Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Hodnocení toxicity směsí • Toxicita směsí kontaminantů není jednoduše predikovatelná z toxicity jednotlivých látek • Jediná spolehlivá cesta hodnocení toxicity směsí je testování založené na porozumění mechanismů působení jednotlivých složek směsi predikce jejich působení • Toxicita směsí je velmi důležitá, neboť v prostředí jsou látky ve směsích Testování toxicity látek 1) Jednotlivé látky 2) Komplexní environmentální směsi 3) Modelové směsi (definované složení) → Interakce látek ve směsi Testování jednotlivých látek • Známé koncentrace, vlastnosti, účinky • Snadné provedení • Snadné vyhodnocení • Interakce s dalšími látkami??? Komplexní environmentální směsi • Mnoho látek v jedné směsi, také dosud neznámé a neprostudované látky • Různé mechanismy toxicity a různé účinky těchto látek • Neznámé interakce látek ve směsi Modelové směsi • Definované složení • Známé účinky a vlastnosti studovaných látek • Známé mechanismy toxicity • Vhodné ke studiu interakcí mezi jednotlivými látkami Působení látek ve směsích • Aditivita – Toxicita směsi toxikantů A a B je stejná jako suma toxicit toxikantů A a B působících samostatně • Antagonismus – Toxicita směsi toxikantů A a B je nižší než suma toxicit toxikantů A a B působících samostatně • Synergismus - Toxicita směsi toxikantů A a B je vyšší než suma toxicit toxikantů A a B působících samostatně • Potenciace – Jedna chemikálie, která samostatně není toxická, zvyšuje toxicitu další chemikálie ve směsi 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1TU A 1TU B 0.5TU A+ 0.5 TU B 0.5TU A+ 0.5 TU B 0.5TU A+ 0.5 TU B Aditivita Antagonismus Synergismus Toxickéjednotky Koncentračně-adiční model (Concentration Addition, CA) • Předpokladem pro jeho použití je stejný mechanismus účinků jednotlivých látek ve směsi (např. vazba na receptor) • Principem této metody je možnost nahrazení jedné látky ve směsi druhou látkou • Každá jednotlivá látka tak přispívá k účinku směsi v poměru k její koncentraci, nikoli účinku! • Stejný princip je i základem pro výpočet TEQ při posuzování účinků environmentálních směsí Další modely pro predikci účinků směsí Model nezávislého působení (Independent Action, IA) – látky způsobují daný účinek nezávisle na sobě – jiným mechanismem Model součtu účinků (Effect Summation, ES) - možno použít pouze v případě lineární odpovědi u křivek dávka-odpověď pro jednotlivé látky Model nezávislého působení • Naměřené a predikované účinky směsi 16 biocidů působících různými mechanismy v testu toxicity u řas • Zatímco model CA (čárkovaně) nadhodnocuje účinky směsi, model IA (plná čára) odpovídá naměřeným hodnotám M. Faust et al. / Aquatic Toxicology 63 (2003) 43-63 Receptorově mediované mechanismy • U mechanismů působících přes důležité jaderné receptory – např. aktivity dioxinového typu (mediována přes AhR), estrogenity či androgenity, je často používán u environmentálních směsí koncept toxických (dioxinových)/ estrogenních/ androgenních ekvivalentů (TEQ/ EEQ), vypočítaných jako suma příspěvků jednotlivých látek z koncentrací jednotlivých polutantů a jejich toxických ekvivalentních faktorů (TEF) či relativních potencí (RP), které určují, kolikrát je látka méně toxická, než nejtoxičtější 2,3,7,8-TCDD/ endogenní ligand 17β-estradiol/ testosteron TEQ (vzorek) [ng/g] = ∑ clátka [ng/g] * TEFlátka • Koncentračně adiční model – zahrnuje koncentraci i potenci látek Testování xenoestrogenity modelových směsí • Nejčastěji testovány modelové směsi farmak, pesticidů, PAHs, PCBs • Látky působí stejným mechanismem (vazba na ER) • Predikce aditivních efektů směsí (CA) • Koncentračně-adiční model (CA) Testování xenoestrogenity modelových směsí Příklad: Testování účinků 10 xenoestrogenních látek ve směsi (testy na kvasinkách) Již nízké neúčinné koncentrace jednotlivých látek mohou ve směsi způsobovat významný účinek! Zatímco podle predikce založené na koncentračně-adičním modelu (CA) jsou efekty aditivní, podle modelu součtu účinků (ES) by se jednalo o významný synergismus!! Rajapakse et al./ Environ Health Perspect 110:917–921 (2002) Aktivita dioxinového typu u modelových směsí PAHs • Př. Binární a ternární směsi PAHs – naše studie • Potvrzení aditivních účinků na testech s kvasinkami i se savčími buňkami a to podle modelu koncentračně-adičního • Při srovnání s modelem ES (effect summation, součet účinků) je zjevné, že tento model většinou nadhodnocuje účinky modelových směsí Aktivita dioxinového typu u modelových směsí PAHs Kvasinkový model H4IIE.luc 0 40 80 120 160 200 3nM 30nM 150nM 300nM 900nM BaA+BaP+DBA %ofTCDDmax naměřené hodnoty koncentračně-adiční model součet účinků 0 50 100 150 200 250 0.3nM 3nM 30nM 900nM 2700nM BaA+BaP+F %B[a]Amax naměřené hodnoty koncentračně-adiční model součet účinků Shrnutí • Pro správnou predikci účinků modelových směsí látek je potřeba dobře znát mechanismus účinku jednotlivých látek i jejich fyzikálně-chemické vlastnosti • Pro látky působící stejným mechanismem účinku se jeví jako vhodný pro predikci aditivity koncentračně-adiční (CA) model • Pro látky působící odlišným mechanismem je vhodný spíše model nezávislého působení (IA) • Model součtu účinků (ES) – často nadhodnocuje, použitelný pouze v úzkém lineárním rozmezí odpovědí pro jednotlivé látky Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky