Oxidativn

1
Oxidativní stres
2
Volné radikály
Cástice s nepárovým elektronem

• superoxidový anion O2-

kyslík - O - 1s2 2s2 2p4
3
Volné radikály
Redukce molekulárního kyslíku
Molekulární kyslík O2 (triplet O-O nebo
singlet O-O)
Superoxidový radikál O2?- ( O-O)
Peroxid vodíku H2O2 (H-O-O-H)
ROS (Reactive Oxygen Species)
Hydroxylový radikál OH? - (H-O)
Voda H2O (H-O-H)
4
Hlavní zdroje volných radikálu
5
Antioxidacní mechanismy
Endogenní antioxidanty

• enzymatické
• cytochrom C
• SOD (superoxid dismutáza) - katalyzuje reakci
  2O2. - 2H ? H2O2 O2
• GSHPx (gluthathion peroxidáza) - kat. 2G-SH
  ROOH ? GS-SG H2O ROH
• kataláza - kata. 2H2O2 ? 2H2O O2

• neenzymatické (?-tokofenol (vitamín E),
  ?-karoten, koenzym Q-10, kys. askorbová (vitamín
  C) apod...)

Exogenní antioxidanty

• stopové prvky
• Se - vliv na absorpci vitamínu E, soucást
  selenoproteinu
• Zn - stabilizace bunecných membrán, antagonista
  Fe

6
Oxidativní stres

• antioxidacní procesy nestací eliminovat nadbytek
  volných radikálu

7
Oxidativní stres
Oxidace fosfolipidu

• terminace
• - CO OH ? - C-O-OH

Biologický efekt

• snížení fluidity fosfolipidické dvojvrstvy, zvýší
  se výmena fosfolipidu mezi vrstvami, zvýší se
  prostupnost membrány
• vliv na funkci membránove vázaných proteinu

8
Oxidativní stres
Oxidace proteinu

• fragmentace, koagulace
• reakce s Fe v hemu
• zmena funkcních skupin

Biologický efekt

• zmena aktivity enzymu
• zmena v toku iontu
• proteolýza

9
Oxidativní stres
Oxidace DNA

• oxidace deoxyribosy
• zmena struktury dusíkaté báze - nejcasteji
  guaninu
• rozrušení vodíkové vazby

Biologický efekt

• vznik mutace
• zmeny v translaci
• inhibice proteosyntézy

10
Toxikologie težkých kovu
11
Obecné zákonitosti
Úcinek výrazne ovlivnen chemickou formou kovu

• elementární kov (Pb)
• anorganické slouceniny (PbCl2)
• organokovy (CH3CH2)4Pb

Castejší chronický úcinek spojený s akumulací,
než akutní úcinek
Akumulace v kostech (Pb), vlasech (As), kuži
(Ag, As) a mekkých tkáních
Dlouhý biologický polocas
Toxický úcinek casto spojen s náhradou
esenciálního prvku (Pb-Ca Cd-Zn Ni - Mg/Co
As5 - P5)

• Hlavní cílové orgány jsou
• organokovy - CNS
• anorganické ionty - ledviny a místo expozice
  (plíce, kuže, GI)
• imunitní systém, pri GI aplikaci játra

12
Mechanismy úcinku

• Interakce s -SH skupinami enzymu - inaktivace
• denaturace proteinu
• porušení struktury bunecných membrán, poškození
  mitochondrií
• oxidativní stres
• katalýza reakcí, pri nichž vznikají ROS
• inhibice antioxidacních enzymu
• interakce s esenciálními prvky
• méne castá je interakce s DNA (Cr6 As5)

Antidota

• chelatacní cinidla
• tvorba stabilních hydrofilních komplexu
• urychlení a zvýšení efektivity exkrece

13
Arsen

• šedý polokov, ve slouceninách v ox. stavech 3-
  (arsenidy), 3 a 5

O As - O - As O
Výroba a použití

• výroba slitin - zvyšuje odolnost Cu proti korozi,
  zvyšuje tvrdost a krehkost Au

• kyselina kakodylová - selektivní herbicid

• NaAsO3 - defoliant

• 90 - konzervace dreva (H3AsO3), pesticidy a
  insekticidy (tabák, bavlna,...)

• Lewisit CH2AsCl3

Pohyb v prírode

• organokovové slouceniny As v humrím a krabím mase

• kontaminace vodních zdroju (Argentina, Cína,
  Taiwan) - Blackfoot disease

14
Arsen
Mechanismus toxického úcinku

• vazba na - SH skupiny enzymu a jejich inaktivace

• blokáda energetického metabolismu bunek
  (citrátový cyklus) - As3
• blokáda tvorby gluthationu (GSH) - oxidativní
  stres - As3

• interakce As5 a P5 - blokáda tvorby ATP a
  genotoxicita

Toxicita - obecne

• akutní toxicita sloucenin As3 vyšší než
  sloucenin As5 (absorpce)

• slouceniny As5 více karcinogenní úcinky -
  zejména rakovina plic a kuže

• organické slouceniny méne toxické než anorganické
  (exkrece)

• sl. rozpustné ve vode - vyšší akutní toxicita,
  systémové úcinky

• sl. nerozpustné ve vode - chronické plicní
  choroby

15
Arsen
Metabolismus

• T1/2 10 h - 3 dny

• v krvi cirkulující slouceniny As dobre procházejí
  placentární bariérou

• hlavní cílové orgány - játra, ledviny, krev,
  nervy, kuže a nehty
• As se ve vysoké míre koncentruje ve vlasech a
  nehtech, ukládá se též v mekkých tkáních (játra,
  ledviny)

Akutní úcinky

• TD50 As2O3 pro cloveka 30 - 50 mg, LDL0 60 - 80
  mg, LD50 200 - 300 mg

• cesty vstupu - GI, inhalacne (AsH3) i
  transdermálne

Symptomy

• nejprve sucho a pálení v ústech a jícnu, GI
  potíže (zvracení, prujem, krece), stolice a dech
  mohou páchnout po cesneku, závrate, selhání
  krevního obehu v dusledku poškození jater a
  ledvin - behem 2 - 24h
• pri expozici AsH3 - bolest hlavy, dušnost,
  slabost a poté GI symptomy
• hemolýza a tmave rudá moc (4-6 h), žloutenka
  (24 - 48 h)

Antidotum

• BAL, DMPS a DMSA

16
(No Transcript)
17
Arsen
Subakutní a chronické úcinky
Symptomy

• bolestivá distální polyneuropatie - necitlivost
  chodidel
• únavnost, anorexie, koliky, poškození kostní
  drene
• kožní projevy (hyperkeratinóza, hyperpigmentace),
  nehty (Mees nails)

• chronická onemocnení jater (cirhóza) a ledvin
• onemocnení periferního obehového systému a
  následná gangréna (Blackfoot disease)

Reprodukcní toxicita

• malá porodní váha, riziko diabetu, riziko
  nervových onemocnení

Karcinogenita

• As prokazatelne zvyšuje riziko vzniku rakoviny
  kuže a plic
• zvýšené riziko vzniku rakoviny jater

18
Rtut
Výroba a použití

• elementární rtut v teplomerech, polarografie
• elektrické clánky - naslouchací prístroje,
  detektory koure, hracky
• rtutové výbojky - promítací prístroje,
  reflektory, laboratorní technika
• katalyzátor pri výrobe vinylchloridu
• soucást nekterých léku - diuretika, antiseptika,
  dermatologika
• antibakteriální a fungicidní prísada - nátery,
  morení osiva
• zubarské amalgámy, amalgamace zlatých a
  stríbrných rud
• aryslouceniny k denaturaci lihu
• výroba chloru a louhu sodného

19
Rtut

• Mechanismus toxického úcinku

• inhibice antioxidacních enzymu - SOD a katalázy
• vazba Hg2 na - SH skupiny glutathionu (GSH)
• Hg2 je pro-oxidant - zvyšuje množství H2O2
• vazba na Se - inhibice GSHPx

Oxidativní stres

• snížená produkce neurotransmiteru
• inhibice celé rady hormonu - hormony štítné
  žlázy, testosteron, katecholaminy
• nekróza nervových bunek

