Токсикология — это научная дисциплина , пересекающаяся с биологией , химией , фармакологией и медициной , которая включает изучение вредного воздействия химических веществ на живые организмы [1] и практику диагностики и лечения воздействия токсинов и токсикантов . Взаимосвязь между дозой и ее воздействием на подвергшийся воздействию организм имеет большое значение в токсикологии. Факторы, влияющие на химическую токсичность , включают дозировку, продолжительность воздействия (острого или хронического), путь воздействия, вид, возраст, пол и окружающую среду. Токсикологи являются специалистами по ядам и отравлениям . Существует движение за доказательную токсикологию как часть более широкого движения за научно обоснованную практику . Токсикология в настоящее время вносит свой вклад в исследования рака , поскольку некоторые токсины можно использовать в качестве лекарств для уничтожения опухолевых клеток. Одним из ярких примеров этого являются белки, инактивирующие рибосомы , испытанные при лечении лейкемии . [2]
Слово токсикология ( / ˌ t ɒ k s ɪ ˈ k ɒ l ə dʒ i / ) — неоклассическое соединение из неолатинского языка , впервые засвидетельствованное ок. 1799 , [3] от сочетания форм токсико- + -логия , которые, в свою очередь, происходят от древнегреческих слов τοξικός toxikos , «ядовитый», и λόγος logos , «предмет»).
Диоскорид , греческий врач при дворе римского императора Нерона , сделал первую попытку классифицировать растения по их токсическому и лечебному действию. [4] В произведении « Книга о ядах», приписываемом писателю X века Ибн Вахшие , описаны различные токсичные вещества и рецепты отравлений, которые можно приготовить с помощью магии . [5] Поэтическое произведение каннада XIV века , приписываемое джайнскому принцу Мангарасе, Кхагендре Мани Дарпане , описывает несколько ядовитых растений. [6]
Теофраст Филипп Авролей Бомбаст фон Гогенгейм (1493–1541) (также называемый Парацельсом , поскольку он считал, что его исследования превосходили или превосходили работы Цельса - римского врача первого века) считается «отцом» токсикологии. [7] Ему приписывают классическую токсикологическую максиму « Alle Dinge sind Gift und nichts ist ohne Gift; allein die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist. », что переводится как «Все вещи ядовиты, и нет ничего без яда». только доза делает вещь неядовитой». Это часто сокращается до: « Доза делает яд » или по-латыни «Sola dosis facit venenum». [8] : 30
Матье Орфила также считается современным отцом токсикологии, впервые официально трактовав этот предмет в 1813 году в своем « Трактате о ядах» , также называемом «Общая токсикология» . [9]
В 1850 году Жан Стас стал первым человеком, успешно изолировавшим растительные яды из тканей человека. Это позволило ему выявить использование никотина в качестве яда в деле об убийстве Бокарме, предоставив доказательства, необходимые для осуждения бельгийского графа Ипполита Визара де Бокарме в убийстве своего зятя. [10]
Целью оценки токсичности является выявление побочных эффектов вещества. [11] Побочные эффекты зависят от двух основных факторов: i) путей воздействия (пероральный, ингаляционный или кожный) и ii) дозы (продолжительность и концентрация воздействия). Для изучения дозы вещества тестируются как на острой, так и на хронической модели. [12] Как правило, проводятся различные серии экспериментов, чтобы определить, вызывает ли вещество рак, а также изучить другие формы токсичности. [12]
Факторы, влияющие на химическую токсичность: [8]
Дисциплина доказательной токсикологии стремится прозрачно, последовательно и объективно оценивать доступные научные данные, чтобы ответить на вопросы токсикологии, [13] изучения неблагоприятного воздействия химических, физических или биологических агентов на живые организмы и окружающую среду. , включая предотвращение и смягчение таких последствий. [14] Доказательная токсикология имеет потенциал для решения проблем токсикологического сообщества по поводу ограничений текущих подходов к оценке состояния науки. [15] [16] К ним относятся проблемы, связанные с прозрачностью принятия решений, синтезом различных типов доказательств, а также оценкой предвзятости и достоверности. [17] [18] [19] Доказательная токсикология уходит своими корнями в более широкое движение в сторону научно обоснованной практики .
