za seli na molekuli na viambajengo vya sumu vinavyoweza kupimika ambavyo vinaweza kutumika kama viashirio vya molekuli vya kufichuliwa. Katika hali nzuri, utaratibu wa sumu ya kila kemikali kutoka kwa kufichuliwa kwa udhihirisho wa kiumbe utajulikana, ili habari iliyopatikana kutoka kwa vipimo vya ndani inaweza kufasiriwa kikamilifu na kuhusiana na mwitikio wa kiumbe kizima. Walakini, hii haiwezekani, kwani ni mifumo michache kamili ya kitoksini imefafanuliwa. Kwa hivyo, wataalam wa sumu wanakabiliwa na hali ambayo matokeo ya mtihani wa vitro hayawezi kutumika kama utabiri sahihi kabisa wa sumu ya vivo kwa sababu utaratibu haujulikani. Hata hivyo, mara kwa mara wakati wa mchakato wa kuunda mtihani wa ndani, vipengele vya utaratibu wa seli na molekuli za sumu hufafanuliwa.

Mojawapo ya maswala muhimu ambayo hayajatatuliwa yanayozunguka ukuzaji na utekelezaji wa majaribio ya ndani yanahusiana na kuzingatia: je, yanapaswa kuwa ya msingi au inatosha kuwa ya maelezo? Ni bora bila ubishi kutoka kwa mtazamo wa kisayansi kutumia majaribio yanayotegemea kikanika pekee kama vibadala vya majaribio ya vivo. Walakini kwa kukosekana kwa maarifa kamili ya fundi, matarajio ya kukuza vipimo vya vitro kuchukua nafasi ya vipimo vya wanyama wote katika siku za usoni ni karibu hakuna. Hii, hata hivyo, haiondoi matumizi ya aina za ufafanuzi zaidi kama zana za uchunguzi wa mapema, ambayo ni kesi kwa sasa. Skrini hizi zimesababisha kupungua kwa kiasi kikubwa kwa matumizi ya wanyama. Kwa hivyo, hadi wakati ambapo maelezo zaidi ya kiufundi yanatolewa, inaweza kuwa muhimu kuajiri kwa kiwango kidogo zaidi, majaribio ambayo matokeo yake yanahusiana vyema na yale yaliyopatikana katika vivo.

Vipimo vya Vitro vya Cytotoxicity

Katika sehemu hii, majaribio kadhaa ya ndani ambayo yametengenezwa ili kutathmini uwezo wa cytotoxic wa kemikali yataelezwa. Kwa sehemu kubwa, majaribio haya ni rahisi kufanya na uchambuzi unaweza kuwa wa kiotomatiki. Jaribio la kawaida la in vitro kwa cytotoxicity ni kipimo chekundu kisicho na upande. Upimaji huu unafanywa kwenye seli katika utamaduni, na kwa matumizi mengi, seli zinaweza kudumishwa katika sahani za utamaduni ambazo zina visima vidogo 96, kila kipenyo cha 6.4mm. Kwa kuwa kila kisima kinaweza kutumika kwa uamuzi mmoja, mpangilio huu unaweza kukidhi viwango vingi vya kemikali ya majaribio pamoja na vidhibiti chanya na hasi vyenye idadi ya kutosha ya nakala kwa kila moja. Kufuatia matibabu ya seli zilizo na viwango mbalimbali vya kemikali ya majaribio kuanzia angalau oda mbili za ukubwa (kwa mfano, kutoka 0.01mM hadi 1mM), pamoja na kemikali chanya na hasi za kudhibiti, seli huoshwa na kutibiwa na nyekundu isiyo na upande, a. rangi ambayo inaweza kuchukuliwa na kubakiwa na seli hai pekee. Rangi inaweza kuongezwa baada ya kuondolewa kwa kemikali ya majaribio ili kubaini athari za mara moja, au inaweza kuongezwa kwa nyakati tofauti baada ya kemikali ya majaribio kuondolewa ili kubaini madhara limbikizi au kuchelewa. Uzito wa rangi katika kila kisima hulingana na idadi ya seli hai kwenye kisima hicho. Uzito wa rangi hupimwa kwa spectrophotometer ambayo inaweza kuwa na kisoma sahani. Msomaji wa sahani amepangwa kutoa vipimo vya mtu binafsi kwa kila moja ya visima 96 vya sahani ya utamaduni. Mbinu hii ya kiotomatiki huruhusu mpelelezi kufanya kwa haraka jaribio la kujibu umakini na kupata data muhimu kitakwimu.

Uchunguzi mwingine rahisi wa cytotoxicity ni mtihani wa MTT. MTT (3[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromidi) ni rangi ya tetrazoli ambayo hupunguzwa na vimeng'enya vya mitochondrial hadi rangi ya buluu. Seli zilizo na mitochondria inayoweza kutumika ndizo zitabaki na uwezo wa kutekeleza majibu haya; kwa hiyo ukubwa wa rangi unahusiana moja kwa moja na kiwango cha uadilifu wa mitochondrial. Hili ni jaribio muhimu la kugundua misombo ya jumla ya sitotoxic na vile vile mawakala ambao hulenga mitochondria.

Kipimo cha shughuli ya lactate dehydrogenase (LDH) pia hutumika kama kipimo cha msingi cha sitotoxicity. Kimeng'enya hiki kwa kawaida kipo kwenye saitoplazimu ya chembe hai na hutolewa katika njia ya utamaduni wa seli kupitia utando wa seli unaovuja wa seli zilizokufa au zinazokufa ambazo zimeathiriwa vibaya na wakala wa sumu. Kiasi kidogo cha njia ya kitamaduni kinaweza kuondolewa kwa nyakati tofauti baada ya matibabu ya kemikali ya seli ili kupima kiwango cha LDH iliyotolewa na kuamua muda wa sumu. Ingawa jaribio la kutolewa kwa LDH ni tathmini ya jumla sana ya cytotoxicity, ni muhimu kwa sababu ni rahisi kutekeleza na inaweza kufanywa kwa wakati halisi.

Kuna njia nyingi mpya zinazotengenezwa ili kugundua uharibifu wa seli. Mbinu za kisasa zaidi hutumia uchunguzi wa umeme kupima anuwai ya vigezo vya ndani ya seli, kama vile kutolewa kwa kalsiamu na mabadiliko ya pH na uwezo wa utando. Kwa ujumla, uchunguzi huu ni nyeti sana na unaweza kutambua mabadiliko fiche zaidi ya seli, hivyo basi kupunguza hitaji la kutumia kifo cha seli kama mwisho. Kwa kuongeza, nyingi za majaribio haya ya fluorescent yanaweza kujiendesha kwa kutumia sahani za visima 96 na visoma sahani za fluorescent.

Baada ya data kukusanywa juu ya mfululizo wa kemikali kwa kutumia mojawapo ya majaribio haya, sumu ya jamaa inaweza kutambuliwa. Sumu ya jamaa ya kemikali, kama inavyobainishwa katika jaribio la ndani, inaweza kuonyeshwa kama ukolezi unaoleta athari ya 50% kwenye mwitikio wa mwisho wa seli ambazo hazijatibiwa. Uamuzi huu unajulikana kama EC₅₀ (Eyenye ufanisi Concentration kwa 50% ya seli) na inaweza kutumika kulinganisha sumu ya kemikali tofauti katika vitro. (Neno kama hilo linalotumika katika kutathmini kiwango cha sumu ni IC₅₀, ikionyesha mkusanyiko wa kemikali ambayo husababisha kizuizi cha 50% cha mchakato wa seli, kwa mfano, uwezo wa kuchukua nyekundu isiyo na upande.) Si rahisi kutathmini ikiwa sumu ya jamaa katika vitro ya kemikali inalinganishwa na jamaa zao katika Vivo sumu, kwa kuwa kuna mambo mengi ya kutatanisha katika mfumo wa vivo, kama vile toxicokinetics, metaboli, ukarabati na taratibu za ulinzi. Kwa kuongezea, kwa kuwa nyingi za majaribio haya hupima ncha za jumla za sitotoxicity, hazitegemei kikanika. Kwa hivyo, makubaliano kati ya sumu ya vitro na vivo ni uhusiano tu. Licha ya ugumu mwingi na ugumu wa kuzidisha kutoka kwa vitro hadi kwenye vivo, majaribio haya ya ndani yanaonekana kuwa ya thamani sana kwa sababu ni rahisi na ya bei rahisi kutekeleza na yanaweza kutumika kama skrini kuashiria dawa au kemikali zenye sumu kali katika hatua za mwanzo za maendeleo.

Sumu ya Organ inayolengwa

Vipimo vya in vitro pia vinaweza kutumika kutathmini sumu ya kiungo kinacholengwa. Kuna idadi ya matatizo yanayohusiana na kubuni vipimo hivyo, inayojulikana zaidi ni kutokuwa na uwezo wa mifumo ya vitro kudumisha vipengele vingi vya chombo katika vivo. Mara kwa mara, seli zinapochukuliwa kutoka kwa wanyama na kuwekwa kwenye utamaduni, huwa aidha huharibika haraka na/au kutengana, yaani, kupoteza utendaji wao kama wa kiungo na kuwa generic zaidi. Hii inaleta tatizo kwa kuwa ndani ya muda mfupi, kwa kawaida siku chache, tamaduni hazifai tena kutathmini athari za sumu kwenye kiungo.

Mengi ya matatizo haya yanatatuliwa kwa sababu ya maendeleo ya hivi majuzi katika biolojia ya molekuli na seli. Taarifa zinazopatikana kuhusu mazingira ya seli katika vivo zinaweza kutumika katika kurekebisha hali ya utamaduni katika vitro. Tangu katikati ya miaka ya 1980, sababu mpya za ukuaji na saitokini zimegunduliwa, na nyingi kati ya hizi sasa zinapatikana kibiashara. Ongezeko la vipengele hivi kwa seli katika utamaduni husaidia kuhifadhi uadilifu wao na pia kunaweza kusaidia kuhifadhi utendaji tofauti zaidi kwa muda mrefu. Masomo mengine ya msingi yameongeza ujuzi wa mahitaji ya lishe na homoni ya seli katika utamaduni, ili vyombo vya habari vipya vitengenezwe. Maendeleo ya hivi majuzi pia yamefanywa katika kutambua matiti ya asili na bandia ya ziada ambayo seli zinaweza kukuzwa. Utamaduni wa seli kwenye matiti hizi tofauti unaweza kuwa na athari kubwa kwa muundo na utendaji wao. Faida kuu inayotokana na ujuzi huu ni uwezo wa kudhibiti kwa ustadi mazingira ya seli katika utamaduni na kuchunguza kibinafsi athari za mambo haya kwenye michakato ya msingi ya seli na juu ya majibu yao kwa mawakala tofauti wa kemikali. Kwa kifupi, mifumo hii inaweza kutoa ufahamu mkubwa juu ya mifumo mahususi ya chombo cha sumu.

Masomo mengi ya sumu ya viungo hulengwa katika seli za msingi, ambazo kwa ufafanuzi zimetengwa hivi karibuni kutoka kwa chombo, na kwa kawaida huonyesha maisha mafupi katika utamaduni. Kuna faida nyingi za kuwa na tamaduni za msingi za aina ya seli moja kutoka kwa chombo kwa ajili ya tathmini ya sumu. Kutoka kwa mtazamo wa kiufundi, tamaduni kama hizo ni muhimu kwa kusoma shabaha maalum za seli za kemikali. Katika baadhi ya matukio, aina mbili au zaidi za seli kutoka kwa kiungo zinaweza kukuzwa pamoja, na hii inatoa faida zaidi ya kuweza kuangalia mwingiliano wa seli katika kukabiliana na sumu. Baadhi ya mifumo ya tamaduni shirikishi ya ngozi imeundwa ili kuunda muundo wa pande tatu unaofanana na ngozi katika vivo. Inawezekana pia kukuza seli kutoka kwa viungo tofauti - kwa mfano, ini na figo. Utamaduni wa aina hii unaweza kuwa muhimu katika kutathmini athari mahususi kwa seli za figo, za kemikali ambayo lazima iwe imeamilishwa kwenye ini.

Zana za kibaolojia za molekuli pia zimekuwa na jukumu muhimu katika uundaji wa mistari ya seli ambayo inaweza kuwa muhimu kwa kupima sumu ya chombo kinacholengwa. Mistari hii ya seli huzalishwa kwa kuhamisha DNA hadi kwenye seli za msingi. Katika utaratibu wa uhamishaji, seli na DNA hutibiwa hivi kwamba DNA inaweza kuchukuliwa na seli. DNA kwa kawaida hutoka kwa virusi na huwa na jeni au jeni ambazo, zinapoonyeshwa, huruhusu seli kutokufa (yaani, kuweza kuishi na kukua kwa muda mrefu katika utamaduni). DNA pia inaweza kutengenezwa ili jeni isiyoweza kufa idhibitiwe na mkuzaji asiyeweza kubadilika. Faida ya aina hii ya uundaji ni kwamba seli zitagawanyika tu wakati zinapokea kichocheo kinachofaa cha kemikali ili kuruhusu kujieleza kwa jeni isiyoweza kufa. Mfano wa muundo kama huo ni jeni kubwa ya antijeni ya T kutoka kwa Virusi vya Simian 40 (SV40) (jeni isiyoweza kufa), ikitanguliwa na eneo la mkuzaji wa jeni la metallothionein, ambalo huchochewa na uwepo wa chuma katika media ya kitamaduni. Kwa hivyo, baada ya jeni kuhamishiwa kwenye seli, seli zinaweza kutibiwa kwa viwango vya chini vya zinki ili kumsisimua mtangazaji wa MT na kuwasha usemi wa jeni ya antijeni ya T. Chini ya hali hizi, seli huongezeka. Wakati zinki inapoondolewa kutoka kwa kati, seli huacha kugawanyika na chini ya hali nzuri hurudi kwenye hali ambapo zinaelezea kazi zao maalum za tishu.

Uwezo wa kuzalisha seli zisizoweza kufa pamoja na maendeleo katika teknolojia ya utamaduni wa seli umechangia pakubwa katika uundaji wa mistari ya seli kutoka kwa viungo vingi tofauti, ikiwa ni pamoja na ubongo, figo na ini. Hata hivyo, kabla ya mistari hii ya seli inaweza kutumika kama mbadala wa aina halisi za seli, lazima zibainishwe kwa uangalifu ili kubaini jinsi zilivyo "kawaida".

Mifumo mingine ya in vitro ya kusoma sumu ya viungo inayolengwa inahusisha kuongezeka kwa utata. Mifumo ya in vitro inapoendelea katika uchangamano kutoka kwa seli moja hadi utamaduni wa kiungo kizima, huwa inalinganishwa zaidi na mazingira ya ndani, lakini wakati huo huo inakuwa vigumu zaidi kudhibiti kutokana na kuongezeka kwa idadi ya vigeuzo. Kwa hivyo, kile kinachoweza kupatikana katika kuhamia kiwango cha juu cha shirika kinaweza kupotea kwa kutokuwa na uwezo wa mtafiti kudhibiti mazingira ya majaribio. Jedwali la 1 linalinganisha baadhi ya sifa za mifumo mbalimbali ya in vitro ambayo imetumika kuchunguza hepatotoxicity.

Jedwali 1. Ulinganisho wa mifumo ya vitro kwa masomo ya hepatotoxicity

Vipande vya tishu vilivyokatwa kwa usahihi vinatumiwa zaidi kwa masomo ya kitoksini. Kuna vifaa vipya vinavyomwezesha mtafiti kukata vipande vya tishu sare katika mazingira tasa. Vipande vya tishu hutoa faida fulani juu ya mifumo ya utamaduni wa seli kwa kuwa aina zote za seli za kiungo zipo na hudumisha usanifu wao wa vivo na mawasiliano kati ya seli. Kwa hivyo, tafiti za in vitro zinaweza kufanywa ili kubaini aina ya seli inayolengwa ndani ya chombo na pia kuchunguza sumu ya kiungo kinacholengwa. Hasara ya vipande ni kwamba hupungua kwa kasi baada ya masaa 24 ya kwanza ya utamaduni, hasa kutokana na kuenea kwa oksijeni kwa seli kwenye mambo ya ndani ya vipande. Hata hivyo, tafiti za hivi majuzi zimeonyesha kuwa upenyezaji hewa unaofaa zaidi unaweza kupatikana kwa kuzunguka kwa upole. Hii, pamoja na utumiaji wa njia ngumu zaidi, inaruhusu vipande kuishi hadi masaa 96.

Vipandikizi vya tishu vinafanana kimawazo na vipande vya tishu na vinaweza pia kutumiwa kubainisha sumu ya kemikali katika viungo maalum vinavyolengwa. Vipandikizi vya tishu huanzishwa kwa kuondoa kipande kidogo cha tishu (kwa masomo ya teratogenicity, kiinitete kisichoharibika) na kukiweka kwenye utamaduni kwa masomo zaidi. Tamaduni za vipandikizi zimekuwa muhimu kwa tafiti za muda mfupi za sumu ikijumuisha mwasho na ulikaji kwenye ngozi, tafiti za asbesto katika trachea na tafiti za sumu ya neva katika tishu za ubongo.

Viungo vilivyotengwa vilivyo na manukato vinaweza pia kutumiwa kutathmini sumu ya kiungo kinacholengwa. Mifumo hii hutoa faida sawa na ile ya vipande vya tishu na vipandikizi kwa kuwa aina zote za seli zipo, lakini bila mkazo wa tishu unaoletwa na ghiliba zinazohusika katika kuandaa vipande. Aidha, wao kuruhusu kwa ajili ya matengenezo ya mwingiliano wa ndani ya chombo. Hasara kubwa ni uwezo wao wa muda mfupi, ambao unazuia matumizi yao kwa kupima sumu ya vitro. Kwa upande wa kutumika kama mbadala, tamaduni hizi zinaweza kuchukuliwa kuwa uboreshaji kwa vile wanyama hawapati matokeo mabaya ya matibabu ya vivo na sumu. Walakini, matumizi yao hayapunguzi sana idadi ya wanyama wanaohitajika.

Kwa muhtasari, kuna aina kadhaa za mifumo ya in vitro inayopatikana kwa kutathmini sumu ya chombo kinacholengwa. Inawezekana kupata habari nyingi juu ya mifumo ya sumu kwa kutumia moja au zaidi ya mbinu hizi. Ugumu unabaki katika kujua jinsi ya kuongeza kutoka kwa mfumo wa vitro, ambao unawakilisha sehemu ndogo ya mchakato wa kitoksini, hadi mchakato mzima unaotokea katika vivo.

Vipimo vya In Vitro kwa Mwasho wa Ocular

Labda jaribio lenye utata zaidi la sumu ya mnyama mzima kutoka kwa mtazamo wa ustawi wa wanyama ni jaribio la Draize la kuwasha macho, ambalo hufanywa kwa sungura. Katika jaribio hili, kipimo kidogo kisichobadilika cha kemikali huwekwa kwenye jicho moja la sungura huku jicho lingine likitumika kama kidhibiti. Kiwango cha kuwasha na kuvimba hupigwa kwa nyakati tofauti baada ya kufichuliwa. Juhudi kubwa inafanywa kutengeneza mbinu za kuchukua nafasi ya mtihani huu, ambao umekosolewa sio tu kwa sababu za kibinadamu, lakini pia kwa sababu ya kuzingatia na kubadilika kwa matokeo. Inafurahisha kutambua kwamba licha ya ukosoaji mkali ambao mtihani wa Draize umepokea, umethibitishwa kuwa na mafanikio ya ajabu katika kutabiri viwasho vya macho ya binadamu, hasa vitu vya kuwasha kidogo hadi kwa kiasi, ambavyo ni vigumu kuvitambua kwa mbinu nyinginezo. Kwa hivyo, mahitaji ya njia mbadala za vitro ni kubwa.

Tamaa ya kutafuta mbadala wa jaribio la Draize ni ngumu, ingawa inatabiriwa kufaulu. Njia nyingi za in vitro na zingine zimetengenezwa na katika hali zingine zimetekelezwa. Njia mbadala za uboreshaji kwa mtihani wa Draize, ambao kwa ufafanuzi, hauna uchungu au uchungu kwa wanyama, ni pamoja na Jaribio la Macho la Kiasi cha Chini, ambapo kiasi kidogo cha vifaa vya mtihani huwekwa machoni pa sungura, sio tu kwa sababu za kibinadamu, lakini kuiga kwa karibu zaidi kiasi ambacho watu wanaweza kuonyeshwa kwa bahati mbaya. Uboreshaji mwingine ni kwamba vitu ambavyo vina pH chini ya 2 au zaidi ya 11.5 havijaribiwi tena kwa wanyama kwa vile vinajulikana kuwasha sana jicho.

Kati ya 1980 na 1989, kumekuwa na wastani wa 87% kupungua kwa idadi ya sungura wanaotumiwa kwa uchunguzi wa kuwasha kwa macho ya vipodozi. Vipimo vya in vitro vimejumuishwa kama sehemu ya mbinu ya kupima viwango ili kuleta upunguzaji huu mkubwa wa majaribio ya wanyama wote. Mbinu hii ni mchakato wa hatua nyingi ambao huanza na uchunguzi wa kina wa data ya kihistoria ya muwasho wa macho na uchambuzi wa kimwili na kemikali wa kemikali utakaotathminiwa. Ikiwa michakato hii miwili haitoi habari ya kutosha, basi betri ya vipimo vya in vitro inafanywa. Data ya ziada iliyopatikana kutoka kwa majaribio ya ndani inaweza kutosha kutathmini usalama wa dutu hii. Ikiwa sivyo, basi hatua ya mwisho itakuwa kufanya majaribio machache ya vivo. Ni rahisi kuona jinsi mbinu hii inaweza kuondoa au angalau kupunguza kwa kiasi kikubwa idadi ya wanyama wanaohitajika kutabiri usalama wa dutu ya majaribio.

Betri ya majaribio ya ndani ambayo hutumiwa kama sehemu ya mkakati huu wa kupima kiwango hutegemea mahitaji ya tasnia mahususi. Upimaji wa muwasho wa macho hufanywa na tasnia mbali mbali kutoka kwa vipodozi hadi dawa hadi kemikali za viwandani. Aina ya taarifa inayohitajika kwa kila sekta inatofautiana na kwa hivyo haiwezekani kufafanua betri moja ya majaribio ya ndani. Betri ya majaribio kwa ujumla imeundwa kutathmini vigezo vitano: cytotoxicity, mabadiliko ya fiziolojia ya tishu na biokemia, uhusiano wa kiasi wa shughuli za muundo, vipatanishi vya kuvimba, na urejeshaji na ukarabati. Mfano wa uchunguzi wa cytotoxicity, ambayo ni sababu mojawapo ya mwasho, ni kipimo chekundu kisichoegemea upande wowote kwa kutumia seli zilizokuzwa (tazama hapo juu). Mabadiliko katika fiziolojia ya seli na biokemia kutokana na kukabiliwa na kemikali yanaweza kujaribiwa katika tamaduni za seli za epithelial za corneal. Vinginevyo, wachunguzi pia wametumia mboni za ng'ombe au kuku zilizokatwa au zilizokatwa zilizopatikana kutoka kwa machinjio. Nyingi za ncha zilizopimwa katika tamaduni hizi zote za viungo ni sawa na zile zinazopimwa katika vivo, kama vile uwazi wa konea na uvimbe wa konea.

Kuvimba mara kwa mara ni sehemu ya jeraha la jicho linalosababishwa na kemikali, na kuna idadi ya vipimo vinavyopatikana ili kuchunguza kigezo hiki. Uchambuzi mbalimbali wa biokemikali hugundua kuwepo kwa wapatanishi iliyotolewa wakati wa mchakato wa uchochezi kama vile asidi arachidonic na cytokines. Utando wa chorioallantoic (CAM) wa yai la kuku pia unaweza kutumika kama kiashiria cha kuvimba. Katika tathmini ya CAM, kipande kidogo cha ganda la kiinitete cha kifaranga cha siku kumi hadi 14 kinatolewa ili kufichua CAM. Kemikali hiyo inawekwa kwenye CAM na ishara za kuvimba, kama vile kutokwa na damu kwa mishipa, hupigwa kwa nyakati tofauti baada ya hapo.

Mojawapo ya michakato ngumu zaidi ya kutathmini katika vitro ni kupona na kurekebisha jeraha la jicho. Chombo kipya kilichoundwa, maikrofiziomita ya silicon, hupima mabadiliko madogo katika pH ya seli na inaweza kutumika kufuatilia seli zilizokuzwa kwa wakati halisi. Uchanganuzi huu umeonyeshwa kuwa unahusiana vyema na urejeshaji katika vivo na umetumika kama jaribio la ndani kwa mchakato huu. Huu umekuwa muhtasari mfupi wa aina za majaribio yanayotumika kama njia mbadala ya mtihani wa Draize kwa mwasho wa macho. Kuna uwezekano kwamba ndani ya miaka kadhaa ijayo mfululizo kamili wa betri za majaribio ya vitro utafafanuliwa na kila moja itathibitishwa kwa madhumuni yake mahususi.

Uthibitishaji

Ufunguo wa kukubalika kwa udhibiti na utekelezaji wa mbinu za mtihani wa vitro ni uthibitishaji, mchakato ambao uaminifu wa mtihani wa mtahiniwa huanzishwa kwa madhumuni maalum. Juhudi za kufafanua na kuratibu mchakato wa uthibitishaji zimefanywa nchini Marekani na Ulaya. Umoja wa Ulaya ulianzisha Kituo cha Ulaya cha Uthibitishaji wa Mbinu Mbadala (ECVAM) mwaka wa 1993 ili kuratibu juhudi huko na kuingiliana na mashirika ya Marekani kama vile Kituo cha Johns Hopkins cha Njia Mbadala za Kupima Wanyama (CAAT), kituo cha kitaaluma nchini Marekani. , na Kamati ya Kuratibu ya Mashirika ya Kimataifa ya Uthibitishaji wa Mbinu Mbadala (ICCVAM), inayojumuisha wawakilishi kutoka Taasisi za Kitaifa za Afya, Wakala wa Ulinzi wa Mazingira wa Marekani, Utawala wa Chakula na Dawa wa Marekani na Tume ya Usalama ya Bidhaa za Watumiaji.

Uthibitishaji wa vipimo vya in vitro unahitaji shirika na mipango kubwa. Lazima kuwe na maelewano kati ya wadhibiti wa serikali na wanasayansi wa viwanda na wasomi juu ya taratibu zinazokubalika, na uangalizi wa kutosha wa bodi ya ushauri wa kisayansi ili kuhakikisha kuwa itifaki zinafikia viwango vilivyowekwa. Masomo ya uthibitishaji yanapaswa kufanywa katika mfululizo wa maabara za marejeleo kwa kutumia seti zilizorekebishwa za kemikali kutoka kwa benki ya kemikali na seli au tishu kutoka chanzo kimoja. Kujirudia kwa ndani ya maabara na uundaji tena wa kimaabara wa mtihani wa mtahiniwa lazima waonyeshwe na matokeo yachanganue takwimu zinazofaa. Mara tu matokeo kutoka kwa vipengele tofauti vya tafiti za uthibitishaji yanapokusanywa, bodi ya ushauri ya kisayansi inaweza kutoa mapendekezo kuhusu uhalali wa (ma)jaribio ya watahiniwa kwa madhumuni mahususi. Kwa kuongezea, matokeo ya tafiti yanapaswa kuchapishwa katika majarida yaliyopitiwa na rika na kuwekwa kwenye hifadhidata.

Ufafanuzi wa mchakato wa uthibitishaji kwa sasa ni kazi inayoendelea. Kila utafiti mpya wa uthibitishaji utatoa taarifa muhimu kwa muundo wa utafiti unaofuata. Mawasiliano na ushirikiano wa kimataifa ni muhimu kwa maendeleo ya haraka ya mfululizo wa itifaki zinazokubalika kwa wingi, hasa kutokana na kuongezeka kwa uharaka uliowekwa na kupitishwa kwa Maelekezo ya EC Vipodozi. Sheria hii inaweza kweli kutoa msukumo unaohitajika kwa juhudi kubwa ya uthibitishaji kufanywa. Ni kwa kukamilika kwa mchakato huu tu ndipo kukubalika kwa mbinu za ndani na jumuiya mbalimbali za udhibiti kunaweza kuanza.

Hitimisho

Nakala hii imetoa muhtasari mpana wa hali ya sasa ya upimaji wa sumu katika vitro. Sayansi ya toxicology in vitro ni changa, lakini inakua kwa kasi. Changamoto kwa miaka ijayo ni kujumuisha maarifa ya kiufundi yanayotokana na tafiti za seli na molekuli katika orodha kubwa ya data ya vivo ili kutoa maelezo kamili zaidi ya mifumo ya kitoksini na pia kuanzisha dhana ambayo data ya vitro inaweza kutumika. kutabiri sumu katika vivo. Itakuwa tu kupitia juhudi za pamoja za wataalam wa sumu na wawakilishi wa serikali kwamba thamani ya asili ya njia hizi za ndani inaweza kupatikana.

Back

Tathmini ya sumu ya kijeni ni tathmini ya mawakala kwa uwezo wao wa kushawishi aina yoyote kati ya tatu za jumla za mabadiliko (mabadiliko) katika nyenzo za kijeni (DNA): jeni, kromosomu na jeni. Katika viumbe kama vile wanadamu, jeni huundwa na DNA, ambayo ina vitengo vya mtu binafsi vinavyoitwa besi za nukleotidi. Jeni hizo zimepangwa katika miundo tofauti inayoitwa kromosomu. Genotoxicity inaweza kusababisha athari kubwa na zisizoweza kutenduliwa kwa afya ya binadamu. Uharibifu wa genotoxic ni hatua muhimu katika introduktionsutbildning ya kansa na inaweza pia kuhusishwa katika introduktionsutbildning ya kasoro kuzaliwa na kifo fetal. Madarasa matatu ya mabadiliko yaliyotajwa hapo juu yanaweza kutokea ndani ya mojawapo ya aina mbili za tishu zinazomilikiwa na viumbe kama vile binadamu: manii au mayai (seli za vijidudu) na tishu zilizobaki (seli za somatic).

Tathmini zinazopima mabadiliko ya jeni ni zile zinazotambua uingizwaji, uongezaji au ufutaji wa nyukleotidi ndani ya jeni. Vipimo vinavyopima mabadiliko ya kromosomu ni zile zinazotambua mapumziko au upangaji upya wa kromosomu unaohusisha kromosomu moja au zaidi. Vipimo vinavyopima mabadiliko ya jeni ni zile zinazotambua mabadiliko katika idadi ya kromosomu, hali inayoitwa aneuploidy. Tathmini ya sumu ya kijenetiki imebadilika sana tangu maendeleo ya Herman Muller mnamo 1927 ya jaribio la kwanza la kugundua mawakala wa genotoxic (mutagenic). Tangu wakati huo, zaidi ya majaribio 200 yametengenezwa ambayo yanapima mabadiliko katika DNA; hata hivyo, chini ya majaribio kumi hutumiwa kwa kawaida leo kwa tathmini ya sumu ya kijeni. Nakala hii inakagua majaribio haya, inaelezea kile wanachopima, na inachunguza jukumu la majaribio haya katika tathmini ya sumu.

Utambuzi wa Hatari za Saratani Kabla ya Maendeleo ya Fieldof Genetic Toxicology

Dawa ya sumu ya kijeni imekuwa sehemu muhimu ya mchakato wa jumla wa tathmini ya hatari na imeongezeka katika siku za hivi karibuni kama kitabiri cha kutegemewa cha shughuli za kusababisha kansa. Hata hivyo, kabla ya maendeleo ya sumu ya kijeni (kabla ya 1970), mbinu nyingine zilitumika na bado zinatumika kutambua hatari zinazoweza kutokea za saratani kwa wanadamu. Kuna kategoria sita kuu za mbinu zinazotumika kwa sasa kutambua hatari za saratani ya binadamu: tafiti za epidemiological, uchunguzi wa muda mrefu wa bioassay, majaribio ya bioassay ya muda wa kati ya vivo, majaribio ya muda mfupi ya vivo na vitro, akili ya bandia (shughuli ya muundo). na uelekezaji unaotegemea utaratibu.

Jedwali la 1 linatoa faida na hasara za njia hizi.

Jedwali 1. Faida na hasara za mbinu za sasa za kutambua hatari za saratani ya binadamu

Misingi ya Mantiki na Dhana ya Tathmini ya Toxicology ya Jenetiki

Ingawa aina na idadi kamili ya vipimo vinavyotumika kutathmini sumu ya kijeni vinabadilika kila mara na kutofautiana kutoka nchi hadi nchi, zinazojulikana zaidi ni pamoja na majaribio ya (1) mabadiliko ya jeni katika bakteria na/au seli za mamalia zilizokuzwa na (2) mabadiliko ya kromosomu katika seli za mamalia zilizokuzwa na/au uboho ndani ya panya walio hai. Baadhi ya majaribio ndani ya kitengo hiki cha pili pia yanaweza kugundua aneuploidy. Ingawa majaribio haya hayatambui mabadiliko katika seli za viini, hutumiwa hasa kwa sababu ya gharama ya ziada na utata wa kufanya majaribio ya seli za viini. Hata hivyo, majaribio ya seli za viini kwenye panya hutumika wakati taarifa kuhusu athari za seli za viini inapohitajika.

Masomo ya kimfumo katika kipindi cha miaka 25 (1970-1995), haswa katika Mpango wa Kitaifa wa Toxicology wa Amerika huko North Carolina, yamesababisha matumizi ya idadi tofauti ya majaribio ya kugundua shughuli za mutajeni za mawakala. Mantiki ya kutathmini manufaa ya majaribio yalitokana na uwezo wao wa kugundua mawakala wanaosababisha saratani kwenye panya na wanaoshukiwa kusababisha saratani kwa wanadamu (yaani, kansajeni). Hii ni kwa sababu tafiti katika miongo kadhaa iliyopita zimeonyesha kwamba seli za saratani zina mabadiliko katika jeni fulani na kwamba kansa nyingi pia ni mutajeni. Kwa hivyo, seli za saratani huonwa kuwa na mabadiliko ya seli-somatic, na kansajenezi inatazamwa kama aina ya mutagenesis ya seli-somatic.

Vipimo vya sumu ya kijeni vinavyotumiwa sana leo vimechaguliwa si kwa sababu ya hifadhidata kubwa tu, gharama ya chini kiasi, na urahisi wa utendakazi, lakini kwa sababu zimeonyeshwa kugundua panya wengi na, kwa kudhaniwa, visababisha kansa za binadamu. Kwa hivyo, majaribio ya sumu ya kijeni hutumiwa kutabiri uwezekano wa kansa ya mawakala.

Maendeleo muhimu ya dhana na vitendo katika uwanja wa sumu ya kijeni ilikuwa ni utambuzi kwamba kansajeni nyingi zilirekebishwa na vimeng'enya ndani ya mwili, na kuunda aina zilizobadilishwa (metabolites) ambazo mara nyingi zilikuwa fomu ya mwisho ya kansa na mutagenic ya kemikali mama. Ili kuiga kimetaboliki hii katika sahani ya petri, Heinrich Malling alionyesha kuwa ujumuishaji wa maandalizi kutoka kwa ini la panya ulikuwa na vimeng'enya vingi vinavyohitajika kutekeleza ubadilishaji au uanzishaji huu wa kimetaboliki. Kwa hivyo, majaribio mengi ya sumu ya maumbile yaliyofanywa katika sahani au zilizopo (in vitro) hutumia uongezaji wa maandalizi ya enzyme sawa. Maandalizi rahisi huitwa mchanganyiko wa S9, na maandalizi yaliyotakaswa huitwa microsomes. Baadhi ya seli za bakteria na mamalia sasa zimeundwa kijeni ili kuwa na baadhi ya jeni kutoka kwa panya au binadamu ambao huzalisha vimeng'enya hivi, hivyo basi kupunguza hitaji la kuongeza mchanganyiko wa S9 au mikrosomu.

Uchunguzi na Mbinu za Toxicology ya Jenetiki

Mifumo ya kimsingi ya bakteria inayotumika kwa uchunguzi wa sumu ya kijenetiki ni upimaji wa utajeni wa Salmonella (Ames) na, kwa kiwango kidogo zaidi, aina ya WP2 ya Escherichia coli. Uchunguzi wa katikati ya miaka ya 1980 ulionyesha kuwa matumizi ya aina mbili pekee za mfumo wa Salmonella (TA98 na TA100) yalitosha kugundua takriban 90% ya mutajeni zinazojulikana za Salmonella. Kwa hivyo, aina hizi mbili hutumiwa kwa madhumuni mengi ya uchunguzi; hata hivyo, aina nyingine mbalimbali zinapatikana kwa majaribio ya kina zaidi.

Uchambuzi huu unafanywa kwa njia mbalimbali, lakini taratibu mbili za jumla ni ujumuishaji wa sahani na majaribio ya kusimamishwa kwa kioevu. Katika kipimo cha ujumuishaji wa sahani, seli, kemikali ya majaribio na (inapohitajika) S9 huongezwa pamoja kwenye agari iliyoyeyuka na kumwagwa kwenye uso wa sahani ya agar petri. Agar ya juu inakuwa ngumu ndani ya dakika chache, na sahani hudumishwa kwa siku mbili hadi tatu, baada ya hapo seli zinazobadilika zimekua na kuunda vikundi vinavyoweza kuonekana vya seli zinazoitwa makoloni, ambazo huhesabiwa. Agar medium ina mawakala wa kuchagua au inaundwa na viungo hivi kwamba ni seli mpya tu zilizobadilishwa zitakua. Kipimo cha incubation ya kioevu ni sawa, isipokuwa seli, wakala wa mtihani, na S9 huwekwa pamoja katika kioevu ambacho hakina agar iliyoyeyuka, na kisha seli huoshwa bila wakala wa mtihani na S9 na kupandwa kwenye agar.

Mabadiliko katika seli za mamalia waliokuzwa hugunduliwa kimsingi katika moja ya jeni mbili: hprt na tk. Sawa na vipimo vya bakteria, mistari ya seli ya mamalia (iliyotengenezwa kutoka kwa panya au seli za binadamu) huwekwa wazi kwa wakala wa majaribio katika vyombo vya utamaduni wa plastiki au mirija na kisha hupakwa kwenye vyombo vya utamaduni ambavyo vina wastani na wakala wa kuchagua ambao huruhusu seli zinazobadilika tu kukua. . Vipimo vilivyotumika kwa madhumuni haya ni pamoja na CHO/HPRT, TK6, na lymphoma ya panya L5178Y/TK.^{+ / -} majaribio. Mistari mingine ya seli iliyo na mabadiliko mbalimbali ya kurekebisha DNA na vile vile iliyo na baadhi ya jeni za binadamu zinazohusika katika kimetaboliki pia hutumiwa. Mifumo hii inaruhusu urejeshaji wa mabadiliko ndani ya jeni (mutation ya jeni) pamoja na mabadiliko yanayohusisha maeneo ya kromosomu pembeni ya jeni (mutation kromosomu). Walakini, aina hii ya mwisho ya mutation inalipwa kwa kiwango kikubwa zaidi na tk mifumo ya jeni kuliko hprt mifumo ya jeni kutokana na eneo la tk jeni.

Sawa na upimaji wa ujazo wa kioevu kwa utajeni wa bakteria, majaribio ya utajeni ya seli ya mamalia kwa ujumla huhusisha kufichua kwa seli katika sahani za utamaduni au mirija mbele ya wakala wa majaribio na S9 kwa saa kadhaa. Kisha seli huoshwa, na kukuzwa kwa siku kadhaa zaidi ili kuruhusu bidhaa za jeni za kawaida (za aina ya mwitu) kuharibiwa na bidhaa mpya za jeni zinazobadilika kuonyeshwa na kukusanyika, na kisha hupandwa kwa kati iliyo na wakala wa kuchagua ambao unaruhusu. seli mutant tu kukua. Kama vipimo vya bakteria, seli zinazobadilika hukua na kuwa koloni zinazoweza kutambulika ambazo huhesabiwa.

Mabadiliko ya kromosomu hutambuliwa hasa na majaribio ya cytogenetic, ambayo yanahusisha kufichua panya na/au seli za panya au binadamu katika sahani za kitamaduni kwa kemikali ya majaribio, kuruhusu mgawanyiko wa seli moja au zaidi kutokea, kuchafua kromosomu, na kisha kuchunguza kromosomu kwa macho kupitia darubini. kugundua mabadiliko katika muundo au idadi ya kromosomu. Ingawa vidokezo mbalimbali vinaweza kuchunguzwa, viwili ambavyo kwa sasa vinakubaliwa na mashirika ya udhibiti kuwa vina maana zaidi ni mtengano wa kromosomu na kategoria ndogo inayoitwa mikronuclei.

Mafunzo na utaalamu wa kutosha unahitajika ili kupata alama za seli kwa uwepo wa kutofautiana kwa kromosomu, na kufanya utaratibu huu wa gharama kubwa katika suala la muda na pesa. Kinyume chake, nyuklia zinahitaji mafunzo kidogo, na utambuzi wao unaweza kuwa wa kiotomatiki. Nuclei ndogo huonekana kama nukta ndogo ndani ya seli ambazo ni tofauti na kiini, ambacho kina kromosomu. Nuclei ndogo hutokana na kuvunjika kwa kromosomu au kutoka kwa aneuploidy. Kwa sababu ya urahisi wa kupata alama za nyuklea ikilinganishwa na kupotoka kwa kromosomu, na kwa sababu tafiti za hivi majuzi zinaonyesha kuwa mawakala ambao huchochea ukeukaji wa kromosomu kwenye uboho wa panya hai kwa ujumla hushawishi mikronuclei kwenye tishu hii, mikronuclei sasa hupimwa kwa kawaida kama dalili ya uwezo wa wakala wa kushawishi mabadiliko ya kromosomu.

Ingawa vipimo vya chembechembe za viini hutumika mara chache sana kuliko vipimo vingine vilivyoelezwa hapo juu, ni muhimu sana katika kubainisha kama wakala anahatarisha seli za viini, mabadiliko ambayo yanaweza kusababisha athari za kiafya katika vizazi vinavyofuata. Upimaji wa seli za viini unaotumika sana uko kwenye panya, na unahusisha mifumo inayotambua (1) uhamishaji unaoweza kurithiwa (kubadilishana) kati ya kromosomu (jaribio la kurithika la uhamishaji), (2) mabadiliko ya jeni au kromosomu yanayohusisha jeni mahususi (locus inayoonekana au ya kibayolojia. majaribio), na (3) mabadiliko yanayoathiri uwezekano (jaribio kuu la kuua). Kama ilivyo kwa majaribio ya seli-somatiki, dhana ya kufanya kazi na majaribio ya seli-jidudu ni kwamba mawakala chanya katika majaribio haya yanachukuliwa kuwa yanaweza kuwa mutajeni za seli za viini vya binadamu.

Hali ya Sasa na Matarajio ya Baadaye

Tafiti za hivi majuzi zimeonyesha kuwa ni taarifa tatu tu zilizohitajika kugundua takriban 90% ya seti ya visababisha kansa 41 vya panya (yaani, visababisha kansa vya binadamu vinavyodhaniwa kuwa ni na mutajeni za seli-somatic). Hizi ni pamoja na (1) ujuzi wa muundo wa kemikali wa wakala, hasa ikiwa ina sehemu za electrophilic (angalia sehemu ya uhusiano wa shughuli za muundo); (2) data ya Salmonella mutagenicity; na (3) data kutoka kwa jaribio la siku 90 la sumu sugu katika panya (panya na panya). Hakika, kimsingi kanojeni zote za binadamu zilizotangazwa na IARC zinaweza kutambulika kama mutajeni kwa kutumia tu kipimo cha Salmonella na upimaji wa uboho wa panya. Matumizi ya vipimo hivi vya utajeni katika kugundua uwezekano wa kusababisha kansa za binadamu yanaungwa mkono zaidi na ugunduzi kwamba kansajeni nyingi za binadamu ni kansa katika panya na panya (trans-species carcinogens) na kwamba kansajeni nyingi za trans-spishi ni za kubadilika katika Salmonella na/au huchochea mikronuclei. kwenye uboho wa panya.

Pamoja na maendeleo katika teknolojia ya DNA, mradi wa chembe za urithi wa binadamu, na uelewa ulioboreshwa wa jukumu la mabadiliko katika saratani, majaribio mapya ya sumu ya jeni yanatengenezwa ambayo huenda yakajumuishwa katika taratibu za kawaida za uchunguzi. Miongoni mwao ni matumizi ya seli za transgenic na panya. Mifumo ya kubadilisha jeni ni ile ambayo jeni kutoka kwa spishi nyingine imeingizwa kwenye seli au kiumbe. Kwa mfano, panya waliobadilika maumbile sasa wako katika matumizi ya majaribio ambayo yanaruhusu ugunduzi wa mabadiliko katika kiungo au tishu yoyote ya mnyama, kulingana na kuanzishwa kwa jeni la bakteria kwenye panya. Seli za bakteria, kama vile Salmonella, na seli za mamalia (pamoja na mistari ya seli ya binadamu) sasa zinapatikana ambazo zina jeni zinazohusika katika ubadilishanaji wa mawakala wa kusababisha kansa/mutajeni, kama vile jeni za P450. Uchanganuzi wa molekuli ya mabadiliko halisi yanayotokana na jeni-badiliko ndani ya panya zinazobadilika jeni, au ndani ya jeni asili kama vile hprt, au jeni zinazolengwa ndani ya Salmonella sasa zinaweza kufanywa, ili hali halisi ya mabadiliko yanayosababishwa na kemikali iweze kubainishwa, kutoa maarifa kuhusu utaratibu wa utendaji wa kemikali hiyo na kuruhusu ulinganisho na mabadiliko katika binadamu ambayo yanaonekana kwa wakala. .

Maendeleo ya molekuli katika cytogenetics sasa yanaruhusu utathmini wa kina zaidi wa mabadiliko ya kromosomu. Hizi ni pamoja na utumizi wa vichunguzi (vipande vidogo vya DNA) ambavyo huambatanisha (mseto) kwa chembe hususa za urithi. Mipangilio upya ya jeni kwenye kromosomu inaweza kisha kufichuliwa na eneo lililobadilishwa la vichunguzi, ambavyo vina mwanga wa umeme na kuonekana kwa urahisi kama sehemu za rangi kwenye kromosomu. Upimaji wa elektrophoresis ya jeli ya seli moja kwa ajili ya kuvunjika kwa DNA (hujulikana kama "comet" assay) huruhusu ugunduzi wa mianya ya DNA ndani ya seli moja na inaweza kuwa zana muhimu sana pamoja na mbinu za cytogenetic za kugundua uharibifu wa kromosomu.

Baada ya miaka mingi ya matumizi na utengenezaji wa hifadhidata kubwa na iliyoandaliwa kwa utaratibu, tathmini ya sumu ya kijeni sasa inaweza kufanywa kwa majaribio machache tu kwa gharama ndogo katika muda mfupi (wiki chache). Data inayotolewa inaweza kutumika kutabiri uwezo wa wakala kuwa panya na, kwa kukisia, saratani ya binadamu/seli ya seli ya somatic. Uwezo kama huo hufanya iwezekane kupunguza kuanzishwa kwa mazingira ya mawakala wa mutagenic na kansa na kukuza mawakala mbadala, yasiyo ya kubadilika. Masomo ya siku zijazo yanapaswa kusababisha njia bora zaidi na utabiri mkubwa kuliko majaribio ya sasa.

Back

neno biomarker ni kifupi cha kialama cha kibiolojia, neno ambalo hurejelea tukio linaloweza kupimika linalotokea katika mfumo wa kibiolojia, kama vile mwili wa binadamu. Tukio hili basi hufasiriwa kama kiakisi, au kiashirio, cha hali ya jumla zaidi ya kiumbe au umri wa kuishi. Katika afya ya kazini, alama ya kibayolojia kwa ujumla hutumiwa kama kiashirio cha hali ya afya au hatari ya ugonjwa.

Alama za kibayolojia hutumiwa kwa masomo ya in vitro na vile vile katika vivo ambayo yanaweza kujumuisha wanadamu. Kawaida, aina tatu maalum za alama za kibiolojia zinatambuliwa. Ingawa vialama vichache vinaweza kuwa vigumu kuainisha, kwa kawaida hutenganishwa kuwa vialama vya kufichua, vialama vya athari au viashirio vya kuathiriwa (tazama jedwali 1).

Jedwali 1. Mifano ya viashirio vya kufichua au viashirio vya athari vinavyotumika katika masomo ya kitoksini katika afya ya kazini.

Kwa kuzingatia kiwango kinachokubalika cha uhalali, alama za viumbe zinaweza kuajiriwa kwa madhumuni kadhaa. Kwa msingi wa mtu binafsi, alama ya kibayolojia inaweza kutumika kusaidia au kukanusha utambuzi wa aina fulani ya sumu au athari nyingine mbaya inayosababishwa na kemikali. Katika somo lenye afya, kialama cha kibayolojia kinaweza pia kuakisi uwezekano wa mtu binafsi kuathiriwa na mfiduo maalum wa kemikali na kwa hivyo kinaweza kutumika kama msingi wa kutabiri hatari na ushauri nasaha. Katika vikundi vya wafanyikazi waliofichuliwa, baadhi ya alama za kufichua zinaweza kutumika kutathmini kiwango cha utiifu wa kanuni za kukomesha uchafuzi au ufanisi wa juhudi za kuzuia kwa ujumla.

Alama za Uhai wa Mfiduo

Alama ya kukaribia aliyeambukizwa inaweza kuwa kiwanja cha nje (au metabolite) ndani ya mwili, bidhaa shirikishi kati ya kiwanja (au metabolite) na kijenzi kisichoisha, au tukio lingine linalohusiana na kukaribiana. Kwa kawaida, viashirio vya bioalama za mfiduo wa misombo thabiti, kama vile metali, hujumuisha vipimo vya viwango vya chuma katika sampuli zinazofaa, kama vile damu, seramu au mkojo. Pamoja na kemikali tete, ukolezi wao katika pumzi exhaled (baada ya kuvuta hewa isiyo na uchafuzi) inaweza kutathminiwa. Ikiwa kiwanja kimechomwa katika mwili, metabolites moja au zaidi inaweza kuchaguliwa kama alama ya kibayolojia ya mfiduo; metabolites mara nyingi huamuliwa katika sampuli za mkojo.

Mbinu za kisasa za uchambuzi zinaweza kuruhusu kutenganishwa kwa isoma au congeners ya misombo ya kikaboni, na uamuzi wa speciation ya misombo ya chuma au uwiano wa isotopiki wa vipengele fulani. Uchambuzi wa hali ya juu huruhusu uamuzi wa mabadiliko katika muundo wa DNA au macromolecules mengine yanayosababishwa na kushikamana na kemikali tendaji. Mbinu kama hizo za hali ya juu bila shaka zitapata umuhimu mkubwa kwa programu katika tafiti za biomarker, na vikomo vya chini vya ugunduzi na uhalali bora wa uchanganuzi kuna uwezekano wa kufanya viashirio hivi vya kibayolojia kuwa muhimu zaidi.

Hasa maendeleo ya kuahidi yametokea na viashirio vya kibayolojia vya kukabiliwa na kemikali za mutajeni. Michanganyiko hii ni tendaji na inaweza kuunda viambatanisho na molekuli kuu, kama vile protini au DNA. Viongezeo vya DNA vinaweza kutambuliwa katika seli nyeupe za damu au biopsy ya tishu, na vipande maalum vya DNA vinaweza kutolewa kwenye mkojo. Kwa mfano, mfiduo wa oksidi ya ethilini husababisha athari na besi za DNA, na, baada ya kukatwa kwa msingi ulioharibiwa, N-7-(2-hydroxyethyl)guanini itatolewa kwenye mkojo. Baadhi ya nyongeza huenda zisirejelee moja kwa moja mfiduo fulani. Kwa mfano, 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine huakisi uharibifu wa oksidi kwa DNA, na athari hii inaweza kuchochewa na misombo kadhaa ya kemikali, ambayo mingi pia huchochea upenyezaji wa lipid.

Macromolecules nyingine pia inaweza kubadilishwa na malezi ya adduct au oxidation. Ya riba maalum, misombo tendaji kama hiyo inaweza kutoa nyongeza za himoglobini ambazo zinaweza kuamuliwa kama viashirio vya kufichua misombo hiyo. Faida ni kwamba kiasi cha kutosha cha hemoglobini kinaweza kupatikana kutoka kwa sampuli ya damu, na, kwa kuzingatia maisha ya miezi minne ya chembe nyekundu za damu, nyongeza zinazoundwa na amino asidi za protini zitaonyesha mfiduo wa jumla katika kipindi hiki.

Viongezeo vinaweza kuamuliwa kwa mbinu nyeti kama vile kromatografia ya lipid ya utendaji wa juu, na baadhi ya mbinu za kinga zinapatikana pia. Kwa ujumla, mbinu za uchambuzi ni mpya, za gharama kubwa na zinahitaji maendeleo zaidi na uthibitisho. Usikivu bora unaweza kupatikana kwa kutumia ³²Upimaji wa uwekaji lebo wa P, ambayo ni dalili isiyo maalum kwamba uharibifu wa DNA umefanyika. Mbinu hizi zote zinaweza kuwa muhimu kwa ufuatiliaji wa kibayolojia na zimetumika katika idadi inayoongezeka ya tafiti. Hata hivyo, mbinu rahisi na nyeti zaidi za uchambuzi zinahitajika. Kwa kuzingatia umaalumu mdogo wa baadhi ya mbinu katika ukaribiaji wa kiwango cha chini, uvutaji wa tumbaku au vipengele vingine vinaweza kuathiri sana matokeo ya vipimo, hivyo kusababisha matatizo katika kufasiri.

Mfiduo wa misombo ya mutajeni, au misombo ambayo hubadilishwa kuwa mutajeni, inaweza pia kubainishwa kwa kutathmini utajeni wa mkojo kutoka kwa mtu aliye wazi. Sampuli ya mkojo imeingizwa na aina ya bakteria ambapo mabadiliko maalum ya uhakika yanaonyeshwa kwa njia ambayo inaweza kupimwa kwa urahisi. Ikiwa kemikali za mutagenic zipo kwenye sampuli ya mkojo, basi kiwango cha ongezeko cha mabadiliko kitatokea katika bakteria.

Alama za udhihirisho lazima zitathminiwe kuhusiana na tofauti za muda katika mfiduo na uhusiano na sehemu tofauti. Kwa hivyo, vipindi vya muda vinavyowakilishwa na kialama, yaani, kiwango ambacho kipimo cha alama ya kibayolojia kinaonyesha mfiduo wa zamani na/au mzigo wa mwili uliolimbikizwa, lazima kibainishwe kutoka kwa data ya toxicokinetic ili kutafsiri matokeo. Hasa, kiwango ambacho alama ya kibayolojia inaonyesha uhifadhi katika viungo maalum vinavyolengwa inapaswa kuzingatiwa. Ingawa sampuli za damu hutumiwa mara nyingi kwa masomo ya alama za kibayolojia, damu ya pembeni kwa ujumla haichukuliwi kama sehemu kama hiyo, ingawa inafanya kazi kama chombo cha usafirishaji kati ya vyumba. Kiwango ambacho ukolezi katika damu huonyesha viwango katika viungo tofauti hutofautiana sana kati ya kemikali tofauti, na kwa kawaida hutegemea urefu wa mfiduo pamoja na muda tangu kuambukizwa.

Wakati mwingine aina hii ya ushahidi hutumiwa kuainisha alama ya kibayolojia kama kiashirio cha (jumla) ya kipimo kilichofyonzwa au kiashirio cha kipimo kinachofaa (yaani, kiasi ambacho kimefikia tishu inayolengwa). Kwa mfano, mfiduo wa kutengenezea fulani unaweza kutathminiwa kutoka kwa data juu ya ukolezi halisi wa kutengenezea katika damu kwa wakati fulani kufuatia mfiduo. Kipimo hiki kitaonyesha kiasi cha kutengenezea ambacho kimeingizwa ndani ya mwili. Kiasi fulani cha kufyonzwa kitatolewa kwa sababu ya shinikizo la mvuke wa kutengenezea. Wakati wa kuzunguka katika damu, kutengenezea kutaingiliana na vipengele mbalimbali vya mwili, na hatimaye itakuwa chini ya kuvunjika kwa enzymes. Matokeo ya michakato ya kimetaboliki yanaweza kutathminiwa kwa kuamua asidi maalum ya mercapturic zinazozalishwa kwa kuunganishwa na glutathione. Utoaji mwingi wa asidi ya zebaki unaweza kuakisi kipimo bora zaidi kuliko mkusanyiko wa damu.

Matukio ya maisha, kama vile uzazi na uzima, yanaweza kuathiri usambazaji wa kemikali. Usambazaji wa kemikali ndani ya mwili huathiriwa sana na ujauzito, na kemikali nyingi zinaweza kupita kizuizi cha placenta, na hivyo kusababisha mfiduo wa fetusi. Kunyonyesha kunaweza kusababisha utolewaji wa kemikali mumunyifu wa lipid, hivyo kusababisha kupungua kwa uhifadhi wa mama pamoja na kuongezeka kwa unywaji wa mtoto mchanga. Wakati wa kupoteza uzito au maendeleo ya osteoporosis, kemikali zilizohifadhiwa zinaweza kutolewa, ambazo zinaweza kusababisha udhihirisho mpya na wa muda mrefu wa "endogenous" wa viungo vinavyolengwa. Sababu zingine zinaweza kuathiri unyonyaji wa mtu binafsi, kimetaboliki, uhifadhi na usambazaji wa misombo ya kemikali, na baadhi ya alama za bioalama za kuathiriwa zinapatikana (tazama hapa chini).

Biomarkers ya Athari

Alama ya athari inaweza kuwa kijenzi asilia, au kipimo cha uwezo wa kufanya kazi, au kiashirio kingine cha hali au usawa wa mwili au mfumo wa kiungo, kama ilivyoathiriwa na kukaribia. Alama za athari kama hizo kwa ujumla ni viashiria vya mapema vya ukiukwaji.

Alama hizi za kibayolojia zinaweza kuwa mahususi au zisizo mahususi. Alama mahususi za viumbe ni muhimu kwa sababu zinaonyesha athari ya kibayolojia ya mfiduo fulani, hivyo kutoa ushahidi ambao unaweza kutumika kwa madhumuni ya kuzuia. Alama za kibayolojia zisizo mahususi hazielezii sababu ya mtu binafsi ya athari, lakini zinaweza kuakisi jumla, athari iliyounganishwa kutokana na mfiduo mseto. Kwa hivyo aina zote mbili za alama za viumbe zinaweza kuwa na matumizi makubwa katika afya ya kazi.

Hakuna tofauti ya wazi kati ya alama za kufichua na vialamisho vya athari. Kwa mfano, uundaji wa nyongeza unaweza kusemwa kuonyesha athari badala ya kufichua. Walakini, alama za biomark kawaida huonyesha mabadiliko katika kazi za seli, tishu au jumla ya mwili. Baadhi ya watafiti hujumuisha mabadiliko makubwa, kama vile ongezeko la uzito wa ini la wanyama walio wazi wa maabara au kupungua kwa ukuaji wa watoto, kama viashirio vya athari. Kwa madhumuni ya afya ya kazini, viambulisho vya athari vinapaswa kuonyeshwa tu kwa zile zinazoonyesha mabadiliko madogo ya kiafya au yanayoweza kutenduliwa, kama vile kizuizi cha vimeng'enya. Athari inayotumika mara nyingi zaidi ya alama ya kibayolojia pengine ni kizuizi cha kolinesterasi inayosababishwa na baadhi ya viua wadudu, yaani, organofosfati na carbamates. Katika hali nyingi, athari hii inaweza kubadilishwa kabisa, na kizuizi cha kimeng'enya huonyesha mfiduo kamili wa kundi hili la viua wadudu.

Mfiduo fulani hauleti kizuizi cha kimeng'enya bali huongeza shughuli ya kimeng'enya. Hivi ndivyo vimeng'enya kadhaa ambavyo ni vya familia ya P450 (ona "Viainisho vya kijeni vya mwitikio wa sumu"). Huweza kushawishiwa na mfiduo wa vimumunyisho fulani na hidrokaboni za polyaromatic (PAHs). Kwa kuwa vimeng'enya hivi huonyeshwa hasa katika tishu ambazo biopsy inaweza kuwa vigumu kupata, shughuli ya kimeng'enya huamuliwa kwa njia isiyo ya moja kwa moja katika vivo kwa kusimamia kiwanja ambacho humetabolishwa na kimeng'enya hicho, na kisha bidhaa ya kuvunjika hupimwa katika mkojo au plasma.

Mfiduo mwingine unaweza kushawishi usanisi wa protini ya kinga mwilini. Mfano bora pengine ni metallothionein, ambayo hufunga cadmium na kukuza excretion ya chuma hiki; mfiduo wa cadmium ni mojawapo ya sababu zinazosababisha kuongezeka kwa usemi wa jeni la metallothioneini. Protini zinazofanana za kinga zinaweza kuwepo lakini bado hazijagunduliwa vya kutosha ili kukubalika kama alama za viumbe. Miongoni mwa watahiniwa wa uwezekano wa kutumika kama alama za kibayolojia ni zile zinazojulikana kama protini za mafadhaiko, ambazo hapo awali zilijulikana kama protini za mshtuko wa joto. Protini hizi huzalishwa na aina mbalimbali za viumbe tofauti ili kukabiliana na aina mbalimbali za mfiduo mbaya.

Uharibifu wa oksidi unaweza kutathminiwa kwa kuamua ukolezi wa malondialdehyde katika seramu au uvukizi wa ethane. Vile vile, utoaji wa protini kwenye mkojo wenye uzito mdogo wa molekuli, kama vile albin, unaweza kutumika kama alama ya uharibifu wa figo mapema. Vigezo kadhaa vinavyotumiwa mara kwa mara katika mazoezi ya kimatibabu (kwa mfano, viwango vya homoni ya seramu au kimeng'enya) vinaweza pia kuwa muhimu kama viambulisho vya viumbe. Walakini, nyingi za vigezo hivi haziwezi kuwa nyeti vya kutosha kugundua uharibifu wa mapema.

Kikundi kingine cha vigezo vya athari vinahusiana na athari za genotoxic (mabadiliko katika muundo wa chromosomes). Athari kama hizo zinaweza kugunduliwa kwa darubini ya seli nyeupe za damu ambazo hupitia mgawanyiko wa seli. Uharibifu mkubwa kwa chromosomes-kubadilika kwa kromosomu au kuundwa kwa micronuclei-unaweza kuonekana katika darubini. Uharibifu unaweza pia kufunuliwa kwa kuongeza rangi kwenye seli wakati wa mgawanyiko wa seli. Mfiduo kwa wakala wa sumu ya jeni basi unaweza kuonyeshwa kama ubadilishanaji unaoongezeka wa rangi kati ya kromatidi mbili za kila kromosomu (ubadilishanaji dada wa kromatidi). Upungufu wa kromosomu unahusiana na ongezeko la hatari ya kupata saratani, lakini umuhimu wa ongezeko la kasi ya kubadilishana kromosomu hauko wazi sana.

Tathmini ya hali ya juu zaidi ya sumu ya jeni inategemea mabadiliko fulani katika seli za somatic, ambayo ni, seli nyeupe za damu au seli za epithelial zilizopatikana kutoka kwa mucosa ya mdomo. Mabadiliko katika eneo mahususi yanaweza kufanya seli zenye uwezo wa kukua katika utamaduni ambao una kemikali ambayo ni sumu nyingine (kama vile 6-thioguanine). Vinginevyo, bidhaa maalum ya jeni inaweza kutathminiwa (kwa mfano, viwango vya seramu au tishu za onkoprotini zilizosimbwa na onkojeni fulani). Ni wazi, mabadiliko haya yanaonyesha jumla ya uharibifu wa genotoxic uliotokea na sio lazima kuonyesha chochote kuhusu mfiduo unaosababisha. Mbinu hizi bado hazijawa tayari kwa matumizi ya vitendo katika afya ya kazini, lakini maendeleo ya haraka katika safu hii ya utafiti yangependekeza kuwa mbinu kama hizo zitapatikana ndani ya miaka michache.

Viashiria vya Unyeti

Alama ya kuathiriwa, iwe ya kurithi au kushawishiwa, ni kiashirio kwamba mtu binafsi ni nyeti haswa kwa athari ya xenobiotic au athari za kikundi cha misombo kama hiyo. Uangalifu mwingi umeelekezwa kwenye uwezekano wa kuathiriwa na maumbile, ingawa sababu zingine zinaweza kuwa muhimu zaidi. Hypersusceptibility inaweza kuwa kutokana na sifa ya kurithi, katiba ya mtu binafsi, au mambo ya mazingira.

Uwezo wa kutengenezea kemikali fulani hutofautiana na huamuliwa kijeni (tazama “Viainisho vya kinasaba vya mwitikio wa sumu”). Enzymes kadhaa muhimu zinaonekana kudhibitiwa na jeni moja. Kwa mfano, oxidation ya kemikali za kigeni ni hasa unafanywa kuwa familia ya Enzymes mali ya P450 familia. Vimeng'enya vingine hufanya kimetaboli kuwa mumunyifu zaidi katika maji kwa kuunganishwa (kwa mfano, N-acetyltransferase na μ-glutathion-S-transferase). Shughuli ya vimeng'enya hivi inadhibitiwa na vinasaba na inatofautiana sana. Kama ilivyoelezwa hapo juu, shughuli inaweza kuamua kwa kusimamia kipimo kidogo cha dawa na kisha kuamua kiasi cha metabolite kwenye mkojo. Baadhi ya jeni sasa zimekuwa na sifa, na mbinu zinapatikana ili kuamua genotype. Tafiti muhimu zinaonyesha kuwa hatari ya kupata aina fulani za saratani inahusiana na uwezo wa kutengeneza misombo ya kigeni. Maswali mengi bado hayajajibiwa, kwa hivyo kwa wakati huu kupunguza matumizi ya viashirio hivi vya uwezekano wa kuathiriwa katika afya ya kazini.

Sifa zingine za kurithi, kama vile alpha₁-upungufu wa antitrypsin au upungufu wa glukosi-6-fosfati dehydrogenase, pia husababisha upungufu wa mifumo ya ulinzi katika mwili, na hivyo kusababisha kuathiriwa na mfiduo fulani.

Utafiti mwingi unaohusiana na uwezekano wa kuathiriwa umeshughulikia utabiri wa maumbile. Mambo mengine yana jukumu pia na yamepuuzwa kwa kiasi fulani. Kwa mfano, watu walio na ugonjwa sugu wanaweza kuwa nyeti zaidi kwa mfiduo wa kazi. Pia, ikiwa mchakato wa ugonjwa au mfiduo wa hapo awali kwa kemikali za sumu umesababisha uharibifu wa kiungo kidogo, basi uwezo wa kustahimili mfiduo mpya wa sumu unaweza kuwa mdogo. Viashiria vya biokemikali vya utendakazi wa chombo vinaweza kutumika katika kesi hii kama viashirio vya kuathiriwa. Labda mfano bora zaidi kuhusu hypersusceptibility inahusiana na majibu ya mzio. Ikiwa mtu amehamasishwa na mfiduo fulani, basi kingamwili maalum zinaweza kugunduliwa katika seramu. Hata kama mtu huyo hajahamasishwa, mfiduo mwingine wa sasa au wa zamani unaweza kuongeza hatari ya kupata athari mbaya inayohusiana na kufichua kazini.

Tatizo kubwa ni kuamua athari ya pamoja ya mfiduo mchanganyiko kazini. Kwa kuongeza, tabia za kibinafsi na matumizi ya madawa ya kulevya yanaweza kusababisha kuongezeka kwa uwezekano. Kwa mfano, moshi wa tumbaku huwa na kiasi kikubwa cha cadmium. Kwa hivyo, kwa kuathiriwa na cadmium kikazi, mvutaji sigara mkubwa ambaye amekusanya kiasi kikubwa cha chuma hiki katika mwili atakuwa katika hatari kubwa ya kupata ugonjwa wa figo unaohusiana na cadmium.

Maombi katika Afya ya Kazini

Alama za viumbe ni muhimu sana katika utafiti wa kitoksini, na nyingi zinaweza kutumika katika ufuatiliaji wa kibiolojia. Hata hivyo, mapungufu lazima pia kutambuliwa. Biomarkers nyingi hadi sasa zimesomwa tu katika wanyama wa maabara. Mifumo ya sumu katika spishi zingine inaweza isiakisi hali ilivyo kwa wanadamu, na uboreshaji wa ziada unaweza kuhitaji masomo ya uthibitisho kwa watu waliojitolea. Pia, ni lazima kuzingatia tofauti za mtu binafsi kutokana na sababu za kijeni au kikatiba.

Katika baadhi ya matukio, viambulisho vya viumbe hai vinaweza kutowezekana kabisa (kwa mfano, kwa kemikali ambazo hudumu kwa muda mfupi). Kemikali zingine zinaweza kuhifadhiwa ndani, au zinaweza kuathiri, viungo ambavyo haviwezi kufikiwa kwa taratibu za kawaida, kama vile mfumo wa neva. Njia ya kukaribia aliyeambukizwa inaweza pia kuathiri muundo wa usambazaji na kwa hivyo pia kipimo cha alama ya kibayolojia na tafsiri yake. Kwa mfano, kufichua ubongo moja kwa moja kupitia neva ya kunusa kuna uwezekano wa kuepuka kugunduliwa kwa kipimo cha vialama vya kukaribia aliyeambukizwa. Kuhusu athari za alama za kibayolojia, nyingi kati yao sio mahususi hata kidogo, na mabadiliko yanaweza kusababishwa na sababu mbalimbali, ikiwa ni pamoja na mambo ya mtindo wa maisha. Labda haswa na viashirio vya kuathiriwa, tafsiri lazima iwe ya tahadhari sana kwa sasa, kwani kutokuwa na uhakika kunasalia kuhusu umuhimu wa kiafya wa aina za mtu binafsi.

Katika afya ya kazini, biomarker bora inapaswa kukidhi mahitaji kadhaa. Kwanza kabisa, ukusanyaji na uchambuzi wa sampuli lazima uwe rahisi na wa kuaminika. Kwa ubora bora wa uchanganuzi, viwango vinahitajika, lakini mahitaji mahususi yanatofautiana sana. Maeneo makuu ya wasiwasi ni pamoja na: maandalizi ya mtu binafsi, utaratibu wa sampuli na utunzaji wa sampuli, na utaratibu wa kipimo; la mwisho linajumuisha vipengele vya kiufundi, kama vile urekebishaji na taratibu za uhakikisho wa ubora, na mambo yanayohusiana na mtu binafsi, kama vile elimu na mafunzo ya waendeshaji.

Kwa uhifadhi wa nyaraka za uhalali wa uchanganuzi na ufuatiliaji, nyenzo za marejeleo zinapaswa kutegemea matriki husika na viwango vinavyofaa vya vitu vya sumu au metabolites husika katika viwango vinavyofaa. Ili alama za kibayolojia zitumike kwa ufuatiliaji wa kibayolojia au kwa madhumuni ya uchunguzi, maabara zinazohusika lazima ziwe na taratibu za uchanganuzi zilizoandikwa vyema na sifa za utendaji zilizobainishwa, na rekodi zinazoweza kufikiwa ili kuruhusu uthibitishaji wa matokeo. Wakati huo huo, hata hivyo, uchumi wa sifa na kutumia nyenzo za kumbukumbu ili kuongeza taratibu za uhakikisho wa ubora kwa ujumla lazima uzingatiwe. Kwa hivyo, ubora unaoweza kufikiwa wa matokeo, na matumizi ambayo yanawekwa, inapaswa kusawazishwa dhidi ya gharama za ziada za uhakikisho wa ubora, ikijumuisha nyenzo za kumbukumbu, nguvu kazi na zana.

Sharti lingine ni kwamba alama ya kibayolojia inapaswa kuwa mahususi, angalau chini ya hali ya utafiti, kwa aina fulani ya mfiduo, na uhusiano wa wazi kwa kiwango cha mfiduo. Vinginevyo, matokeo ya kipimo cha biomarker inaweza kuwa ngumu sana kutafsiri. Kwa tafsiri ifaayo ya matokeo ya kipimo cha kialama cha kukaribia aliyeambukizwa, uhalali wa uchunguzi lazima ujulikane (yaani, tafsiri ya thamani ya alama ya kibayolojia katika ukubwa wa hatari zinazowezekana za kiafya). Katika eneo hili, metali hutumika kama dhana ya utafiti wa alama za kibayolojia. Utafiti wa hivi majuzi umeonyesha utata na ujanja wa mahusiano ya mwitikio wa dozi, pamoja na ugumu mkubwa katika kutambua viwango visivyo na athari na kwa hivyo pia katika kufafanua mifiduo inayovumilika. Hata hivyo, aina hii ya utafiti pia umeonyesha aina za uchunguzi na uboreshaji ambao ni muhimu kufichua taarifa husika. Kwa misombo mingi ya kikaboni, uhusiano wa kiasi kati ya mfiduo na athari mbaya za kiafya zinazolingana bado hazipatikani; katika hali nyingi, hata viungo vya msingi vinavyolengwa havijulikani kwa uhakika. Kwa kuongeza, tathmini ya data ya sumu na viwango vya biomarker mara nyingi huchanganyikiwa na mfiduo wa mchanganyiko wa dutu, badala ya kuathiriwa na kiwanja kimoja wakati huo.

Kabla ya kialama cha kibayolojia kutumika kwa madhumuni ya afya ya kazini, mambo mengine ya ziada yanahitajika. Kwanza, alama ya kibayolojia lazima iakisi mabadiliko madogo na yanayoweza kutenduliwa pekee. Pili, ikizingatiwa kuwa matokeo ya alama za kibayolojia yanaweza kufasiriwa kuhusiana na hatari za kiafya, basi juhudi za kuzuia zinapaswa kupatikana na zinapaswa kuzingatiwa kuwa za kweli ikiwa data ya alama za kibayolojia itapendekeza hitaji la kupunguza udhihirisho. Tatu, matumizi ya vitendo ya alama ya kibayolojia lazima yachukuliwe kwa ujumla kuwa yanakubalika kimaadili.

Vipimo vya usafi wa viwanda vinaweza kulinganishwa na vikomo vinavyotumika vya kukaribia aliyeambukizwa. Vile vile, matokeo ya viambishi bioalama au vialama vya athari vinaweza kulinganishwa na vikomo vya vitendo vya kibayolojia, wakati mwingine hujulikana kama fahirisi za mfiduo wa kibayolojia. Vizuizi kama hivyo vinapaswa kutegemea ushauri bora wa matabibu na wanasayansi kutoka taaluma zinazofaa, na wasimamizi wanaowajibika kama "wasimamizi wa hatari" wanapaswa kuzingatia mambo muhimu ya kimaadili, kijamii, kitamaduni na kiuchumi. Msingi wa kisayansi unapaswa, ikiwezekana, ujumuishe uhusiano wa mwitikio wa kipimo unaoongezewa na taarifa juu ya tofauti za kuathiriwa na watu walio katika hatari. Katika baadhi ya nchi, wafanyakazi na wananchi kwa ujumla wanahusika katika mchakato wa kuweka viwango na kutoa maoni muhimu, hasa wakati kutokuwa na uhakika wa kisayansi ni mkubwa. Mojawapo ya kutokuwa na hakika kuu ni jinsi ya kufafanua athari mbaya ya kiafya ambayo inapaswa kuzuiwa-kwa mfano, ikiwa uundaji wa dondoo kama kialama cha kufichua peke yake huwakilisha athari mbaya (yaani, alama ya kibayolojia) ambayo inapaswa kuzuiwa. Maswali magumu yana uwezekano wa kutokea wakati wa kuamua kama inaweza kulindwa kimaadili, kwa kiwanja kimoja, kuwa na vikomo tofauti vya kufichua mapema, kwa upande mmoja, na mfiduo wa kikazi, kwa upande mwingine.

Taarifa zinazotokana na matumizi ya alama za viumbe zinapaswa kuwasilishwa kwa watu binafsi wanaochunguzwa ndani ya uhusiano wa daktari na mgonjwa. Wasiwasi wa kimaadili lazima hasa uzingatiwe kuhusiana na uchanganuzi wa majaribio wa alama za viumbe ambao kwa sasa hauwezi kufasiriwa kwa undani katika suala la hatari halisi za kiafya. Kwa idadi ya watu kwa ujumla, kwa mfano, mwongozo mdogo upo kwa sasa kuhusiana na ukalimani wa vialama vya kukaribia aliyeambukizwa isipokuwa ukolezi wa risasi katika damu. Muhimu pia ni imani katika data iliyotolewa (yaani, ikiwa sampuli inayofaa imefanywa, na ikiwa taratibu za uhakikisho wa ubora wa sauti zimetumika katika maabara inayohusika). Sehemu ya ziada ya wasiwasi maalum inahusiana na hypersusceptibility ya mtu binafsi. Masuala haya lazima izingatiwe wakati wa kutoa maoni kutoka kwa utafiti.

Sekta zote za jamii zilizoathiriwa na, au zinazohusika na kufanya, utafiti wa alama za kibayolojia zinahitaji kuhusishwa katika mchakato wa kufanya maamuzi kuhusu jinsi ya kushughulikia taarifa zinazotolewa na utafiti. Taratibu mahususi za kuzuia au kushinda migogoro ya kimaadili inayoweza kuepukika zinapaswa kuendelezwa ndani ya mifumo ya kisheria na kijamii ya eneo au nchi. Hata hivyo, kila hali inawakilisha seti tofauti ya maswali na mitego, na hakuna utaratibu mmoja wa kuhusika kwa umma unaoweza kutengenezwa ili kushughulikia matumizi yote ya viashirio vya kufichua.

Back

Utafiti na sifa za kemikali na mawakala wengine kwa mali ya sumu mara nyingi hufanywa kwa misingi ya viungo maalum na mifumo ya chombo. Katika sura hii, malengo mawili yamechaguliwa kwa majadiliano ya kina: mfumo wa kinga na jeni. Mifano hii ilichaguliwa kuwakilisha mfumo changamano wa viungo lengwa na lengwa la molekuli ndani ya seli. Kwa majadiliano ya kina zaidi ya sumu ya viungo vinavyolengwa, msomaji hurejelewa kwa maandishi ya kawaida ya sumu kama vile Casarett na Doull, na Hayes. Mpango wa Kimataifa wa Usalama wa Kemikali (IPCS) pia umechapisha nyaraka za vigezo kadhaa juu ya sumu ya viungo vinavyolengwa, kwa mfumo wa chombo.

Masomo ya sumu ya viungo vinavyolengwa kwa kawaida hufanywa kwa msingi wa habari inayoonyesha uwezekano wa athari mahususi za sumu ya dutu, ama kutoka kwa data ya epidemiological au kutoka kwa masomo ya jumla ya papo hapo au sugu ya sumu, au kwa msingi wa maswala maalum ya kulinda kazi fulani za chombo. kama uzazi au ukuaji wa fetasi. Katika baadhi ya matukio, vipimo mahususi vya sumu ya viungo vinavyolengwa vinaagizwa waziwazi na mamlaka za kisheria, kama vile kupima sumu ya nyuro chini ya sheria ya Marekani ya viua wadudu (ona "Njia ya Marekani ya kutathmini hatari ya sumu ya uzazi na mawakala wa neurotoxic," na kupima mutajeni chini ya Kemikali ya Kijapani. Sheria ya Kudhibiti Madawa (tazama "Kanuni za utambuzi wa hatari: Mbinu ya Kijapani").

Kama ilivyojadiliwa katika "Kiungo kinacholengwa na athari muhimu," utambuzi wa kiungo muhimu unategemea ugunduzi wa chombo au mfumo wa chombo ambao hujibu vibaya kwanza au kwa viwango vya chini zaidi au mifichuo. Taarifa hii kisha hutumika kubuni uchunguzi mahususi wa sumukuvu au vipimo vilivyobainishwa zaidi vya sumu ambavyo vimeundwa ili kuibua dalili nyeti zaidi za ulevi katika kiungo kinacholengwa. Masomo ya sumu ya viungo vinavyolengwa pia yanaweza kutumika kubainisha mbinu za utendaji, za matumizi katika tathmini ya hatari (ona "Njia ya Marekani ya kutathmini hatari ya sumu ya uzazi na mawakala wa neurotoxic").

Mbinu za Mafunzo ya Sumu ya Kiungo Lengwa

Viungo vinavyolengwa vinaweza kuchunguzwa kwa kufichuliwa kwa viumbe vilivyobakia na uchanganuzi wa kina wa utendakazi na histopatholojia katika kiungo kinacholengwa, au kwa kufichua seli, vipande vya tishu, au viungo vyote vilivyodumishwa kwa muda mfupi au mrefu katika tamaduni (ona "Taratibu za toxicology: Utangulizi na dhana"). Katika baadhi ya matukio, tishu kutoka kwa masomo ya binadamu zinaweza pia kupatikana kwa masomo ya sumu ya viungo vinavyolengwa, na hizi zinaweza kutoa fursa za kuthibitisha mawazo ya ziada ya aina mbalimbali. Hata hivyo, ni lazima ikumbukwe kwamba tafiti hizo hazitoi taarifa juu ya toxicokinetics ya jamaa.

Kwa ujumla, masomo ya sumu ya viungo vinavyolengwa hushirikisha sifa zifuatazo za kawaida: uchunguzi wa kina wa histopathological wa chombo kinacholengwa, ikiwa ni pamoja na uchunguzi wa baada ya kifo, uzito wa tishu, na uchunguzi wa tishu zisizohamishika; masomo ya biokemikali ya njia muhimu katika chombo kinacholengwa, kama vile mifumo muhimu ya enzyme; masomo ya kazi ya uwezo wa chombo na vipengele vya seli kufanya kazi inayotarajiwa ya kimetaboliki na nyingine; na uchanganuzi wa viambulisho vya viumbe vya mfiduo na athari za mapema katika seli za kiungo kinacholengwa.

Maarifa ya kina ya fiziolojia ya kiungo kinacholengwa, baiolojia na baiolojia ya molekuli yanaweza kujumuishwa katika masomo ya viungo lengwa. Kwa mfano, kwa sababu usanisi na utolewaji wa protini zenye uzito mdogo wa Masi ni kipengele muhimu cha utendakazi wa figo, tafiti za nephrotoxicity mara nyingi hujumuisha uangalizi maalum kwa vigezo hivi (IPCS 1991). Kwa sababu mawasiliano kati ya seli hadi seli ni mchakato wa kimsingi wa utendakazi wa mfumo wa neva, tafiti za kiungo kinacholengwa katika sumu ya nyuro zinaweza kujumuisha vipimo vya kina vya niurokemikali na kibiofizikia vya usanisi wa nyurotransmita, uchukuaji, uhifadhi, utolewaji na ufungaji wa vipokezi, pamoja na kipimo cha kielekrofiziolojia cha mabadiliko katika utando. uwezekano unaohusishwa na matukio haya.

Kiwango cha juu cha msisitizo kinawekwa juu ya uundaji wa mbinu za ndani kwa sumu ya chombo kinacholengwa, kuchukua nafasi au kupunguza matumizi ya wanyama wote. Maendeleo makubwa katika njia hizi yamepatikana kwa sumu za uzazi (Heindel na Chapin 1993).

Kwa muhtasari, tafiti za sumu ya viungo vinavyolengwa kwa ujumla hufanywa kama mtihani wa hali ya juu wa kubaini sumu. Uteuzi wa vyombo maalum vinavyolengwa kwa tathmini zaidi hutegemea matokeo ya majaribio ya kiwango cha uchunguzi, kama vile majaribio ya papo hapo au yasiyo ya kudumu yanayotumiwa na OECD na Umoja wa Ulaya; baadhi ya viungo vinavyolengwa na mifumo ya viungo vinaweza kuwa vitahiniwa vya kipaumbele kwa uchunguzi maalum kwa sababu ya wasiwasi wa kuzuia aina fulani za athari mbaya za kiafya.

Back

Kazi za mfumo wa kinga ni kulinda mwili dhidi ya mawakala wa kuambukiza na kutoa uchunguzi wa kinga dhidi ya seli za tumor zinazotokea. Ina safu ya kwanza ya utetezi ambayo si maalum na ambayo inaweza kuanzisha athari za athari yenyewe, na tawi maalum lililopatikana, ambalo lymphocyte na kingamwili hubeba umaalumu wa utambuzi na utendakazi unaofuata kuelekea antijeni.

Immunotoxicology imefafanuliwa kama "taaluma inayohusika na uchunguzi wa matukio ambayo yanaweza kusababisha athari zisizohitajika kama matokeo ya mwingiliano wa xenobiotics na mfumo wa kinga. Matukio haya yasiyotakikana yanaweza kusababisha kama matokeo ya (1) athari ya moja kwa moja na/au isiyo ya moja kwa moja ya xenobiotic (na/au bidhaa yake ya kubadilisha kibayolojia) kwenye mfumo wa kinga, au (2) mwitikio wa mwenyeji kulingana na kinga kwa kiwanja na/au. metabolite(s), au antijeni mwenyeji zilizorekebishwa na kiwanja au metabolites zake” (Berlin et al. 1987).

Mfumo wa kinga unapofanya kazi kama shabaha tulivu ya matusi ya kemikali, matokeo yanaweza kuwa kupungua kwa upinzani dhidi ya maambukizo na aina fulani za neoplasia, au kupunguzwa kwa kinga/uchochezi ambao unaweza kuzidisha mzio au kinga ya kiotomatiki. Iwapo mfumo wa kinga unajibu umaalumu wa antijeni wa xenobiotic au antijeni mwenyeji iliyorekebishwa na kiwanja, sumu inaweza kudhihirika kama mizio au magonjwa ya kingamwili.

Mifano ya wanyama ya kuchunguza ukandamizaji wa kinga ya mwili unaosababishwa na kemikali imetengenezwa, na idadi ya mbinu hizi zimethibitishwa (Burleson, Munson, and Dean 1995; IPCS 1996). Kwa madhumuni ya majaribio, mbinu ya viwango inafuatwa ili kufanya uteuzi wa kutosha kutoka kwa idadi kubwa ya majaribio yanayopatikana. Kwa ujumla, lengo la daraja la kwanza ni kutambua uwezekano wa immunotoxicants. Ikiwa uwezekano wa immunotoxicity umetambuliwa, safu ya pili ya kupima inafanywa ili kuthibitisha na kubainisha zaidi mabadiliko yaliyoonekana. Uchunguzi wa daraja la tatu unajumuisha masomo maalum juu ya utaratibu wa utekelezaji wa kiwanja. Dawa nyingi za xenobiotic zimetambuliwa kama immunotoxicants na kusababisha ukandamizaji wa kinga katika tafiti kama hizo na wanyama wa maabara.

Hifadhidata ya usumbufu wa utendakazi wa kinga kwa binadamu na kemikali za kimazingira ni mdogo (Descotes 1986; Kamati Ndogo ya NRC ya Immunotoxicology 1992). Matumizi ya alama za sumu ya kinga yamepokea uangalifu mdogo katika masomo ya kliniki na epidemiological kuchunguza athari za kemikali hizi kwa afya ya binadamu. Masomo kama haya hayajafanywa mara kwa mara, na tafsiri yake mara nyingi hairuhusu hitimisho lisilo na shaka kufikiwa, kwa sababu kwa mfano na hali isiyodhibitiwa ya kufichua. Kwa hiyo, kwa sasa, tathmini ya immunotoxicity katika panya, pamoja na extrapolation baadae kwa mtu, hufanya msingi wa maamuzi kuhusu hatari na hatari.