20
Rtut

• tri toxikologicky odlišné formy rtuti -
  elementární, anorganická a organická

• Absorpce

• elementární rtut vstrebává se ve forme par
  plícemi (z 80 ) , má vysokou afinitu k cerveným
  krvinkám a snadno prostupuje pres
  hematoencefalickou bariérou, prakticky se
  neabsorbuje v GI, kuží se absorbuje ve forme
  mastí
• anorganické ionty se v GI vstrebávají pomerne
  málo (asi ze 7 )
• methylrtut se vstrebává dobre (95 ), velmi
  snadno prostupuje do CNS

• Distribuce

• elementární a anorganická rtut se koncentruje v
  ledvinách a cervených krvinkách
• organická rtut se koncentruje v CNS (týlní lalok
  velkého mozku a mozecek), snadno prochází
  placentární bariérou - koncentruje se v plodu,
  dále se koncentruje ve vlasech a kuži

21
Rtut

• Exkrece

• enterohepatická cirkulace - z Hg2 v játrech
  vzniká methylrtut, ta podlehne v tenkém strevu
  hydrolýze, je znovu absorbována.......
• T1/2 methylrtut 70 dní, T1/2 anorg. 40 dní,
  T1/2 elementární 35 - 90 dní

• Biotransformace

• elementární rtut a Hg22 ionty jsou oxidovány na
  Hg2 - zvýšení toxicity
• nekteré bakterie jsou schopné methylovat rtut

22
(No Transcript)
23
Rtut
Elementární Hg - akutní úcinky

• inhalace par - poleptání dýchacích cest,
  bronchitida, pneumonitida
• poškození ledvin a CNS

Anorganická Hg - akutní úcinky

• HgCl2 - pri požití leptá GI, zpusobuje hnisavé
  vredy, silnejší úcinek na ledviny a slabší na CNS
  než Hg0
• Hg2Cl2 - méne toxický než Hg2 - hure se
  vstrebává

Elementární a anorganická Hg - chronické úcinky

• poškození CNS - tres, excitovanost nebo apatie,
  zmeny osobnosti - neprícetnost, halucinace
• zvetšení štítné žlázy, zánet dásní, slinení,
  zrychlení srdecní frekvence
• nefrotický syndrom
• deti 4 mesíce - 4 roky - akrodynie (Ružová
  nemoc)

24
Rtut
Organické slouceniny Hg

• methylrtut se prednostne koncentruje v mozku,
  pomalá demethylace
• fenylrtut je méne toxická
• nekróza nervových bunek
• u zvírat zjišteno i poškození chromozomu

• Minamata disease
• 1952 - odpadní vody z továrny na výrobu plastu s
  vysokým obsahem síranu a chloridu rtutnatého
  vypoušteny do zátoky Minamata (Japonsko)
• morské rasy - methylace, akumulace methylrtuti v
  rybách
• celkem onemocnelo 397 lidí, na následky zemrelo
  68 (vcetne 22 potratu)
• mnoho detí narozených v rozmezí let 1953 - 1959 -
  mentální retardace, poruchy motorického svalstva

Bakir et al., 1973 V Iráku 6000 lidí otráveno
(459 zemrelo) methylrtutí po požití chleba z
mouky vyrobené z ošetreného obilí, koncentrace Hg
v mouce 4,8 - 14,6 ?g/g, rozsah Hg v krvi 10 -
500 ?g/DL, toxické projevy- paralýza, poškození
zraku a sluchu, porucha artikulace, koma smrt pri
více než 300 ?g/DL.
25
Toxicita Hg - prehled
26
Rtut
Zásady pri zacházení

• pro úklid kovové Hg nepoužívat vysavac
• vetrat
• pozor na poškození zlatých šperku
• použití Zn prášku, následne 5-10 H2SO4

Antidota

• BAL - koncentruje Hg v mozkové tkáni
• D - penicilamin - alergie
• EDTA - odstranuje Hg pouze z krve a povrchu bunek
• DMSA - odstranuje Hg z mozku, jater a ledvin