Эксперименты по токсичности могут проводиться in vivo (с использованием всего животного), in vitro (тестирование на изолированных клетках или тканях) или in silico (при компьютерном моделировании). [20]
Классическим экспериментальным инструментом токсикологии являются испытания на животных, кроме человека. [8] Примерами модельных организмов являются Galleria mellonella , [21] которые могут заменить мелких млекопитающих, рыбки данио ( Danio rerio ), которые позволяют изучать токсикологию у низших позвоночных in vivo [22] [23] и Caenorhabditis elegans . [24] По состоянию на 2014 год такие испытания на животных предоставляют информацию, недоступную другими способами, о том, как вещества действуют в живом организме. [25] Некоторые организации выступают против использования животных, не являющихся людьми, для токсикологических испытаний по соображениям благополучия животных, и это было ограничено или запрещено при некоторых обстоятельствах в определенных регионах, например, при тестировании косметики в Европейском Союзе. [26]
Хотя тестирование на животных моделях остается методом оценки воздействия на человека, существуют как этические, так и технические проблемы, связанные с тестированием на животных. [27]
С конца 1950-х годов в области токсикологии предпринимались попытки сократить или исключить испытания на животных под лозунгом « Три Р » – сократить количество экспериментов на животных до необходимого минимума; совершенствуйте эксперименты, чтобы причинять меньше страданий, и заменяйте эксперименты in vivo другими типами или, когда это возможно, используйте более простые формы жизни. [28] [29] Историческое развитие альтернативных методов тестирования в токсикологии было опубликовано Боллсом. [30]
Компьютерное моделирование является примером альтернативного метода токсикологических исследований in vitro ; Используя компьютерные модели химических веществ и белков, можно определить взаимосвязи структура-активность и идентифицировать химические структуры, которые могут связываться с белками, выполняющими важные функции, и мешать им. [31] Эта работа требует экспертных знаний в области молекулярного моделирования и статистики, а также экспертных суждений в области химии, биологии и токсикологии. [31]
В 2007 году американская неправительственная организация Национальная академия наук опубликовала отчет под названием «Тестирование токсичности в 21 веке: видение и стратегия», который открывался заявлением: «Перемены часто включают в себя решающее событие, которое основывается на предыдущей истории и открывает двери для Новая эра. Ключевые события в науке включают открытие пенициллина, выяснение двойной спирали ДНК и развитие компьютеров. ... Тестирование токсичности приближается к такой научной поворотной точке. Оно готово воспользоваться преимуществами революций. Достижения в области токсигеномики, биоинформатики, системной биологии, эпигенетики и компьютерной токсикологии могут превратить тестирование токсичности из системы, основанной на тестировании на целых животных, в систему, основанную главным образом на методах in vitro, которые оценивают изменения в биологических процессах с использованием клеток, клеточных линии или клеточные компоненты, предпочтительно человеческого происхождения». [32] По состоянию на 2014 год это видение так и не было реализовано. [25] [33]
Агентство по охране окружающей среды США изучило 1065 химических и лекарственных веществ в своей программе ToxCast (часть CompTox Chemicals Dashboard ), используя моделирование кремнезема и анализ на основе плюрипотентных стволовых клеток человека для прогнозирования интоксикантов, вызывающих развитие in vivo , на основе изменений клеточного метаболизма после химическое воздействие. Основные результаты анализа этого набора данных ToxCast_STM, опубликованного в 2020 году, включают: (1) 19% из 1065 химических веществ позволили предсказать токсичность для развития , (2) эффективность анализа достигла точности 79–82% с высокой специфичностью (> 84%), но умеренная чувствительность (<67%) по сравнению с моделями пренатальной токсичности для развития человека in vivo на животных, (3) чувствительность улучшалась по мере того, как к исследованиям на животных применялись более строгие требования к доказательствам, и (4) статистический анализ наиболее сильнодействующих химических веществ воздействие на определенные биохимические цели в ToxCast выявило положительные и отрицательные ассоциации с реакцией STM, что дает представление о механистических основах целевой конечной точки и ее биологической области. [34]
В некоторых случаях отказ от исследований на животных был предусмотрен законом или постановлением; Европейский Союз (ЕС) запретил тестирование косметики на животных в 2013 году. [35]
Большинство химических веществ имеют классическую кривую «доза-эффект»: при низкой дозе (ниже порога) никакого эффекта не наблюдается. [8] : 80 Некоторые демонстрируют феномен, известный как «достаточная проблема»: при небольшом воздействии появляются животные, которые «растут быстрее, имеют лучший внешний вид и качество шерсти, имеют меньше опухолей и живут дольше, чем контрольные животные». [36] Некоторые химические вещества не имеют четко определенного безопасного уровня воздействия. К ним относятся с особой осторожностью. Некоторые химические вещества подвержены биоаккумуляции, поскольку они накапливаются, а не выводятся из организма; [8] : 85–90 , им также уделяется особое внимание.
