Toxicología

La toxicología es una disciplina científica, que se superpone con la biología, la química, la farmacología y la medicina, que implica el estudio de los efectos adversos de las sustancias químicas en los organismos vivos y la práctica de diagnosticar y tratar la exposición a toxinas y sustancias tóxicas. La relación entre la dosis y sus efectos sobre el organismo expuesto es de gran importancia en toxicología. Los factores que influyen en la toxicidad química incluyen la dosis, la duración de la exposición (ya sea aguda o crónica), la vía de exposición, la especie, la edad, el sexo y el medio ambiente. toxicólogossomos expertos en venenos y envenenamientos. Existe un movimiento a favor de la toxicología basada en la evidencia como parte del movimiento más amplio hacia las prácticas basadas en la evidencia. Actualmente, la toxicología está contribuyendo al campo de la investigación del cáncer, ya que algunas toxinas pueden usarse como medicamentos para matar células tumorales. Un buen ejemplo de esto son las proteínas que inactivan los ribosomas, probadas en el tratamiento de la leucemia.

La palabra toxicología es un compuesto neoclásico del nuevo latín, atestiguado por primera vez alrededor de 1799, a partir de las formas combinadas toxico- + -logía, que a su vez provienen del Antiguo Palabras griegas τοξικός toxikos, "venenoso", y λόγος logos, "tema").

Historia

Dioscórides, médico griego de la corte del emperador romano Nerón, hizo el primer intento de clasificar las plantas según su efecto tóxico y terapéutico. Una obra atribuida al autor del siglo X Ibn Wahshiyya llamada Libro sobre venenos describe varias sustancias tóxicas y recetas venenosas que se pueden hacer usando magia. Una obra poética canarés del siglo XIV atribuida al príncipe jainista Mangarasa, Khagendra Mani Darpana, describe varias plantas venenosas.

Theophrastus Phillipus Auroleus Bombastus von Hohenheim (1493-1541) (también conocido como Paracelsus, por su creencia de que sus estudios estaban por encima o más allá del trabajo de Celsus, un médico romano del primer siglo) es considerado "el padre" de la toxicología. Se le atribuye la máxima clásica de toxicología, " Alle Dinge sind Gift und nichts ist ohne Gift; allein die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist ", que se traduce como "Todas las cosas son venenosas y nada es sin veneno; sólo el dosis hace que una cosa no sea venenosa". Esto a menudo se condensa en: "La dosis hace el veneno" o en latín "Sola dosis facit venenum".

Mathieu Orfila también es considerado el padre moderno de la toxicología, habiendo dado al tema su primer tratamiento formal en 1813 en su Traité des poisons, también llamado Toxicologie générale.

En 1850, Jean Stas se convirtió en la primera persona en aislar con éxito venenos vegetales del tejido humano. Esto le permitió identificar el uso de nicotina como veneno en el caso del asesinato de Bocarmé, proporcionando las pruebas necesarias para condenar al conde belga Hippolyte Visart de Bocarmé por matar a su cuñado.

Principios básicos

El objetivo de la evaluación de la toxicidad es identificar los efectos adversos de una sustancia. Los efectos adversos dependen de dos factores principales: i) vías de exposición (oral, inhalación o dérmica) y ii) dosis (duración y concentración de la exposición). Para explorar la dosis, las sustancias se prueban en modelos agudos y crónicos. Generalmente, se llevan a cabo diferentes conjuntos de experimentos para determinar si una sustancia causa cáncer y para examinar otras formas de toxicidad.

Factores que influyen en la toxicidad química:

• Dosis
  • Se estudian tanto exposiciones únicas grandes (aguda) como exposiciones pequeñas continuas (crónicas).
• Ruta de exposición
  • Ingestión, inhalación o absorción cutánea
• Otros factores
  • Especies
  • Edad
  • Sexo
  • Salud
  • Medioambiente
  • Características individuales

La disciplina de la toxicología basada en la evidencia se esfuerza por evaluar de manera transparente, consistente y objetiva la evidencia científica disponible para responder preguntas en toxicología, el estudio de los efectos adversos de los agentes químicos, físicos o biológicos en los organismos vivos y el medio ambiente, incluido el prevención y mejora de tales efectos. La toxicología basada en la evidencia tiene el potencial de abordar las preocupaciones de la comunidad toxicológica sobre las limitaciones de los enfoques actuales para evaluar el estado de la ciencia. Estos incluyen preocupaciones relacionadas con la transparencia en la toma de decisiones, la síntesis de diferentes tipos de evidencia y la evaluación del sesgo y la credibilidad. La toxicología basada en la evidencia tiene sus raíces en el movimiento más amplio hacia las prácticas basadas en la evidencia.

Métodos de prueba

Los experimentos de toxicidad se pueden realizar in vivo (usando el animal completo) o in vitro (ensayo en células o tejidos aislados) o in silico (en una simulación por computadora).

Animales no humanos

La herramienta experimental clásica de la toxicología son las pruebas en animales no humanos. Ejemplos de organismos modelo son Galleria mellonella, que puede reemplazar a los pequeños mamíferos, y el pez cebra, que permiten el estudio de la toxicología en un vertebrado de orden inferior in vivo. A partir de 2014, dichas pruebas con animales brindan información que no está disponible por otros medios sobre cómo funcionan las sustancias en un organismo vivo. Algunas organizaciones se oponen al uso de animales no humanos para pruebas de toxicología por razones de bienestar animal, y se ha restringido o prohibido en algunas circunstancias en ciertas regiones, como las pruebas de cosméticos en la Unión Europea.

Métodos de prueba alternativos

Si bien las pruebas en modelos animales siguen siendo un método para estimar los efectos humanos, existen preocupaciones tanto éticas como técnicas con las pruebas en animales.

Desde finales de la década de 1950, el campo de la toxicología ha buscado reducir o eliminar las pruebas con animales bajo la rúbrica de las "Tres R": reducir la cantidad de experimentos con animales al mínimo necesario; refinar los experimentos para causar menos sufrimiento y reemplazar los experimentos in vivo con otros tipos, o usar formas de vida más simples cuando sea posible.

El modelado por computadora es un ejemplo de métodos de prueba alternativos; utilizando modelos informáticos de sustancias químicas y proteínas, se pueden determinar las relaciones estructura-actividad, y se pueden identificar las estructuras químicas que probablemente se unan a las proteínas con funciones esenciales e interfieran con ellas. Este trabajo requiere un conocimiento experto en modelado molecular y estadística junto con un juicio experto en química, biología y toxicología.

En 2007, la Academia Nacional de Ciencias de la ONG estadounidense publicó un informe llamado "Pruebas de toxicidad en el siglo XXI: una visión y una estrategia" que comenzaba con una declaración: "El cambio a menudo implica un evento fundamental que se basa en la historia anterior y abre la puerta a una nueva era. Los eventos fundamentales en la ciencia incluyen el descubrimiento de la penicilina, la elucidación de la doble hélice del ADN y el desarrollo de las computadoras.... Las pruebas de toxicidad se acercan a un punto crucial científico. Está preparado para aprovechar las revoluciones en biología y biotecnología Los avances en toxicogenómica, bioinformática, biología de sistemas, epigenética y toxicología computacional podrían transformar las pruebas de toxicidad de un sistema basado en pruebas con animales completos a uno basado principalmente en métodos in vitro que evalúan cambios en procesos biológicos usando células,líneas celulares, o componentes celulares, preferentemente de origen humano”.A partir de 2014, esa visión aún no se había realizado.

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos estudió 1065 sustancias químicas y farmacológicas en su programa ToxCast (parte del Tablero de productos químicos de CompTox) utilizando modelos de sílice y un ensayo basado en células madre pluripotentes humanas para predecir intoxicantes de desarrollo in vivo en función de los cambios en el metabolismo celular después de exposición a sustancias químicas. Los principales hallazgos del análisis de este conjunto de datos ToxCast_STM publicado en 2020 incluyen: (1) el 19 % de 1065 productos químicos arrojaron una predicción de toxicidad para el desarrollo, (2) el rendimiento del ensayo alcanzó una precisión del 79 % al 82 % con alta especificidad (> 84 %) pero sensibilidad modesta (< 67 %) en comparación con in vivomodelos animales de toxicidad en el desarrollo prenatal humano, (3) la sensibilidad mejoró a medida que se aplicaron requisitos de evidencia más estrictos a los estudios en animales, y (4) el análisis estadístico de los impactos químicos más potentes en objetivos bioquímicos específicos en ToxCast reveló asociaciones positivas y negativas con la respuesta STM, proporcionando información sobre los fundamentos mecánicos del punto final objetivo y su dominio biológico.

En algunos casos, la ley o el reglamento han ordenado alejarse de los estudios con animales; La Unión Europea (UE) prohibió el uso de pruebas en animales para cosméticos en 2013.

Complejidades de la respuesta a la dosis

La mayoría de los productos químicos muestran una curva de respuesta a la dosis clásica: a una dosis baja (por debajo de un umbral), no se observa ningún efecto. Algunos muestran un fenómeno conocido como desafío suficiente: una pequeña exposición produce animales que "crecen más rápidamente, tienen una mejor apariencia general y calidad del pelaje, tienen menos tumores y viven más que los animales de control". Algunas sustancias químicas no tienen un nivel de exposición seguro bien definido. Estos son tratados con especial cuidado. Algunas sustancias químicas están sujetas a la bioacumulación, ya que se almacenan en el cuerpo en lugar de excretarlas; estos también reciben una consideración especial.

