Toxicidad

Toxicidad es el grado en que una sustancia química o una mezcla particular de sustancias pueden dañar un organismo. La toxicidad puede referirse al efecto sobre un organismo completo, como un animal, una bacteria o una planta, así como el efecto sobre una subestructura del organismo, como una célula (citotoxicidad) o un órgano como el hígado (hepatotoxicidad).. Por extensión, la palabra puede usarse metafóricamente para describir los efectos tóxicos en grupos más grandes y complejos, como la unidad familiar o la sociedad en general. A veces, la palabra es más o menos sinónimo de envenenamiento en el uso cotidiano.

Un concepto central de la toxicología es que los efectos de un tóxico dependen de la dosis; incluso el agua puede provocar intoxicación por agua cuando se toma en dosis demasiado altas, mientras que incluso para una sustancia muy tóxica como el veneno de serpiente hay una dosis por debajo de la cual no hay un efecto tóxico detectable. La toxicidad es específica de la especie, lo que hace que el análisis entre especies sea problemático. Nuevos paradigmas y métricas están evolucionando para eludir las pruebas con animales, manteniendo el concepto de puntos finales de toxicidad.

Etimología

"Tóxico" y palabras similares derivan del griego τόξον toxon ('arco'), una referencia al uso de flechas envenenadas como armas. Se eligió esta raíz debido a la transliteración de ἰός ios, la palabra griega clásica habitual para "veneno", no se distinguía lo suficiente de la palabra inglesa "ion," en sí mismo deriva de una raíz griega similar pero no relacionada. El significado literal de la raíz toxo- se refleja en nombres biológicos como Toxodon ("dientes arqueados").

Tipos

Por lo general, hay cinco tipos de toxicidades; químicos, biológicos, físicos, radiactivos y conductuales.

Los microorganismos y parásitos que causan enfermedades son tóxicos en un sentido amplio, pero por lo general se los denomina patógenos en lugar de sustancias tóxicas. La toxicidad biológica de los patógenos puede ser difícil de medir porque la dosis umbral puede ser un solo organismo. Teóricamente, un virus, bacteria o gusano puede reproducirse para causar una infección grave. Si un huésped tiene un sistema inmunitario intacto, la toxicidad inherente del organismo se equilibra con la respuesta del huésped; la toxicidad efectiva es entonces una combinación. En algunos casos, p. toxina del cólera, la enfermedad es causada principalmente por una sustancia no viva secretada por el organismo, más que por el propio organismo. Estos tóxicos biológicos no vivos generalmente se denominan toxinas si los produce un microorganismo, planta u hongo, y venenos si los produce un animal.

Los tóxicos físicos son sustancias que, por su naturaleza física, interfieren en los procesos biológicos. Los ejemplos incluyen polvo de carbón, fibras de asbesto o dióxido de silicio finamente dividido, todos los cuales pueden ser fatales en última instancia si se inhalan. Los productos químicos corrosivos poseen toxicidad física porque destruyen los tejidos, pero no son directamente venenosos a menos que interfieran directamente con la actividad biológica. El agua puede actuar como un tóxico físico si se toma en dosis extremadamente altas porque la concentración de iones vitales disminuye dramáticamente con demasiada agua en el cuerpo. Los gases asfixiantes pueden considerarse tóxicos físicos porque actúan desplazando el oxígeno del ambiente pero son gases inertes, no químicamente tóxicos.

La radiación puede tener un efecto tóxico en los organismos.

La toxicidad conductual se refiere a los efectos indeseables de niveles esencialmente terapéuticos de medicación clínicamente indicada para un trastorno determinado (DiMascio, Soltys y Shader, 1970). Estos efectos indeseables incluyen efectos anticolinérgicos, bloqueo alfa-adrenérgico y efectos dopaminérgicos, entre otros.

Medición

La toxicidad se puede medir por sus efectos sobre el objetivo (organismo, órgano, tejido o célula). Debido a que los individuos generalmente tienen diferentes niveles de respuesta a la misma dosis de una sustancia tóxica, a menudo se usa una medida de toxicidad a nivel de población que relaciona las probabilidades de un resultado para un individuo dado en una población. Una de esas medidas es la LD50. Cuando no existen tales datos, las estimaciones se hacen por comparación con cosas tóxicas similares conocidas, o con exposiciones similares en organismos similares. Luego, "factores de seguridad" se agregan para tener en cuenta las incertidumbres en los datos y los procesos de evaluación. Por ejemplo, si una dosis de una sustancia tóxica es segura para una rata de laboratorio, se podría suponer que una décima parte de esa dosis sería segura para un ser humano, permitiendo un factor de seguridad de 10 para tener en cuenta las diferencias entre especies entre dos mamíferos; si los datos son de peces, se podría usar un factor de 100 para explicar la mayor diferencia entre dos clases de cordados (peces y mamíferos). De manera similar, se puede usar un factor de protección adicional para las personas que se cree que son más susceptibles a los efectos tóxicos, como en el embarazo o con ciertas enfermedades. O bien, se podría asignar un factor de protección adicional de 10 a una sustancia química recién sintetizada y no estudiada anteriormente que se cree que tiene un efecto muy similar a otro compuesto para tener en cuenta las posibles diferencias en los efectos que probablemente sean mucho menores. Este enfoque es muy aproximado, pero tales factores de protección son deliberadamente muy conservadores, y se ha encontrado que el método es útil en una amplia variedad de aplicaciones.

La evaluación de todos los aspectos de la toxicidad de los agentes causantes de cáncer implica problemas adicionales, ya que no es seguro si existe una dosis efectiva mínima para los carcinógenos o si el riesgo es demasiado pequeño para ver. Además, es posible que una sola célula transformada en una célula cancerosa sea todo lo que se necesita para desarrollar el efecto completo (la teoría del "un golpe").

Es más difícil determinar la toxicidad de las mezclas químicas que de un producto químico puro porque cada componente muestra su propia toxicidad y los componentes pueden interactuar para producir efectos mejorados o disminuidos. Las mezclas comunes incluyen gasolina, humo de cigarrillo y desechos industriales. Aún más complejas son las situaciones con más de un tipo de entidad tóxica, como el vertido de una depuradora averiada, tanto con agentes químicos como biológicos.

Las pruebas preclínicas de toxicidad en varios sistemas biológicos revelan los efectos tóxicos específicos de especies, órganos y dosis de un producto en investigación. La toxicidad de las sustancias se puede observar (a) estudiando las exposiciones accidentales a una sustancia (b) estudios in vitro utilizando células/líneas celulares (c) exposición in vivo en animales de experimentación. Las pruebas de toxicidad se utilizan principalmente para examinar eventos adversos específicos o criterios de valoración específicos, como el cáncer, la cardiotoxicidad y la irritación de la piel y los ojos. Las pruebas de toxicidad también ayudan a calcular la dosis del nivel sin efecto adverso observado (NOAEL) y son útiles para los estudios clínicos.

Clasificación

El pictograma internacional para sustancias químicas tóxicas.

Para que las sustancias se regulen y manejen adecuadamente, deben clasificarse y etiquetarse correctamente. La clasificación está determinada por cálculos o medidas de prueba aprobadas y tiene niveles de corte establecidos por gobiernos y científicos (por ejemplo, niveles sin efectos adversos observados, valores límite de umbral y niveles de ingesta diaria tolerable). Los pesticidas proporcionan el ejemplo de sistemas de clasificación de toxicidad y etiquetas de toxicidad bien establecidos. Si bien actualmente muchos países tienen diferentes regulaciones con respecto a los tipos de pruebas, la cantidad de pruebas y los niveles de corte, la implementación del Sistema Globalmente Armonizado ha comenzado a unificar a estos países.

La clasificación global analiza tres áreas: peligros físicos (explosiones y pirotecnia), peligros para la salud y peligros ambientales.

Peligros para la salud

Los tipos de toxicidades donde las sustancias pueden causar la letalidad en todo el cuerpo, la letalidad en órganos específicos, daño mayor/menor o causar cáncer. Estas son definiciones globalmente aceptadas de lo que es la toxicidad. Todo lo que se salga de la definición no se puede clasificar como ese tipo de sustancia tóxica.

Toxicidad aguda

La toxicidad aguda analiza los efectos letales después de la exposición oral, dérmica o por inhalación. Se divide en cinco categorías de gravedad donde la Categoría 1 requiere la menor cantidad de exposición para ser letal y la Categoría 5 requiere la mayor exposición para ser letal. La siguiente tabla muestra los límites superiores para cada categoría.

Nota: Se espera que los valores no definidos sean aproximadamente equivalentes a los valores de la categoría 5 para la administración oral y dérmica.

Otros métodos de exposición y gravedad

La corrosión y la irritación de la piel se determinan mediante un análisis de prueba de parche cutáneo, similar a una prueba de parche de inflamación alérgica. Esto examina la gravedad del daño causado; cuándo se incurre y cuánto tiempo permanece; si es reversible y cuántos sujetos de prueba se vieron afectados.

La corrosión cutánea de una sustancia debe penetrar a través de la epidermis en la dermis dentro de las cuatro horas posteriores a la aplicación y no debe revertir el daño dentro de los 14 días. La irritación de la piel muestra daño menos severo que la corrosión si: el daño ocurre dentro de las 72 horas de la aplicación; o durante tres días consecutivos después de la aplicación dentro de un período de 14 días; o causa inflamación que dura 14 días en dos sujetos de prueba. La irritación leve de la piel es un daño menor (menos severo que la irritación) dentro de las 72 horas posteriores a la aplicación o durante tres días consecutivos después de la aplicación.

El daño ocular grave implica daño tisular o degradación de la visión que no se revierte por completo en 21 días. La irritación ocular implica cambios en el ojo que se revierten por completo en 21 días.

Otras categorías

• Los sensibilizadores respiratorios causan hipersensibilidad respiratoria cuando se inhala la sustancia.
• Una sustancia que es un sensibilizador de piel causa una respuesta alérgica de una aplicación dermal.
• Los carcinógenos inducen cáncer, o aumentan la probabilidad de que ocurra cáncer.
• La neurotoxicidad es una forma de toxicidad en la que un agente biológico, químico o físico produce un efecto adverso en la estructura o función del sistema nervioso central y/o periférico. Se produce cuando la exposición a una sustancia, específicamente una neurotoxina o neurotoxicante, altera la actividad normal del sistema nervioso de tal manera que cause daño permanente o reversible al tejido nervioso.
• Las sustancias reproductivas causan efectos adversos en la función sexual o la fertilidad a un padre o a la descendencia.
• Las toxinas de órganos específicas sólo dañan órganos específicos.
• Los riesgos de aspiración son sólidos o líquidos que pueden causar daño a través de la inhalación.

Peligros ambientales

Un peligro ambiental se puede definir como cualquier condición, proceso o estado que afecte negativamente al medio ambiente. Estos peligros pueden ser físicos o químicos y estar presentes en el aire, el agua y/o el suelo. Estas condiciones pueden causar un gran daño a los humanos y otros organismos dentro de un ecosistema.

Tipos comunes de peligros ambientales

• Agua: detergentes, fertilizantes, aguas residuales crudas, medicamentos recetados, pesticidas, herbicidas, metales pesados, PCB
• Suelo: metales pesados, herbicidas, pesticidas, PCB
• Aire: partículas, monóxido de carbono, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, amianto, ozono terrestre, plomo (desde el combustible de aeronaves, la minería y los procesos industriales)

La EPA mantiene una lista de contaminantes prioritarios para pruebas y regulación.

Riesgos laborales

Los trabajadores en diversas ocupaciones pueden tener un mayor nivel de riesgo de varios tipos de toxicidad, incluida la neurotoxicidad. La expresión "Loco como un sombrerero" y el "Sombrerero Loco" del libro Alicia en el País de las Maravillas derivan de la conocida toxicidad ocupacional de los sombrereros que usaban un químico tóxico para controlar la forma de los sombreros. La exposición a productos químicos en el entorno laboral puede ser necesaria para la evaluación por parte de profesionales de la higiene industrial.

Peligros para las pequeñas empresas

Peligros derivados de la eliminación de desechos médicos y medicamentos recetados

Peligros en las artes

Los peligros en las artes han sido un problema para los artistas durante siglos, aunque no siempre se comprendió adecuadamente la toxicidad de sus herramientas, métodos y materiales. El plomo y el cadmio, entre otros elementos tóxicos, a menudo se incorporaban a los nombres de pinturas al óleo y pigmentos de artistas, por ejemplo, "blanco de plomo" y "rojo de cadmio".

Los grabadores del siglo XX y otros artistas comenzaron a ser conscientes de las sustancias tóxicas, las técnicas tóxicas y los vapores tóxicos en los pegamentos, los medios de pintura, los pigmentos y los solventes, muchos de los cuales en sus etiquetas no indicaban su toxicidad. Un ejemplo fue el uso de xilol para limpiar pantallas de seda. Los pintores comenzaron a notar los peligros de respirar medios de pintura y diluyentes como la trementina. Consciente de los tóxicos en los estudios y talleres, en 1998 el grabador Keith Howard publicó Grabado en huecograbado no tóxico, que detallaba doce técnicas innovadoras de grabado en huecograbado, que incluyen grabado fotográfico, imágenes digitales, métodos de grabado manual con resina acrílica, y la introducción de un nuevo método de litografía no tóxica.

Mapeo de peligros ambientales

Hay muchas herramientas de mapeo de salud ambiental. TOXMAP es un Sistema de Información Geográfica (SIG) de la División de Servicios de Información Especializados de la Biblioteca Nacional de Medicina (NLM) de los Estados Unidos que utiliza mapas de los Estados Unidos para ayudar a los usuarios a explorar visualmente los datos de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. s (EPA) Inventario de Emisiones Tóxicas y programas Superfund. TOXMAP es un recurso financiado por el Gobierno Federal de los Estados Unidos. La información química y de salud ambiental de TOXMAP se toma de la Red de datos de toxicología de la NLM (TOXNET) y PubMed, y de otras fuentes autorizadas.

Toxicidad acuática

Las pruebas de toxicidad acuática someten a especies indicadoras clave de peces o crustáceos a ciertas concentraciones de una sustancia en su entorno para determinar el nivel de letalidad. Los peces se exponen durante 96 horas, mientras que los crustáceos se exponen durante 48 horas. Si bien el GHS no define la toxicidad por encima de 100 mg/L, la EPA actualmente enumera la toxicidad acuática como "prácticamente no tóxica" en concentraciones superiores a 100 ppm.

Nota: se establece una categoría 4 para la exposición crónica, pero simplemente contiene cualquier sustancia tóxica que es en su mayoría insoluble, o no tiene datos de toxicidad aguda.

Factores que influyen en la toxicidad

La toxicidad de una sustancia puede verse afectada por muchos factores diferentes, como la vía de administración (si el tóxico se aplica en la piel, se ingiere, se inhala, se inyecta), el tiempo de exposición (un encuentro breve o a largo plazo), la cantidad de exposiciones (una dosis única o dosis múltiples a lo largo del tiempo), la forma física del tóxico (sólido, líquido, gas), la composición genética de un individuo, la salud general de un individuo y muchos otros. Varios de los términos utilizados para describir estos factores se han incluido aquí.

Exposición aguda

Una exposición única a una sustancia tóxica que puede resultar en daño biológico grave o muerte; las exposiciones agudas suelen caracterizarse como duraderas no más de un día.

Exposición crónica

La exposición continua a un tóxico durante un período prolongado de tiempo, medido a menudo en meses o años; puede causar efectos secundarios irreversibles.

Alternativas al marco de dosis-respuesta

Teniendo en cuenta las limitaciones del concepto de dosis-respuesta, recientemente se ha propuesto un índice abstracto de toxicidad de fármacos (DTI) novedoso. DTI redefine la toxicidad de los medicamentos, identifica los fármacos hepatotóxicos, brinda información sobre los mecanismos, predice los resultados clínicos y tiene potencial como herramienta de detección.