Athari za hypersensitivity, hasa pumu ya mzio na ugonjwa wa ngozi ya kuwasiliana, ni matatizo muhimu ya afya ya kazi katika nchi zilizoendelea (Vos, Younes na Smith 1995). Jambo la uhamasishaji wa mawasiliano lilichunguzwa kwanza katika nguruwe ya Guinea (Andersen na Maibach 1985). Hadi hivi majuzi hii imekuwa aina ya chaguo kwa majaribio ya kutabiri. Mbinu nyingi za mtihani wa nguruwe wa Guinea zinapatikana, zinazotumika mara nyingi zaidi ni jaribio la kuongeza idadi ya nguruwe wa Guinea na jaribio la kiraka lililofungwa la Buehler. Vipimo vya nguruwe wa Guinea na mbinu mpya zaidi zilizotengenezwa katika panya, kama vile vipimo vya uvimbe wa sikio na upimaji wa nodi za limfu, humpa mtaalamu wa sumu zana za kutathmini hatari ya uhamasishaji wa ngozi. Hali kuhusiana na uhamasishaji wa njia ya upumuaji ni tofauti sana. Bado, hakuna mbinu zilizoidhinishwa vyema au zinazokubaliwa na wengi zinazopatikana za utambuzi wa vizio vya kemikali vya kupumua ingawa maendeleo katika ukuzaji wa mifano ya wanyama kwa uchunguzi wa mzio wa kemikali wa kupumua yamepatikana katika nguruwe na panya.

Takwimu za binadamu zinaonyesha kuwa mawakala wa kemikali, hasa dawa, wanaweza kusababisha magonjwa ya kingamwili (Kammüller, Bloksma na Seinen 1989). Kuna idadi ya mifano ya majaribio ya wanyama ya magonjwa ya autoimmune ya binadamu. Magonjwa hayo yanajumuisha magonjwa ya pekee (kwa mfano lupus erithematosus ya utaratibu katika New Zealand panya) na matukio ya kinga-otomatiki yaliyochochewa na chanjo ya majaribio yenye antiantijeni mtambuka (kwa mfano ugonjwa wa adjuvant wa H37Ra katika panya wa aina ya Lewis). Mifano hizi hutumiwa katika tathmini ya awali ya dawa za kukandamiza kinga. Tafiti chache sana zimeshughulikia uwezo wa miundo hii kwa ajili ya kutathmini kama xenobiotic huzidisha kinga inayotokana na kuzaliwa au ya kuzaliwa. Mifano ya wanyama ambayo inafaa kuchunguza uwezo wa kemikali kushawishi magonjwa ya autoimmune haipo kabisa. Mfano mmoja ambao hutumiwa kwa kiwango kidogo ni upimaji wa nodi za lymph kwenye panya. Kama hali ilivyo kwa wanadamu, sababu za kijeni huchukua jukumu muhimu katika ukuzaji wa ugonjwa wa kingamwili (AD) katika wanyama wa maabara, ambayo itapunguza thamani ya ubashiri ya majaribio kama haya.

Mfumo wa Kinga

Kazi kuu ya mfumo wa kinga ni ulinzi dhidi ya bakteria, virusi, vimelea, fangasi na seli za neoplastic. Hii inafanikiwa na vitendo vya aina mbalimbali za seli na wapatanishi wao wa mumunyifu katika tamasha iliyopangwa vizuri. Ulinzi wa jeshi unaweza kugawanywa katika upinzani usio maalum au wa asili na kinga maalum au inayopatikana inayopatanishwa na lymphocytes (Roitt, Brostoff na Male 1989).

Vipengele vya mfumo wa kinga vipo katika mwili wote (Jones et al. 1990). Sehemu ya lymphocyte hupatikana ndani ya viungo vya lymphoid (takwimu 1). Uboho na thymus huainishwa kama viungo vya msingi au vya kati vya lymphoid; viungo vya lymphoid ya sekondari au ya pembeni ni pamoja na nodi za limfu, wengu na tishu za limfu kwenye sehemu za siri kama vile njia ya utumbo na upumuaji, kinachojulikana kama tishu za lymphoid zinazohusiana na mucosa (MALT). Karibu nusu ya lymphocyte za mwili ziko wakati wowote katika MALT. Aidha ngozi ni kiungo muhimu kwa ajili ya kuingiza majibu ya kinga kwa antijeni zilizopo kwenye ngozi. Muhimu katika mchakato huu ni seli za Langerhans za epidermal ambazo zina kazi ya kuwasilisha antijeni.

Kielelezo 1. Viungo vya lymphoid ya msingi na ya sekondari na tishu

Seli za phagocytic za ukoo wa monocyte/macrophage, unaoitwa mfumo wa phagocyte wa mononuclear (MPS), hutokea katika viungo vya lymphoid na pia katika maeneo ya extranodal; phagocytes extranodal ni pamoja na seli za Kupffer kwenye ini, macrophages ya alveolar kwenye mapafu, macrophages ya mesangial kwenye figo na seli za glial kwenye ubongo. Leukocyte za polymorphonuclear (PMNs) zipo hasa katika damu na uboho, lakini hujilimbikiza kwenye maeneo ya kuvimba.

Ulinzi usio maalum

Mstari wa kwanza wa ulinzi kwa viumbe vidogo hutekelezwa na kizuizi cha kimwili na kemikali, kama vile kwenye ngozi, njia ya upumuaji na njia ya utumbo. Kizuizi hiki husaidiwa na mifumo isiyo maalum ya kinga ikijumuisha seli za phagocytic, kama vile macrophages na leukocyte za polymorphonuclear, ambazo zinaweza kuua vimelea vya magonjwa, na seli za muuaji asilia, ambazo zinaweza kusambaza seli za tumor na seli zilizoambukizwa na virusi. Mfumo wa nyongeza na vizuizi fulani vya vijidudu (kwa mfano, lisozimu) pia hushiriki katika jibu lisilo maalum.

Kinga maalum

Baada ya mawasiliano ya awali ya mwenyeji na pathojeni, majibu maalum ya kinga yanaingizwa. Alama ya mstari huu wa pili wa utetezi ni utambuzi maalum wa viashiria, kinachojulikana antijeni au epitopes, ya pathojeni na vipokezi kwenye uso wa seli ya B- na T-lymphocytes. Kufuatia mwingiliano na antijeni mahususi, seli inayobeba vipokezi huchochewa kupitia uenezaji na utofautishaji, na kutoa kisanii cha seli za vizazi ambazo ni mahususi kwa antijeni inayochangamsha. Majibu mahususi ya kinga husaidia ulinzi usio mahususi unaowasilishwa kwa vimelea vya magonjwa kwa kuchochea ufanisi wa majibu yasiyo mahususi. Tabia ya msingi ya kinga maalum ni kwamba kumbukumbu inakua. Mgusano wa pili na antijeni sawa husababisha majibu ya haraka na yenye nguvu zaidi lakini yaliyodhibitiwa vizuri.

Jenomu haina uwezo wa kubeba misimbo ya safu ya vipokezi vya antijeni vya kutosha kutambua idadi ya antijeni zinazoweza kupatikana. Repertoire ya maalum hukua na mchakato wa kupanga upya jeni. Huu ni mchakato wa nasibu, wakati ambapo sifa mbalimbali huletwa. Hii ni pamoja na maalum kwa vipengele vya kibinafsi, ambavyo havifai. Mchakato wa uteuzi unaofanyika katika tezi (seli T), au uboho (seli B) hufanya kazi ili kufuta sifa hizi zisizohitajika.

Utendakazi wa kawaida wa athari ya kinga na udhibiti wa homeostatic wa mwitikio wa kinga hutegemea aina mbalimbali za bidhaa mumunyifu, zinazojulikana kwa pamoja kama saitokini, ambazo huunganishwa na kutolewa na lymphocyte na aina nyingine za seli. Cytokines zina athari za pleiotropic kwenye majibu ya kinga na uchochezi. Ushirikiano kati ya vikundi tofauti vya seli unahitajika kwa mwitikio wa kinga-udhibiti wa majibu ya kingamwili, mkusanyiko wa seli za kinga na molekuli kwenye tovuti za uchochezi, uanzishaji wa majibu ya awamu ya papo hapo, udhibiti wa utendaji wa cytotoxic ya macrophage na michakato mingine mingi kuu ya upinzani wa mwenyeji. . Hizi huathiriwa na, na katika hali nyingi hutegemea, saitokini zinazofanya kazi kibinafsi au kwa tamasha.

Mikono miwili ya kinga maalum inatambulika—kinga ya ucheshi na kinga ya seli au ya seli:

Kinga ya ucheshi. Katika mkono wa ucheshi B-lymphocytes huchochewa kufuatia utambuzi wa antijeni na vipokezi vya uso wa seli. Vipokezi vya antijeni kwenye B-lymphocytes ni immunoglobulins (Ig). Seli za B zilizokomaa (seli za plasma) huanza utengenezaji wa immunoglobulini maalum za antijeni ambazo hufanya kama kingamwili katika seramu au kwenye nyuso za mucosal. Kuna madarasa matano makuu ya immunoglobulins: (1) IgM, pentameric Ig na uwezo bora wa agglutinating, ambayo hutolewa kwanza baada ya kusisimua antijeni; (2) IgG, Ig kuu katika mzunguko, ambayo inaweza kupitisha placenta; (3) IgA, siri Ig kwa ajili ya ulinzi wa nyuso mucosal; (4) IgE, Ig kuweka kwenye seli za mlingoti au chembechembe za basofili zinazohusika katika athari za haraka za hypersensitivity na (5) IgD, ambayo utendaji wake mkuu ni kama kipokezi kwenye B-lymphocyte.

Kinga ya upatanishi wa seli. Mkono wa seli ya mfumo maalum wa kinga hupatanishwa na T-lymphocytes. Seli hizi pia zina vipokezi vya antijeni kwenye utando wao. Zinatambua antijeni ikiwa itawasilishwa na seli zinazowasilisha antijeni katika muktadha wa antijeni za utangamano wa histoki. Kwa hivyo, seli hizi zina kizuizi kwa kuongeza maalum ya antijeni. Seli T hufanya kazi kama seli za usaidizi kwa majibu mbalimbali ya kinga (ikiwa ni pamoja na humoral), hupatanisha uandikishaji wa seli za uchochezi, na zinaweza, kama seli za cytotoxic T, kuua seli zinazolengwa baada ya utambuzi wa antijeni mahususi.

Mbinu za Immunotoxicity

Kinga

Ustahimilivu wa upinzani wa mwenyeji unategemea uadilifu wa utendaji wa mfumo wa kinga, ambao kwa upande mwingine unahitaji kwamba seli za sehemu na molekuli ambazo hupanga majibu ya kinga zipatikane kwa idadi ya kutosha na katika hali ya kufanya kazi. Upungufu wa Kinga ya kuzaliwa kwa wanadamu mara nyingi huonyeshwa na kasoro katika mistari fulani ya seli za shina, na kusababisha kuharibika au kutokuwepo kwa uzalishaji wa seli za kinga. Kwa kulinganisha na magonjwa ya kuzaliwa na yaliyopatikana ya upungufu wa kinga ya binadamu, ukandamizaji wa kinga unaosababishwa na kemikali unaweza kutokana na kupungua kwa idadi ya seli zinazofanya kazi (IPCS 1996). Kutokuwepo, au kupungua kwa idadi ya lymphocyte kunaweza kuwa na athari kubwa au chini ya hali ya kinga. Baadhi ya hali za upungufu wa kinga mwilini na ukandamizaji mkubwa wa kinga, kama inavyoweza kutokea katika upandikizaji au matibabu ya cytostatic, yamehusishwa haswa na kuongezeka kwa matukio ya magonjwa nyemelezi na magonjwa fulani ya neoplasitiki. Maambukizi yanaweza kuwa ya bakteria, virusi, fangasi au protozoa, na aina kuu ya maambukizi inategemea upungufu wa kinga mwilini. Mfiduo wa kemikali za mazingira zinazokandamiza kinga kunaweza kutarajiwa kusababisha aina fiche zaidi za ukandamizaji wa kinga, ambayo inaweza kuwa ngumu kugundua. Hizi zinaweza kusababisha, kwa mfano, kuongezeka kwa matukio ya maambukizo kama vile mafua au mafua.

Kwa kuzingatia ugumu wa mfumo wa kinga, pamoja na aina mbalimbali za seli, wapatanishi na kazi zinazounda mtandao mgumu na mwingiliano, misombo ya immunotoxic ina fursa nyingi za kutoa athari. Ingawa asili ya vidonda vya awali vilivyosababishwa na kemikali nyingi za immunotoxic bado haijafafanuliwa, kuna habari inayoongezeka inayopatikana, hasa inayotokana na tafiti za wanyama wa maabara, kuhusu mabadiliko ya kinga ya mwili ambayo husababisha kushuka kwa utendaji wa kinga (Dean et al. 1994) . Athari za sumu zinaweza kutokea katika kazi muhimu zifuatazo (na baadhi ya mifano hutolewa ya misombo ya immunotoxic inayoathiri kazi hizi):

•  ukuzaji na upanuzi wa idadi tofauti ya seli shina (benzene hutoa athari za immunotoxic katika kiwango cha seli shina, na kusababisha lymphocytopenia)
•  kuenea kwa seli mbalimbali za lymphoid na myeloid pamoja na tishu zinazounga mkono ambazo seli hizi hukomaa na kufanya kazi (misombo ya organotin ya immunotoxic hukandamiza shughuli ya kuenea ya lymphocytes kwenye cortex ya thymic kupitia cytotoxicity ya moja kwa moja; hatua ya thymotoxic ya 2,3,7,8-tetrachloro. -dibenzo-p-dioxin (TCDD) na misombo inayohusiana inawezekana kwa sababu ya kuharibika kwa utendaji wa seli za epithelial ya tezi, badala ya kuelekeza sumu kwa thymocytes)
•  uchukuaji, usindikaji na uwasilishaji wa antijeni kwa kutumia macrophages na seli zingine zinazowasilisha antijeni (moja ya shabaha za 7,12-dimethylbenz(a)anthracene (DMBA) na risasi ni uwasilishaji wa antijeni kwa kutumia macrophages; shabaha ya mionzi ya urujuani ni antijeni- kuwasilisha seli ya Langerhans)
•  kazi ya udhibiti wa seli za T-saidizi na T-suppressor (utendaji wa seli za T-helper huharibika na organotins, aldicarb, biphenyls poliklorini (PCBs), TCDD na DMBA; utendakazi wa seli za T-suppressor hupunguzwa na matibabu ya kiwango cha chini cha cyclophosphamide)
•  utengenezaji wa saitokini au interleukins mbalimbali (benzo(a)pyrene (BP) hukandamiza uzalishaji wa interleukin-1; mionzi ya urujuanimno hubadilisha utengenezwaji wa saitokini na keratinositi)
•  usanisi wa madarasa mbalimbali ya immunoglobulini IgM na IgG hukandamizwa kufuatia matibabu ya PCB na oksidi ya tributyltin (TBT), na kuongezeka baada ya kuambukizwa kwa hexachlorobenzene (HCB).
•  inayosaidia udhibiti na kuwezesha (iliyoathiriwa na TCDD)
•  utendakazi wa seli za cytotoxic (3-methylcholanthrene (3-MC), DMBA, na TCDD hukandamiza shughuli za seli za cytotoxic T)
•  utendakazi wa seli ya muuaji wa asili (NK) (shughuli ya NK ya mapafu inakandamizwa na ozoni; shughuli ya splenic NK inaharibika na nikeli)
•  macrophage na polymorphonuclear leukocyte kemotaksi na kazi za cytotoxic (ozoni na dioksidi ya nitrojeni huharibu shughuli ya phagocytic ya macrophages ya alveolar).

Allergy

Allergy inaweza kufafanuliwa kama athari mbaya za kiafya zinazotokana na kuingizwa na kuanzishwa kwa majibu maalum ya kinga. Wakati athari za hypersensitivity hutokea bila ushiriki wa mfumo wa kinga neno mzio wa bandia hutumika. Katika muktadha wa immunotoxicology, mzio hutoka kwa mwitikio maalum wa kinga kwa kemikali na dawa ambazo ni za kupendeza. Uwezo wa kemikali kuhamasisha watu binafsi kwa ujumla unahusiana na uwezo wake wa kushikamana kwa ushirikiano na protini za mwili. Athari za mzio zinaweza kuchukua aina mbalimbali na hizi hutofautiana kuhusiana na mifumo ya msingi ya kinga na kasi ya mmenyuko. Aina nne kuu za athari za mzio zimetambuliwa: Miitikio ya hypersensitivity ya Aina ya I, ambayo hutekelezwa na kingamwili ya IgE na ambapo dalili hujidhihirisha ndani ya dakika chache baada ya kufichuliwa kwa mtu aliyehisiwa. Athari za hypersensitivity ya Aina ya II hutokana na uharibifu au uharibifu wa seli jeshi na kingamwili. Katika kesi hii, dalili huonekana ndani ya masaa machache. Athari za aina ya III ya hypersensitivity, au Arthus, pia hupatanishwa na kingamwili, lakini dhidi ya antijeni mumunyifu, na hutokana na hatua ya ndani au ya kimfumo ya tata za kinga. Aina ya IV, au hypersensitivity ya aina iliyocheleweshwa, athari hutekelezwa na T-lymphocytes na kwa kawaida dalili hutokea saa 24 hadi 48 baada ya kufichuliwa kwa mtu aliyehisiwa.

Aina mbili za mizio ya kemikali yenye umuhimu mkubwa kwa afya ya kazini ni hisia ya mguso au mzio wa ngozi na mizio ya njia ya upumuaji.

Kuwasiliana na hypersensitivity. Idadi kubwa ya kemikali inaweza kusababisha uhamasishaji wa ngozi. Kufuatia mfiduo wa mada wa mtu anayeshambuliwa na mzio wa kemikali, mwitikio wa T-lymphocyte huchochewa katika nodi za limfu zinazotoa maji. Katika ngozi kizio huingiliana moja kwa moja au kwa njia isiyo ya moja kwa moja na seli za epidermal za Langerhans, ambazo husafirisha kemikali hadi kwenye nodi za limfu na kuiwasilisha katika mfumo wa kingamwili kwa T-lymphocyte zinazoitikia. T-lymphocyte zilizoamilishwa na Allergen huongezeka, na kusababisha upanuzi wa clonal. Mtu huyo sasa amehamasishwa na atajibu mfiduo wa pili wa ngozi kwa kemikali sawa na mwitikio mkali zaidi wa kinga, na kusababisha mzio wa ugonjwa wa ngozi. Mmenyuko wa uchochezi wa ngozi ambayo ni sifa ya ugonjwa wa ngozi ya mzio ni ya pili kwa utambuzi wa allergen kwenye ngozi na T-lymphocytes maalum. Lymphocyte hizi huwashwa, hutoa cytokines na kusababisha mkusanyiko wa ndani wa leukocytes nyingine za nyuklia. Dalili hujitokeza kati ya saa 24 hadi 48 baada ya kufichuliwa kwa mtu aliyehisiwa, na ugonjwa wa ngozi wa mguso kwa hiyo huwakilisha aina ya unyeti uliochelewa. Sababu za kawaida za dermatitis ya mguso wa mzio ni pamoja na kemikali za kikaboni (kama vile 2,4-dinitrochlorobenzene), metali (kama vile nikeli na chromium) na bidhaa za mimea (kama vile urushiol kutoka ivy sumu).

Hypersensitivity ya kupumua. Hypersensitivity ya kupumua kwa kawaida huchukuliwa kuwa aina ya athari ya hypersensitivity ya Aina ya I. Hata hivyo, athari za awamu ya marehemu na dalili za kudumu zaidi zinazohusiana na pumu zinaweza kuhusisha michakato ya kinga ya seli (Aina ya IV). Dalili za papo hapo zinazohusiana na mizio ya upumuaji husababishwa na kingamwili ya IgE, ambayo hukasirishwa baada ya mtu kuathiriwa na mzio wa kemikali unaowashawishi. Kingamwili cha IgE husambaza kimfumo na kufunga, kupitia vipokezi vya utando, kwa seli za mlingoti ambazo zinapatikana katika tishu zenye mishipa, ikiwa ni pamoja na njia ya upumuaji. Kufuatia kuvuta pumzi ya kemikali hiyo, mmenyuko wa hypersensitivity wa kupumua utatokea. Alejeni huhusishwa na protini na hufunga na, na viungo mtambuka, kingamwili ya IgE inayofungamana na seli za mlingoti. Hii husababisha kuharibika kwa seli za mlingoti na kutolewa kwa wapatanishi wa uchochezi kama vile histamini na leukotrienes. Wapatanishi vile husababisha bronchoconstriction na vasodilation, na kusababisha dalili za mzio wa kupumua; pumu na/au rhinitis. Kemikali zinazojulikana kusababisha unyeti mkubwa wa kupumua kwa mwanadamu ni pamoja na anhidridi ya asidi (kama vile anhidridi trimelitiki), baadhi ya diisosianati (kama vile toluini diisocyanate), chumvi za platinamu na baadhi ya rangi tendaji. Pia, mfiduo sugu kwa berili inajulikana kusababisha ugonjwa wa mapafu wa hypersensitivity.

Autoimmunity

Autoimmunity inaweza kufafanuliwa kuwa kichocheo cha mwitikio maalum wa kinga dhidi ya antijeni asilia za "binafsi". Kingamwili kiotomatiki kinachosababishwa kinaweza kutokana na mabadiliko katika usawa wa T-lymphocyte za udhibiti au kutokana na uhusiano wa xenobiotic na vijenzi vya kawaida vya tishu kama vile kuzifanya kuwa za kingamwili ("kujibadilisha"). Madawa ya kulevya na kemikali zinazojulikana kusababisha au kuzidisha athari kama zile za ugonjwa wa kingamwili (AD) kwa watu wanaoathiriwa ni misombo yenye uzito wa chini wa molekuli (uzito wa Masi 100 hadi 500) ambayo kwa ujumla huchukuliwa kuwa sio kinga yenyewe. Utaratibu wa AD kwa mfiduo wa kemikali haujulikani zaidi. Ugonjwa unaweza kuzalishwa moja kwa moja kwa njia ya mzunguko wa kingamwili, kwa njia isiyo ya moja kwa moja kupitia uundaji wa mifumo ya kinga, au kama matokeo ya kinga ya seli, lakini uwezekano wa kutokea kwa mchanganyiko wa mifumo. Pathogenesis inajulikana zaidi katika shida za kinga za hemolytic zinazosababishwa na dawa:

•  Dawa hiyo inaweza kushikamana na membrane ya seli nyekundu na kuingiliana na kingamwili maalum ya dawa.
•  Dawa hiyo inaweza kubadilisha utando wa seli nyekundu ili mfumo wa kinga uchukue seli kama ngeni.
•  Dawa ya kulevya na kingamwili yake maalum huunda mifumo ya kinga ambayo inaambatana na utando wa seli nyekundu ili kutoa jeraha.
•  Uhamasishaji wa seli nyekundu hutokea kutokana na uzalishaji wa seli nyekundu za kingamwili.

Aina mbalimbali za kemikali na dawa, hasa zile za mwisho, zimepatikana kushawishi majibu kama ya kingamwili (Kamüller, Bloksma na Seinen 1989). Mfiduo wa kemikali kazini unaweza kusababisha magonjwa yanayofanana na AD. Mfiduo wa kloridi ya vinyl ya monomeri, trikloroethilini, perkloroethilini, resini za epoksi na vumbi la silika huweza kusababisha dalili zinazofanana na scleroderma. Ugonjwa unaofanana na utaratibu wa lupus erythematosus (SLE) umeelezwa baada ya kuathiriwa na hidrazini. Mfiduo wa toluini diisocyanate umehusishwa na kuingizwa kwa thrombocytopenic purpura. Metali nzito kama vile zebaki zimehusishwa katika baadhi ya matukio ya glomerulonefriti changamano ya kinga.

Tathmini ya Hatari ya Binadamu

Tathmini ya hali ya kinga ya binadamu hufanywa hasa kwa kutumia damu ya pembeni kwa uchanganuzi wa dutu za ugiligili kama vile immunoglobulini na kijalizo, na lukosaiti za damu kwa muundo na utendakazi wa idadi ndogo. Mbinu hizi kwa kawaida ni sawa na zile zinazotumiwa kuchunguza kinga ya ucheshi na upatanishi wa seli pamoja na upinzani usio maalum wa wagonjwa walio na ugonjwa unaoshukiwa wa kuzaliwa na upungufu wa kinga mwilini. Kwa masomo ya epidemiological (kwa mfano, ya idadi ya watu walio wazi kazini) vigezo vinapaswa kuchaguliwa kwa msingi wa thamani yao ya ubashiri katika idadi ya watu, mifano ya wanyama iliyoidhinishwa, na biolojia ya msingi ya vialamisho (tazama jedwali 1). Mkakati wa kuchunguza athari za kingamwili baada ya (ajali) kuathiriwa na vichafuzi vya mazingira au sumu nyingine hutegemea sana hali, kama vile aina ya upungufu wa kinga mwilini inayotarajiwa, muda kati ya mfiduo na tathmini ya hali ya kinga, kiwango cha mfiduo na idadi ya watu walioathiriwa. Mchakato wa kutathmini hatari ya immunotoxic ya xenobiotic fulani kwa wanadamu ni ngumu sana na mara nyingi haiwezekani, kwa sababu kwa kiasi kikubwa kuwepo kwa mambo mbalimbali ya kutatanisha ya asili ya asili au ya nje ambayo huathiri mwitikio wa watu binafsi kwa uharibifu wa sumu. Hii ni kweli hasa kwa tafiti zinazochunguza dhima ya mfiduo wa kemikali katika magonjwa ya kingamwili, ambapo sababu za kijeni huchukua jukumu muhimu.

Jedwali 1. Uainishaji wa vipimo kwa alama za kinga

Kwa kuwa data ya kutosha ya binadamu haipatikani mara chache, tathmini ya hatari ya ukandamizaji wa kinga mwilini unaosababishwa na kemikali kwa binadamu mara nyingi inategemea masomo ya wanyama. Utambulisho wa xenobiotics inayoweza kuwa na sumu hufanywa hasa katika tafiti zinazodhibitiwa katika panya. Masomo ya mfiduo katika vivo yanawasilisha, katika suala hili, mbinu mwafaka ya kukadiria uwezo wa kingamwili wa kiwanja. Hii ni kutokana na hali ya multifactoral na ngumu ya mfumo wa kinga na majibu ya kinga. Masomo ya in vitro yana thamani ya kuongezeka katika ufafanuzi wa mifumo ya immunotoxicity. Kwa kuongeza, kwa kuchunguza madhara ya kiwanja kwa kutumia seli za asili ya wanyama na binadamu, data inaweza kuzalishwa kwa kulinganisha aina, ambayo inaweza kutumika katika mbinu ya "parallelogram" ili kuboresha mchakato wa tathmini ya hatari. Ikiwa data inapatikana kwa mawe matatu ya pembeni ya parallelogramu (mnyama aliye hai, na mnyama aliye hai na mwanadamu) inaweza kuwa rahisi kutabiri matokeo kwenye jiwe la msingi lililobaki, ambayo ni, hatari kwa wanadamu.

Wakati tathmini ya hatari ya ukandamizaji wa kinga inayotokana na kemikali inatakiwa kutegemea data kutoka kwa tafiti za wanyama pekee, mbinu inaweza kufuatwa katika uwasilishaji kwa mwanadamu kwa kutumia sababu za kutokuwa na uhakika kwa kiwango cha athari mbaya isiyozingatiwa (NOAEL). Kiwango hiki kinaweza kutegemea vigezo vilivyobainishwa katika miundo husika, kama vile vipimo vya ustahimilivu wa wapangishi na tathmini ya hali ya juu ya athari za hypersensitivity na uzalishaji wa kingamwili. Kwa hakika, umuhimu wa mbinu hii ya tathmini ya hatari inahitaji uthibitisho na tafiti kwa wanadamu. Masomo kama haya yanapaswa kuchanganya kitambulisho na kipimo cha data ya sumu, epidemiological na tathmini za hali ya kinga.

Ili kutabiri hypersensitivity ya mawasiliano, mifano ya nguruwe ya Guinea inapatikana na imetumika katika tathmini ya hatari tangu miaka ya 1970. Ingawa ni nyeti na inaweza kuzaliana tena, majaribio haya yana mapungufu kwani yanategemea tathmini inayojitegemea; hii inaweza kuondokana na mbinu mpya zaidi na za kiasi zilizotengenezwa kwenye panya. Kuhusu unyeti mkubwa unaosababishwa na kemikali unaosababishwa na kuvuta pumzi au kumeza vizio, vipimo vinapaswa kutayarishwa na kutathminiwa kulingana na thamani ya ubashiri kwa mwanadamu. Linapokuja suala la kuweka viwango salama vya mfiduo wa kazini vya vizio vinavyoweza kutokea, uzingatiaji unapaswa kuzingatiwa kwa asili ya mara mbili ya mzio: awamu ya uhamasishaji na awamu ya kusisimua. Mkusanyiko unaohitajika ili kusababisha athari ya mzio kwa mtu aliyehamasishwa hapo awali ni wa chini sana kuliko ukolezi unaohitajika ili kuamsha uhamasishaji kwa mtu asiye na kinga ya mwili lakini anayeathiriwa.

Kwa vile mifano ya wanyama ya kutabiri kinga ya mwili inayotokana na kemikali inakosekana, mkazo unapaswa kutolewa kwa ukuzaji wa miundo kama hii. Kwa ajili ya uundaji wa miundo kama hii, ujuzi wetu wa kinga ya mwili inayotokana na kemikali kwa binadamu unapaswa kuendelezwa, ikiwa ni pamoja na utafiti wa vialamisho vya kijeni na mfumo wa kinga ili kutambua watu wanaoathiriwa. Wanadamu ambao wanakabiliwa na madawa ya kulevya ambayo huchochea kinga ya mwili hutoa fursa kama hiyo.

Back

Toxiolojia ya maumbile, kwa ufafanuzi, ni utafiti wa jinsi kemikali au mawakala wa kimwili huathiri mchakato wa utata wa urithi. Kemikali za genotoxic hufafanuliwa kama misombo ambayo inaweza kurekebisha nyenzo za urithi za chembe hai. Uwezekano kwamba kemikali fulani itasababisha uharibifu wa kijenetiki bila kuepukika inategemea vigezo kadhaa, ikijumuisha kiwango cha kiumbe cha kufichuliwa na kemikali, usambazaji na uhifadhi wa kemikali mara tu inapoingia mwilini, ufanisi wa uanzishaji wa kimetaboliki na/au mifumo ya kuondoa sumu mwilini. tishu lengwa, na utendakazi upya wa kemikali au metaboliti zake zilizo na macromolecules muhimu ndani ya seli. Uwezekano wa kwamba uharibifu wa kijeni utasababisha ugonjwa hatimaye unategemea asili ya uharibifu, uwezo wa seli kurekebisha au kuongeza uharibifu wa kijeni, fursa ya kueleza mabadiliko yoyote ambayo yamesababishwa, na uwezo wa mwili kutambua na kukandamiza kuzidisha. seli zilizopotoka.

Katika viumbe vya juu, habari za urithi hupangwa katika chromosomes. Chromosomes hujumuisha nyuzi zilizobanwa sana za DNA inayohusishwa na protini. Ndani ya kromosomu moja, kila molekuli ya DNA ipo kama jozi ya minyororo mirefu, isiyo na matawi ya vijisehemu vya nukleotidi iliyounganishwa pamoja na vifungo vya phosphodiester ambavyo huunganisha kaboni 5 ya sehemu moja ya deoxyribose hadi kaboni 3 ya inayofuata (takwimu 1). Kwa kuongeza, moja ya besi nne tofauti za nyukleotidi (adenine, cytosine, guanini au thymine) imeunganishwa kwa kila kitengo cha deoxyribose kama shanga kwenye kamba. Kwa pande tatu, kila jozi ya nyuzi za DNA huunda helix mbili na besi zote zikielekezwa ndani ya ond. Ndani ya helix, kila msingi unahusishwa na msingi wake wa ziada kwenye strand ya DNA kinyume; uunganishaji wa hidrojeni huamuru kuunganisha kwa nguvu, isiyo ya kawaida ya adenine na thymini na guanini na cytosine (mchoro 1). Kwa kuwa mfuatano wa besi za nyukleotidi unakamilishana katika urefu wote wa molekuli ya DNA duplex, nyuzi zote mbili kimsingi hubeba taarifa sawa za kijeni. Kwa kweli, wakati wa urudiaji wa DNA kila uzi hutumika kama kiolezo cha utengenezaji wa uzi mpya wa mshirika.

Kielelezo 1. (a) shirika la msingi, (b) sekondari na (c) shirika la elimu ya juu la taarifa za urithi wa binadamu.

Kwa kutumia RNA na safu ya protini tofauti, seli hatimaye huamua maelezo yaliyosimbwa na mfuatano wa besi ndani ya maeneo mahususi ya DNA (jeni) na hutoa protini ambazo ni muhimu kwa uhai wa msingi wa seli na vile vile ukuaji wa kawaida na utofautishaji. Kimsingi, nyukleotidi hufanya kazi kama alfabeti ya kibayolojia ambayo hutumiwa kuweka nambari za amino asidi, vizuizi vya ujenzi wa protini.

Wakati nucleotides zisizo sahihi zinapoingizwa au nucleotides zinapotea, au wakati nucleotides zisizohitajika zinaongezwa wakati wa awali ya DNA, kosa linaitwa mutation. Imekadiriwa kuwa chini ya mabadiliko moja hutokea kwa kila 10⁹ nyukleotidi zilizojumuishwa wakati wa uigaji wa kawaida wa seli. Ingawa mabadiliko ya chembe za urithi si lazima yawe na madhara, mabadiliko yanayosababisha kutofanya kazi au kuonyeshwa kwa jeni muhimu kupita kiasi kunaweza kusababisha matatizo mbalimbali, ikiwa ni pamoja na saratani, ugonjwa wa kurithi, matatizo ya ukuaji, utasa na kifo cha kiinitete au cha kuzaliwa. Mara chache sana, mabadiliko yanaweza kusababisha uboreshaji wa maisha; matukio hayo ni msingi wa uteuzi wa asili.

Ingawa kemikali zingine huguswa moja kwa moja na DNA, nyingi zinahitaji uanzishaji wa kimetaboliki. Katika hali ya mwisho, viambatanishi vya kielektroniki kama vile epoksidi au ioni za kaboniamu hatimaye huwajibika kwa kusababisha vidonda kwenye tovuti mbalimbali za nukleofili ndani ya nyenzo za kijenetiki (mchoro 2). Katika hali nyingine, sumu ya jeni hupatanishwa na bidhaa za mwingiliano wa kiwanja na lipids ndani ya seli, protini au oksijeni.

Kielelezo 2. Uanzishaji wa kibayolojia wa: a) benzo(a)pyrene; na b) N-nitrosodimethylamine

Kwa sababu ya wingi wao wa jamaa katika seli, protini ndizo lengo la mara kwa mara la mwingiliano wa sumu. Hata hivyo, urekebishaji wa DNA ni wa wasiwasi mkubwa kutokana na jukumu kuu la molekuli hii katika kudhibiti ukuaji na utofautishaji kupitia vizazi vingi vya seli.

Katika ngazi ya molekuli, misombo ya electrophilic huwa na kushambulia oksijeni na nitrojeni katika DNA. Maeneo ambayo yana uwezekano mkubwa wa kurekebishwa yameonyeshwa katika mchoro wa 3. Ingawa oksijeni ndani ya vikundi vya fosfeti kwenye uti wa mgongo wa DNA pia hulengwa kwa urekebishaji wa kemikali, uharibifu wa besi unafikiriwa kuwa muhimu zaidi kibayolojia kwa kuwa vikundi hivi vinachukuliwa kuwa vya habari vya msingi. vipengele katika molekuli ya DNA.

Kielelezo 3. Maeneo ya msingi ya uharibifu wa DNA unaosababishwa na kemikali

Viambatanisho vilivyo na sehemu moja ya kielektroniki kwa kawaida hutoa sumu ya jeni kwa kutoa viambajengo vya mono katika DNA. Vile vile, misombo ambayo ina sehemu mbili au zaidi tendaji inaweza kuguswa na vituo viwili tofauti vya nukleofili na kwa hivyo kutoa viunganishi vya ndani au kati ya molekuli katika nyenzo za kijenetiki (takwimu 4). Interstrand DNA-DNA na DNA-protini viunganishi vinaweza kuwa cytotoxic hasa kwa vile vinaweza kutengeneza vizuizi kamili vya urudufishaji wa DNA. Kwa sababu za wazi, kifo cha seli huondoa uwezekano kwamba itabadilishwa au kubadilishwa kwa neoplastiki. Vijenzi vya sumu vya genotoxic vinaweza pia kufanya kazi kwa kusababisha mapumziko katika uti wa mgongo wa phosphodiester, au kati ya besi na sukari (kuzalisha tovuti za abasic) katika DNA. Mapumziko hayo yanaweza kuwa matokeo ya moja kwa moja ya reactivity ya kemikali kwenye tovuti ya uharibifu, au inaweza kutokea wakati wa ukarabati wa moja ya aina zilizotajwa hapo juu za lesion ya DNA.

Mchoro 4. Aina mbalimbali za uharibifu wa tata ya protini-DNA

Katika kipindi cha miaka thelathini hadi arobaini iliyopita, mbinu mbalimbali zimetengenezwa ili kufuatilia aina ya uharibifu wa kijeni unaosababishwa na kemikali mbalimbali. Vipimo kama hivyo vimeelezewa kwa kina mahali pengine katika sura hii na Encyclopaedia.

Kupotosha kwa "vidonda vidogo" kama vile adducts mono, tovuti za abasic au mapumziko ya nyuzi moja huenda hatimaye kusababisha ubadilishanaji wa jozi-msingi wa nyukleotidi, au kuingizwa au kufutwa kwa vipande vifupi vya polinukleotidi katika DNA ya kromosomu. Kinyume chake, "macrolesions," kama vile viambajengo vikubwa, viunganishi, au mipasuko ya nyuzi-mbili inaweza kusababisha faida, hasara au upangaji upya wa vipande vikubwa kiasi vya kromosomu. Kwa vyovyote vile, matokeo yanaweza kuwa mabaya kwa kiumbe kwani tukio lolote kati ya haya linaweza kusababisha kifo cha seli, kupoteza utendaji kazi au mabadiliko mabaya ya seli. Jinsi uharibifu wa DNA unavyosababisha saratani kwa kiasi kikubwa haijulikani. Kwa sasa inaaminika mchakato huo unaweza kuhusisha uanzishaji usiofaa wa proto-oncogenes kama vile myc na Ras, na/au kuzimwa kwa jeni za kukandamiza uvimbe zilizotambuliwa hivi majuzi kama vile p53. Usemi usio wa kawaida wa aina yoyote ya jeni hufuta mifumo ya kawaida ya seli kudhibiti kuenea na/au utofautishaji wa seli.

Kuongezeka kwa ushahidi wa majaribio kunaonyesha kwamba maendeleo ya saratani baada ya kuambukizwa kwa misombo ya electrophilic ni tukio la nadra sana. Hii inaweza kuelezewa, kwa kiasi, na uwezo wa ndani wa seli kutambua na kurekebisha DNA iliyoharibiwa au kushindwa kwa seli zilizo na DNA iliyoharibiwa kuishi. Wakati wa ukarabati, msingi ulioharibiwa, nyukleotidi au sehemu fupi ya nyukleotidi inayozunguka tovuti ya uharibifu huondolewa na (kwa kutumia uzi ulio kinyume kama kiolezo) kipande kipya cha DNA huunganishwa na kugawanywa mahali pake. Ili kuwa na ufanisi, ukarabati wa DNA lazima ufanyike kwa usahihi mkubwa kabla ya mgawanyiko wa seli, kabla ya fursa za uenezaji wa mabadiliko.

Uchunguzi wa kimatibabu umeonyesha kuwa watu walio na kasoro za kurithi katika uwezo wa kurekebisha DNA iliyoharibiwa mara nyingi hupata saratani na/au kasoro za ukuaji katika umri mdogo (meza 1). Mifano kama hiyo hutoa ushahidi dhabiti unaounganisha mkusanyiko wa uharibifu wa DNA kwa ugonjwa wa binadamu. Vile vile, mawakala wanaokuza kuenea kwa seli (kama vile acetate ya tetradecanoylphorbol) mara nyingi huongeza kasinojenezi. Kwa misombo hii, ongezeko la uwezekano wa mabadiliko ya neoplastiki inaweza kuwa tokeo la moja kwa moja la kupungua kwa muda unaopatikana kwa seli kufanya ukarabati wa kutosha wa DNA.

Jedwali 1. Matatizo ya kurithi, yanayokabiliwa na saratani ambayo yanaonekana kuhusisha kasoro katika kutengeneza DNA

Nadharia za awali kuhusu jinsi kemikali zinavyoingiliana na DNA zinaweza kufuatiliwa nyuma hadi kwenye tafiti zilizofanywa wakati wa kutengeneza gesi ya haradali kwa ajili ya matumizi ya vita. Uelewa zaidi ulikua kutokana na juhudi za kutambua mawakala wa kuzuia saratani ambao wangezuia kwa hiari urudufishaji wa seli za uvimbe zinazogawanyika kwa haraka. Kuongezeka kwa wasiwasi wa umma juu ya hatari katika mazingira yetu kumesababisha utafiti wa ziada katika mifumo na matokeo ya mwingiliano wa kemikali na nyenzo za kijeni. Mifano ya aina mbalimbali za kemikali zinazotumia sumu ya jeni imewasilishwa katika jedwali la 2.

Jedwali 2. Mifano ya kemikali zinazoonyesha sumu ya jeni katika seli za binadamu

Back

Takriban dawa zote zimejitolea ama kuzuia kifo cha seli, katika magonjwa kama vile infarction ya myocardial, kiharusi, kiwewe na mshtuko, au kuisababisha, kama ilivyo kwa magonjwa ya kuambukiza na saratani. Kwa hivyo, ni muhimu kuelewa asili na mifumo inayohusika. Kifo cha seli kimeainishwa kama "ajali", yaani, husababishwa na sumu, ischemia na kadhalika, au "iliyopangwa", kama inavyotokea wakati wa ukuaji wa kiinitete, ikiwa ni pamoja na uundaji wa tarakimu, na kuingizwa kwa mkia wa tadpole.

Kwa hivyo, jeraha la seli na kifo cha seli ni muhimu katika fiziolojia na pathofiziolojia. Kifo cha seli ya kisaikolojia ni muhimu sana wakati wa embryogenesis na ukuaji wa kiinitete. Utafiti wa kifo cha seli wakati wa maendeleo umesababisha habari muhimu na mpya juu ya genetics ya molekuli inayohusika, hasa kupitia utafiti wa maendeleo katika wanyama wasio na uti wa mgongo. Katika wanyama hawa, eneo sahihi na umuhimu wa seli ambazo zinakusudiwa kufa kwa seli zimesomwa kwa uangalifu na, kwa kutumia mbinu za kitamaduni za mutagenesis, jeni kadhaa zinazohusika sasa zimetambuliwa. Katika viungo vya watu wazima, usawa kati ya kifo cha seli na kuenea kwa seli hudhibiti ukubwa wa chombo. Katika baadhi ya viungo, kama vile ngozi na utumbo, kuna mabadiliko ya mara kwa mara ya seli. Katika ngozi, kwa mfano, seli hutofautiana zinapofika kwenye uso, na hatimaye hupitia utofautishaji wa mwisho na kifo cha seli huku keratini inavyoendelea na uundaji wa bahasha zilizounganishwa.

Madarasa mengi ya kemikali zenye sumu yanaweza kusababisha jeraha kali la seli ikifuatiwa na kifo. Hizi ni pamoja na anoxia na ischemia na analogi zao za kemikali kama vile sianidi ya potasiamu; kansa za kemikali, ambazo huunda electrophiles ambazo hufunga kwa ushirikiano kwa protini katika asidi ya nucleic; kemikali za kioksidishaji, na kusababisha malezi ya bure ya radical na kuumia kwa kioksidishaji; uanzishaji wa nyongeza; na aina ya ionophores ya kalsiamu. Kifo cha seli pia ni sehemu muhimu ya saratani ya kemikali; kemikali nyingi za kansa za kemikali, kwa vipimo vya kansa, hutoa nekrosisi kali na kuvimba ikifuatiwa na kuzaliwa upya na preneoplasia.

Ufafanuzi

Kuumia kwa seli

Jeraha la seli hufafanuliwa kuwa tukio au kichocheo, kama vile kemikali yenye sumu, ambayo husumbua homeostasis ya kawaida ya seli, hivyo kusababisha idadi ya matukio kutokea (takwimu 1). Malengo makuu ya jeraha hatari linaloonyeshwa ni kuzuiwa kwa usanisi wa ATP, kuvuruga uadilifu wa utando wa plasma au kuondolewa kwa vipengele muhimu vya ukuaji.

Kielelezo 1. Kuumia kwa seli

Majeraha ya kuua husababisha kifo cha seli baada ya muda tofauti, kulingana na joto, aina ya seli na kichocheo; au zinaweza kuwa hatari sana au sugu—hiyo ni matokeo ya jeraha katika hali iliyobadilika ya homeostatic ambayo, ingawa si ya kawaida, haisababishi kifo cha seli (Trump na Arstila 1971; Trump na Berezesky 1992; Trump na Berezesky 1995; Trump, Berezesky na Osornio-Vargas 1981). Katika kesi ya jeraha mbaya, kuna awamu kabla ya wakati wa kifo cha seli

wakati huu, kiini kitapona; hata hivyo, baada ya kipindi fulani cha wakati (“hatua ya kutorudi tena” au sehemu ya kifo cha seli), kuondolewa kwa jeraha hakuleti kupona bali badala yake seli huharibika na hidrolisisi, hatimaye kufikia usawa wa kimwili na kemikali. mazingira. Hii ni awamu inayojulikana kama necrosis. Wakati wa awamu ya kabla ya kifo, aina kadhaa kuu za mabadiliko hutokea, kulingana na seli na aina ya kuumia. Hizi zinajulikana kama apoptosis na oncosis.

Apoptosis

Apoptosis inatokana na maneno ya Kigiriki hapo, ikimaanisha mbali na, na ptosis, ikimaanisha kuanguka. Muhula kuanguka mbali na inatokana na ukweli kwamba, wakati wa aina hii ya mabadiliko ya kabla ya kifo, seli hupungua na kupata alama ya blebbing kwenye pembezoni. Kisha blebs hujitenga na kuelea. Apoptosis hutokea katika aina mbalimbali za seli kufuatia aina mbalimbali za majeraha ya sumu (Wyllie, Kerr na Currie 1980). Inajulikana sana katika lymphocytes, ambapo ni utaratibu mkuu wa mauzo ya clones za lymphocyte. Vipande vinavyotokana na matokeo ya miili ya basophilic inayoonekana ndani ya macrophages katika nodi za lymph. Katika viungo vingine, apoptosisi hutokea katika seli moja ambazo huondolewa haraka kabla na baada ya kifo kwa fagosaitosisi ya vipande na seli za parenchymal zilizo karibu au kwa makrofaji. Apoptosis inayotokea katika seli moja na fagosaitosisi inayofuata kwa kawaida haisababishi uvimbe. Kabla ya kifo, seli za apoptotic zinaonyesha cytosol mnene sana na mitochondria ya kawaida au iliyofupishwa. Retikulamu ya endoplasmic (ER) ni ya kawaida au imepanuliwa kidogo tu. Kromatini ya nyuklia imejikunja kando ya bahasha ya nyuklia na kuzunguka nucleolus. Mtaro wa nyuklia pia si wa kawaida na mgawanyiko wa nyuklia hutokea. Ufupishaji wa kromatini unahusishwa na mgawanyiko wa DNA ambao, mara nyingi, hutokea kati ya nukleosomes, na kutoa mwonekano wa ngazi kwenye electrophoresis.

Katika apoptosis, iliongezeka [Ca²⁺]_i inaweza kuchochea K⁺ efflux kusababisha kupungua kwa seli, ambayo pengine inahitaji ATP. Majeraha ambayo huzuia kabisa usanisi wa ATP, kwa hivyo, kuna uwezekano mkubwa wa kusababisha apoptosis. Ongezeko endelevu la [Ca²⁺]_i ina idadi ya athari mbaya ikiwa ni pamoja na uanzishaji wa proteases, endonucleases, na phospholipases. Uanzishaji wa Endonuclease husababisha kukatika kwa uzi mmoja na mara mbili wa DNA, ambayo, kwa upande wake, huchochea viwango vya p53 na katika ribosylation ya poly-ADP, na protini za nyuklia ambazo ni muhimu katika ukarabati wa DNA. Uamilisho wa proteases hurekebisha idadi ya substrates ikiwa ni pamoja na actin na protini zinazohusiana na kusababisha uundaji wa bleb. Sehemu ndogo nyingine muhimu ni poly(ADP-ribose) polymerase (PARP), ambayo huzuia kutengeneza DNA. Imeongezeka [Ca²⁺]_i pia inahusishwa na kuwezesha idadi ya kinasi ya protini, kama vile MAP kinase, calmodulin kinase na wengine. Kinasi kama hizo zinahusika katika kuwezesha vipengele vya unukuzi ambavyo huanzisha unukuzi wa jeni za mapema, kwa mfano, c-fos, c-jun na c-myc, na katika kuwezesha phospholipase A.₂ ambayo husababisha upenyezaji wa utando wa plasma na utando wa ndani ya seli kama vile utando wa ndani wa mitochondria.

Oncosis

Oncosis, inayotokana na neno la Kigiriki onkos, kuvimba, inaitwa hivyo kwa sababu katika aina hii ya mabadiliko ya kabla ya kifo kiini huanza kuvimba mara moja baada ya kuumia (Majno na Joris 1995). Sababu ya uvimbe ni ongezeko la cations katika maji ndani ya seli. Kiunga kikuu kinachohusika ni sodiamu, ambayo kwa kawaida hudhibitiwa ili kudumisha kiasi cha seli. Hata hivyo, kwa kukosekana kwa ATP au ikiwa Na-ATPase ya plasmalemma imezuiwa, udhibiti wa kiasi hupotea kwa sababu ya protini ya ndani ya seli, na sodiamu katika maji inaendelea kuongezeka. Miongoni mwa matukio ya mapema katika oncosis ni, kwa hiyo, kuongezeka [Na⁺]_i ambayo husababisha uvimbe wa seli na kuongezeka [Ca²⁺]_i kutokana na kufurika kutoka kwa nafasi ya ziada ya seli au kutolewa kutoka kwa maduka ya seli. Hii inasababisha uvimbe wa cytosol, uvimbe wa retikulamu ya endoplasmic na vifaa vya Golgi, na kuundwa kwa blebs ya maji karibu na uso wa seli. Mitochondria hapo awali hupitia ufupisho, lakini baadaye pia huonyesha uvimbe wa amplitude ya juu kwa sababu ya uharibifu wa membrane ya ndani ya mitochondrial. Katika aina hii ya mabadiliko ya kabla ya kifo, chromatin inakabiliwa na condensation na hatimaye uharibifu; hata hivyo, muundo wa ngazi ya tabia ya apoptosis hauonekani.

Nekrosisi

Nekrosisi inarejelea mfululizo wa mabadiliko yanayotokea kufuatia kifo cha seli wakati seli inabadilishwa kuwa uchafu ambao kwa kawaida huondolewa na mwitikio wa uchochezi. Aina mbili zinaweza kutofautishwa: necrosis ya oncotic na necrosis ya apoptotic. Nekrosisi ya oncotic hutokea katika maeneo makubwa, kwa mfano, katika infarct ya myocardial au kanda katika chombo baada ya sumu ya kemikali, kama vile neli ya karibu ya figo kufuatia utawala wa HgCl.₂. Kanda pana za chombo zinahusika na seli za necrotic huchochea haraka mmenyuko wa uchochezi, kwanza papo hapo na kisha sugu. Katika tukio ambalo viumbe huishi, katika viungo vingi vya necrosis hufuatiwa na kusafisha seli zilizokufa na kuzaliwa upya, kwa mfano, katika ini au figo kufuatia sumu ya kemikali. Kinyume chake, nekrosisi ya apoptotic hutokea kwa msingi wa seli moja na uchafu wa necrotic huundwa ndani ya phagocytes ya macrophages au seli za parenkaima zilizo karibu. Sifa za awali za seli za nekrotiki ni pamoja na kukatizwa kwa mwendelezo wa utando wa plasma na kuonekana kwa msongamano wa kuelemea, unaowakilisha protini zisizo na umbo ndani ya tumbo la mitochondrial. Katika aina fulani za jeraha ambazo haziingiliani mwanzoni na mkusanyiko wa kalsiamu ya mitochondrial, amana za fosforasi za kalsiamu zinaweza kuonekana ndani ya mitochondria. Mifumo mingine ya utando vile vile inagawanyika, kama vile ER, lysosomes na vifaa vya Golgi. Hatimaye, chromatin ya nyuklia hupitia lysis, kutokana na mashambulizi ya lysosomal hydrolases. Kufuatia kifo cha seli, lysosomal hydrolases hushiriki sehemu muhimu katika kuondoa uchafu na cathepsini, nukleolasi na lipasi kwa kuwa hizi zina pH bora ya asidi na zinaweza kustahimili pH ya chini ya seli za necrotic huku vimeng'enya vingine vya seli vikitolewa na kuamilishwa.

Utaratibu

Kichocheo cha awali

Katika kesi ya majeraha mabaya, mwingiliano wa kawaida wa awali unaosababisha jeraha linalosababisha kifo cha seli ni kuingiliwa kwa kimetaboliki ya nishati, kama vile anoxia, ischemia au vizuizi vya kupumua, na glycolysis kama vile sianidi ya potasiamu, monoksidi ya kaboni, iodo-acetate, na kadhalika. Kama ilivyoelezwa hapo juu, viwango vya juu vya misombo ambayo huzuia kimetaboliki ya nishati kawaida husababisha oncosis. Aina nyingine ya kawaida ya jeraha la awali linalosababisha kifo cha seli kali ni urekebishaji wa utendakazi wa utando wa plasma (Trump na Arstila 1971; Trump, Berezesky na Osornio-Vargas 1981). Hii inaweza kuwa uharibifu wa moja kwa moja na upenyezaji, kama katika kesi ya kiwewe au uanzishaji wa tata ya C5b-C9 inayosaidia, uharibifu wa mitambo kwa membrane ya seli au kizuizi cha sodiamu-potasiamu (Na.⁺-K⁺) pampu yenye glycosides kama vile ouabain. Ionophore za kalsiamu kama vile ionomycin au A23187, ambazo hubeba haraka [Ca²⁺] chini ya upinde rangi ndani ya seli, pia kusababisha jeraha papo hapo lethal. Katika baadhi ya matukio, muundo katika mabadiliko ya prelethal ni apoptosis; kwa wengine, ni oncosis.

Njia za kuashiria

Kwa aina nyingi za kuumia, kupumua kwa mitochondrial na phosphorylation ya oksidi huathiriwa haraka. Katika seli zingine, hii huchochea glycolysis ya anaerobic, ambayo ina uwezo wa kudumisha ATP, lakini kwa majeraha mengi hii imezuiwa. Ukosefu wa ATP husababisha kushindwa kutia nguvu michakato kadhaa muhimu ya homeostatic, haswa, udhibiti wa homeostasis ya ioni ya ndani ya seli (Trump na Berezesky 1992; Trump, Berezesky na Osornio-Vargas 1981). Hii inasababisha ongezeko la haraka la [Ca²⁺]_i, na kuongezeka [Na⁺] na [Cl^-] husababisha uvimbe wa seli. Kuongezeka kwa [Ca²⁺]_i husababisha kuwezesha idadi ya mbinu nyingine za kuashiria zilizojadiliwa hapa chini, ikiwa ni pamoja na mfululizo wa kinasi, ambayo inaweza kusababisha kuongezeka kwa unukuzi wa mapema wa jeni. Imeongezeka [Ca²⁺]_i pia hurekebisha utendakazi wa cytoskeletal, kwa sehemu kusababisha uundaji wa bleb na katika uanzishaji wa endonucleases, proteases na phospholipases. Haya yanaonekana kusababisha athari nyingi muhimu zilizojadiliwa hapo juu, kama vile uharibifu wa utando kupitia kuwezesha protease na lipase, uharibifu wa moja kwa moja wa DNA kutoka kwa kuwezesha endonuclease, na uanzishaji wa kinasi kama vile MAP kinase na calmodulin kinase, ambazo hufanya kama vipengele vya unukuzi.

Kupitia kazi kubwa juu ya maendeleo ya wanyama wasio na uti wa mgongo C. elegans na Drosophila, pamoja na seli za binadamu na wanyama, mfululizo wa jeni zinazounga mkono kifo zimetambuliwa. Baadhi ya jeni hizi za wanyama wasio na uti wa mgongo zimepatikana kuwa na wenzao wa mamalia. Kwa mfano, jeni la ced-3, ambalo ni muhimu kwa kifo kilichopangwa kwa seli C. elegans, ina shughuli ya protease na homolojia dhabiti iliyo na kimeng'enya kibadilishaji cha interleukin ya mamalia (ICE). Jeni inayohusiana kwa karibu inayoitwa apopain au priICE hivi majuzi imetambuliwa na homolojia ya karibu zaidi (Nicholson et al. 1995). Katika Drosophila, jeni ya mvunaji inaonekana kuhusika katika ishara inayoongoza kwenye kifo cha chembe kilichopangwa. Jeni zingine zinazounga mkono kifo ni pamoja na protini ya utando wa Fas na jeni muhimu ya kukandamiza tumor, p53, ambayo imehifadhiwa sana. p53 inasukumwa katika kiwango cha protini kufuatia uharibifu wa DNA na wakati fosforasi hufanya kazi kama kipengele cha unukuzi kwa jeni nyingine kama vile gadd45 na waf-1, ambazo huhusika katika utoaji wa ishara za kifo cha seli. Jeni zingine za mapema kama vile c-fos, c-jun, na c-myc pia zinaonekana kuhusika katika baadhi ya mifumo.

Wakati huo huo, kuna jeni za kupinga kifo ambazo zinaonekana kukabiliana na jeni zinazopinga kifo. Ya kwanza kati ya hizi kutambuliwa ilikuwa ced-9 kutoka C. elegans, ambayo ni sawa na bcl-2 kwa wanadamu. Jeni hizi hutenda kwa njia ambayo bado haijajulikana ili kuzuia kuua kwa seli kwa sumu ya kijeni au kemikali. Baadhi ya ushahidi wa hivi majuzi unaonyesha kuwa bcl-2 inaweza kufanya kama antioxidant. Hivi sasa, kuna juhudi nyingi zinazofanywa kukuza uelewa wa jeni zinazohusika na kuunda njia za kuwezesha au kuzuia jeni hizi, kulingana na hali.

Back

Kimechanisti toxicology ni utafiti wa jinsi kemikali au mawakala kimwili kuingiliana na viumbe hai kusababisha sumu. Ujuzi wa utaratibu wa sumu ya dutu huongeza uwezo wa kuzuia sumu na kubuni kemikali zinazohitajika zaidi; ni msingi wa matibabu baada ya kufichuliwa kupita kiasi, na mara kwa mara huwezesha uelewa zaidi wa michakato ya kimsingi ya kibiolojia. Kwa madhumuni ya hili Encyclopaedia mkazo utawekwa kwa wanyama kutabiri sumu ya binadamu. Maeneo tofauti ya toxicology ni pamoja na mechanistic, maelezo, udhibiti, mahakama na sumu ya mazingira (Klaassen, Amdur na Doull 1991). Yote haya yanafaidika kutokana na kuelewa taratibu za msingi za sumu.

Kwa Nini Uelewe Taratibu za Sumu?

Kuelewa utaratibu ambao dutu husababisha sumu huongeza maeneo tofauti ya toxicology kwa njia tofauti. Uelewa wa kiufundi husaidia mdhibiti wa serikali kuweka vikomo vya usalama vinavyofunga kisheria kwa kufichuliwa kwa binadamu. Huwasaidia wataalamu wa sumu katika kupendekeza njia za kuchukua hatua kuhusu kusafisha au kurekebisha tovuti zilizochafuliwa na, pamoja na sifa za kimwili na kemikali za dutu au mchanganyiko, inaweza kutumika kuchagua kiwango cha vifaa vya kinga vinavyohitajika. Ujuzi wa kiufundi pia ni muhimu katika kuunda msingi wa tiba na muundo wa dawa mpya za kutibu magonjwa ya binadamu. Kwa mtaalamu wa toxicologist utaratibu wa sumu mara nyingi hutoa ufahamu wa jinsi kemikali au wakala wa kimwili anaweza kusababisha kifo au kutoweza.

Ikiwa utaratibu wa sumu unaeleweka, toxicology ya maelezo inakuwa muhimu katika kutabiri athari za sumu za kemikali zinazohusiana. Ni muhimu kuelewa, hata hivyo, kwamba ukosefu wa habari za mechanistic hauzuii wataalamu wa afya kulinda afya ya binadamu. Maamuzi ya busara kulingana na masomo ya wanyama na uzoefu wa mwanadamu hutumiwa kuweka viwango salama vya udhihirisho. Kijadi, ukingo wa usalama ulianzishwa kwa kutumia "kiwango kisicho na athari mbaya" au "kiwango cha chini cha athari mbaya" kutoka kwa masomo ya wanyama (kwa kutumia miundo ya mfiduo unaorudiwa) na kugawanya kiwango hicho kwa kipengele cha 100 kwa mfiduo wa kazi au 1,000 kwa mfiduo mwingine wa mazingira wa binadamu. Mafanikio ya mchakato huu yanaonekana kutokana na matukio machache ya madhara ya kiafya yanayotokana na mfiduo wa kemikali kwa wafanyakazi ambapo vikomo vya mfiduo vilivyofaa viliwekwa na kuzingatiwa hapo awali. Kwa kuongezea, maisha ya mwanadamu yanaendelea kuongezeka, na vile vile ubora wa maisha. Kwa ujumla matumizi ya data ya sumu yamesababisha udhibiti bora na udhibiti wa hiari. Ujuzi wa kina wa mbinu za sumu utaimarisha utabiri wa miundo mipya ya hatari inayotengenezwa kwa sasa na itasababisha uboreshaji unaoendelea.

Kuelewa taratibu za mazingira ni ngumu na inadhania ujuzi wa uharibifu wa mfumo wa ikolojia na homeostasis (usawa). Ingawa haijajadiliwa katika makala haya, uelewa ulioimarishwa wa mifumo ya sumu na matokeo yake ya mwisho katika mfumo wa ikolojia ungesaidia wanasayansi kufanya maamuzi ya busara kuhusu kushughulikia taka za manispaa na viwandani. Udhibiti wa taka ni eneo linalokua la utafiti na utaendelea kuwa muhimu sana katika siku zijazo.

Mbinu za Kusoma Mbinu za Sumu

Masomo mengi ya kiufundi huanza na uchunguzi wa kitoksini unaofafanua kwa wanyama au uchunguzi wa kimatibabu kwa wanadamu. Kimsingi, tafiti za wanyama ni pamoja na uchunguzi makini wa kitabia na kiafya, uchunguzi makini wa biokemikali wa vipengele vya damu na mkojo kwa dalili za utendakazi mbaya wa mifumo mikuu ya kibiolojia katika mwili, na tathmini ya baada ya kifo cha mifumo yote ya viungo kwa uchunguzi wa hadubini ili kuangalia jeraha (angalia miongozo ya majaribio ya OECD; maagizo ya EC kuhusu tathmini ya kemikali; sheria za majaribio za EPA za Marekani; kanuni za kemikali za Japani). Hii ni sawa na uchunguzi wa kina wa mwili wa binadamu ambao ungefanyika hospitalini kwa muda wa siku mbili hadi tatu isipokuwa uchunguzi wa baada ya maiti.

Kuelewa taratibu za sumu ni sanaa na sayansi ya uchunguzi, ubunifu katika uteuzi wa mbinu za kupima hypotheses mbalimbali, na ushirikiano wa ubunifu wa ishara na dalili katika uhusiano wa causal. Masomo ya kimitambo huanza na mfiduo, kufuata usambazaji na hatima inayohusiana na wakati katika mwili (pharmacokinetics), na kupima athari ya sumu inayosababishwa katika kiwango fulani cha mfumo na kiwango fulani cha kipimo. Dutu tofauti zinaweza kutenda katika viwango tofauti vya mfumo wa kibiolojia katika kusababisha sumu.

Yatokanayo

Njia ya mfiduo katika tafiti za mechanistic kawaida ni sawa na ya kufichua kwa binadamu. Njia ni muhimu kwa sababu kunaweza kuwa na athari zinazotokea ndani ya eneo la mfiduo pamoja na athari za kimfumo baada ya kemikali kufyonzwa ndani ya damu na kusambazwa katika mwili wote. Mfano rahisi lakini thabiti wa athari ya ndani inaweza kuwa kuwasha na hatimaye kutu ya ngozi kufuatia upakaji wa asidi kali au miyeyusho ya alkali iliyoundwa kwa ajili ya kusafisha nyuso ngumu. Vile vile, muwasho na kifo cha seli kinaweza kutokea katika seli zinazoweka pua na/au mapafu kufuatia kukabiliwa na mvuke au gesi zenye kuwasha kama vile oksidi za nitrojeni au ozoni. (Zote ni sehemu za uchafuzi wa hewa, au moshi). Kufuatia kufyonzwa kwa kemikali ndani ya damu kupitia ngozi, mapafu au njia ya utumbo, ukolezi katika chombo chochote au tishu hudhibitiwa na mambo mengi ambayo huamua pharmacokinetics ya kemikali katika mwili. Mwili una uwezo wa kuamsha na pia kuondoa sumu ya kemikali mbalimbali kama ilivyoonyeshwa hapa chini.

Jukumu la Pharmacokinetics katika sumu

Pharmacokinetics inaelezea uhusiano wa wakati wa kunyonya kwa kemikali, usambazaji, kimetaboliki (mabadiliko ya biokemikali katika mwili) na uondoaji au uondoaji kutoka kwa mwili. Kuhusiana na taratibu za sumu, vigezo hivi vya pharmacokinetic vinaweza kuwa muhimu sana na katika baadhi ya matukio huamua ikiwa sumu itatokea au haitatokea. Kwa mfano, ikiwa nyenzo haijafyonzwa kwa kiasi cha kutosha, sumu ya utaratibu (ndani ya mwili) haitatokea. Kinyume chake, kemikali tendaji sana ambayo hutolewa haraka (sekunde au dakika) na vimeng'enya vya usagaji chakula au ini inaweza kukosa muda wa kusababisha sumu. Baadhi ya vitu na michanganyiko ya polycyclic halojeni pamoja na metali fulani kama vile risasi haingesababisha sumu kali ikiwa utolewaji ungekuwa wa haraka; lakini mkusanyiko wa viwango vya juu vya kutosha huamua sumu yao kwani uondoaji sio haraka (wakati mwingine hupimwa kwa miaka). Kwa bahati nzuri, kemikali nyingi hazina uhifadhi wa muda mrefu katika mwili. Mkusanyiko wa nyenzo zisizo na hatia bado hautaleta sumu. Kiwango cha uondoaji kutoka kwa mwili na uondoaji wa sumu mara nyingi hujulikana kama nusu ya maisha ya kemikali, ambayo ni wakati wa 50% ya kemikali kutolewa au kubadilishwa kwa fomu isiyo ya sumu.

Hata hivyo, ikiwa kemikali hujilimbikiza katika seli au kiungo fulani, hiyo inaweza kuashiria sababu ya kuchunguza zaidi uwezekano wake wa sumu katika kiungo hicho. Hivi majuzi, mifano ya hisabati imetengenezwa ili kuongeza vigeu vya pharmacokinetic kutoka kwa wanyama hadi kwa wanadamu. Miundo hii ya kifamasia ni muhimu sana katika kuzalisha dhahania na kupima kama mnyama wa majaribio anaweza kuwa mwakilishi mzuri kwa wanadamu. Sura na maandiko mengi yameandikwa kuhusu somo hili (Gehring et al. 1976; Reitz et al. 1987; Nolan et al. 1995). Mfano uliorahisishwa wa modeli ya kisaikolojia unaonyeshwa kwenye mchoro 1.

Kielelezo 1. Mfano rahisi wa pharmacokinetic

Viwango na Mifumo Tofauti Inaweza Kuathiriwa Vibaya

Sumu inaweza kuelezewa katika viwango tofauti vya kibiolojia. Jeraha linaweza kutathminiwa kwa mtu mzima (au mnyama), mfumo wa chombo, seli au molekuli. Mifumo ya viungo ni pamoja na kinga, kupumua, moyo na mishipa, figo, endocrine, utumbo, muscolo-skeletal, damu, uzazi na mfumo mkuu wa neva. Baadhi ya viungo muhimu ni pamoja na ini, figo, mapafu, ubongo, ngozi, macho, moyo, korodani au ovari, na viungo vingine vikuu. Katika kiwango cha seli/biokemikali, athari mbaya ni pamoja na kuingiliwa na utendakazi wa kawaida wa protini, utendakazi wa kipokezi cha endokrini, kizuizi cha nishati ya kimetaboliki, au kizuizi cha xenobiotic (dutu ya kigeni) au induction. Madhara mabaya katika kiwango cha molekuli ni pamoja na mabadiliko ya utendakazi wa kawaida wa unukuzi wa DNA-RNA, ufungaji mahususi wa saitoplazimu na vipokezi vya nyuklia, na jeni au bidhaa za jeni. Hatimaye, kutofanya kazi vizuri katika mfumo mkuu wa chombo kunawezekana kunasababishwa na mabadiliko ya molekuli katika seli fulani inayolengwa ndani ya chombo hicho. Hata hivyo, si mara zote inawezekana kufuatilia utaratibu nyuma kwa asili ya molekuli ya causation, wala si lazima. Uingiliaji kati na tiba inaweza kuundwa bila ufahamu kamili wa lengo la molekuli. Hata hivyo, ujuzi kuhusu utaratibu maalum wa sumu huongeza thamani ya utabiri na usahihi wa extrapolation kwa kemikali nyingine. Kielelezo cha 2 ni uwakilishi wa mchoro wa viwango mbalimbali ambapo kuingiliwa kwa michakato ya kawaida ya kisaikolojia inaweza kugunduliwa. Mishale hiyo inaonyesha kwamba matokeo kwa mtu binafsi yanaweza kuamuliwa kutoka juu kwenda chini (ya kufichuliwa, dawa ya kinetiki hadi sumu ya mfumo/ogani) au kutoka chini kwenda juu (mabadiliko ya molekuli, athari za seli/biokemikali hadi sumu ya mfumo/kiungo).

Kielelezo 2. Urejesho wa taratibu za sumu

Mifano ya Taratibu za sumu

Taratibu za sumu zinaweza kuwa moja kwa moja au ngumu sana. Mara kwa mara, kuna tofauti kati ya aina ya sumu, utaratibu wa sumu, na kiwango cha athari, kuhusiana na ikiwa athari mbaya ni kwa sababu ya kipimo cha juu cha papo hapo (kama sumu ya bahati mbaya), au kipimo cha chini. mfiduo unaorudiwa (kutoka kwa mfiduo wa kikazi au wa mazingira). Kwa kawaida, kwa madhumuni ya kupima, kipimo cha papo hapo na cha juu hutolewa moja kwa moja kwa intubation ndani ya tumbo la panya au mfiduo wa anga ya gesi au mvuke kwa saa mbili hadi nne, yoyote ambayo inafanana vyema na mfiduo wa binadamu. Wanyama huzingatiwa kwa muda wa wiki mbili kufuatia kufichuliwa na kisha viungo kuu vya nje na vya ndani huchunguzwa kwa jeraha. Upimaji wa kipimo kinachorudiwa huanzia miezi hadi miaka. Kwa spishi za panya, miaka miwili inachukuliwa kuwa utafiti sugu (wa muda wote wa maisha) unaotosha kutathmini sumu na kasinojeni, ilhali kwa nyani wasio binadamu, miaka miwili itachukuliwa kuwa utafiti usio na muda mrefu (chini ya maisha) ili kutathmini sumu inayorudiwa ya kipimo. Kufuatia mfiduo, uchunguzi kamili wa tishu zote, viungo na maji hufanywa ili kubaini athari mbaya.

Taratibu za sumu kali

Mifano ifuatayo ni maalum kwa kiwango cha juu, madhara ya papo hapo ambayo yanaweza kusababisha kifo au kutokuwa na uwezo mkubwa. Hata hivyo, katika baadhi ya matukio, kuingilia kati kutasababisha athari za muda mfupi na zinazoweza kubadilishwa kikamilifu. Kipimo au ukali wa mfiduo ndio utakaoamua matokeo.

Asphyxiants rahisi. Utaratibu wa sumu kwa gesi za ajizi na vitu vingine visivyo na tendaji ni ukosefu wa oksijeni (anoxia). Kemikali hizi, ambazo husababisha kunyimwa kwa oksijeni kwa mfumo mkuu wa neva (CNS), huitwa asphyxiants rahisi. Ikiwa mtu huingia kwenye nafasi iliyofungwa ambayo ina nitrojeni bila oksijeni ya kutosha, upungufu wa oksijeni mara moja hutokea kwenye ubongo na husababisha kupoteza fahamu na hatimaye kifo ikiwa mtu huyo hajaondolewa haraka. Katika hali mbaya (karibu na oksijeni ya sifuri) kupoteza fahamu kunaweza kutokea kwa sekunde chache. Uokoaji hutegemea kuondolewa kwa haraka kwa mazingira yenye oksijeni. Kuishi na uharibifu usioweza kurekebishwa wa ubongo unaweza kutokea kutokana na uokoaji wa kuchelewa, kutokana na kifo cha neurons, ambacho hakiwezi kuzaliwa upya.

Asphyxiants ya kemikali. Monoxide ya kaboni (CO) hushindana na oksijeni kwa kuunganisha kwa himoglobini (katika seli nyekundu za damu) na kwa hiyo hunyima tishu za oksijeni kwa kimetaboliki ya nishati; kifo cha seli kinaweza kusababisha. Kuingilia kati ni pamoja na kuondolewa kutoka kwa chanzo cha CO na matibabu na oksijeni. Matumizi ya moja kwa moja ya oksijeni yanatokana na hatua ya sumu ya CO. Kipumuaji chenye nguvu cha kemikali ni sianidi. Ioni ya sianidi huingilia kimetaboliki ya seli na matumizi ya oksijeni kwa nishati. Matibabu na nitriti ya sodiamu husababisha mabadiliko katika hemoglobin katika seli nyekundu za damu hadi methaemoglobin. Methaemoglobin ina mshikamano mkubwa zaidi wa ioni ya sianidi kuliko shabaha ya seli ya sianidi. Kwa hivyo, methaemoglobin hufunga sianidi na kuweka sianidi mbali na seli zinazolengwa. Hii ndio msingi wa tiba ya antidotal.

Vinyozi vya mfumo mkuu wa neva (CNS).. Sumu kali hubainishwa kwa kutuliza au kupoteza fahamu kwa idadi ya nyenzo kama vile vimumunyisho ambavyo havifanyi kazi au ambavyo hubadilishwa kuwa viambatisho tendaji. Inakisiwa kuwa kutuliza/anaesthesia ni kutokana na mwingiliano wa kiyeyusho na utando wa seli katika mfumo mkuu wa neva, ambao huharibu uwezo wao wa kusambaza ishara za umeme na kemikali. Ingawa sedation inaweza kuonekana kama aina ya sumu na ilikuwa msingi wa maendeleo ya anesthetics mapema, "dozi bado hufanya sumu". Ikiwa kipimo cha kutosha kinasimamiwa kwa kumeza au kuvuta pumzi, mnyama anaweza kufa kutokana na kukamatwa kwa kupumua. Ikiwa kifo cha ganzi hakitatokea, aina hii ya sumu kwa kawaida huweza kubadilishwa kwa urahisi wakati mhusika anapoondolewa kwenye mazingira au kemikali inasambazwa upya au kuondolewa kwenye mwili.

Madhara ya ngozi. Athari mbaya kwa ngozi inaweza kuanzia kuwasha hadi kutu, kulingana na dutu inayotokea. Asidi kali na miyeyusho ya alkali haiendani na tishu hai na husababisha ulikaji, na kusababisha kuchomwa kwa kemikali na kovu linalowezekana. Kovu ni kwa sababu ya kifo cha seli za ngozi, za kina zinazohusika na kuzaliwa upya. Mkusanyiko wa chini unaweza kusababisha kuwasha kwa safu ya kwanza ya ngozi.

Utaratibu mwingine maalum wa sumu ya ngozi ni uhamasishaji wa kemikali. Kwa mfano, uhamasishaji hutokea wakati 2,4-dinitrochlorobenzene inapofungamana na protini asilia kwenye ngozi na mfumo wa kinga unatambua changamano iliyobadilishwa ya protini kama nyenzo ngeni. Katika kukabiliana na nyenzo hii ya kigeni, mfumo wa kinga huwasha seli maalum ili kuondokana na dutu ya kigeni kwa kutolewa kwa wapatanishi (cytokines) ambayo husababisha upele au ugonjwa wa ngozi (angalia "Immunotoxicology"). Hii ni majibu sawa ya mfumo wa kinga wakati yatokanayo na ivy sumu hutokea. Uhamasishaji wa kinga ni mahususi sana kwa kemikali mahususi na huchukua angalau mfiduo mara mbili kabla ya majibu kutolewa. Mfiduo wa kwanza huhisisha (huweka seli kutambua kemikali), na mfiduo unaofuata husababisha mwitikio wa mfumo wa kinga. Kuondolewa kutoka kwa mguso na tiba ya dalili kwa krimu zenye steroidi za kuzuia uchochezi kwa kawaida huwa na ufanisi katika kutibu watu waliohamasishwa. Katika hali mbaya au kinzani dawa ya kimfumo inayofanya kazi ya kuzuia kinga mwilini kama prednisone hutumiwa pamoja na matibabu ya juu.

Uhamasishaji wa mapafu. Mwitikio wa uhamasishaji wa kinga hutolewa na toluini diisocyanate (TDI), lakini tovuti inayolengwa ni mapafu. Mfiduo zaidi wa TDI kwa watu wanaohusika husababisha uvimbe wa mapafu (mkusanyiko wa maji), kubana kwa kikoromeo na kuharibika kwa kupumua. Hili ni hali mbaya na linahitaji kumwondoa mtu kutoka kwenye mfiduo unaoweza kutokea baadae. Matibabu kimsingi ni dalili. Uhamasishaji wa ngozi na mapafu hufuata majibu ya kipimo. Kuzidi kiwango kilichowekwa cha mfiduo wa kikazi kunaweza kusababisha athari mbaya.

Madhara ya macho. Majeraha ya jicho yanaanzia kwenye safu ya nje kuwa nyekundu (uwekundu wa bwawa la kuogelea) hadi uundaji wa kamba ya konea hadi uharibifu wa iris (sehemu yenye rangi ya jicho). Vipimo vya kuwasha macho vinafanywa wakati inaaminika kuwa jeraha kubwa halitatokea. Njia nyingi zinazosababisha ulikaji wa ngozi pia zinaweza kusababisha jeraha kwa macho. Nyenzo zinazoweza kutu kwenye ngozi, kama vile asidi kali (pH chini ya 2) na alkali (pH zaidi ya 11.5), hazijaribiwa machoni pa wanyama kwa sababu nyingi zitasababisha ulikaji na upofu kwa sababu ya utaratibu sawa na ule unaosababisha ulikaji wa ngozi. . Kwa kuongeza, vijenzi vinavyotumika kwenye uso kama vile sabuni na viambata vinaweza kusababisha jeraha la jicho kuanzia mwasho hadi kutu. Kikundi cha vifaa ambacho kinahitaji tahadhari ni chaji chanya (cationic) chaji, ambayo inaweza kusababisha kuchoma, opacity ya kudumu ya koni na mishipa (malezi ya mishipa ya damu). Kemikali nyingine, dinitrophenol, ina athari maalum ya malezi ya cataract. Hii inaonekana kuwa inahusiana na ukolezi wa kemikali hii kwenye jicho, ambayo ni mfano wa umaalum wa usambazaji wa kifamasia.

Ingawa uorodheshaji ulio hapo juu haujakamilika, umeundwa ili kumpa msomaji uthamini wa njia mbalimbali za sumu kali.

Mbinu za Sumu Sugu na Sugu

Zinapotolewa kwa dozi moja ya juu, kemikali zingine hazina utaratibu sawa wa sumu kama zinapotolewa mara kwa mara kama kipimo cha chini lakini bado chenye sumu. Wakati dozi moja ya juu inapotolewa, daima kuna uwezekano wa kuzidi uwezo wa mtu wa kufuta au kutoa kemikali, na hii inaweza kusababisha mwitikio wa sumu tofauti kuliko wakati kipimo cha chini cha kurudia hutolewa. Pombe ni mfano mzuri. Viwango vya juu vya pombe husababisha athari za msingi za mfumo mkuu wa neva, wakati kipimo cha chini cha kurudia husababisha kuumia kwa ini.

Uzuiaji wa anticholinesterase. Dawa nyingi za organophosphate, kwa mfano, zina sumu kidogo ya mamalia hadi zimeamilishwa kimetaboliki, haswa kwenye ini. Utaratibu wa msingi wa hatua ya organophosphates ni kizuizi cha acetylcholinesterase (AChE) katika ubongo na mfumo wa neva wa pembeni. AChE ni kimeng'enya cha kawaida ambacho hukomesha msisimko wa asetilikolini ya nyurotransmita. Kizuizi kidogo cha AChE kwa muda mrefu hakijahusishwa na athari mbaya. Katika viwango vya juu vya mfiduo, kutokuwa na uwezo wa kukomesha kichocheo hiki cha neuronal husababisha kuzidisha kwa mfumo wa neva wa cholinergic. Kusisimka kupita kiasi kwa cholinergic hatimaye husababisha dalili nyingi, ikiwa ni pamoja na kukamatwa kwa kupumua, ikifuatiwa na kifo ikiwa haitatibiwa. Matibabu ya msingi ni utawala wa atropine, ambayo huzuia athari za asetilikolini, na utawala wa kloridi ya pralidoxime, ambayo huanzisha tena AChE iliyozuiwa. Kwa hiyo, sababu zote mbili na matibabu ya sumu ya organophosphate hushughulikiwa kwa kuelewa msingi wa biochemical wa sumu.

Uanzishaji wa kimetaboliki. Kemikali nyingi, ikiwa ni pamoja na tetrakloridi kaboni, klorofomu, asetiliminofluorene, nitrosamines, na paraquati huwashwa kimetaboliki kuwa itikadi kali au viambatisho vingine tendaji ambavyo huzuia na kuingilia utendaji wa kawaida wa seli. Katika viwango vya juu vya mfiduo hii husababisha kifo cha seli (tazama "Jeraha la seli na kifo cha seli"). Ingawa mwingiliano mahususi na shabaha za seli hazijulikani, mifumo ya viungo ambayo ina uwezo wa kuwezesha kemikali hizi, kama vile ini, figo na mapafu, zote zinaweza kulengwa kwa majeraha. Hasa, seli fulani ndani ya chombo zina uwezo mkubwa au mdogo wa kuamilisha au kuondoa sumu kati hizi, na uwezo huu huamua uwezekano wa intracellular ndani ya chombo. Metabolism ni sababu moja kwa nini uelewa wa pharmacokinetics, ambayo inaelezea aina hizi za mabadiliko na usambazaji na uondoaji wa kati hizi, ni muhimu katika kutambua utaratibu wa utekelezaji wa kemikali hizi.

Taratibu za saratani. Saratani ni msururu wa magonjwa, na wakati uelewa wa aina fulani za saratani unaongezeka kwa kasi kutokana na mbinu nyingi za kibiolojia za molekuli ambazo zimetengenezwa tangu 1980, bado kuna mengi ya kujifunza. Walakini, ni wazi kuwa ukuaji wa saratani ni mchakato wa hatua nyingi, na jeni muhimu ni muhimu kwa aina tofauti za saratani. Mabadiliko katika DNA (mabadiliko ya kimaumbile) katika idadi ya jeni hizi muhimu yanaweza kusababisha uwezekano wa kuongezeka au vidonda vya saratani (ona "Sumu ya jeni"). Mfiduo wa kemikali asilia (katika vyakula vilivyopikwa kama vile nyama ya ng'ombe na samaki) au kemikali za kutengeneza (kama vile benzidine, inayotumika kama rangi) au vitu vinavyoonekana (mwanga wa urujuani kutoka kwa jua, radoni kutoka kwa udongo, mionzi ya gamma kutoka kwa taratibu za matibabu au shughuli za viwandani) wachangiaji wa mabadiliko ya jeni ya somatic. Hata hivyo, kuna vitu asilia na sintetiki (kama vile vizuia vioksidishaji) na michakato ya kutengeneza DNA ambayo ni kinga na kudumisha homeostasis. Ni wazi kwamba genetics ni jambo muhimu katika saratani, kwani syndromes za magonjwa ya maumbile kama vile xeroderma pigmentosum, ambapo kuna ukosefu wa ukarabati wa kawaida wa DNA, huongeza kwa kiasi kikubwa uwezekano wa saratani ya ngozi kutokana na kufichuliwa na mwanga wa ultraviolet kutoka jua.

Njia za uzazi. Sawa na saratani, taratibu nyingi za sumu ya uzazi na/au ukuaji zinajulikana, lakini mengi yanapaswa kujifunza. Inajulikana kuwa virusi fulani (kama vile rubela), maambukizi ya bakteria na madawa ya kulevya (kama vile thalidomide na vitamini A) yataathiri vibaya maendeleo. Hivi majuzi, kazi ya Khera (1991), iliyopitiwa upya na Carney (1994), inaonyesha ushahidi mzuri kwamba athari zisizo za kawaida za ukuaji katika majaribio ya wanyama na ethylene glikoli huhusishwa na metabolites ya asidi ya kimetaboliki ya mama. Hii hutokea wakati ethylene glikoli inapobadilishwa kuwa metabolites ya asidi ikiwa ni pamoja na asidi ya glycolic na oxalic. Madhara yanayofuata kwenye placenta na fetusi yanaonekana kutokana na mchakato huu wa sumu ya kimetaboliki.

Hitimisho

Kusudi la kifungu hiki ni kutoa mtazamo juu ya njia kadhaa zinazojulikana za sumu na hitaji la utafiti wa siku zijazo. Ni muhimu kuelewa kwamba ujuzi wa mechanistic sio lazima kabisa kulinda afya ya binadamu au mazingira. Ujuzi huu utaongeza uwezo wa mtaalamu wa kutabiri vyema na kudhibiti sumu. Mbinu halisi zinazotumiwa katika kufafanua utaratibu wowote ule hutegemea maarifa ya pamoja ya wanasayansi na mawazo ya wale wanaofanya maamuzi kuhusu afya ya binadamu.

Back