Для описания токсичных доз обычно используются несколько показателей в зависимости от степени воздействия на организм или популяцию, а некоторые конкретно определены различными законами или организационными правилами. К ним относятся:
Медицинская токсикология — это дисциплина, требующая статуса врача (степень доктора медицины или доктора медицины плюс специальное образование и опыт).
Клиническая токсикология — это дисциплина, которую могут практиковать не только врачи, но и другие специалисты здравоохранения со степенью магистра в области клинической токсикологии: врачи-эксперты ( помощники врачей , практикующие медсестры ), медсестры , фармацевты и смежные медицинские работники .
Судебная токсикология — это дисциплина, которая использует токсикологию и другие дисциплины, такие как аналитическая химия , фармакология и клиническая химия, для оказания помощи в медицинском или юридическом расследовании случаев смерти, отравлений и употребления наркотиков. Основной задачей судебной токсикологии является не юридический результат токсикологического расследования или используемая технология, а скорее получение и интерпретация результатов. [39]
Вычислительная токсикология — это дисциплина, которая разрабатывает математические и компьютерные модели для лучшего понимания и прогнозирования неблагоприятных последствий для здоровья, вызванных химическими веществами, такими как загрязнители окружающей среды и фармацевтические препараты. [40] В рамках проекта «Токсикология в 21 веке» [41] [42] лучшими прогностическими моделями были признаны глубокие нейронные сети , случайный лес и машины опорных векторов , которые могут достичь производительности экспериментов in vitro . [43] [44] [45] [46]
Профессиональная токсикология – это применение токсикологии к химическим опасностям на рабочем месте. [47]
Токсиколог — это ученый или медицинский персонал, который специализируется на изучении симптомов, механизмов, методов лечения и обнаружении ядов и токсинов ; особенно отравление людей.
Чтобы работать токсикологом, необходимо получить степень в области токсикологии или соответствующую степень, например, по биологии , химии , фармакологии или биохимии . [48] [ нужна ссылка ] Программы бакалавриата в области токсикологии охватывают химический состав токсинов и их влияние на биохимию, физиологию и экологию. После завершения вводных курсов по биологическим наукам студенты обычно записываются в лаборатории и применяют принципы токсикологии в исследованиях и других исследованиях. Студенты продвинутого уровня углубляются в конкретные отрасли, такие как фармацевтическая промышленность или правоохранительные органы, которые применяют методы токсикологии в своей работе. Общество токсикологии (SOT) рекомендует студентам высших учебных заведений, которые не предлагают степень бакалавра токсикологии, рассмотреть возможность получения степени по биологии или химии. Кроме того, SOT советует начинающим токсикологам пройти курсы статистики и математики, а также получить лабораторный опыт посредством лабораторных курсов, студенческих исследовательских проектов и стажировок. Чтобы стать медицинскими токсикологами, врачи в Соединенных Штатах проходят обучение в ординатуре, например, по неотложной медицине, педиатрии или внутренней медицине, после чего проходят стажировку в области медицинской токсикологии и, в конечном итоге, сертификацию Американского колледжа медицинской токсикологии (ACMT).
Токсикологи выполняют множество различных обязанностей, включая исследования в академической, некоммерческой и промышленной областях, оценку безопасности продукции, консультирование, оказание государственных услуг и правовое регулирование. Чтобы исследовать и оценить воздействие химических веществ, токсикологи проводят тщательно спланированные исследования и эксперименты. Эти эксперименты помогают определить конкретное количество химического вещества, которое может причинить вред и потенциальные риски, связанные с нахождением рядом или использованием продуктов, содержащих определенные химические вещества. Исследовательские проекты могут варьироваться от оценки воздействия токсичных загрязнителей на окружающую среду до оценки того, как иммунная система человека реагирует на химические соединения в фармацевтических препаратах. Хотя основные обязанности токсикологов заключаются в определении воздействия химических веществ на организмы и окружающую среду, конкретные должностные обязанности могут различаться в зависимости от отрасли и занятости. Например, судебные токсикологи могут искать токсичные вещества на месте преступления, тогда как водные токсикологи могут анализировать уровень токсичности водоемов.
Зарплата на должностях в области токсикологии зависит от нескольких факторов, включая уровень образования, специализацию, опыт. Бюро статистики труда США (BLS) отмечает, что рабочие места для ученых-биологов, в число которых обычно входят токсикологи, как ожидается, вырастут на 21% в период с 2008 по 2018 год. BLS отмечает, что это увеличение может быть связано с ростом исследований и разработок в области биотехнологий. а также увеличение бюджета на фундаментальные и медицинские исследования в области биологии. [49]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )