Farmasötik Toksikoloji Güvenli İlaç Bilimi
Editörler Gerard J. Mulder Leiden Amsterdam İlaç Araştırma Merkezi Leiden Üniversitesi Leiden Hollanda
Lennart Dencker Toksikoloji Profesörü ve Bölüm Başkanı Eczacılık Fakültesi Dekanı Uppsala Üniversitesi Uppsala İsveç
Çevirenler Nurşen Başaran Terken Baydar Ülkü Ündeğer Bucurgat Belma Koçer Giray Aylin Gürbay Hilal Özgüneş Gönül Şahin Hacettepe Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Farmasötik Toksikoloji Anabilim Dalı Ankara
Nobel Tıp Kitabevleri
© 2014 Nobel Tıp Kitabevleri Tic. Ltd. Şti. Farmasötik Toksikoloji Güvenli İlaç Bilimi
Çevirenler: Nurşen Başaran, Terken Baydar, Ülkü Ündeğer Bucurgat, Belma Koçer Giray, Aylin Gürbay, Hilal Özgüneş, Gönül Şahin
ISBN: 978-975-420-967-9 Pharmaceutical Toxicology © Pharmaceutical Press 2006 Gerard J. Mulder ve Lennart Dencker ISBN-13 978 0 85369 593 6 Bu kitabın Türkçeye çeviri hakkı ©Pharmaceutical Press tarafından Nobel Tıp Kitabevleri Tic. Ltd. Şti.’ne verilmiştir. 5846 ve 2936 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri yasası hükümleri gereğince herhangi bir bölümü, resmi veya yazısı, yazarların ve yayınlayıcısının yazılı izni alınmadan tekrarlanamaz, basılamaz, kopyası çıkarılamaz, fotokopisi alınamaz veya kopya anlamı taşıyabilecek hiçbir işlem yapılamaz. Düzenleme / Kapak: Nobel Tıp Kitabevleri - Selçuk Ertürk Baskı / Cilt: Nobel Matbaacılık, Hadımköy-İSTANBUL Yayımcı : Yayımcı Sertifika No : Baskı / Cilt : Matbaa Sertifika No : Sayfa Tasarımı - Düzenleme : Kapak Tasarım : Baskı Tarihi :
Nobel Tıp Kitabevleri Tic. Ltd. Şti. Millet Cad. No:111 34104 Fatih-İstanbul 15710 No-bel Matbaacılık San. Tic. Ltd. Şti. Kurtini Mevki, General Şükrü Kanatlı Cad. Ömerli - Hadımköy - İstanbul 12565 Nobel Tıp Kitabevleri, Selçuk Ertürk Selçuk Ertürk Ağustos 2013 - İstanbul
NOBEL TIP KİTABEVLERİ TİC. LTD. ŞTİ. MERKEZ - ÇAPA Millet Cad. No:111 Çapa-İstanbul Tel: (0212) 632 83 33 Faks: (0212) 587 02 17 CERRAHPAŞA Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Karşısı Park içi Cerrahpaşa-İstanbul Tel: (0212) 586 17 58 KADIKÖY Rıhtım Cad. Derya İş Merkezi No: 7 Kadıköy-İstanbul Tel: (0216) 336 60 08
ANKARA Sağlık Sokak No:17/C Çankaya (Sıhhiye) Tel: (0312) 434 10 87 ANTALYA Meltem Mahallesi Dumlupınar Bulvarı Başkent Sit. B Blok. No: 4 Meltem Tel: (0242) 238 15 55 BURSA Sakarya Mah. Bahriye Üçok Cad. Menekşe Sok. No: 21/18 Görükle, Nilüfer Tel: (0224) 224 60 21 DİYARBAKIR Kurt İsmail Paşa 2. Sokak No: 12/C Ofis Tel: (0412) 228 93 93 ELAZIĞ Yahya Kemal Cad. Üniversite Mah. No: 36/B Tel: (0424) 233 43 43 İZMİR Kazım Dirik Mahallesi, 186 Sokak No: 21/B Bornova Tel: (0232) 343 10 50 SAMSUN Ulugazi Mah. 19 Mayıs Bulvarı 16/6 Tel: (0362) 435 08 03
Çevirenlerin Önsözü
Toksikoloji, kimyasal maddelerin, fiziksel ve biyolojik etmenlerin canlı organizmalar ve çevre üzerinde neden olduğu ters etkiler ile ilgilenen, bu etkilerin ortaya çıkma olasılıklarını öngören ve güvenlik değerlendirmesi yapan, farklı bilim dallarının işbirliğini gerektiren bir bilimdir. Günümüzde, başta ilaç olmak üzere artan kimyasal madde maruziyetine bağlı olarak gözlenen istenmeyen etkiler, toksikolojinin önemini arttırmakta ve güncelliğini korumasını sağlamaktadır. Çevirisi yapılan bu kitap, başta mezuniyet öncesi ve mezuniyet sonrası düzeyde toksikoloji eğitimi almakta olan öğrencilere ve meslek hayatının belirli bir döneminde bu alana ilgi duyan kişilere yöneliktir. Temel toksikoloji ilkeleri, özel toksik etkiler ve hedef organ toksisitelerinin yer aldığı bölümlerin dışında, ilaçların veya ilaç kullanımlarının güvenlik/etkinlik değerlendirmesi ile farmakovijilans konuları da ele alınmıştır. Ülkemizde toksikoloji alanında yayınlanmış yeterli sayıda Türkçe eser bulunmamaktadır. Sunulan kitap, bu eksikliğin giderilmesine katkıda bulunmak amacıyla dilimize çevrilmiş ve kitabın dilinde özellikle toksikoloji terimleri için uygun Türkçe karşılıklar kullanılmaya çalışılmıştır. Kitabın basımı sırasındaki titiz çalışmaları nedeniyle Nobel Tıp Kitabevleri çalışanlarına teşekkürlerimizi sunarız. Nurşen Başaran Terken Baydar Ülkü Ündeğer Bucurgat Belma Koçer Giray Aylin Gürbay Hilal Özgüneş Gönül Şahin
İçindekiler
ULLA lisansüstü eczacılık serileri Önsöz
Başyazarlar hakkında Yazarlar 1
xi
xiii xv
xvii
Genel toksikoloji
1
Björn Hellman Toksisite kavramı kolay tanımlanmaz
2
Her ilacın özgün bir toksikolojik özelliği vardır Zehir özelliğini veren sadece “doz” mudur?
3
3
İlaçlar hem ani, hem gecikmiş toksisiteye neden olabilir
5
Biyoyararlanım ve toksikokinetik: Sistemik toksisite için
iki önemli etken
6
Doz-yanıt ve eşik değerler: Toksikolojide temel kavramlar
12
Toksisite deneyleri tehlike tanımlanmasında ve güvenlik
değerlendirmesinde gereklidir
Güvenlik aralıkları
21
25
Genel toksisite çalışmaları
26
Özgül ters sağlık etkileri hakkında çalışmalar
29
Toksikodinamik: Pek çok farklı toksisite mekanizması vardır
35
Toksisite verilerinin değerlendirilmesi her zaman basit değildir Sonuç
36
38
İleri okuma
39
2
İlaç metabolizması: Ksenobiyotiklerin etkisizleşmesi
ve biyoetkinleşmesi
41
Gerard J. Mulder Genel giriş
41
Faz 1 metabolizması
44
Faz 2 tepkimeleri (konjugasyonlar)
53
İlaç geliştirilmesi için hayvan türlerinin seçimi Stereoizomerler
60
60
vi
İçindekiler Genetik farklılık ve çeşitlilik
61
Toksik metabolitlere biyoetkinleşme ve
idiyosenkratik tepkimeler
61
İlaç etkileşmeleri: Biyotransformasyon İleri okuma 3
65
66
Toksisitenin moleküler ve hücresel mekanizmaları
67
J Fred Nagelkerke ve Bob van de Water Toksisitenin moleküler mekanizmaları Hücresel işlev bozukluğu Hücre yıkımı
68
70
75
Hasara hücresel yanıtlar: stres kinazlar ve
yardımcı moleküller
80
Hücrenin hayatta kalması ve apopitoz veya nekroz
arasındaki dönüm noktaları
İleri okuma 4
81
81
Teratoloji
83
Lennart Dencker ve Bengt R. Danielsson Yetişkinlerde üreme toksikolojisi
83
Teratojenez 85 Teratolojinin genel ilkeleri
87
Teratojenezde insan ile ilişkili etmenlerin değerlendirilmesi İlaçlar için gebelik sınıflandırması
İlaçların neden olduğu teratojeniteye bazı örnekler Sonuç
90
104
İleri okuma 5
88
89
104
Genotoksisite
105
Björn Hellman Genotoksik bileşikler, mutajenler, klastojenler ve anojenler
106
Olası genotoksik etkinin değerlendirilmesinde kullanılan ölçütler Kısa süreli genotoksisite testleri
114
İlaçların güvenilirlik değerlendirmesinde önemli bir konu:
Eşik doz var mı?
118
DNA onarımında aslına uygunluğun korunması Genotoksik bileşikler ve genetik hastalıklar Sonuç
120
İleri okuma
121
119
120
107
İçindekiler 6
İlaçların kanserojenitesi
vii 123
Gerard J. Mulder İyi huylu ve kötü huylu tümörler ve sınıflandırılmaları
125
Kanserojenite mekanizması: Başlama, gelişme ve ilerleme
127
Tıbbi ürünler için kanserojenite çalışmalarına ne zaman
gereksinim duyulur?
128
İlaçların olası kanserojenitesinin değerlendirilmesi
129
İnsanda bir ilacın kanserojenik etkisi nasıl ortaya çıkartılır? İleri okuma 7
134
135
Karaciğer toksisitesi
137
J. Fred Nagelkerke Karaciğerin anatomisi Karaciğerin işlevleri
137 139
Karaciğer toksisitesinin çeşitleri
142
Karaciğer toksisitesinin değerlendirilmesi:
Biyogöstergeler ve tanılar
Hepatotoksik ilaç örnekleri İleri okuma 8
145
146
148
Böbrek toksisitesi
149
Bob van de Water Renal yapı ve işlev
149
Böbrek toksisitesini belirleyen koşullar
151
Renal hücre hasarının çeşitleri ve sonuçları Renal yetmezliğin klinik göstergeleri Renal hasarın tamir işlemleri
153
154
155
Nefrotoksisite araştırmalarında in vitro örnekler İlaçların neden olduğu renal toksisite örnekleri İleri okuma 9
156 157
160
Solunum sistemi toksisitesi
161
Eva Brittebo Solunum sisteminin yapısı ve işlevi
161
Solunum toksisitesine katkıda bulunan etmenler Solunum sisteminin toksik maddelere yanıtları
163 166
Solunum sistemi toksisitesini araştırma yöntemleri Solunum sistemine toksik maddeler İleri okuma
175
170
169
viii 10
İçindekiler İmmünotoksisite Camilla Svensson
177
İmmün sistem 177 İmmün baskılanma 178 İmmün yanıt artışı 179 Aşırı duyarlılık 179 Otoimmünite 186 İmmün sistemde değişiklikler yapan ilaç örnekleri 188 İlaçların immünotoksisitesinin değerlendirilmesi 190 İleri okuma 192 11
Klinik toksikoloji Hans Persson
193
Klinik toksikoloji nedir? 193 Genel kavramlar 194 Aşırı doz ilaç tedavisi 197 Özgül zehirlenmeler 204 Sonuç 207 İleri okuma 208 12
İlaçların güvenlik değerlendirmesi: Düzenleyici yaklaşımlar Jan Willem van der Laan Küresel ortamda Avrupa yönetmeliği 209 İyi laboratuvar uygulamaları 210 Klinik araştırmalar yönetmeliği 211 Pazarlama uygulamaları: biçim ve uygulama esasları 212 Güvenlik değerlendirmesi her zaman tedavi edici etkinlikle ilişkili olarak yapılmalıdır 213 Güvenlik değerlendirmesi, hayvan çalışmalarından insandaki etkilere ve maruziyete uyarlamayı gerektirir 215 Güvenlik değerlendirmesi aşamalı bir süreçtir 215 İnsanlarda ilk kullanımı desteklemek için gerekli güvenlik çalışmaları İleri klinik çalışmalar ve satış iznini desteklemek için gerekli güvenlik çalışmaları 219 Özel topluluklar 220 Özel ürünler 222 Hayvan çalışmalarının öngörüsel değeri 226 Pazarlama sonrası güvenlik değerlendirmesi 227 Bilgi kaynakları
227
209
218
İçindekiler 13
Farmakovijilans
ix 229
Sten Olsson ve Ronald Meyboom Ters reaksiyonlar ve ilaca bağlı diğer sorunlar
230
Ters ilaç reaksiyonlarının epidemiyolojisi ve kendiliğinden raporlama Veri değerlendirilmesi
233
Olguda neden-sonuç ilişkisinin değerlendirilmesi Veriden bilgiye
233
235
Uyarının saptanması
235
Kanıta yönelmek ve uyarının önemi Veri kullanıcıları
236
237
Kendiliğinden raporlamanın zayıf ve güçlü yönleri Farmakovijilanstaki diğer yöntemler
237
239
Uluslar arası farmakovijilans ve Uppsala’daki
Uluslar arası farmakovijilans DSÖ işbirliği merkezi
Uluslar arası işbirliğinin diğer yapıları: EudraVijilans İlaç güvenlik bilgisinin iletimi İleri okuma
241
Bilgi kaynakları
Dizin
243
241
241
240
240
232
ULLA lisansüstü eczacılık serileri
ULLA dizileri, lisansüstü eczacılık bilimleri öğrencileri için, temel başlangıç kitaplarının yeni ve yenilik getirici serileridir. Bu yeni diziler, ULLA Kurulu (İleri Düzey Eczacılık Eğitim ve Araştırma Avrupa Üniversite Kurulu) tarafından oluşturulmuştur. Kurul, sürekli büyüyen ve gelişen eczacılık bilimleri eğitimi ve araştırmaları için bir Avrupa akademik işbirliğidir. Bu kurul, 1990’da kurulmuştur ve tüm Avrupa’daki önde gelen üniversitelerin eczacılık bölümlerini içermektedir: • • • • • •
Eczacılık Fakültesi, Uppsala Üniversitesi, İsveç Eczacılık Okulu, Londra Üniversitesi, Birleşik Krallık Leiden/Amsterdam İlaç Araştırma Merkezi, Leiden Üniversitesi, Hollanda Vrije Üniversitesi, Amsterdam, Hollanda Danimarka Üniversitesi, Eczacılık Bilimleri Kopenhag, Danimarka Eczacılık Fakültesi, Paris Sud Üniversiteleri, Fransa
ULLA dizilerinin yazı işleri kurulu, bu Avrupa Enstitülerinin değişik eczacılık bilimlerinde, kendi alanlarında uzman akademisyenlerinden oluşur. Eczacılık bilimlerinde, yılda yaklaşık üç kitap yayınlanır, başlıklar şunları içerir: Farmasötik Toksikoloji Pediatrik İlaç Uygulamaları Moleküler Biyofarmasötikler Bu temel dizilerin başlıkları, esas olarak doktora öğrencilerine yöneliktir ve aynı zamanda, bilim uzmanlığı lisansüstü öğrencileri, özel ders alan lisans öğrencileri ve eczacılık alanındaki bilim insanlarının araştırmaları için genel başvuru özelliğindedir. Kurul hakkındaki ileri bilgiye www.u-1-1-a.org adresinden ulaşılabilir.
Önsöz
İlaç güvenliği konusundaki temelleri içeren bu kitap, lisans ve lisansüstü düzeyindeki eczacılık ve farmasötik bilimler öğrencilerine yöneliktir. Diğer toksikoloji kitaplarına göre daha çok, tedavide kullanılan ilaçlar üzerinde durulmuştur: Yeni ilaçların ruhsatlandırılması ve farmakovijilans da dahil olmak üzere, ilaçların en önemli güvenlik sorunlarını kapsamaktadır. Bu kitap, ilaç toksisitesinin her yönünü ele almamıştır: Ana konular ve ilaç toksisitesinin hedef organlarını inceleyen sınırlı sayıda alan seçilmiştir. Kitap bölümleri kısa genel derlemeleri ve/veya bazı araştırma konularını içerecek şekilde düzenlenmiştir. Toksikoloji ve ilaçların güvenliği konuları geniş bir şekilde yansıtılmıştır: Düzenli yapılan toksisite taramalarının yanı sıra, bazı istenmeyen ilaç etkilerinin anlaşılabilmesi için, mekanizmaya yönelik kapsamlı araştırmalara da yer verilmiştir. Örneğin, sıçanlarda belli bir organda ilaçla oluşan tümörlerin mekanizmasının araştırılması, bunların hastalarla ilişkisinin belirlenmesi ve ilacın insanda kullanımına izin verilebilmesi için gerekli olabilir. Temel toksikoloji ilkelerine genel bir girişten sonra, ilaçların organ toksisiteleri, karaciğer, böbrek, solunum sistemi ve immün sistem toksisitesi bölümleri ile açıklanmıştır. Yeni ilaçların veya ilaç kullanımlarının güvenlik/etkinlik değerlendirmesiyle son derece ilgili, ancak özel, teratoloji ve genotoksisite/kanserojenite konuları da incelenmiştir. Mekanizma ile ilgili bakış açıları ve aynı zamanda güvenlik değerlendirilmesi yöntemleri ve farmakovijilans da ele alınmıştır. Bir ilacın doğru ve güvenli kullanımının değerlendirilmesinde, her kullanım için, etkinlik/güvenlik dengesi sorgulanmalıdır ve farmasötik bilimlerle ilgili kişiler, dengenin her iki tarafının da farkında olmalıdır. Bu nedenle sunulan kitap, farmakoloji temel kitaplarının tamamlayıcısıdır. Temel toksikoloji bilgi ve yöntemleri ile yeni bir ilaç için etkinlik/güvenlik dengesi değerlendirilmesiyle ilişkili güvenlik konularını birleştirmektedir. Gerard J Mulder ve Lennart Dencker Nisan 2006
Editörler Hakkında
Gerard J Mulder, Leiden Üniversitesi’nde toksikoloji profesörüdür; ULLA Kurulu’nun paydaşlarından olan Leiden/Amsterdam İlaç Araştırma Merkezi (LACDR)’nin araştırma yöneticiliğini yapmıştır. Doktorasını 1973’de, Groningen Üniversitesi’nde almış ve 1975/1976’da, Dr. James R Gillette ile, Ulusal Sağlık Enstitüsü, Bethesda, MD, ABD’de doktora sonrası çalışmalar yapmıştır. Özellikle glukronidasyon, sülfasyon ve glutatyon konjugasyonu olmak üzere in vivo ve in vitro ilaç metabolizması konusunda çok sayıda yayını bulunmaktadır. 200’ün üzerinde yayının yazarıdır ve bu alanda birçok kitabın başyazarlığını yapmıştır. Ksenobiyotiklerin karaciğer ve böbrek toksisite mekanizmaları ile kimyasal kanserojenez, başlıca ilgi alanlarıdır. Gerard Mulder, Hollanda İlaç Değerlendirme Kurulu’nun üyesidir, aynı zamanda Hollanda Meslek Güvenliği Uzmanlar Komitesinin başkanıdır. Bu sıfatla hem tıbbi ilaçların, hem de mesleki kimyasal maddelerin risk değerlendirilmesiyle ilgilenmektedir. Lennart Dencker, İsveç Uppsala Üniversitesi Eczacılık Fakültesinde Toksikoloji Profesörü ve Toksikoloji Bölüm Başkanıdır ve 1999–2005 yıllarında Dekanlık yapmıştır. Stokholm’deki, İsveç Kraliyet Veteriner Okulu’ndan DVM (1970) ve Uppsala Üniversitesi’nden toksikoloji doktorası (1976) almıştır. Bethesda MD, ABD Ulusal Sağlık Enstitüsü’ndeki doktora sonrası dönemini takiben 1986 yılında profesör ve Toksikoloji Bölümü Başkanı olana kadar Uppsala Üniversitesi’nde farklı öğretim ve araştırma görevlerinde bulunmuştur. Lennart Dencker, Ulusal İlaç Yönetimi, Ulusal Kimyasal Maddeler Denetim Kurulu, Ulusal Gıda Yönetimi ve İsveç Çevre Koruma Örgütü ve Toksikoloji Burs İnceleme Komitesi gibi çok sayıda ulusal kurulda, aynı zamanda Avrupa Bilim Kuruluşu, Strazburg (Toksikoloji Yönlendirme Grubu) ve Norveç Araştırma Kurulu gibi uluslararası kuruluşlarda görev yapmıştır ve yapmaktadır. 1993’de Uppsala’da yapılan EUROTOX’93’ün ve İsveç Toksikoloji Derneği’nin başkanlığını yapmıştır. Uluslararası hakemli dergilerde 100’ün üzerinde makalesi yayınlanmıştır.
Yazarlar
Eva Brittebo, MSciPharm, PhD Farmasötik Toksikoloji Profesörü, Uppsala Üniversitesi, Farmasötik Biyobilimler Anabilim Dalı, Toksikoloji Bölümü, Uppsala, İsveç Bengt R. Danielsson, MD, MSciPharm, PhD Tıbbi Ürünler Kurumu Farmakoloji ve Toksikoloji Profesörü, Uppsala, İsveç ve Uppsala Üniversitesi, Farmasötik Biyobilimler Anabilim Dalı, Toksikoloji Bölümü, Farmasötik Toksikoloji Profesörü, Uppsala, İsveç Lennart Dencker, PhD Toksikoloji Profesörü, Uppsala Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Dekanı ve Toksikoloji Bölümü Başkanı, Uppsala, İsveç Björn Hellman, MSciPharm, PhD Toksikoloji Kıdemli Öğretim Üyesi ve Toksikoloji Çalışmaları Yöneticisi, Uppsala Üniversitesi, Farmasötik Biyobilimler Anabilim Dalı, Toksikoloji Bölümü, Deneysel Mesleki ve Çevresel Tıp Doçenti, Uppsala, İsveç Ronald Meyboom, MD, PhD Tıbbi Danışman, DSÖ Uppsala İzleme Merkezi, Uppsala, İsveç; Utrecht Üniversitesi, Farmasötik Bilimler Fakültesi, Farmakoepidemiyoloji ve Farmakoterapi Bölümü, Kıdemli Araştırmacı, Utrecht, Hollanda Gerard J. Mulder, PhD Emekli Toksikoloji Profesörü, Leiden Üniversitesi, Leiden Amsterdam İlaç Araştırma Merkezi (LACDR), Leiden, Hollanda J. Fred Nagelkerke, PhD Leiden Üniversitesi, Leiden Amsterdam İlaç Araştırma Merkezi (LACDR) Toksikoloji Bölümü Doçenti, Leiden, Hollanda
xviii
Yazarlar
Sten Olsson, MSciPharm DSÖ Uppsala İzleme Merkezi Dış İlişkiler Başkanı, Uppsala, İsveç Hans Persson, MD, MDhc İsveç Zehir Merkezi, Klinik Toksikoloji Danışman Doktoru, Stokholm, İsveç Camilla Svensson, MSciPharm, PhD Uppsala Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi, Farmasötik Biyobilimler Anabilim Dalı, Toksikoloji Bölümü, Uppsala, İsveç Bob van de Water, PhD Leiden Üniversitesi, Leiden Amsterdam İlaç Araştırma Merkezi (LACDR) Toksikoloji ve Güvenlik Bilimi Bölümü Profesörü, Leiden, Hollanda Jan Willem van der Laan, PhD Halk Sağlığı ve Çevre Enstitüsü, Bilthoven ve Hollanda İlaç Değerlendirme Komisyonu, Hague, Hollanda
1 Genel toksikoloji Björn Hellman
Toksikoloji, ilaç endüstrisinde yeni ilaçların geliştirilmesi sürecinin önemli bir kısmını oluşturur, çünkü güvenilirlik ve etkinlik arasındaki dengenin mutlaka kurulması gerekir. Farklı yan etkiler ve etkileşmeler de dahil, ilaç toksisitesi hakkında ortaya çıkacak bilgi, ilaç kullananlar kadar, eczacılar, insan sağlığı ile uğraşanlar, tıbbi ürünler ile ilgili konularda kural koyucu idari kurumlar ve ilaçların güvenilir bir şekilde kullanımı ile farklı açılardan sorumluluğu olanlar için büyük bir endişe kaynağıdır. Günümüzde toksikolojik bilgilerin birçoğunu sanal ortamda kolayca bulmak olasıdır, ancak bu bilgiler her zaman doğru değildir. Diğer taraftan, en güvenilir bilgiyi değerlendirebilmek için bile toksikolojideki temel ilkelerin bilinmesi gerekir. Birçok toksikolojik verinin deney hayvanları ile yapılan çalışmalardan elde edildiği gerçeği, güvenilirlik değerlendirmelerinde toksikolojik verilerin nasıl kullanılacağı bilgisi kadar, toksisite deneyleri ile öngörülen bilginin de önemini güçlendirmektedir. Bir kimyasal maddenin “toksikolojik özelliği” değerlendirilirken, emilim (absorpsiyon), dağılım, metabolizma ve atılım (“EDMA”) hızı ve yolu kadar ani ve gecikmiş ters etkiler, toksisitenin hedef organları, zehirlenmenin klinik bulguları, etki mekanizması(ları) ve doz-yanıt ilişkisinin bilgileri de toplanmaktadır. Bu bölümde, insanların kullanımı için üretilen ilaçların güvenilirlik değerlendirmesinde, toksisite verilerinin nasıl kullanıldığının anlaşılabilmesi için bilinmesi gereken toksikolojinin temel ilkelerine odaklanılacaktır. Toksik maddelerin doz-yanıt ilişkisi ve farmakokinetikleri (“toksikokinetikleri”)’nin nicel özellikleri genellikle farmakolojik özelliklerine çok benzerlik gösterdiğinden, varsa farklılıklar öne çıkartılarak bu konular özet olarak incelenecektir.
2
Genel toksikoloji
Toksisite kavramı kolay tanımlanmaz Toksikoloji (“zehirler” bilimi), canlı organizmalarda kimyasal maddelerin neden olduğu ters etkilerle ilgilenir. Bu kimyasal maddeler (“toksik maddeler”) hem sentetik maddeler (“ksenobiyotikler” veya “yabancı bileşikler”) hem de bakteri, hayvan veya bitkilerden (genellikle toksin veya hayvan zehiri “venom” diye adlandırılan) doğal olarak oluşan bileşiklerdir. Toksikoloji çok dallı (multidisipliner) bir bilimdir ve farklı bilim dallarına ait (biyokimya, hücre biyolojisi, fizyoloji ve analitik kimya) bilgi ve yöntemleri uygular. Toksikoloji esas olarak insan sağlığı açısından toksisiteyi tanımlama ve değerlendirmeye odaklanır; ilaçların güvenilirlik değerlendirmesini yaparak insan sağlığına yönelik tehlikeleri ve riskleri öngörmeyi amaçlar. Toksisite genellikle canlı organizmada hasar yapan bir maddenin içsel yeteneği olarak tanımlanır. Bu tanım, sonuçta hasarın nasıl tanımlandığına bağlı olduğu için anlaşılır değildir. Toksisite, yaşamsal bir işlevin değişikliği, azalması veya kaybedilmesi ile ilgili ters etki olarak da tanımlanabilir; diğer (örn. çevresel) etmenlerle oluşturulan baskı (stres) ile başetme yeteneğinin bozulması da bu tanım içinde yer alır. Örneğin, 1984 yılındaki Bhopal felaketinden (metil izosiyanatın kazara sızıntısı nedeniyle ciddi akciğer toksisitesi ortaya çıkmıştır) kurtulanların akciğer işlevlerindeki azalma, onların hafif enfeksiyonlara daha duyarlı olmalarına yol açmıştır. Kaza 20 yıldan fazla süre önce olduğu halde, bu üzücü olay yüzünden insan ölümleri devam etmektedir. İlaçlar sağlık üzerinde önemsizden zararlıya kadar değişen çok geniş istenmeyen etkilere neden olabilmektedir. İlaçların güvenilirlik değerlendirmesinde toksikologlar, genellikle tedavi edici dozlara maruziyet durumunda doğrudan ortaya çıkan ters etkilere odaklanır. Ancak zararlı etkiler, örn. kusurlu oluşumlar (malformasyonlar) hatta ölümler, gerekli bir maddenin ilaca bağlı (örn. A vitamini veya selenyum) eksikliği gibi dolaylı etkinin sonucu da olabilir. Bunun yanısıra, toksik maddeler (ilaçlar da dahil) etkileşme sonucu artmış veya azalmış yanıtlara yol açabilir. İşlev yeteneğinin bozulmasına yol açan morfolojik, fizyolojik, gelişim, büyüme ve yaşamda olan değişiklikler; “toksik”, “sağlığa zararlı”, “zarar veren”, “zararlı”, “hasar yapıcı”, “yıkıcı”, “istenmeyen”, “ters” veya “yan” etkilerin özgün örnekleridir. Ancak, kan basıncındaki hafif bir değişiklik veya lenfosit alt gruplarında küçük bir farklılık, ters etki olarak kabul edilmeli midir? Bu durumlar eğer (hızla) geri dönüşlü ise aynı zamanda; sadece maruziyetin biyolojik göstergeleri olarak da kabul edilebilir.
Zehir özelliğini veren sadece “doz” mudur?
3
Sonuç olarak, şiddetli ters etkilerin kolayca tanımlanabildiği durumlar olduğu gibi, insan sağlığı konusunda önemi şüpheli olan “gri bölge” etkileri de bulunmaktadır. Her ilacın özgün bir toksikolojik özelliği vardır Çoğu kez tedavi edici kullanımlarına göre sınıflandırılan ilaçlar, çeşitli etki mekanizmalarıyla farklı şekilde ters etkiler ortaya çıkaran birçok farklı maddeyi içerir. Aynı sınıfta bulunan tedavi edici maddeler çoğu kez aynı ters etkileri gösterir (‘sınıf etkileri’). Örneğin, steroid olmayan antiinflamatuvar ilaçların ortak gastrointestinal yan etkileri vardır ve nefrotoksik de olabilirler; ama her farklı bileşiğin kendine özgü bir “toksikolojik özelliğinin” olması beklenir. Bu özelliğin belirtilmesinde bileşiğin kimyasal ve fiziksel özelliklerinin (suda çözünürlük, hidrojen bağlama, tepkisellik, büyüklük, iyonizasyon derecesi vb.) çok önemli rolü olması nedeniyle, bir kimyasal maddenin toksisitesini araştırırken ve değerlendirirken bunların bilinmesi ön koşuldur. Bir ilacın biyolojik etkileri, genellikle ana bileşiğin veya metabolitlerinin kimyasal yapısına bağlıdır ve bu kimyasal ve fiziksel özellikler bir maddenin neden olabileceği bölgesel veya sistemik ters etkileri büyük ölçüde belirler. Birçok ilaç absorbe edildikten ve dağılıma uğradıktan sonra etkisini (sistemik etkiler) gösterirken, bazı kimyasal maddeler (örn. kuvvetli asitler ve bazlar veya epoksitler gibi oldukça saldırgan bileşikler) ilk temas yerinde birincil etkilerini gösterir. Yüze sıçrayan kuvvetli alkali maddelerin gözde ve ciltte yaptığı ciddi yanıklar, aşındırıcı maddelerin yutulmasıyla sindirim sistemi epitel hücrelerindeki ülserler ve tahriş edici bir maddenin solunum ile alınmasını takiben solunum yollarındaki yangı (inflamasyon) bunlara özgü örneklerdir. Sonuç olarak, her bileşiğin kendine özgü toksikolojik özellikleri (sınıf etkileri dahil) olması beklenmelidir; toksisitenin görüldüğü bölgeyi, çoğunlukla bileşiğe maruziyet yolu ve bileşiğin fizikokimyasal özellikleri belirler. Zehir özelliğini veren sadece “doz” mudur? Toksikolojideki en temel kavramlardan biri maddeyi zehir yapanın ‘doz’ olduğudur. Bunun anlamı, her kimyasal maddenin belli bir dozda toksik olacağıdır. Bazı bileşikler çok az miktarda alındığında öldürücü olabilirken (örn. botulinum toksini), bazı bileşiklerin ters etkileri, ancak göreceli olarak fazla miktarlarda alındıkları za-
4
Genel toksikoloji
man görülebilmektedir (örn. sakkarin). Genellikle kimyasal bir madde önemli bir bölgeye, yeterince uzun bir süre, yeterli yüksek bir konsantrasyonda ulaşmadıkça, hiçbir ters etki oluşturamaz. Bu da, çok toksik bir maddenin kapalı bir kapta tutulduğu sürece zararsız olduğu, ancak göreceli olarak toksik olmayan kimyasal bir maddenin dikkatsizce kullanıldığı zaman tehlikeli olabileceğini göstermektedir. Çoğu ilaç ağız yoluyla (oral) alınır ve bu durumda dozun özgün ölçütleri, mg/ kg veya μmol/kg vücut ağırlığı (veya türlerarası karşılaştırmalar için cm2 vücut yüzeyi başına)’dır. Aynı ölçütler damar içi (intravenöz) uygulama ve diğer bolus doz tiplerinde de kullanılır. Sprey kullanılan solunum çalışmalarında sadece doz değil, aynı zamanda konsantrasyon da önemlidir ve aynı şartlar deriye uygulanan ilaçlar için de geçerlidir. Az miktardaki ilaç, aşırı yüksek konsantrasyonda verildiğinde, ilacın bölgesel olarak kuvvetli bir etkisi olabilir (örneğin, ciddi bir kızarıklığa -eriteme- neden olabilir), ancak aynı miktar ilaç çok daha seyreltik bir şekilde uygulanacak olursa herhangi bir bölgesel etki oluşturmayabilir. Dozaj (doz uyarlama)’dan söz etmek, genellikle dozdan söz etmekten daha çok bilgi verir. Dozaj, belli bir sürede (örneğin tekrarlanan doz toksisite çalışması) organizmanın aldığı veya organizmaya verilen toksik madde miktarı olarak tanımlanabilir ve bu durumda özgün ölçü birimi mg/kg vücut ağırlığı/gün’dür. Mevcut maruziyetin daha da iyi ölçütü, içsel (sistemik) dozdur, çünkü maruziyetin bu şekildeki ifadesi (en azından sistemik etkileri olan toksik maddeler için), olası ters sağlık etkileri açısından doz veya dozajdan çok daha önemlidir. Bu nedenle içsel doz (genellikle toksik maddenin kandaki konsantrasyonu) ilaçların toksisite çalışmalarında düzenli olarak izlenir. Bir ilacın toksisite çalışmalarını planlarken (özellikle uzun dönem çalışmada) uygun dozajın seçimi çok önemlidir. Çok düşük dozajlarda ciddi sağlık etkileri gözden kaçırılabilir. Özellikle kemiricilerde 2 yıllık kanserojenite çalışmalarında olduğu gibi, deney hayvanlarının belli bir kısmının sağ kalmasına dayanan veri yorumu, eğer dozaj çok yüksekse, erken hayvan ölümlerinin gözlenmesi ile bozulabilir. Toksik maddelerin etki bölgesindeki konsantrasyonları dozajla ilişkilidir. Son “hedef dozu” (örn. hedef bölgede gerekli bir süre bulunan toksik madde miktarı), maruziyet şekli ve toksik maddenin emildikten sonra vücuttaki yazgısı gibi birçok etkenle kontrol edilir. Belli bir toksik maddeye maruz kalan bireyler (ve türler) arasında duyarlık açısından büyük farklılıklar olabilir. Bireyler arası ve bireyler içi duyarlık farklılıkları, genetik yapı, yaş, cinsiyet, sağlık ve beslenme durumu, diğer toksik maddelere önceki ve devam eden maruziyet
İlaçlar hem ani, hem gecikmiş toksisiteye neden olabilir
5
ve iklim koşulları gibi birçok etkene bağlıdır. Diğer koşullarda olabilecekleri öngörebilmek amacıyla daha önce yapılan araştırmalardan elde edilen sonuçları kullanırken, tüm bu etkenler dikkate alınmalıdır. Sonuç olarak, her ne kadar “doz” kavramı oldukça basit gibi görülse de açık bir şekilde tanımlamak kolay değildir. “Dışsal doz” (ağızdan alınan, solunan veya deriye uygulanan asıl miktar), “sistemik (veya içsel) doz” (genellikle kandaki konsantrasyonu), “doku (veya organ) dozu” (toksik maddenin emilim, dağılım ve metabolizmasından sonraki çeşitli dokulardaki miktarı veya konsantrasyonu) veya “hedef dozu” (hedef bölgede yeterli süre bulunan son toksik madde miktarı) ile ilgili olabilmektedir. Doku ve hedef dozlarını ölçmek genellikle çok zordur (özellikle insanda), bu nedenle sistemik doz, genellikle sağlığa ters etkilere ilişkin risk açısından maruziyetin en kesin ölçüsüdür. İlaçlar hem ani, hem gecikmiş toksisiteye neden olabilir Geçmişte, eğer bileşik yüksek tek bir dozda uygulandığında, ani ters etkileri yoksa, çoğu kez zararsız olarak düşünülürdü. Günümüzde bazı toksik maddelerin vücutta biriktiği ve maruziyet yeterince uzun süreli ise düşük dozlarda bile bu maddelerin dokulara ulaşan düzeylerinin, “doku dozları”nın, önemli derecede yükselebildiği anlaşılmıştır. Bazı tipteki toksik maddelere (örn. güçlü genotoksik maddeler) kısa dönem düşük doz maruziyetin bile gecikmiş ters etkilere [kötü huylu (malign) tümörler] yol açmaya yeterli olduğu anlaşılmıştır. Toksisite testlerinde maruziyetin süresi ve sıklığını tanımlamak için “akut” ve “kronik” terimleri kullanılır, ancak bu terimler gözlenen ters etkilerin özelliklerini açıklamak için de kullanılabilir. Bu nedenle, tek doz maruziyet, her ne kadar birçok durumda akut etkilerle (örn. maruziyetten sonra birkaç dakika ile birkaç güne kadar görülebilen ani oluşan ters etkiler) ilişkilendirilse de, belli bir süre geçtikten sonra görülebilecek gecikmiş ters etkilere de neden olabilir. Akut maruziyet ile gecikmiş etki için belirgin bir örnek; plutonyum-239 (Pu+4 tuzu şeklinde)’un akut solunmasından sonra görülen akciğer kanseridir. Daha seyrek görülen ancak çok çarpıcı bir örnek ise organik fosforlu triortokrezilfosfat esterine maruz kalan insanlarda gözlenen geçikmiş nörotoksisitedir. Son örnekte, kazara akut oral maruziyetten birkaç gün sonra diğer birçok organofosfat esterleri ile oluşan akut etkinin özgün kolinerjik zehirlenme belirtileri görülmeksizin merkezi ve periferal sinir sisteminde ciddi aksonopati gözlenmiştir. Uzun dönem kronik maruziyetler genellikle kronik etkiler ile ilişkilidir.
6
Genel toksikoloji
Maruziyetin süresine ve sıklığına bağlı olarak kimyasal maddelerin deneysel toksisite çalışmaları, genellikle kısa dönem veya uzun dönem (kronik) toksisite çalışmaları olarak nitelendirilir. Bu deneylerdeki ilaç uygulama yolları, mutlaka ilacın amaçlanan kullanım yolunu kapsamalıdır. Bir akut çalışmada en fazla maruziyet süresi genellikle 24 saat ile sınırlandırılır. Bileşik ağız yolu (örn. birçok çalışmada tek bir doz), solunum (örn. 6 saat) veya deri yolu (tıraşlanmış deri bölgesine genellikle 24 saat) ile verilebilir. Kısa dönem tekrarlanan doz çalışmasında (önceden subakut çalışma olarak adlandırılan) maruziyet süresi en fazla bir ay olarak sınırlandırılır. Subkronik toksisite çalışmasının süresi, deney hayvanının yaşam süresinin %10’u kadardır (bu süre kemiriciler için 90 gündür). Uzun dönem toksisite çalışmasındaki maruziyet süresi, en az 12 ay olmalıdır, ancak fare ve sıçanlarda genellikle 18-24 hafta uygulanır. Uzun dönem toksisite çalışmalarında, incelenen bileşik besinle veya içme suyuna konularak (devamlı maruziyet), gavaj veya kapsül ile (genellikle günde bir kez oral doz, 5 gün/hafta), deri üzerine (genellikle günde bir uygulama, 5 gün/hafta) veya solunan havayla (örn. 8 saat/gün, 5 gün/hafta) uygulanabilir. Bazı çalışmalarda deney hayvanlarının birkaç nesli maruz bırakılır (örn. İki nesil üreme toksisitesi çalışmaları). Biyoyararlanım ve toksikokinetik: Sistemik toksisite için iki önemli etken Biyoyararlanım, kimyasal maddenin uygulama yerinden sistemik dolaşıma ne ölçüde ulaşabildiğinin göstergesidir. Doruk biyoyararlanım (ve dolayısıyla en yoğun ve hızlı ortaya çıkan toksik yanıt), biyoyararlanımın %100 tanımlandığı damar içi uygulamadan sonra olur. Bileşiğin vücuda giriş yolu, biyoyararlanımı belirleyen etmendir. Maddenin kimyasal ve fiziksel özellikleri, emilimi (hızını) ve ilk geçiş metabolizmasını belirler. Oral uygulama sonrası ilk geçiş metabolizması yoksa, tam olarak absorbsiyona uğrayan maddeler için biyoyararlanım %100’e yakın olabilir, ancak bu oran genellikle daha azdır. Diğer bir önemli etmen ise toksik maddenin çevresel zemininden (nanopartiküller, solunan partiküller, yavaş salınım ürünleri, kremler, vb.) salınma hızıdır. Birçok toksik madde basit difüzyonla absorbe olduğundan; büyük, yağda çözünürlüğü az, iyonize moleküllerden çok, küçük, yağda çözünür ve iyonize olmamış moleküller genel olarak tam absorbe olmaya daha uygundur (daha iyi biyoyararlanımı vardır).
Biyoyararlanım ve toksikokinetik
7
Toksik maddelerin absorpsiyon, dağılım, metabolizma ve atılım hız ve yolları üzerine çalışmalar, toksikokinetik çalışmalar olarak bilinir. Bu çalışmalar, ilaç ve metabolitlerine sistemik maruziyeti değerlendirmek için önemlidir, çünkü kanda bulunanlar dokulara da ulaşacaktır. Kimyasal maddenin deney hayvanlarında toksikokinetik çalışmaları yapılırken bileşik ya olduğu gibi veya radyoaktif bir izotop (genellikle trityum (3H) veya karbon-14 (14C)) ile işaretlenerek uygulanabilir. Bu şekilde toksik maddenin (ve/veya metabolitlerinin) konsantrasyonu, çeşitli zaman dilimlerinde farklı vücut sıvılarında, organlarda ve/veya vücut atıklarında gaz veya sıvı kromatografisi yöntemleri ve/veya kütle spektrometrisi ile ölçülür. Toksikokinetik çalışmaları yapılırken hem yüksek, hem düşük dozlar, tek ve tekrarlayan maruziyet, farklı maruziyet yolları, her iki cinsiyet, farklı yaşlar, gebe ve gebe olmayan hayvanlar ve farklı türler kullanılmalıdır. Bir toksik maddenin farklı maruziyet koşullarında vücuttaki yazgısının bilinmesi, ileride yapılacak olan toksisite çalışmalarının düzenlenmesinde uygun deney koşullarının seçimini kolaylaştıracaktır. Toksikokinetik çalışmalarda belirlenen kinetik veriler, toksik maddenin (ve/veya metabolitlerinin) organizmanın çeşitli bölümlerindeki konsantrasyonunun zamanla değişimi hakkında öngörüde bulunacak matematiksel yöntemlerde kullanılır. “Fizyolojik” veya “bölme” tabanlı modellerin kullanılması ise örneğin, çeşitli absorbsiyon ve eliminasyon hız sabitlerinin, hepatik, renal ve tüm vücut klerenslerinin, biyolojik yarılanma ömürlerinin, gerçek dağılım hacimlerinin ve toksik maddenin çeşitli organlardaki sabit durum konsantrasyonunun hesaplanmasına olanak sağlar. Bu, farmakokinetik yaklaşım ve yöntemlere karşılık gelir. Verilen bir bileşiğin değişik türler (insanlar dahil) arasında toksisitesinin değerlendirilmesi ve karşılaştırılması sırasında içsel (sistemik) maruziyet bilgileri gereklidir. Bu nedenle toksikokinetik çalışmalar, hayvan toksisite verilerinin insan sağlığı risklerinin, değerlendirmesine yansıtılabilmesinde çok önem taşımaktadır. Bu veriler, örneğin, farklı türler için farklı maruziyet koşullarında çeşitli almaçlar (reseptörler) ve/veya enzim sistemleriyle olası etkileşmeleri değerlendirebilecek veya öngörebilecek bilgi sağlayacaktır. Bu nedenle, hayvan deneyleri ve insanlar arasında sistemik toksisite kıyaslanırken, hayvan çalışmalarında gözlenen ters etkilerin güvenlik sınırları tahminleri, eğer uygulanan doza değil de, sistemik maruziyetin toksikokinetik verisine dayanıyorsa daha güvenilirdir.
8
Genel toksikoloji
Sonuç olarak, belli bir ilacın toksikolojik özelliği belirlenirken, hastalarda kullanılması düşünülen uygulama yolu her zaman göz önüne alınmalıdır. Genellikle (her zaman değil) belli bir dozda verilen ilacın biyoyararlanımı, aşağıdaki sıraya göre azalır: Damar içi > solunum > ağız yolu > deri yolu ile uygulama. Emilim
Bir toksik maddenin kan dolaşımına girerek sistemik toksisitesini gösterene kadar geçmesi gereken engeller bulunmaktadır: Deri, solunum veya oral uygulamada sırasıyla deri, akciğerler ve sindirim kanalı, biyolojik engeller oluşturur. Bu engeller damar içi ve kas içi enjeksiyon yapıldığında doğal olarak aşılmış olur. Bazı bileşikler özelleşmiş taşınım sistemleri (örn. besin öğeleri, elektrolitler ve diğer temel elementlerin alımı için taşıyıcılar) ile vücuda girer, ancak birçok toksik madde, sindirim kanalı, akciğer veya derideki epitel hücre katlarından basit difüzyonla geçerek absorbe edilir. Yağda çözünür, küçük ve iyonize olmayan moleküller bu nedenle, daha az yağda çözünen, büyük ve iyonize moleküllere göre daha kolay absorbe edilir. Yağda çok az çözünen, suda oldukça fazla çözünen bileşikler bağırsak kanalından iyi absorbe edilmez. Bu durum, suda çözünürlükleri çok düşük olduğu için, yağda çok fazla çözünen bileşiklerin bağırsak lümeni ve kandaki geçişleri için de geçerli olabilir. Eğer bir bileşik sindirim kanalından emilmesini zorlaştıracak fizikokimyasal özelliklere sahipse, bileşik büyük bir olasılıkla herhangi bir sistemik toksisiteye neden olamayacaktır. Örneğin, orlistat, barsaktaki lipazlara etki ederek kilo azaltıcı etki gösteren bir lipaz engelleyicisidir. Sadece barsak lümeninde bölgesel etki göstermesi gerektiği için, sistemik dolaşıma geçmemesi bir üstünlüktür. Oral olarak verilen bazı bileşikler genel dolaşıma hemen hemen hiç ulaşamaz, çünkü barsak mukozası veya karaciğerde enzimler tarafından metabolize edilir. Ağızdan alınan bir bileşik gastrointestinal kanalda emildiğinde, önce portal ven ile çeşitli etkisizleştirici enzimlerle karşılaşabileceği karaciğere geçer (buna ilk geçiş etkisi denir). Bu durum, suda çözünürlükleri çok düşük olduğu için yağda çok fazla çözünen bileşiklerin barsak lümeni ve kandaki geçişleri için de geçerli olabilir. Aynı madde akciğer veya deri yolu ile vücuda girecek olursa, genel dolaşıma alınır ve yeterli yüksek konsantrasyonlarda birikirse de sistemik toksisite yapabilir. Bir toksik maddenin toksisite gösterebilmesi için geçmek zorunda olduğu diğer içsel engeller vardır. En önemlisi muhtemelen “kan-beyin engeli”dir, ancak kan-testis engeli gibi başka engeller de vardır. Bu engeller, aktif taşınım
Biyoyararlanım ve toksikokinetik
9
mekanizmaları olmadıkça, yağda çözünürlüğü az olan bileşiklerin geçişinin önlenmesi veya azaltılması için bazen çok özelleşmiş hücre katlarından oluşmuştur. Hücre membranlarındaki taşıyıcılar, özellikle de P-glikoprotein pompası, duyarlı organları farklı bileşiklerin olası toksisitesinden koruyan çeşitli engellerin devamlılığında yaşamsal rol oynar. Kan-beyin engeli, dolaşımdaki maddelerin beyne geçişini (influks) kısıtlayan bir geçiş engelidir. Bu engel, birçok toksik maddeyi (çok küçük ve lipofilik olanlar hariç) geçirmez yapan anatomik ve fizyolojik özelliklerden (pompalar, endotel hücreler arasındaki sıkı bağlantı kavşakları, pencere düzeneği olmayışı gibi) kaynaklanır. Beynin işlevi için gereken temel besin öğeleri ve bileşikler, genellikle taşıyıcı aracılığıyla engeli geçmektedir. Bir toksik maddenin kan-beyin engelini aşıp aşamayacağı, merkezi sinir sistemi toksisitesini büyük ölçüde belirler. Embriyo veya fetüste bu kanbeyin engelinin geçirgenliği fazladır, bu da, fetüs ve yenidoğan merkezi sinir sisteminin yetişkine göre daha savunmasız olmasına katkı sağlar. Geçmişte, plasentanın embriyo ve fetüsü toksik maddelerden koruduğuna inanılırdı. Ancak bu “engel” gerçekte çoğu ilacın sadece geçişini geciktirir. Birçok toksik madde, genellikle pasif diffüzyonla ancak bazı durumlarda aktif taşınım ile plasentadan kolayca geçer. Bu nedenle, belli bir süreden sonra anne ve fetüsün aynı içsel maruziyeti söz konusudur. Kan-testis (veya Sertoli hücresi) engelinin erkek üreme hücrelerine (mayoz ve mayoz sonrası dönemlerde) bir ölçüde koruma sağladığına inanılır. Dişi üreme hücrelerinin de büyük olasılıkla yumurta hücrelerini (oositleri) çevreleyen zona pellucida ile korunduğu düşünülür. Ancak, bu engellerin gerçek etkinliği halen belirsizdir. Dağılım
Her ne kadar bölgesel olarak meydana gelen ters etkiler dolaylı olarak sistemik etkilere (örn., deride ciddi asit yanıklarından sonra oluşan böbrek hasarı) yol açabiliyorsa da, toksik madde hedef organlarda yeterince yüksek konsantrasyonlara ulaşamadıysa sistemik toksisite oluşamaz. Bir toksik maddenin dağılımı üzerine çalışmalar; absorbe olan toksik maddenin (ve/veya metabolitlerinin) vücuttaki dolaşımı ve dağılımını etkileyen işlem(ler)le ilgilidir. Üç farklı dağılım şekli ilgi konusudur: Vücut içinde, organ içinde ve hücre içinde. Eğer bir bileşik radyoaktif bir izotopla işaretlenirse, tüm vücudun otoradyografisi ve/veya mikrootoradyografisi ile dağılımının incelenmesi mümkündür.
10
Genel toksikoloji
İşaretlenmemiş deney bileşiğinin (ve/veya metabolitinin) konsantrasyonu çeşitli analitik yöntemler kullanılarak da ölçülebilir. Eğer özgül bir organ, ilacı veya metabolitini biriktirirse bu sorun yaratabilir. Tüm vücudun otoradyografi ile incelenerek, ilacın yüksek miktarda ve seçici olarak birikmesinin güzel bir şekilde gösterilebilmesine verilebilecek bazı örnekler; klorpromazin ve klorokinin üvede (gözün retina tabakasının arkasındaki renkli tabakalar), tiyourasilin hayvanlarda yetişkin ve fetüs tiroit bezlerinde ve gentamisinin böbrek proksimal tübüllerinde birikmesidir. Emilim gerçekleştikten ve kana geçtikten sonra, bileşik genellikle tüm vücuda oldukça hızlı bir şekilde dağılır. Dağılımın hızı ve düzeni, ilacın kanda çözünürlüğü, bölgesel kan akışı, toksik maddenin çeşitli serum proteinlerine ve doku bileşenlerine olan ilgisi ve bazı hücreler tarafından taşıyıcı-aracılıklı alımı (örn. böbrekteki proksimal tübül hücreleri) gibi birçok etkene bağlıdır. Bazı toksik maddeler hedef organlarında birikirken (örn., klorokinin üveada birikmesi) bazıları toksisiteden birincil olarak etkilenmeyen dokularda birikebilir. Örneğin, yağda çözünürlüğü yüksek olan ilaçlar, yağ depolarında birikir ve bölgesel hasar oluşturmaksızın geniş dağılım hacimlerine ve uzun eliminasyon yarı ömrüne sahiptir. Biyotransformasyon
Ksenobiyotiklerin biyotransformasyonu, toksik metabolitlere biyoetkinleşmesinde olduğu kadar (toksifikasyonu) detoksifikasyonunda da temel rol oynar. Bu nedenle, bir kimyasal maddenin toksisiteye neden olup olmayacağını belirleyen en önemli etkenlerden biri biyotrasformasyon hızı ve şeklidir. Toksik maddenin biyotransformasyonunu genetik yapı, yaş, cinsiyet, türler, soy, beslenme durumu, var olan hastalıklar ve aynı zamanda enzim arttıran ve/veya engelleyen diğer ksenobiyotiklere maruziyet gibi birçok etken rol oynar. Memeliler, her gün vücuda giren çok sayıdaki yabancı maddelerle baş edebilmek için, evrimleri süresince özel sistemler geliştirmiştir. Biyotransformasyon, ksenobiyotikleri idrar ve/veya feçes ile daha kolay vücuttan atılabilmeleri için suda çözünür ürünlere dönüştürür. Biyotransformasyon, çoğu kez daha az toksik metabolitlerin artan etkisizleşmesine yol açan detoksifikasyon olarak kabul edilir. Ancak, bazen bu işlem biyoetkinleşmesine de neden olabilir. İlaç metabolizması hakkında daha kapsamlı bilgi almak için 2. Bölüm’e bakınız.
Biyoyararlanım ve toksikokinetik
11
Atılım
Bir toksik maddenin vücuttan eliminasyon (uzaklaştırılması ve etkisizleştirilmesi) genellikle dışarıya atılan (genellikle idrar, feçes ve/veya dışa verilen hava) toksik madde ve/veya metabolitlerinin miktarının ölçülmesiyle incelenir. Bu ölçümler genellikle uygulanan dozun %95’i geri kazanılıncaya kadar yapılır. Ksenobiyotiklerin ve metabolitlerinin uzaklaştırılmasında böbrek en önemli organdır. Böbrekler yoluyla olan bu işlemler işlemleri oldukça karmaşıktır, en az üç farklı yolak bulunmaktadır: Glomerüler filtrasyon, pasif difüzyonla tübüler salınım ve aktif tübüler salgılama (başlıca organik asit ve bazlar ve bazı proteine bağlı toksik maddeler için). Glomerüllerde plazma ile birlikte süzülecek kadar küçük olan bileşikler, eğer yeterince yağda çözünürlükleri varsa, tübüllerde geri emilebilirler (bkz. Bölüm 8). Karaciğerden safra yoluyla veya sindirim sistemi çeperlerindeki barsak hücreleri tarafından atılıma uğrayan bileşikler gibi oral alınmış, ancak emilmemiş bileşikler de feçesle atılır. Bazı toksik maddeler için safrayla itrah önemli bir uzaklaştırma yoludur. İlaçlar karaciğerde metabolizmaya uğradığında, metabolitler ya kan dolaşımına geçer (ve böbrekler tarafından atılır) veya safraya (genellikle taşıyıcı-aracılıklı) atılır. Molekül ağırlığı oldukça yüksek olan bileşikler (sıçan, kobay ve tavşanlarda 300-500’den, insanlarda 500-700’den fazla) esas olarak safra yoluyla, daha düşük molekül ağırlıklı olanlar ise idrarla atılır. Safrayla atılan bileşikler ince barsaklardan geri emilime uğrayabilir (enterohepatik döngü). Uçucu bileşiklerin atılımı için solunum sistemi de önemli bir uzaklaştırma yolu olabilir. Solunum sistemi yoluyla uzaklaştırma hızı, en önemlisi bileşiğin uçuculuğu olmak üzere, kanda çözünürlüğü, akciğerlere kan akışı ve solunum hızı gibi birkaç etmene bağlıdır. Uygulanan dozun %95’inin geri kazanılabilmesi için, bazı durumlarda süt, ter, tükürük, gözyaşı ve saçtaki miktarların da ölçülmesi gerekli olabilir. Özellikle emziren annelerin sütündeki atılım miktarları önemlidir; çünkü annenin kullandığı ilaç ve/veya metabolitine bebek de maruz kalabilir. Kalıcı çevresel kimyasal maddelere devamlı bir temas olduğu durumlarda bu, önemli bir istenmeyen maruziyet yoludur. Eğer absorbsiyon hızı, biyotransformasyon ve/veya eliminasyon hızlarını geçerse toksik madde vücutta birikecektir. Bir bileşiğin biyolojik yarılanma ömrü (t½), absorbe edilmiş miktarın vücutta yarıya inmesi için gereken zaman olarak tanımlanabilir. Çoğu kez, toksik maddenin plazma veya özgül organdaki
12
Genel toksikoloji
konsantrasyonu eliminasyon yarı-ömrünü gösterir. Farmakokinetikte olduğu gibi, bir bileşiğin tüm eliminasyonunu belirlemek için birkaç yarı-ömüre eşit bir zaman gerekli olabilir. Anlaşılacağı üzere, uzun yarı-ömürler, uzamış toksik etkilere yol açabilir. Biyolojik yarı-ömür, farklı toksik maddeler arasında saatlerden (örn. fenol), yıllara (örn. bazı dioksinler) veya onlarca yıla (örn. kadmiyum) kadar önemli ölçülerde değişir. Doz-yanıt ve eşik değerler: Toksikolojide temel kavramlar Farmakolojide olduğu gibi “doz” (maruziyetin boyutu) ve “toksik yanıt” (oluşan ters etkinin boyutu) arasında nicel bir ilişki bulunmaktadır. “Doz-etki” ilişkisi, yani toksik maddenin farklı dozlarına maruziyetten sonraki kademeli yanıt ile, “doz-yanıt” ilişkisi, yani toksik maddenin değişen dozlarına maruz kalan toplumlarda “nicel” bir yanıtın oluşma sıklığı arasında ayırım yapılması yararlıdır (Şekil 1.1 ve 1.2). Ölüm ve klinik olarak gözlenen tümörler açıkça “nicel” yanıtlardır (hep veya hiç etkisi); ancak tanımlanmış ters etki düzeyi ve etki oluşturmayan düzey arasındaki sınır belirlenip çıkarıldığında, tüm ters etkiler nicel yanıtlara çevrilebilir (Şekil 1.2). Bu nedenle, doz-etki ilişkisi bir bireyde veya grupta bir etkinin büyüklüğünü belirtirken (örn. karaciğer toksisitesinin büyüklüğü kandaki transaminazların etkinliği ile veya bilirubin düzeyi ile ifade edilir), doz-yanıt ilişkisi toplumdaki özel bir etkinin sıklığını gösterir. İn vitro veya in vivo (hayvanlarda veya insanlarda) gözlenen bir ters etki tekrarlanabilir ve doza bağımlı ise (içsel) maruziyet ile nedensel bir ilişki vardır. Toksikokinetik ve toksikodinamik çalışmalarda bu ilişki nicel olarak tanımlanabilir. Bu da, ters etkinin ilişkisiz bir etkenden değil, toksik maddeden kaynaklandığını gösterir. Toksik madde, hücrelerdeki veya dokulardaki (bkz. aşağıya) mikroçevreyle etkileşerek etkinlik göstermediği sürece, toksisitesini bir çeşit “özgün almaç”la etkileşerek oluşturduğu da belirtilir. Etki veya yanıtın büyüklüğü, “almaç bölgesindeki” toksik maddenin konsantrasyonuna bağlıdır ve bu almaç konsantrasyonu da uygulanan dozla ilişkilidir. Toksik madde ile özgün endojenik hedef molekül arasındaki doğrudan bir etkileşimden çok, hücre veya dokuların mikroçevresindeki önemli bir değişmeyi takiben meydana gelen toksisitenin bir örneği olarak, etilen glikolün oksalik asit metabolitine bağlı olarak oluşan ters etkiler gösterilebilir.
Doz-yanıt ve eşik değerler
13
Şekil 1.1. Toplamsal doz-yanıt ilişkisi. Örneğin karaciğer nekrozu oluşturan bir ilacın artan dozlarına maruz kalan hayvanlarda, her dozda etkinin gözlendiği yüzde belirlenir ve grafikte dozun logaritmasına karşı işaretlenir. Bu sigmoid eğride deneysel noktalar gösterilmiştir. TD50 (deney hayvanlarının % 50’sinde önceden belirlenmiş etkinin gözlendiği doz) işaretlenir. Bu olgudaki önceden belirlenmiş etki, örneğin uygulamadan 12 saat sonra alınan karaciğer örneklerinin histolojik kesitlerindeki hücrelerin %10’undan fazlasının nekrotik olmasıdır. Eşik değer yaklaşık 10 mg/ kg’dır.
Bu bileşik, beyindeki kılcal damarlarda ve böbrek tübüllerinde (etilen glikol ile zarar gördüğü bilinen organlar) depolanan, suda çözünmeyen kalsiyum oksalat kristallerini oluşturarak, kalsiyum şelasyonu ile hipokalsemiye neden olabilir. Hücrelerin sulu biyofazındaki hidrojen iyonu konsantrasyonunu değiştiren bileşikler (örn. pH değiştiren asitler) ve özgül olmayan şekilde hücre zarlarının lipit fazını değiştiren ajanlar (örn. deterjanlar ve organik çözücüler) diğer örneklerdir. Doz-yanıt eğrileri birçok farklı şekilde oluşturulabilir
Şekil 1.1-1.7 farklı çeşitlerdeki “doz” ve “yanıt” veya “etki” ilişkilerini göstermektedir. Maruziyetin boyutu (bağımsız değişken) genellikle x-ekseni üzerine
14
Genel toksikoloji
Şekil 1.2 Doz-etki ilişkisi. Deney hayvanı gruplarına hepatotoksik bir ilacın artan dozları verilir ve uygulamadan 24 saat sonra serumda transaminaz etkinliği ölçülür. Her grup için ortalama etkinlik değeri (standart sapmaları ile) verilir. Gri bölge, geçmişteki tüm kontrollerde (normal dağılım) etkinlik dağılımını gösterir; yukarı bölgedeki etkinlik ise pozitif kabul edilir (bu olguda karaciğer toksisitesini gösterir). Derecelenmiş yanıtın nicel yanıta çevrilmesi için gri bölgenin üzerindeki düzeylerde etkinlik gösteren deney hayvanları için pozitif olan seçenek (toksisite var/yok seçeneği) sayılır.
yarı-logaritmik olarak, yanıt veya etkinin büyüklüğü (bağımlı değişken) ise y-eksenine işaretlenir. X-ekseninde logaritmik ölçek kullanılmasının başlıca nedeni, bu şekilde simetrik bir eğri elde edilmesi ve grafiğin üzerinde daha geniş doz aralığının kullanımına olanak sağlamasıdır. Doz-yanıt eğrisi (“nicel” bir yanıt ile), toksik bir maddenin verilmiş bir dozuna toplumun hangi kısmının yanıt vereceğini gösterir. Y-ekseninde kümülatif yüzdeler (Şekil 1.1’deki gibi), sıklıklar (Şekil 1.3’deki gibi) veya probit ünitesi (Şekil 1.4’de olduğu üzere) gibi birçok farklı birimler kullanılabilir. Doza bağımlı olarak sürekli değişen yanıtın (etki) doz-etki eğrisinin y-ekseninde kullanılan birimler genellikle aritmetiktir ve asıl (örn. Şekil 1.2’deki gibi Ü/ml) veya türetilmiş (örn. Maksimum yanıtın yüzdesi) olabilir.
Doz-yanıt ve eşik değerler
15
Şekil 1.3 Toplamsal olmayan doz-yanıt ilişkisi. Her bir hayvanda toksik etkinin (örn. Nöronal aksonopati) ortaya çıkması, her hayvan için daha önce tanımlanan ağrı etkisinin görüldüğü dozun belirlenmesi şeklinde incelenmiştir. Deney hayvanları sonradan, doz gruplarına göre (şekilde sütun grafiği halinde gösterildiği gibi) sınıflandırılmıştır. Eğrinin solu hassas hayvanları, sağı dirençli hayvanları göstermektedir. Sütunlar toplandığında (bir araya getirildiğinde) Şekil 1.1’deki eğri elde edilir. Normal log dağılımı Gauss dağılımına yakındır (başka bir deyişle normal dağılım gösterir). Daha sonra standart sapmanın (normal eşdeğer sapmalar) katlarıyla sıklık yanıtı belirtilebilir. Böyle bir durumda, toplumun % 50’sinin ± 2 standart sapmayla yanıt vereceği doz aralığı, maruz kalan toplumun % 95’ini içerecektir. Normal eşdeğer sapmalar, sıklıkla standardize edilmiş normal dağılımların değerine sabit 5 değeri eklenerek (eksi sayıları önlemek için) probit birimlerine çevrilirler (bkz. Şekil 1.4).
Gauss dağılımı (normal dağılımlı veri) Yüzde yanıt
Normal eşdeğer sapma (SD)
Probit birimi
99,9
+3
8
97,7
+2
7
84,0
+1
6
50,0
0
5
16,0
-1
4
2,3
-2
3
0,1
-3
2
16
Genel toksikoloji
Tedavi edici etkisi
Şekil 1.4 Çeşitli etkilerin Probit Çizimi. Doz-yanıt verisi, bir probit grafiği şeklinde bilinmeyenlerin tahmin edilebilmesi için düzenlenebilir: Standart normal dağılımlardan sağlanan olasılık birimleri, nicel (veya derecelendirilmiş) yanıtlar (bu durumda sırasıyla, terapötik etki, toksik etki ve ölümdür) ölçüldüğünde, bileşiğin dozunun logaritmasına karşı işaretlenir. Log-doz verisi doğrusal grafikler verir ve bu, bilinmeyen veriyi tahmin etmeyi kolaylaştırır. ED50= Deneklerin %50’sinde istenen etkiyi sağlayan doz, TD50= Deneklerin %50’sinde tanımlanmış toksisiteyi gösteren doz ve LD50= Deneklerin %50’sinde ölüme neden olan doz.
Doz-yanıt eğrisini çizebilmek amacıyla, gruptakilerin her biri için önceden tanımlanmış bir etkiyi (örn. Karaciğer toksisitesi kanda transaminaz etkinliği ortalama kontrol seviyesinin 4 katı olduğunda tanımlanır) oluşturabilecek en düşük doz gerekmektedir. Eğer denekler çok homojen ise (yaşam koşullarında farklılık olmayan, soy içi üretilen sıçanlar), sıçanlar arasında bu en düşük doz, çok az bireysel farklılık gösterecektir; ancak insanlarda genetik ve yaşam farklılıkları çok değişik duyarlılıklara neden olur. Bu eğriyi elde etmek için, toplumdaki her birey, artan dozlarla, önceden tanımlanmış etki gösterene kadar incelenir. Her birey için gereken doz kaydedilir ve bireyler doz gruplarında bir
Doz-yanıt ve eşik değerler
17
Yanıt (örn. Karaciğer kanserli erkek fare yüzdesi)
NOAEL
LOAEL
Şekil 1.5 Karsinojenik etki için doz-yanıt grafiği. Karsinojenitenin tekrarlanan doz toksisite çalışmasında, bir kontrol grubu (genellikle sadece taşıyıcı madde verilen) ve deney bileşiğinin farklı dozlarının verildiği üç hayvan grubundan elde edilen özgün bir doz-yanıt eğrisidir. Ters etki görülmeyen düzey “NOAEL” (no observed adverse effect level) ve ters etki gözlenen en düşük düzeyi “LOAEL” (lowest observed adverse effect level).
araya getirilir ve Şekil 1.3’teki gibi grafiklenir. Daha kolay ve hızlı bir yol ise deney topluluğunu gelişi güzel gruplara ayırmak ve her gruba artan doz serilerinden sadece birini vermektir. Her gruptaki yanıt (yanıt veren hayvanların yüzdesi) kaydedilir ve Şekil 1.1’de olduğu gibi doza karşı işaretlenir. Deneysel bir çalışmada doz-yanıt eğrisini çizerken (Şekil 1.5) gerekenler, toksik maddelerin doğru bir şekilde uygulanabilmesi ve toksisitenin belirtilmesinde izlenecek yolun kesin olmasıdır. Yukarıda belirtildiği gibi, doz-etki ilişkisi, birey için veya grup için etkinin derecesi (örn. solunum hacminde azalma) ile doz arasındaki karşılıklı ilişkiyi gösterir. İkinci durumda bireysel yanıtların ortalaması verilmiştir fakat bu ancak grup oldukça homojen ise yapılabilir
18
Genel toksikoloji
(başka bir deyişle, bireysel eğriler Gauss eğrisine göre dağılıyor ise). Aynı soydan olan hayvanların deneylerde kullanılmasında bu durum ortaya çıkar, ancak insan denek gruplarıyla yapılan çalışmalarda böyle olmayabilir. Eğer böyle bir grup çok heterojense ve genetik ve yaşam tarzı farklılığı gösteren (örn. metabolizmaları) iki (veya daha fazla) alt gruptan oluşuyorsa bu yollar faydasızdır. Çok duyarlı bir alt grup “risk altında özel grup” şeklinde tanımlanabilir. Böyle bir gruptaki bireyler, genel toplumdaki bireylerin çoğunluğu ile karşılaştırıldığında, çeşitli nedenlerle belli bir maruziyete aşırı toksik yanıt verebilir. Örneğin, astımlı kişilerin, sağlıklı kişileri sadece az ölçüde etkileyebilecek küçük dozda solunum yollarını tahrip eden bir maddeye veya histamine maruziyeti halinde, bu kişiler, hayatı tehdit edebilecek çok ciddi yanıt verebilir. Her iki grubun birlikte ortalama doz-etki eğrisi hiç bir grubu temsil edemeyecektir; her grup farklı dozlarda pik vererek, duyarlılıkları için ayrı birer Gauss dağılımı göstereceklerdir (Şekil 1.3). Eşik olan veya olmayan değerler?
Doz-etki ilişkileri, toksikolojide önemli bir konu olan ters etkilerin değişik çeşitleri için eşik değerler olup olmadığı ile çok yakından ilişkilidir. Eşik değerin (doz, dozaj, konsantrasyon, maruziyet düzeyi vb.) altında hiç bir ters etki olmamalıdır, fakat “en düşük etkin doz”un (eşik) üstünde toksisite olabilir. Bireyler arasında bir kimyasal maddenin eşik değerinin farklı olabileceği ve ayrıca kesin olarak saptanmasının da zor olduğu açıktır. Bu, “güvenli” maruziyet düzeyleri tartışılırken çok önemli bir konudur. Bir ilacın tedavi edici etkisi her zaman belirli bir düşük dozu gerektirir, bu da hastadan hastaya değişiklik gösterir. Benzer şekilde, yan etki oluşturacak doz da farklı hastalarda oldukça değişik olabilir. Bir ilacın, hastaların çoğunluğu için geçerli tedavi edici dozuna, çok duyarlı bir hastanın istenmeyen ters etkiler göstermesi, bu hasta için ilacın güvenli kullanımının mümkün olmadığını göstermektedir. Bu durum, genellikle tedavi edici etkiden farklı bir mekanizma ile oluşan yan/ters etkiler için geçerlidir. Tedavi edici etki oluşumunda etkili olan almaç ile aynı almaça bağlı yan etkilerin (‘farmakolojik yan etkiler’), tedavi edici etkiye duyarlılığı ortaya çıkarması beklenir. Akut ve kronik ters etkilerin çoğu eşik değerler ile ilişkilidir. Bir ters etkinin eşik değeri, her bireyin özellikleriyle belirlenir. Aynı soydan olan türlerde (deney hayvanlarında), her bireyin eşik değerinde çok az farklılık olacaktır; ancak türler arasında ve hatta, aynı türün farklı soyları arasında belirgin farklılıklar olabilir.
Doz-yanıt ve eşik değerler
19
Şekil 1.5’te gösterildiği gibi, doz-yanıt eğrisi “ters etki gözlenmeyen düzey”in ve “ters etki gözlenen en düşük düzeyin belirlenmesi için kullanılabilir. Eşik değer, ters etki görülmeyen düzey ile ters etki gözlenen en düşük düzeyi arasındaki değerdir. Ters etki görülmeyen düzeyler ve ters etki gözlenen en düşük düzeylerin mutlak etki düzeyleri olmadığı belirtilmelidir; bunlar büyük ölçüde, her gruptaki hayvan sayısı, çalışmada kullanılan doz aralıkları (deney yürütücüsü tarafından belirlenen), yanıtların kaydı için kullanılan yöntemler, hayatta kalan hayvanların sayısı, histopatolojik incelemeleri yapılan hayvan ve organların sayısı vb. gibi deney şartlarına bağlıdır. Bazı ters etkiler (özellikle doğrudan genetik yapıyla etkileşen mutajenlerle oluşturulan genetik hastalıklar, neoplazmalar ve büyük olasılıkla duyarlanma) için gerçek bir eşik değer bulunmadığı göz ardı edilmemelidir (Şekil 1.6). Teorik olarak, tek bir molekül bile önemli yanıtın oluşması için yeterli olabilir. Şekil 1.6’daki toksikolojinin “kara kutu”su, deneysel olarak gerçek anlamda (yanıt çok düşük olduğu için) çalışılamayacak kadar düşük dozlardaki (sıfıra yakın) doz-yanıt eğrisinin gerçek yapısını göstermektedir. Toksikolojinin “kara kutu”su
Genotoksik karsinojenlerin çok düşük çevresel dozlarına maruziyetinin nicel risk değerlendirmesinde, “kara kutu”nun dikkate alınması gerekir, çünkü böyle bir maruziyeti azaltmak için yapılacak düzenleyici girişimler 1x10-6 ila 1x10-5 kadar düşük risk düzeylerinden başlatılabilir. 1x10-6’lık ek bir kanser riski, (ömür boyu) maruziyete uğrayan bir milyon kişide bir fazla kanser olgusuna karşılık gelir veya bireysel olarak % 0,0001 oranında ek kanser riskidir. Bu durum, deneysel olarak açıkça saptanamayabilir. İlaçların güvenilirlik değerlendirmesi için bu nokta nadiren önemlidir, çünkü tedavi edici dozlarda ters etki yaratabilen çoğu maruziyet, “sıfır doz” bölgesine ‘yakın’ olmaktan oldukça uzaktır (aşağıya bakınız). Genotoksik maddelerin eşik değerlerinin olup olmadığının devam eden tartışmaları, örneğin çok düşük maruziyet dozlarında detoksifikasyonun etkinliği ve çeşitli DNA-onarım yolaklarının önemi (örn. hatasız ve uygun kesip çıkarma onarım yolakları ile hata eğilimi daha fazla olan onarım yolakları arasındaki denge) gibi soruları içermektedir. Aslında, ‘iç kaynaklı mutajenlere sürekli ve önlenemeyen bir maruziyet vardır ve neredeyse tüm hücreler kendiliğinden
20
Genel toksikoloji
Şekil 1.6 Kanserojen maddeler için yüksekten çok düşük doza doğru uyarlama. Bir kanserojenik bileşiğe genel toplumun maruziyetinde riski hesaplamak için, sıçanlardaki yüksek maruziyet deneylerinden elde edilen veriler (örneğin; kontroldeki 3/50 ile karşılaştırıldığında 50 hayvandan 20’sinde tümör geliştiğinde çok daha düşük maruziyete uyarlanmalıdır. Bu maruziyeti 1 000 000’da bir kişide ilave bir kanser oluşturma olasılığı (risk düzeyi: 10-6) olarak kabul edilebilen temas düzeyidir (politik ve/veya ilke kararı). Bu değerler, eşik değer olmadığı varsayıldığı için temelde en kötü yaklaşımla, sıfır maruziyete (kendiliğinden olan sıklık) doğrusal uyarlamayla hesaplanır.
oluşan mutasyonlarla ve doğal olarak oluşan DNA hasarıyla karşı karşıya kalmaktadır. Bu konu genotoksik etkenlerde “çift yönlü etki” (hormez) olduğunda daha da karmaşık hale gelmektedir. ‘Hormez’ yüksek dozlarda toksik olduğu bilinen bir kimyasal maddenin düşük dozlarda yararlı etkiler gösterebileceğini belirtir. Örneğin, düşük dozlarda bir genotoksine maruziyetin, duyarlı DNA onarım etkinliğini uyardığını bildiren bazı veriler bulunmaktadır. Düşük dozlarda dioksinin hayvan deneylerinde belirli tümörlerin sıklığını kalıcı biçimde azalttığı da gösterilmiştir. Şekil 1.7’de gösterildiği gibi besin ögeleri ve vitaminler (yüksek dozlarda aynı zamanda toksik olan) gibi gerekli unsurlar, sağlığa istenmeyen etkileri değerlendirildiğinde, alışılmadık doz-yanıt eğrisine sahiptir. Eksiklikleri işlev bozuklukları, fazlası da toksisite ile sonuçlanır.
Tehlikenin tanımlanması için toksisitenin test edilmesi
21
Şekil 1.7 Temel bir elementin toksik cevabı. Kaynağın çok az olduğu durumlarda eksikliğin hastalığa, fazlalığın da toksisiteye yol açtığı, selenyum veya oksijen gibi bir temel elemente özgün U şeklinde doz-yanıt eğrisi (teorik olarak) beklenir.
Toksisite deneyleri tehlike tanımlanmasında ve güvenlik değerlendirmesinde gereklidir Toksikolojide tehlike ve risk arasındaki ayırım yapılmıştır. Tehlike, bir kimyasal maddenin bazı yerlerde toksik olması için ‘doğal’ gücüdür (örneğin, sıçan ön midesinde kanser, tavşanlarda kusurlu oluşumlara neden olma olasılığıdır); risk ise, maruziyet özellikleri verilen kimyasal maddenin tanımlanmış tehlikesinin ortaya çıkma olasılığıdır. Bu nedenle risk kavramı iki bileşeni içerir; olasılık ve sonuç (toksikolojide, ters etki). Sonuç olarak, risk bir bileşiğin belirli koşullarda zarar oluşturma olasılığı iken, güvenlik (riskin karşıtı), zararın oluşmadığı belirli durumların olasılığıdır. Risk kavramı genel olarak ilaç olmayan maddeler, güvenlik ise ilaçlar için kullanılır. Kimyasal maddelerin risk/güvenliğini tartışırken tamamen farklı, ancak çok önemli konular; risk bildirimi, risk algılaması ve risk kabulüdür. Örneğin, bir riskin kabul edilebilirliğinde; riskin istemli ya da istemsiz, bilinen ya da bilinmeyen, doğal ya da insan kaynaklı vb.
22
Genel toksikoloji
olup olmaması belirleyicidir. Örneğin, tedavi edilecek hastalık doğrudan hayatı tehdit ediyorsa ya da zorlaştırıyorsa, hasta oldukça ciddi yan etkilerle karşı karşıya kalır. Günümüzde botulinum toksini (BT; oldukça yüksek akut toksitesi olan eksotoksin), arsenik trioksit (As2O3; zehirlerin kralı) ve talidomit (çok iyi bilinen teratojen, bkz. 4. konu)’in servikal distoni (BT), akut promiyeloid lösemi (As2O3) ve hipertropik kutanöz lupus eritematöz (talidomit) gibi çeşitli hastalıkların tedavisinde ilaç olarak kullanılmaları ilginçtir. Toksisite deneylerinin başlıca amacı tehlikenin tanımlanmasıdır, bir ilacın (veya herhangi bir kimyasal maddenin) ‘toksikolojik özelliğini’ ve toksik madde olarak davrandığı ‘doğal’ gücünü tanımlamaktır. Amaçlanan doz ile tedavi edildiğinde hastadan elde edilen farmakokinetik verilerin yanı sıra hayvan çalışmalarındaki toksikokinetik verilerin de göz önüne alınmasıyla, bir ilaç için güvenlik aralığını hesaplamak olanaklıdır. Bir kimyasal madde ile oluşabilen istenmeyen sağlık etkileri (toksikolojik sonuçları) tersinir ve tersinmez, bölgesel ve sistemik toksisite, ani ve gecikmiş etkiler ile organa özgü ve genel yan etkileri kapsar. Toksikokinetik çalışmalarla birlikte toksisite deneyleri, akut toksisite çalışmalarındaki yaklaşık letal dozlar, ters etki görülmeyen düzeyler, ters etki gözlenen en düşük düzeyler ve TD50’ler dahil, tanımlanmış çeşitli toksik etkiler için doz-etki eğrilerinin şekli hakkında bilgi sağlar (Bkz. Şekil 1.4 ve 1.5). LD50 değeri, uygulama yapılmış hayvanların % 50’sini öldüren dozdur; hayvanların gereksiz acı çekmesini önlemek için ilaçlarda artık kullanılmamaktadır; ilaçların yan-etkileri için bu tür değerler klinikte geçerli değildir. TD50 değeri, temas eden bireylerin % 50’sinde istenmeyen etkiler oluşturan dozdur. Kimyasal maddelerin toksisiteleri hakkında en değerli bilgi, temas eden insanlarda yapılan gözlemlerden elde edilir; ancak insanlarda planlanmış toksisite çalışmaları doğal olarak olanaksızdır. Bu nedenle, gerekli olduğunda toksisite verileri deney hayvanlarındaki çalışmalardan elde edilmiştir. Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar daha sonra insan maruziyet durumlarına uyarlanır. Tüm toksisite deneyleri, insanlarda olası sağlık tehlikelerini tanımlamak için deney hayvanlarının kullanılabileceği varsayımına dayanır. Genellikle ilaçlar için durum daha basittir; klinik çalışmalar sırasında insan verileri elde edilebilir. Her metabolitin kendi toksikolojik özelliğine sahip olması beklendiğinden, insanlarda oluşan tüm ilaç metabolitlerinin hayvanlardaki toksisite çalışmalarında da olması gerekir. Tablo1.1’de gösterildiği gibi, toksisite testleri iki ana sınıfa ayrılabilir: Genel toksisiteyi tanımlamak için planlananlar (histopatoloji veya klinik kimya değerleri gibi çeşitli organlarda saptanan toksik etkiler) ve özgül tipteki istenmeyen
Tehlikenin tanımlanması için toksisitenin test edilmesi
23
Tablo 1.1 Kapsamlı toksisite testlerinde ölçülen toksikolojik sonuçlar
Ters etkiler Akut toksisite ve öldürücülük (letalite)
Uluslararası kabul edilen tüzüklerdeki temsil eden test • Sıçanlarda akut oral toksisite çalışması • Farelerde akut solunum çalışması • Kobaylarda akut deri toksisite çalışması
Kısa-süreli tekrarlanmış doz ve subkronik toksisite
• Farelerde 14 günlük oral toksisite çalışması • Sıçanlarda 21 günlük deri toksisite çalışması • Sıçanlarda 90 günlük diyet çalışması • Kobaylarda 90 günlük solunum çalışması
Kronik toksisite
• Köpeklerde 12 aylık oral toksisite çalışması • Sıçanlarda 24 aylık solunum çalışması
Genotoksisite ve mutajenite
• Salmonella typhimurium geri mutasyon deneyi • Fare lenfoma TK-lokus tayini • Mikroçekirdek testi
Karsinojenite
• Farede 18 aylık diyete bağlı kanser biyolojik tayini • Sıçanlarda 24 aylık solunum kanser biyolojik tayini
Üreme toksisitesi
• Sıçanlarda iki-nesil üreme çalışmaları • Embriyotoksisite ve teratojenite • Tavşanlarda teratojenite çalışması • Sıçanlarda teratojenite çalışması
Alerjik duyarlanma
• Kobaylarda deri duyarlanma çalışması
Derideki bölgesel etkiler
• Tavşanlarda akut deri tahriş (iritasyon) ve aşınma (korozyon) çalışması
Nörotoksisite
(Nörotoksisiteye veya davranış toksisitesine uygun özgül deney kılavuzu bulunmamaktadır; genel toksisite çalışmalarındaki dolaylı veriler)
İmmünotoksisite
(Uygun özgül deney kılavuzu bulunmamaktadır; genel toksisite çalışmalarında timus toksisitesi izlenebilir)
sağlık etkilerini tanımlamak üzere tasarlananlar (genotoksisite, kanser, üreme toksisitesi ve teratojenik etkiler). İlaçlardaki genel farmakoloji çalışmaları; kalp, akciğerler ve merkezi sinir sistemine olduğu gibi yaşamsal fizyolojik işlevler üzerine de ilaçların etkilerine odaklanarak, ‘güvenli farmakoloji’ şeklinde de adlandırılan çalışmaları içerir. Bazı durumlarda, bir ilacın hayvanlarda belirli
24
Genel toksikoloji
toksik etkisi dikkat çeker ve ilaç şirketi bu etkinin önerilen insan kullanımı için geçerli olmadığını kanıtlamak isterse, özel çalışmaların yapılması gerekebilir. Günümüzde ilaçlar, çevresel güvenlikleri (çeşitli türlerde ekotoksikolojik çalışmalar kullanarak) bakımından da değerlendirilmelidir. Bu gereksinim, örneğin atık sudaki etinilöstradiol (oral kontaseptif ilaçların bileşeni) ve bunun çevredeki östrojenik etkisine olan ilgiden ileri gelmektedir. Birçok toksisite deneyi için, hem deneyler, hem de toksisite değerlendirilmesinde iyi-tanımlanmış bir yapı elde etmek amacıyla, her özgün deneyin nasıl yapılacağını gösteren uluslararası kabul görmüş yönetmelikler bulunmaktadır. Örneğin kimyasal maddelerin testleri için, Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma Örgütü (OECD, Organisation for Economic Co-operation and Development) kılavuzları. Toksisite deneyleri hakkında daha fazla bilgi Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma Örgütünün ana sayfasında bulunabilir (www.oecd.org). Çeşitli kılavuzlar, önkoşul işlemlerini (tercih edilen türler, grubun büyüklüğü, maruziyet süresi vb.), deney şartlarını (dozlar, uygulama yolları, klinik gözlemler, hematoloji, patoloji vb.), istatistiksel işlemleri ve bir test raporunun nasıl düzenlenmesi gerektiğini belirtmelidir. Kılavuzlar aynı zamanda deney hayvanlarının acı çekmesini azaltmak amacıyla da geliştirilir. Hayvanı, ağrı ve rahatsızlığından kaynaklanan gereksiz baskıdan korumak, sadece insani açıdan değil, aynı zamanda test sırasında oluşan gerginliğin, incelenen kimyasal maddenin ‘gerçek’ toksik yanıtlarını bozabilmesi nedeniyle de önemlidir. Tüm toksisite deneyleri, kimyasal maddelerin zararsızlığını kanıtlamak için değil olası toksisitelerini ortaya çıkarmak için düzenlenmiştir. Bu nedenle deneyler olabildiğince duyarlı bir şekilde planlanmıştır. Etik, pratik ve ekonomik nedenlerle toksisite deneyleri kısıtlı sayıda hayvan kullanılarak yapılmalıdır. Kısıtlı sayıdaki hayvan kullanımını dengelemek için, oldukça yüksek dozlar (istatistiksel nedenlerden dolayı) kullanılır. ‘Yüksek’ dozlar, öldürücü dozlar anlamına gelmez. Örneğin, kanserin biyolojik tayininde, en yüksek doz ifadesi ile genellikle ‘tolere edilen en yüksek doz’ (MTD, maximum tolerated dose) anlaşılır. Bu doz, bazı toksisite belirtileri gösterecek kadar yüksek olmalıdır (örn. vücut ağırlık artışında hafif azalma); ancak hayvanların normal ömrünü tümör gelişimi dışındaki başka etkiler sonucu önemli ölçüde değiştirmemelidir. Hayvanlarda ve hücre kültürlerindeki toksisite testlerinin sonuçlarını değerlendirirken, bu deneylerin olası yetersizlikleri her zaman dikkate alınmalıdır. Hayvanlardaki in vivo çalışma verileri güvenlik aralığını hesaplamaya olanak sağlar; ancak her zaman hastalarda istenmeyen etkileri öngörmeyebilir. Örneğin, memeliler (özellikle maymunlar), sıçanlara göre insanlarla daha fazla kıyaslanabilir; ancak
Güvenlik aralıkları
25
sosyo-etik nedenlerden dolayı memeli kullanımı sınırlandırılmıştır. Hayvan toksisite çalışmaları, örneğin, hastalarda bir ilacın böbrek toksisitesi oluşturacağını öngörebilir; ancak daha sonra klinik çalışmalarda bunun tersine ilaç, merkezi sinir sisteminde kabul edilemeyen bazı etkilere neden olabilir ve merkezi sinir sistemindeki bu etkiler, böbrek toksisitesinden daha çok bu ilacın kullanımını kısıtlar. Sonuç olarak, Faz II ve Faz III çalışmalarında gözlenen klinik istenmeyen etkiler, tedavi edici koşullar altında insandaki toksisite özelliğini belirler. Bununla beraber, nadir yan-etkiler gözden kaçırılabilir. 3000 hasta gibi oldukça göreceli geniş tabanlı Faz III çalışmalarında bile, alışılmışın dışında bir durum olmadıkça, (genel olarak toplumlarda) 1/1000’den az sıklık ile nadir yan-etkiler (risk düzeyi =1x10-3) kesine yakın bir olasılıkla gözden kaçabilir. Bu nedenle yeni bir ilaç piyasaya sunulduktan sonra pazar sonrası araştırma ve düzenli güvenlik güncellemeleri önemlidir. Tedavi dozlarında genel hasta grubunda hangi yan-etkilerin (varsa) gözleneceğini pek çok etmen belirler. Bunlar arasında, etnik köken, yaş, vücut ağırlığı, sağlık ve beslenme durumu, yaşam tarzı (alkol, sigara içme alışkanlığı, ilaç suistimali), diğer ilaçlar, maruziyet süresi ve sıklığı ve/ veya iklim şartları yer almaktadır. Bazı olgularda etnik farklılıklar oldukça önemli olabildiğinden, farklı etnik gruplarda yapılan klinik çalışmalara gerek vardır. Bir toksisite çalışmasının sonucunu etkileyebileceği için (tür, soy, cinsiyet ve temas yolu ile birlikte), yukarıda söz edilen pek çok durum, hayvan toksisite verilerini değerlendirirken de önemlidir. Hayvan toksisite çalışmalarının tüm olası sınırlamalarına ve çeşitli toksik maddelere farklı hayvan türlerinin farklı yanıt vermesi yadsınamaz olmasına rağmen, ilaçların güvenli kullanımlarını sağlamak için hayvan çalışmalarının yeterli olmamakla birlikte yararlı ve gerekli olduğuna ilişkin genel bir kanı bulunmaktadır. İn vitro deneyler, mekanizmaları çalışmak ve (olası) tehlikeleri tanımlamak için kullanılabilir, ancak risk boyutu hakkında bilgi vermez. Güvenlik aralıkları Güvenli bir ilaç, geniş bir güvenlik aralığına sahiptir. Bunun anlamı, bireysel düzeyde gerekmese bile grup düzeyinde böyle bir ilacın istenmeyen etkisinin gözlenmesi için, tedavi edici dozundan çok daha yüksek dozun gerekli olmasıdır. Güvenlik aralığı uygun veri ve kimyasal maddenin tipine bağlı olarak farklı yollarla hesaplanabilir. Güvenlik aralığı, içsel temas için deney hayvanlarında toksikokinetik ve insanlarda farmakokinetik verilere dayanıyorsa, gerçeğe yakın olarak tahmin edilebilir. İlaçlar için kan düzeyleri ve benzeri
26
Genel toksikoloji
veriler, genellikle hem hayvanlardaki toksikokinetik ve toksisite çalışmalarından, hem de klinik çalışmalardan kolayca elde edilebilir. Geçmişte, ilaçlar için güvenlik aralığı değeri genellikle, öldürücü aralık içindeki dozun (LD1), maruz kalan hastaların %99’unda tedavi edici yanıt oluşturmak için gerekli doza (ED99) oranı şeklinde hesaplanmıştır. Maruz kalan hayvanların %1’ini öldüren doz olan LD1 ve ED99 istatistiksel olarak türetilmiştir (örn. probite dönüştürülmüş verinin uyarlanması yoluyla) ve doğrudan ölçülmesi olanaksızdır. LD1/ED99 oranı, ilaçların göreceli güvenilirliğinin tahmininde kullanılan istatistiksel kaynaklı bir değer olan terapötik gösterge (terapötik indeks) (Tİ=LD50/ED50)’ye göre üstünlüğe sahiptir. Tİ ortanca değerlere dayandığı için (bkz. Şekil 1.4), doz-yanıt eğrilerinin sadece orta noktalarını kıyaslar ve doz-yanıt eğrilerinin tüm eğimlerinde tedavi edici ve toksik etkileri göz önüne almaz. Eğer bu iki eğride çakışma varsa, sıradan bir hastanın etkin olarak tedavi edildiği (yan etkiler olmadan) durumda bile, duyarlı bir hastada tedavi edici etki olmadan yan etkiler gözlenebilir. LD1/ED99 ve LD50/ED50 için sayısal değerler artık hesaplanmamaktadır; bunun yerine, ilaçlar için güvenlik sınırları, içsel maruz kalmayı çok daha iyi yansıtan toksikokinetik verilere dayandırılmaktadır. Sonuç olarak, ilaçlar için güvenlik aralığı genellikle hayvanlarda belirli bir kan konsantrasyonunda oluşan toksik bir etkiye (örn. karaciğer nekrozu) ve tedavi edici doz çizelgesi uygulanan bir hastada ulaşılan kan konsantrasyonlarına dayandırılır. Fark yeterince büyükse, güvenlik aralığının kabul edilebileceği düşünülmekle birlikte, kabul edilebilir (veya kabul edilemez) bir güvenlik aralığının boyutu, büyük ölçüde tedavi edilecek olan hastalığın şiddetine bağlıdır. Yiyeceklerdeki pestisit kalıntıları, havadaki çevresel kirleticiler ve ilaç olmayan diğer maddeler için güvenlik sınırları (bazen “maruz kalma sınırları” olarak da adlandırılır), NOAEL (özgün olarak hayvanlardaki toksisite çalışmalarından elde edilen) ve risk altındaki insan topluluğunda tahmin edilen maruziyet düzeyi arasındaki fark kıyaslanarak hesaplanabilir. Genel toksisite çalışmaları Akut toksisite İlaçlar için yapılan akut toksisite testinin başlıca amacı, sağlıklı gönüllülerdeki Faz I klinik çalışmaları ve daha yaygın toksisite testlerinden önce temel toksikolojik bilgileri elde etmektir (bkz. Bölüm 13). Kısıtlı sayıdaki hayvan, maruziyetten sonra (oral, intravenöz veya soluma yoluyla) 14 gün boyunca günde en az bir
Genel toksisite çalışmaları
27
kez incelenir (kan ve idrarda klinik kimyasal testler yapılır). Şiddetli zehirlenme bulguları gösteren hayvanlar daha fazla acı çekmelerini önlemek için zamanından önce öldürülür ve tüm hayvanlara çalışmanın sonunda otopsi uygulanır. Akut toksisite çalışmaları, ani sağlık tehlikeleri ve klinik zehirlenme bulguları için sadece önemli bilgi sağlamakla kalmaz; aynı zamanda olası hedef organları ve olası etki şekillerini de saptayabilir. Akut toksisite çalışmalarında elde edilen bulgular, tekrarlanan doz toksisite çalışmalarında uygulanacak doz planlaması yapılırken kullanılır. Bu sonuçlar, genel olarak kimyasal maddeleri farklı toksisite dereceleri açısından sınıflandırmak için de kullanılabilir (bkz. Tablo 1.2 ve 1.3). Hesaplanan öldürücü doz da dahil olmak üzere akut toksisite verilerine dayanılarak, bir kimyasal madde, deney hayvanlarındaki LD50 veya LC50 değerlerine bağlı olarak ‘çok toksik’, ‘toksik’, ‘zararlı’ veya ‘orta düzeyde zararlı’ şeklinde (bkz. Tablo 1.4) veya insanlar (erişkinler) için tahmini oral öldürücü doza dayanılarak ‘süper toksik’ (<5 mg/kg), ‘aşırı toksik (5-50 mg/kg), ‘çok toksik’ (50-500 mg/ kg), ‘orta düzeyde toksik’ (0,5-5 g/kg), ‘hafif toksik’ (5-15 g/kg) veya ‘pratikte toksik değil’ (>15 g/kg) şeklinde sınıflandırılabilir. Kimyasal maddeler kullanılırken, koruyucu önlemler ve tıbbi bakım için olası gereksinim hakkında pek çok öneri, akut toksisite sınıflandırma sistemlerine dayandırılmaktadır. Tablo 1.2 Tek ve kısa bir maruziyetten sonra geçici veya geri dönüşsüz hasarlara neden olabildikleri veya ölüme yol açtıklarında çok toksik (simge T+) olarak sınıflandırılması gereken bileşikler için risk tanımları (İsveç Ulusal Kimyasal Maddeler Denetim Kurulu’ndan alınmıştır).
Grup No Tanım
Ölçüt
R28
LD50 ağız yoluyla, sıçan ≤ 25 mg/kg
Yutulduğunda çok toksik
Ayırt edici doza göre (sabit doz yöntemi) 5 mg/ kg’da hayatta kalma oranı % 100’den az (ağız yoluyla, sıçan) R27
Deri temasında çok toksik
LD50 deri yoluyla, sıçan veya tavşan ≤ 50 mg/kg
R26
Solunduğunda çok toksik
LC50 solunum yoluyla, sıçan, aerosol ve partiküller ≤ 0,25 mg/l, 4 saat LC50 solunum yoluyla, sıçan, gaz ve buharlar ≤ 0,50 mg/l, 4 saat
R39
Çok ciddi geri dönüşsüz etki tehlikesi
Uygun bir uygulama şekli ile tek ve kısa bir maruz kalma sonrası, genel olarak yukarıda bahsedilen doz aralıkları içinde, geri dönüşsüz hasarların olabileceği hakkında güçlü kanıt. Not: Karsinojenite, mutajenite ve üreme toksisitesini kapsamamaktadır.
28
Genel toksikoloji
Tablo 1.3 Tehlike sınıflandırması ve etiketleme arasındaki ilişki: Bazı örnekler (İsveç Ulusal Kimyasal Maddeler Denetim Kurulu’ndan alınmıştır).
Tehlike sınıfı
Simge harf
Simge
Çok toksik (R26, R27, R28 ve R39)
T+
Kafatası ve çapraz kemikler
Toksik (R23, R24, R25, R39, R48)
T
Kafatası ve çapraz kemikler
Aşındırıcı (R34, R35)
C
Aşınma simgesi
Zararlı (R20, R21, R22, R65, R40, R48)
Xn
St Andrew’in haçı
Kısa süreli tekrarlanan doz ve subkronik toksisite Kısa süreli tekrarlanan doz ve subkronik toksisite çalışmaları, ani ve gecikmiş ters etkiler, olası biyobirikim, hasarın geri dönüşlülüğü ve maddeye dayanıklılık (tolerans) gelişimi hakkında bilgi sağlar. Klinik ve histopatolojik incelemeler oldukça yaygındır ve bu nedenle diğer toksisite çalışmalarında uygulanacak dozları belirlerken kullanılabilen ters etki görülmeyen düzey NOAEL ve LOAEL’leri saptamak sıklıkla olasıdır. İnsanlardaki kısa süreli ilaç kullanımı için (günler veya haftalar) bu bilgi, güvenlik/etkinlik dengesini değerlendirmek için kullanılabilir. Ayrıca kısa süreli mesleki maruziyetler için de bu bilgi, bir eşik sınır değeri ve diğer güvenlik ölçütleri belirlenirken kullanılabilir.
Tablo 1.4 LD50 veya LC50 değerlerine dayanan sınıflandırma (İsveç Ulusal Kimyasal Maddeler Denetim Kurulu’ndan alınmıştır).
Sınıflandırma
Akut toksisite
LD50 (ağız yoluyla) LD50 (deri (mg/kg, sıçan) yoluyla) (mg/kg, sıçan)
LD50 (solunum yoluyla) (mg/kg, sıçan)
Çok toksik
Çok yüksek
≤ 25
≤ 50
≤ 0,5a (≤ 0,25)b
Toksik
Yüksek
25-100
50-400
0,5-2a (0,25-1)b
Zararlı
Orta yüksek
200-2000
400-2000
2-20a (1-5)b
Orta derecede zararlı
Orta
> 2000c
-
-
Gaz ve buharlar Aerosol ve partiküller c Tüketici ürünleri. a
b
Özgül ters sağlık etkileri hakkında çalışmalar
29
Kronik toksisite Kronik toksisite testlerinin asıl amacı, oluşması için uzun sürelerin gerektiği sağlıkla ilgili ters etkileri belirlemek ve bu etkiler için doz-yanıt ilişkileri saptamaktır. Kronik toksisite çalışmaları çeşitli biyokimyasal, hematolojik, morfolojik ve fizyolojik etkiler hakkında önemli bilgiler sağlayabilir. Kemiriciler kullanıldığında, her doz grubu (eş zamanlı bir kontrol grubu dahil) her cinsiyetten en az 20 hayvan içermelidir. Kemirici olmayanlar kullanıldığında (daha az yaygın olarak), doz başına her cinsiyetten en az 4 hayvan (genellikle köpek veya maymun) önerilir. Test bileşiği en az 12 ay boyunca, günlük olarak en az 3 farklı dozda uygulanmalıdır. İlaçlar söz konusu olduğunda, sadece özgül bir amaç için uygulama yapılan ve ‘uydu’ olarak adlandırılan grupta, toksikokinetik veriler düzenli zaman aralıklarında toplanmalıdır. Günlük dikkatli denetim yapılmalı ve tüm klinik toksisite bulguları (vücut ağırlığında, yiyecek tüketiminde, davranış vb.’deki değişiklikler) kaydedilmelidir. Düzenli bir şekilde kanda klinik kimyasal ölçümler, hematolojik incelemeler ve idrar analizi gerçekleştirilmeli ve tüm hayvanlara otopsi sırasında genel bir inceleme yapılmalıdır. Histopatoloji, çalışma sırasında ölen veya öldürülen tüm hayvanları da içerecek şekilde, en yüksek doz grubundaki ve kontrol grubundaki hayvanların organ ve dokularının çoğunun en azından tam bir mikroskobik incelemesini içermelidir. Bir kronik toksisite çalışmasında elde edilen NOAEL ve/ veya LOAEL’ler özgün olarak insanların çevresel ve/veya mesleki maruziyetleri için çeşitli eşik sınır değerlerinin ortaya konulması veya ilaçlar için bir güvenlik sınırının belirlenmesi için kullanılır.
Özgül ters sağlık etkileri hakkında çalışmalar Genotoksisite
Genotoksisite (genetik toksisite) birincil DNA hasarı (DNA eklentileri, çapraz bağlanma, iki molekül arasına başka bir molekülün geri dönüşümlü olarak girmesi ‘interkalasyon’, DNA iplik kırılmaları, vb.), gen mutasyonları (bir gen içinde kodlayıcı kısımların bir veya birkaçında nükleotid dizisindeki değişiklikler), yapısal kromozom anomalileri (örn., kromozom veya kromatid kırılmalarını izleyen yer değiştirme ‘translokasyon’ veya ters dönme ‘inversiyon’) ve sayısal
30
Genel toksikoloji
kromozom anomalilerini (örn., anöploidi ve diğer genomik mutasyonlar) içeren son genetik değişimi yansıtır. Geniş bir ‘belirleyici’ organizma grubu (maya, bakteri, bitki, böcek ve memeli kültür hücresinden deney hayvanına kadar) kullanılarak farklı tipte genetik son değişimi saptamak için çok sayıda test sistemi bulunmaktadır. Bu test sistemlerinden yaklaşık 15-20’si için uluslararası kabul görmüş test kılavuzları vardır. Genotoksisite testlerinin asıl amacı belirli bir bileşiğin mutajenik olup olmadığını saptamaktır (genellikle olası karsinojenlerin belirlenmesi amacıyla). Genetik toksikoloji ile ilgili daha ayrıntılı bilgi için 5. Bölüme bakınız. Karsinojenite
Tümör gelişimi, hem mutasyon gibi kalıcı genetik değişiklikleri hem de diğer ‘epigenetik’ olayları kapsayan çok evreli bir süreçtir. Neoplaziler (‘tümörler’, ‘kanserler’, ‘maligniteler’) hücre çoğalması ve farklılaşmasının anormal kontrolüyle tanımlanan bir hastalık ailesidir ve kötü huylu (malign) hastalıkların çoğu kaynak olarak çok etmenlidir. Kronik kanserin biyolojik belirlenmesinin asıl amacı, ömürlerinin büyük kısmında maruz kalan deney hayvanlarındaki tümörlerin olası gelişimini incelemektir. Test bileşiğine maruz kalan hayvanlarda kontrollerde gözlenmeyen neoplazilerin gelişimi; kontrollerde de gözlenen neoplazilerin artmış sıklığı; neoplazilerin kontrollerdekinden daha erken oluşması ve/veya neoplazilerin artmış çokluğu, özgün karsinojenite göstergeleridir. Kronik kanser biyolojik incelemeleri, genellikle iki farklı tür üzerinde (fareler ve sıçanlar), her tür için doz başına en az 50 erkek ve 50 dişi hayvan kullanılarak gerçekleştirilir (maruz kalmamış hayvanlardan oluşan bir kontrol grubu dahil). Kimyasal karsinojenez ile ilgili daha ayrıntılı bilgi için 6. Bölüme bakınız. Üreme toksisitesi
Üreme sisteminin toksik yanıtları; sperm veya yumurta oluşumunda (eşey hücresi oluşumu) bozulma, cinsel istek, döllenme, aşılama veya libido, embriyo oluşumu, organ oluşumu (organojenez), fetal büyüme veya doğum sonrası gelişim üzerindeki ters etkilerin sonucu olabilir. Geniş anlamda, üreme toksisite çalışmaları doğurganlık (döllenme) ve genel üreme verimi üzerinde tek ve çok kuşaklı çalışmaları (kısım I çalışmaları), embriyotoksisite ve teratojenite hakkındaki
Özgül ters sağlık etkileri hakkında çalışmalar
31
çalışmaları (kısım II çalışmaları) ve geç gebelik ve emzirme döneminde oluşan etkilerle ilgili, doğum öncesi ve sonrası çalışmaları (kısım III çalışmaları) içerir. Özgün bir veya iki kuşak üreme toksisite çalışmasının asıl amacı, erkek ve dişi üreme verimi üzerinde kimyasal olarak oluşturulan ters etkilerle ilgili bilgi sağlamaktır. Doğum, gebelik süresi, yavruların sayı ve cinsiyeti, ölü ve canlı doğumlar, erişkin hayvanların eşey organlarındaki mikroskobik değişiklikler veya yavrulardaki genel anomaliler incelenerek; örneğin eşey organ işlevi, döllenme dönemi döngüsü, çiftleşme davranışı, gebe kalma, doğum, emzirme ve sütten kesme ile ilgili ters etkiler hakkında bilgi elde edilebilir. Bu çalışmalar, aynı zamanda yenidoğandaki hastalık hali ve davranışı içeren gelişim toksisitesi hakkında da bazı bilgileri sağlayabilmelidir. İncelenen özgün kısım I çalışmasında, her iki cinsiyet (genellikle sıçanlar), incelenen bileşiğin çeşitli dozlarına maruz bırakılır (hem erkek, hem de dişi eşey hücresi oluşumunun önemli evrelerini kapsaması için). Çiftleşmeden sonra dişiler gebelik sırasında ve ayrıca emzirme döneminde de sürekli maruz kalırlar. İki kuşaklı bir çalışmada, incelenen bileşik, sütten kesme sırasında başlanarak ikinci kuşağın (F2 kuşağı) sütten kesilmesine kadar sürecek şekilde yavruya da (F1 kuşağı) verilir. Üreme etkileri altında yatan bazı mekanizmalar 4. Bölümde tartışılmaktadır. Embriyotoksisite, teratojenite ve fetotoksisite
Kimyasal maddeler, annede belirgin bir toksisite belirtisi oluşturmadan, gelişmekte olan embriyo veya fetüsü etkileyebilir. Örneğin, embriyonik veya fetal gelişim evresine göre, toksik bir madde yavruda çeşitli metabolik ve fizyolojik işlev bozuklukları ve bilişsel (kognitif) eksiklikler yanında erken embriyo ölümü, fetal ölüm, kusurlu oluşumlar, olgunlaşmanın gecikmesi veya düşük doğum ağırlığına neden olabilir. En geniş anlamda, embriyotoksisite embriyoda görülen tüm ters etkiler olarak tanımlanabilir (genç embriyo-blastula- oluşumundan organ oluşumunun tamamlanmasına kadar oluşan toksisite gibi). Fetotoksisite (fetüste görülen ters etkiler) organ oluşumunun tamamlanmasından sonra oluşur. Bu gibi etkilerin özgün örnekleri; artmış ölü doğum, düşük doğum ağırlığı, doğumdan sonra gözlenen çeşitli fizyolojik ve psikolojik işlev bozuklukları ile bilişsel bozukluklardır. Gebelik sırasında bir kimyasal maddeye maruz kalmayı takiben sağlıkla ilgili çeşitli ters etkileri ayırt edebilmek için, ‘embriyotoksisite’, bir kimyasal maddenin embriyonik büyümeyi bozma veya embriyonun ölümüne yol açma
32
Genel toksikoloji
yeteneği anlamında da kullanılmıştır. Teratojenite, kalıcı yapısal veya işlevsel anomaliler (dış görünüşte kusurlu oluşumlar, iskelet anomalileri ve/veya iç organ anomalileri dahil) ile tanımlanır, ancak daha geniş anlamda, davranış değişikliklerini de (davranış teratolojisi) içerebilir. Teratojenite testlerinin asıl amacı, gebelik sırasında maruz kalma sonrası doğmamış çocukla ilgili olası tehlikeler hakkında bilgi sağlamaktır. Annede belirgin toksisite olmadan, embriyotoksisite ve teratojenite görülebilmesi, özellikle dikkat edilmesi gereken bir durumdur. İncelenen bileşik, organ oluşumunu içeren bir dönemde gebe hayvanlara (genellikle sıçanlar veya tavşanlar) farklı dozlarda verilir. Diğer çoğu toksisite çalışmasında olduğu gibi, uygulanan en yüksek doz annede bazı toksik etkileri oluşturmalı ve en düşük dozla belirgin toksisite bulguları olmamalıdır. Gebe hayvanlar beklenen doğum zamanından kısa süre önce öldürülür ve yavrular çeşitli embriyotoksik ve teratojenik etkiler açısından incelenir. Teratojenik etkilerin altında yatan mekanizmalarla ilgili daha ayrıntılı bilgi için 4. Bölüme bakınız. Nörotoksisite ve davranış toksisitesi
Nörotoksisite, merkezi ve periferik sinir sisteminin çeşitli destekleyici yapılarını da içeren herhangi bir yerinde, kimyasal olarak oluşturulan ters etkiler olarak tanımlanabilir. Buradan yola çıkılarak ‘nörotoksisite’ çeşitli işlevsel ve nörodavranış değişiklikleri yanında morfoloji, fizyoloji, biyokimya ve/veya nörokimyadaki değişikler olarak ifade edilen sinir sistemindeki çeşitli patolojik değişiklikler ile ilişkilidir. Nörotoksisite tek bir test sistemiyle değerlendirilebilecek olan tek bir sonuç değildir. Beynin çeşitli bölgelerindeki patolojik değişiklikler ve/veya merkezi sinir sistemi (MSS) toksisitesinden kaynaklanan klinik zehirlenme bulguları (örneğin, saç veya tüy dikleşmesi (piloereksiyon), titreme veya koma) akut ve tekrarlanan doz toksisite çalışmalarında izlenebilir. Kimyasal olarak oluşturulan davranış değişikliklerinin (bazen çok belirsiz) izlenmesi daha zordur. Bunun için genellikle ‘klasik’ eğitim görmüş olan bir toksikoloğun her zaman alışık olmadığı, tamamen farklı bir test yöntemi gerekmektedir. Çeşitli (gizli) MSS etkilerini (örn. refleks olan veya planlı şekilde kontrol edilen davranışlarda değişiklikler veya öğrenme ve hafıza işlevlerinde azalma) saptamak için test sistemleri bulunmaktadır. Davranış toksikolojisi kavramı, bir davranışın tüm sinir sisteminin (aynı zamanda dolaylı olarak endokrin sistem ve diğer organları da içerir) son işlevsel ifadesi olduğu ve bu nedenle davranış
Özgül ters sağlık etkileri hakkında çalışmalar
33
değişikliklerinin hem erişkin hayvanlarda, hem de anne karnında veya doğumdan kısa süre sonra maruz kalan hayvanlarda kimyasal maddelerle oluşturulan nörotoksisitenin (‘nörodavranış teratolojisi’) duyarlı göstergeleri olarak kullanılabileceği düşüncesine dayanmaktadır. Davranış toksisitesi testleri, hayvanların ya kendiliğinden yaptığı (örneğin doğal sosyal veya araştırmacı davranışları) ya da uyaranla yönlendirilen davranışlarındaki değişikliklere dayanır. İkinci testler ya edimsel-şartlı bir davranışa (hayvanlar bir cezadan kurtulmak veya ödül kazanmak için bir görevi yapmak üzere eğitilirler) ya da klasik şartlanmaya (hayvanlara refleks bir etki ile şartlandıran bir uyaranla davranmaları öğretilir) yöneltilmişlerdir. Çeşitli davranış toksisitesi testlerinde kaydedilen özgün yanıtlar, ‘edilgen (pasif) kaçınma’, ‘sesten ürkme’, ‘oturma labirenti’ ve ‘yürüme şekilleri’dir. Davranış nörotoksisitesi testlerinin sonuçlarını insan davranışı ile ilişkilendirerek yorumlamak her zaman kolay değildir. Sinir sisteminin işlev yedeği ve uyumu ile ilişkili belirgin sorunlar dışında, davranışın özünde de büyük bir çeşitlilik söz konusudur. Nörodavranış testleri genellikle çok sayıda farklı test sisteminde çoklu ölçümü içerdiğinden, istatistiksel olarak anlamlı sonuca rastgele ulaşma konusunda belli ölçüde risk vardır. İmmünotoksisite
İmmün sistem aracılıklı toksik etkilere immünotoksisite adı verilir. Toksikolojik açıdan immünotoksisite, çoğu durumda immün sistem üzerindeki kimyasal madde ile oluşturulan ters etkiler olarak tanımlanır. İmmün sistem organizmayı enfeksiyonlardan ve neoplastik değişikliklerden koruyan, hücre, doku ve organların oldukça karmaşık ve birbiriyle ilişkili bir sistemidir. İmmünotoksik maddeler, immün sistemle pek çok yoldan etkileşebilirler. Örneğin; B ve T lenfositlerinin, işlev, üretilme veya yaşam süresinde değişikliklere yol açabilir veya çeşitli antijenler, antikorlar ve immünoglobulinlerle etkileşebilir. Temel olarak, immünotoksik maddeler ya ‘immün baskılayıcı’ ya da ‘immün uyarıcı’ olarak etki eder. Çok sayıda diğer toksikolojik ‘sonuç’ gibi, immünotoksisite de tek bir test sistemiyle izlenebilen tek bir son durum değildir. Deri duyarlanması, örneğin, alerjik temas deri yangısı (dermatit), duyarlanma yaratan bir maddeyle başlangıç temasının gerekli olduğu immün aracılıklı bir yanıttır. Belirtiler (özgün olarak eritem ve ödemi içerir, bazen veziküller de olabilir) oldukça benzer olduğu için, deri duyarlanması ile oluşan bir ‘alerjik temas deri yangısı’ ile deri tahrişini izleyen ‘olağan bir temas deri yangısını’ ayırt
34
Genel toksikoloji
etmek zor olabilir. Bununla birlikte, duyarlanma oluştuğunda, yanıtlar sıklıkla daha şiddetlidir ve belirgin eşik değerine ulaşmayan ve tahriş edici olmayan, oldukça düşük dozlarla da meydana gelir. Deri duyarlanması testi uygulanırken çok duyarlı olduğu için, tercih edilen tür kobaylardır. Çok sayıda test seçeneği bulunmaktadır: Örneğin Freund’un tam destekleyici (adjuvan) testi, kobay maksimizasyon testi ve açık epikutanöz testi. Bu testlerin çoğu aynı genel çerçevededir. Aşırı duyarlı hale getirmek için, hayvanlar önce incelenen bileşiğin oldukça yüksek bir dozuna maruz bırakılır. Maruz kalınmayan bir ‘uyarma dönemi’nden sonra hayvanlara ikinci kez düşük, tahriş edici olmayan bir doz uygulanır. Bu sataşma dozundan sonra, hayvanlar olası alerjik temas deri yangısı gelişimi açısından incelenir. Duyarlanma, diğer maruz kalma yollarından (özellikle soluma) sonra da oluşabilir, fakat kabul edilmiş uluslararası test kılavuzları, bugüne kadar sadece alerjik temas deri yangısı için geliştirilmiştir. Pek çok ilaç (örn. penisilinler ve halotan) hapten olarak işlev gösterebildiğinden immün yanıta (‘alerji’) neden olurlar. Bu alerjik yanıtın hayvan modellerinde önceden belirlenmesi çok zor olduğundan, bu ilaçlarla ilişkili ters etkiler genellikle klinik çalışmalarla veya ilaç bir süre piyasada bulunmadan önce belirlenemez. İlaçlara karşı aşırı duyarlılık yanıtları gerçekten, önceden belirlenemeyen ilaç yanıtlarının başlıca türleri arasındadır ve etkiler penisilin olgularında anaflaktik şok ve halotan vakalarında karaciğer yangısı (hepatit) içerecek şekilde şiddetli olabilir. İmmünotoksikoloji ile ilgili daha ayrıntılı bilgi için 10. Bölüme bakınız. Deri ve göz tahrişi
Deri ve gözlerdeki bölgesel toksisite için inceleme yapılmasının asıl amacı, bir kimyasal maddenin deri üzerine veya gözün ön yüzeyine tek bir doz şeklinde uygulandığında, tahriş (geri dönüşlü değişiklikler) veya aşındırma (geri dönüşsüz doku hasarı) oluşturup oluşturmadığını ortaya koymaktır. Deri ve gözlerde lokal toksisite için güçlü asidik (pH ≤ 2) veya alkali (pH ≥ 11,5) bir maddenin denenmesinin söz konusu olmayacağı açıktır. Aynı şekilde, eğer bir maddenin deri için aşındırıcı olduğu gösterilmişse, akut bir göz tahriş çalışması yapmak anlamsızdır. Derideki bölgesel, etkiler için yapılan deney, genellikle albino tavşanlarda gerçekleştirilir (her hayvan aynı zamanda kendi kontrolüdür). Deri reaksiyonunun derecesi, uygulamadan sonra 14. güne kadar çeşitli zamanlarda okunur ve değerlendirilir. Derideki eritem ve ödemin derecesine göre, incelenen kimyasal madde tahriş edici değil, tahriş edici veya aşındırıcı olarak sınıflandırılır. Günümüzde,
Toksikodinamik
35
göz tahriş testleri, in vivo tavşan gözlerinde yapılan klasik Draize testinden çok, sıklıkla in vitro yapılmaktadır. Toksikodinamik: Pek çok farklı toksisite mekanizması vardır Farmakodinamik kavramına paralel olarak, bir ilacın sağlık açısından istenmeyen etkileri ve altındaki mekanizmalar, ‘toksikodinamik’ şeklinde özetlenebilir. Çoğu toksik madde istenmeyen etkilerini normal hücresel süreçlerle etkileşerek oluşturur ve çoğu toksik yanıt, önemli organ işlev kaybına yol açan hücre ölümünün sonucudur. Diğer yanıtlar, hücrelerin yaşam süresini etkilemeyen çeşitli biyokimyasal ve fizyolojik olaylarla etkileşimlerinin sonucudur. Sık rastlanan toksik etki mekanizmaları; almaç-madde (ligand) etkileşimlerini, hücresel membran işlevleri ile etkileşimi, hücre içi ve dışı arasındaki kalsiyum dengesinde ve hücresel enerji üretiminde bozulmayı ve çeşitli proteinlere, nükleik asitlere ve diğer ‘biyomoleküllere’ geri dönüşlü veya geri dönüşsüz bağlanmayı içerir. Toksisite tek bir hedef organda özel bir fizyolojik değişikliğe bağlı olabilir veya pek çok organ ve dokuda farklı yerlerdeki çok sayıda etkileşimin sonucu olabilir. Pek çok toksik madde istenmeyen etkilerini, biyolojik olarak etkin bir molekül üzerindeki belirli bir yere bağlanarak oluşturur. Bu molekül, bir protein (örneğin ‘yüksek ilgili’ bir almaç, biyoetkinleştirici veya detoksifiye edici bir enzim, bir DNA onarım enzimi, bir kanal proteini veya bir taşıyıcı protein), bir nükleik asit (DNA veya RNA), bir lipid veya önemli biyolojik işlevleri olan diğer büyük bir molekül olabilir. ‘Almaç’ genellikle iç kaynaklı (endojen) bir madde ile etkileşme eğilimi yüksek bağlanma yeri olarak tanımlanır. MSS’de çeşitli sinir iletici (nörotransmitter)’ler ile etkileşen almaçlar ve kalsiyum veya çeşitli steroid hormonlarla etkileşen hücre içi almaçlar özgün örneklerdir. Bununla birlikte, geniş anlamda bir almaç, özel bir ligand için var olan herhangi bir bağlanma yeri olarak tanımlanabilir ve ‘almaç’ toksikolojide farmakolojiye göre daha geniş anlam taşır. Bir toksik madde, iç kaynaklı bir maddeye ilgisi yüksek bir almaca bağlandığında, almacın aracılık ettiği biyolojik yanıtları ya ‘oluşturabilir’ (‘agonist’ olarak etki yapar) ya da durdurabilir (‘antagonist’ olarak etki yapar). Agonist almaca bağlanarak veya dolaylı olarak almaçda iç kaynaklı maddenin konsantrasyonunu arttırarak (örneğin asetilkolinesteraz engelleyicilerinde olduğu gibi yıkımını engelleyerek) etkinlik gösterebilir. Çeşitli makromoleküllere bağlanarak etki gösteren çok sayıda toksik madde örneği vardır. Karbon monoksit ve hemoglobin arasındaki yüksek ilgili bağlan-
36
Genel toksikoloji
madan kaynaklanan anoksi, bir proteine çok güçlü olmayan bağlanma nedeniyle oluşan ters etkiye örnektir. ‘Metabolik zehirler’ çeşitli enzimlerin biyolojik etkinliğini değiştirir. Bazı toksik maddeler bu etkilerini enzimlere bağlanarak ve böylece onların yapılarını değiştirerek gösterir. Diğer metabolik zehirler, metabolik yolaklarla yarışmalı engelleme yoluyla etkileşir. Toksik maddeler hücresel enerji üretimiyle de, örneğin mitokondrideki oksidatif fosforilasyonu önleyerek etkileşebilir. Bu gibi maddeler (örneğin, çok sayıda AIDS ilacı), genellikle ‘mitokondri zehiri’ olarak adlandırılır. Diğer toksik maddeler membrana bağlı çeşitli işlevlerle ve taşıma işlemleriyle etkileşerek ‘hücresel zehirler’ olarak etki gösterir. Bunlar arasında, çeşitli kanal proteinlerine bağlanarak iyon kanal engelleyici olarak etkinlik gösteren çok sayıda güçlü sinir zehiri (nörotoksin) bulunur. Pek çok ilaç, biyotransformasyonları sırasında saldırgan ara ürünler oluşturur. Bu elektron seven (elektrofilik) ara ürünler doğrudan çeşitli hücresel makromoleküllere bağlanabilir, fakat aynı zamanda hücrelerde ‘oksidatif baskıyı (oksidatif stresi)’da başlatabilir. Sonuçta bu durum, DNA (DNA hasarına neden olan) ve hücre membranındaki doymamış yağ asitleri ile (lipid peroksidasyonuna neden olan) etkileşen oldukça saldırgan hidroksil radikalleri dahil, çeşitli saldırgan oksijen türlerinin oluşumuna yol açar. Oksidatif baskının yaşlanma, yangı ve tümör gelişimini içeren pek çok biyolojik süreçte önemli bir etken olduğu gösterilmiştir. Lipid peroksidasyonunun, karaciğerin merkezi lobunda nekroz oluşturan pek çok hepatotoksik madde için bir etki mekanizması olduğu belirlenmiştir. Hücre toksisitesi altında yatan mekanizmalarla ilgili daha ayrıntılı bilgi için 3. Bölüme bakınız. Toksisite verilerinin değerlendirilmesi her zaman basit değildir Çoğu toksikolojik veri, hayvan deneylerinden elde edilir. Toksisite çalışmaları, belirli bir bileşikle ilişkili olabilen sağlık üzerindeki zararlı etkilerin özelliğini ve hasarın oluştuğu doz aralığını belirler. Bu gibi veriler, güvenlik (ilaçların) veya risk değerlendirmesi (işyeri ve çevre kirleticilerinin) için kullanıldığında, toksikolojik incelemede kullanılan yöntemler dikkatle ele alınmalıdır. Toksik madde kesin olarak uygulandı mı? Toksisiteyi tanımlayan ifadeler kesin miydi? Çalışma yeterli sayıda hayvan ve doz uygulamasını kapsıyor muydu? Çalışmada bir kontrol grubu var mıydı? Sonuçlar istatistiksel olarak anlamlı mıydı? Yanıtlar biyolojik olarak önemli miydi?
Toksisite verilerinin değerlendirilmesi her zaman basit değildir
37
Bir çalışmanın sonuçları, her zaman diğer toksisite çalışmalarında elde edilen sonuçlarla birlikte yorumlanmalıdır ve hayvan verileri insan maruziyetine uyarlanırken sınırlamalar da dikkate alınmalıdır. Mesleki ve çevresel temasın olduğu kimyasal maddeler için yapılan düzenlemelerde, hayvan verileri insanlara uyarlanırken belirsizlik (veya güvenlik) etmenleri sıklıkla kullanılır. Genel olarak, hayvanlardaki toksisite çalışmasında elde edilen NOAEL, belirsizlik etmeni 100’e (10x10) bölünür. Buradaki 10 çarpanı, toksikokinetik ve toksikodinamik düzeydeki olası türler arası (hayvanlardan insanlara) değişkenliği, diğer 10 çarpanı ise tür içi (insandan insana) değişkenliği dengelemek için kullanılır. Bununla birlikte, kullanılan belirsizlik etmenleri duruma göre değişebilir. Örneğin, daha tekdüze bir işçi topluluğu için 3 çarpanı kullanılabilir (genel toplum için kullanılan 10 çarpanı yerine) ve toksisite verileri sadece LOAEL’lere dayandığında veya sağlıkla ilgili ters etki ciddi olarak kabul edildiğinde (örneğin kötü huylu bir hastalık), ek güvenlik çarpanları kullanılabilir. İnsanlarda tıbbi kullanımı hedeflenen ilaçlar için, ruhsatlandırma koşulu gereği çok geniş toksisite verisi olmalıdır: Hedeflenen tedavi edici kullanım ve uygulama şekli ile ilişkili hem hayvan, hem de insan verileri. Uygulama şekli ile ilişkili gereklilik, piyasada önceden var olan bir ilaç için yeni bir uygulama şekli düşünüldüğünde, yeni verilerin oluşturulması gerektiği anlamına gelmektedir. Üstelik, eğer bir ilaç kısa süreli bir kullanım (örneğin kısa süreli ağrı tedavisi için en fazla 3 hafta) için ruhsatlı ise ve ilaç şirketi uzun süreli bir tedavide kullanım isterse (örneğin artrit ağrısının tedavisi için), kısa süreli tedavi için gerekli görünmeyen kanserojenite verileri istenecektir. Toksikolojik verilerin değerlendirilmesi, iyi bir şekilde tanımlanmış kimyasal madde maruziyetini takiben oluşan sağlıkla ilgili ani ters etkiler için genellikle daha kolaydır. Bununla birlikte, akut toksisitenin altındaki mekanizma genellikle bilinmediği için (farmakolojik yan etki olmadıkça) aşırı doz ilaç alımı durumunda ne yapılması gerektiği bilinmemektedir. Sürekli düşük doza maruz kalma durumunda (ilaçlar için daha az, fakat mesleki ve çevresel maruziyette iyi bilinen bir sorun), toksikolojik değerlendirme karmaşık olabilir (örneğin eşik değerin olup olmadığı soruları). Toksisite verilerinin değerlendirilmesini karmaşık hale getiren bir etmen, bir kimyasal maddenin önceki maruziyetine bağlı, toksisitede azalmış yanıt şeklinde tanımlanan dayanıklılık gelişimidir. Dayanıklılık, bir bileşiğin etkilerine duyarsızlaşma sürecidir ve dirençli hücrelerin seçilmesi (hücreye toksik sitostatiklerde
38
Genel toksikoloji
yaygın olmasa da) veya almaçların sayısında azalmaya (down regulation) bağlı olabilir. Morfin ve etanole dayanıklılık, duyarsızlaşmanın iyi bilinen iki örneğidir. Benzer şekilde, burundaki ilk tahriş, birkaç dakikalık temas süresinden sonra kaybolabilir. Bir diğer karmaşık hale getirici etmen de, ilaçlar da dahil kimyasal maddelerin birbirleriyle etkileşebilmesidir. Bu durum, tek bir bileşiğe odaklanan bilinen toksisite testleriyle genellikle belirlenmez. Kimyasal maddeler arasında etkileşme aditif (birlikteki etki, her bir maddenin tek başına verildiğinde oluşan etkilerin toplamına eşittir), sinerjist etki (birlikteki etki, her bir maddenin tek başına verildiğinde oluşan etkilerin toplamından fazladır), potansiyalize edici etki (maddelerden bir tanesi kendi başına bir organ sisteminde toksik etki göstermemekle birlikte toksik bir madde ile verildiğinde, toksik etkiyi arttırır) ya da antagonist etki (birlikteki etki, her bir maddenin tek başına verildiğindeki etkilerin toplamından azdır) ile sonuçlanabilir. İlaç geliştirilmesi sırasında üretici firma, ilacın istenen kullanımıyla ilişkili, toksikokinetik ve toksikodinamik etkileşmeler kadar, farmakokinetik ve farmakodinamik etkileşmeler olasılığını da dikkate almalıdır. Örneğin, söz konusu olan ilaç, diğer ilaçların etkisizleştirilmesi için gerekli bazı sitokrom P450 enzimlerini engelleyecek midir? Ya da yeni ilacın metabolizmasını azaltacak diğer ilaçlarla birlikte tedavi olası mıdır? Hedeflenen hasta grubu tarafından sıklıkla kullanılabilecek ilaçlar farmakodinamik etkileşmeleri açısından incelenmelidir. Sonuç Üretici firma, yeni bir ilacın tedavi edici kullanımı için hazırlanan dosyayı onaya sunduğunda, tedavi edilecek hastalığın ciddiyetini dikkate alarak, ilacın etkinliği ve hedeflenen kullanımındaki güvenliği için ayrıntılı kanıtları sağlamak zorundadır. Ruhsat için, uygulama yolu, süresi ve doza bağlı olarak bir dizi veri gerekir. Yetkililer, güvenlik ve etkinlik verilerini onayladıklarında ilaç bu kullanım için ruhsatlandırılır. İlaç olmayan diğer kimyasal maddelerin toksisite özellikleri (insanlardaki toksikokinetik ve toksikodinamikleri bakımından) genellikle daha az bilinir. Bu durumlarda, deney hayvanlarındaki in vivo ve /veya izole hücrelerde in vitro yöntemlerdeki deneysel veriler insan verisinin yerine geçer (şüpheli, olası riskler hakkında sonuçlara varmak için). Sadece uzun yıllardır kullanımda olan kimyasal maddeler için, insandaki toksisite hakkında bilgi verebilecek yeterli epidemiyolojik veriler mevcuttur.
İleri okuma
39
Çoğu toksisite verisinin deneysel çalışmalardan (hayvanlardaki ve/ veya hücrelerdeki) türetildiği gerçeği, tıbbi kullanımı amaçlanan ilaçlar dahil kimyasal maddelerin güvenli kullanımı ile ilişkili farklı yönlerin değerlendirilmesi, temel toksikoloji ilkelerini anlayan ve toksisite testleri için temel bilgiye sahip olan uzmanların çalışmasını gerektirir. İleri okuma Klaasen CD, ed. (2001). Casarett & Doull’s Toxicology. The Basic Science of Poisons, 6th edn New York: McGraw-Hill. Hayes AW, ed. (2001). Principles and Methods of Toxicology, 4th edn. Philadelphia: Taylor and Francis.