Varias medidas se utilizan comúnmente para describir las dosis tóxicas de acuerdo con el grado de efecto sobre un organismo o una población, y algunas están definidas específicamente por diversas leyes o usos organizacionales. Éstos incluyen:

• LD50 = Dosis letal mediana, una dosis que matará al 50% de una población expuesta
• NOEL = Nivel sin efecto observado, la dosis más alta que se sabe que no muestra ningún efecto
• NOAEL = Nivel de efectos adversos no observados, la dosis más alta que se sabe que no muestra efectos adversos
• PEL = Límite de exposición permisible, la concentración más alta permitida según las regulaciones de OSHA de EE. UU.
• STEL = Límite de exposición a corto plazo, la concentración más alta permitida por períodos cortos de tiempo, en general, de 15 a 30 minutos
• TWA = Promedio ponderado en el tiempo, la cantidad promedio de la concentración de un agente durante un período de tiempo específico, generalmente 8 horas
• TTC = Se ha establecido un umbral de preocupación toxicológica para los componentes del humo del tabaco

Tipos

La toxicología médica es la disciplina que requiere el estatus de médico (título de MD o DO más educación especializada y experiencia).

La toxicología clínica es la disciplina que pueden practicar no solo los médicos, sino también otros profesionales de la salud con una maestría en toxicología clínica: médicos auxiliares (asistentes médicos, enfermeras practicantes), enfermeras, farmacéuticos y profesionales de la salud afines.

La toxicología forense es la disciplina que hace uso de la toxicología y otras disciplinas como la química analítica, la farmacología y la química clínica para ayudar en la investigación médica o legal de la muerte, el envenenamiento y el uso de drogas. La principal preocupación de la toxicología forense no es el resultado legal de la investigación toxicológica o la tecnología utilizada, sino la obtención e interpretación de los resultados.

La toxicología computacional es una disciplina que desarrolla modelos matemáticos y basados ​​en computadora para comprender y predecir mejor los efectos adversos para la salud causados ​​por productos químicos, como los contaminantes ambientales y los productos farmacéuticos. Dentro del proyecto Toxicología en el Siglo XXI, se identificaron los mejores modelos predictivos como Deep Neural Networks, Random Forest y Support Vector Machines, que pueden alcanzar el desempeño de experimentos in vitro.

La toxicología ocupacional es la aplicación de la toxicología a los peligros químicos en el lugar de trabajo.

La toxicología como profesión.

Un toxicólogo es un científico o personal médico que se especializa en el estudio de síntomas, mecanismos, tratamientos y detección de venenos y toxinas; especialmente el envenenamiento de personas.

Requisitos

Para trabajar como toxicólogo se debe obtener un título en toxicología o un título relacionado como biología, química, farmacología o bioquímica.Los programas de licenciatura en toxicología cubren la composición química de las toxinas y sus efectos sobre la bioquímica, la fisiología y la ecología. Una vez que se completan los cursos de introducción a las ciencias de la vida, los estudiantes generalmente se inscriben en laboratorios y aplican los principios de toxicología a la investigación y otros estudios. Los estudiantes avanzados profundizan en sectores específicos, como la industria farmacéutica o la aplicación de la ley, que aplican métodos de toxicología en su trabajo. La Sociedad de Toxicología (SOT) recomienda que los estudiantes universitarios en escuelas postsecundarias que no ofrecen una licenciatura en toxicología consideren obtener un título en biología o química. Además, el SOT aconseja a los aspirantes a toxicólogos que tomen cursos de estadística y matemáticas, así como que adquieran experiencia de laboratorio a través de cursos de laboratorio, proyectos de investigación de estudiantes y pasantías.

Deberes

Los toxicólogos realizan muchas funciones diferentes, incluida la investigación en los campos académico, sin fines de lucro e industrial, evaluación de la seguridad del producto, consultoría, servicio público y regulación legal. Para investigar y evaluar los efectos de los productos químicos, los toxicólogos realizan estudios y experimentos cuidadosamente diseñados. Estos experimentos ayudan a identificar la cantidad específica de una sustancia química que puede causar daño y los riesgos potenciales de estar cerca o usar productos que contengan ciertas sustancias químicas. Los proyectos de investigación pueden abarcar desde la evaluación de los efectos de los contaminantes tóxicos en el medio ambiente hasta la evaluación de cómo responde el sistema inmunitario humano a los compuestos químicos de los fármacos. Si bien los deberes básicos de los toxicólogos son determinar los efectos de los productos químicos en los organismos y su entorno, los deberes laborales específicos pueden variar según la industria y el empleo.

Compensación

El salario de los trabajos en toxicología depende de varios factores, incluido el nivel de escolaridad, la especialización y la experiencia. La Oficina de Estadísticas Laborales de EE. UU. (BLS, por sus siglas en inglés) señala que se esperaba que los trabajos para los científicos biológicos, que generalmente incluyen a los toxicólogos, aumentaran en un 21 % entre 2008 y 2018. La BLS señala que este aumento podría deberse al crecimiento de la investigación y el desarrollo en biotecnología, así como aumentos presupuestarios para investigación básica y médica en ciencias biológicas.