Toksik etki mekanizmalari




Yüklə 55.48 Kb.
tarix28.04.2016
ölçüsü55.48 Kb.
TOKSİK ETKİ MEKANİZMALARI

Toksik etkiler, toksik madde ve/veya onların metabolitleri ile organizmanın belli yapıları arasında biyokimyasal etkileşim sonucunda meydana gelir. Bu toksik cevapların çoğu hücre ölümü ve kritik bir organın tahribi şeklinde olduğu gibi, hücre ölümüne neden olmayan fakat normal fizyolojik süreçlerdeki biyokimyasal ve fizyolojik dengenin bozulması şeklinde de ortaya çıkabilir. Kimyasal maddenin toksik etkisinde tek bir spesifik süreç veya etki yerinden bahsetmek çoğu kez zordur. Ancak bugün hücre ve hücre içi sistemlerde oluşan biyokimyasal olayların moleküler düzeyde incelenebilir olması pek çok ksenobiyotik için etki mekanizmasının açıklanmasını mümkün kılmıştır.



Reversibl ve Irreversibl Toksik Etkiler

Toksik maddeler ile meydana gelen etkiler, eğer organizma bu maddeye düşük konsantransyonda ve/veya kısa süre maruz kalmış ise genelde reversibldır. İrreversibl toksik etkiler ise maddeye daha uzun süre ve/veya daha yüksek konsantrasyonlarda maruziyet sonucu meydana gelir.

Toksik maddelerin reversibl etkileri, maddeye maruziyet kesildikten sonra kaybolur. İrreversibl etkiler ise maruziyet dursa bile devam eder veya hatta ilerler. Karsinomalar, mutasyonlar, nöron hasarı ve karaciğer sirozu gibi etkiler irreversibldır. Bazı etkiler ise maddeye maruziyet kesildikten bir süre sonra yok olsa da irreversibl olarak değerlendirilir. Örneğin irreversibl asetilkolin esteraz inhibisyonuna neden olan insektisidler bu enzimin aktivitesini enzim yeniden sentezleninceye kadar inhibe ederler.

Hücre hasarının genel özellikleri:



  1. Hasarlayıcı etkene hücresel yanıt, etkenin tipi, süresi ve şiddetine bağlıdır.

  2. Hücre hasarının sonuçları hedef hücrenin tipi, uyum yeteneği ve genetik özelliğine bağlıdır. Hücrenin beslenme ve hormonal durumu hasara yanıtta önemlidir.

  3. Birçok uyaran için kesin biyokimyasal yerleri işaret etmek güçtür. Hasar vericinin hücredeki hedefleri, plazma zarı, çekirdek, mitokondri, endoplazmik retikulm ve lizozomlardır. Hücre hasarından etkilenen hücre içi sistemleri,

  • Hücre membran bütünlüğü, hücre ve organellerinin iyonik ve ozmotik dengesi

  • Aerobik solunum, mitokondrial oksidatif fosforilasyon ve ATP oluşumu

  • Protein sentezi

  • Hücrenin genetik aparatı

  1. Hücre hasarının morfolojik değişiklikleri hücrede bazı kritik biyokimyasal sistemlerin bozulmasından sonra görünür hale gelir. Öldürücü hasarın morfolojik bulguları, geri dönüşümlü hasarın gelişmesinden daha çok zaman alır.

    • geri dönüşümlü (reversibl) oksidatif fosforilasyonda ↓, ATP ↓, protein sentezinde ↓, iyon konsantrasyon değişiklikleri ve su alımı sonucu hücresel şişme (dakikalar içinde görülebilir)

    • geri dönülemez (irreversibl)

Nekrosis; Zar hasarı, lizozomal enzimlerin açığa çıkışı ve hücresel dağılma

Apoptozis; Zar bütünlüğü bozulmadan nükleer bozulma
Hasar vericinin hedefleri


Hücre Hasarında Önemli Olan Biyokimyasal Yollar

ATP Oluşumu:

ATP formundaki yüksek enerjili fosfat, hücrenin pek çok yapım ve yıkım reaksiyonları için gereklidir. ATP iki yolla üretilir. Memeli hücrelerinde önemli olanı oksidatif fosforilasyondur (aerobik yol). İkinci yol glikolitik yoldur (anaerobik yol), glikoz kullanılır. ATP eksikliği ve azalmış ATP sentezi, iskemik ve toksik hasarın yaygın sonucudur. 

ATP eksikliğinde; 


  • Plazma membranındaki enerji bağımlı sodyum pompasının aktivitesi azalır. Sodyum hücre içinde birikir ve potasyum hücre dışına sızar. İzoosmatik suyun alınması ile hücre şişer. Hücre şişmesinin diğer nedenleri katabolitlerin de birikmesidir.

  • Hücresel enerji metabolizması değişir. Oksijen seviyesi düştüğünde oksidatif fosfarilasyon sona erer ve hücrede enerji üretimi glikolize dayanır. Sonuçta glikojen depoları hızla azalır. Glikoliz laktik asit ve inorganik fosfatların artımı ile sonuçlanır, hücre içi pH' ı düşer. Hücre için pH’ nın azalması hücre içi birçok enzimin aktivitesinin azalmasına neden olur.

  • Sonraki olay protein sentez aparatının yapısal parçalanmasında görülür (pH ve ATP azalması), protein sentezi azalır. Hücre içinde lipitlerin birikimi görülür.

  • Kalsiyum pompası yetersizliği ortaya çıkar ve Ca hücrede artar. Hücre içinde Ca+2 artması hücreye potansiyel zararlı etkilere sahip çok sayıda enzimi aktif hale geçirir. Kalsiyumun aktive ettiği enzimler fosfolipazlar (membran hasarına yol açar), proteazlar (membran ve sitoiskeletal proteinleri parçalar), ATP' azlar (ATP tüketilmesini hızlandırır), endonükleaz’ lardır (kromatin parçalanması). Bu enzimler hücre hasarına neden olurlar.


Oksijen ve Oksijen Kaynaklı Serbest Radikaller:

Oksijen ATP yapımı için gereklidir. Hücreler oksijenden enerji oluştururken az miktarda olsa zararlı yan ürünler ( reaktif oksijen türevleri-serbest oksijen radikalleri) oluştururlar. Bunlar süperoksit anyon radikalleri (O2-), hidrojen peroksit (H2O2), hidroksil iyonları (OH-) ve nitrik oksittir (NO). Bu moleküller lipitler, proteinler, nükleik asitlerle birleşip hücresel hasar meydana getirebilir. Membran hasarında önemli mekanizmalardan biridir. Bu reaktif ürünlerin etkileri oldukça geniş olmakla birlikte özellikle 3 reaksiyon hücre hasarı ile ilişkilidir.

1) Membranların lipid peroksidasyonu: Lipid serbest radikal birleşimi ile kendileri de reaktif olan peroksidler oluşur. Bunlar yaygın membran, organel ve otokatalitik reaksiyonlara neden olur.

2) Proteinlerin oksidatif modifikasyonu: Protein çapraz bağları oluşumu, parçalanma ve aktivite kaybına neden olur.

3) DNA da lezyonlar: DNA’da tek zincirde kırılmalar oluşur, hücre ölümü, yaşlanmasını ve kanser oluşumunu arttırır.

Hücreler serbest radikalleri uzaklaştırmak için çok sayıda mekanizmaya sahiptir ve böylece zedelenmeyi azaltır. Serbest radikaller stabil değildir ve genellikle spontan olarak gücünü kaybeder. Ayrıca birçok enzimatik ve nonenzimatik sistem serbest radikal inaktivite reaksiyonlarına katılır. Bunlar antioksidanlar (A,E,C vitaminleri), demir ve bakır, bir seri enzimi (katalaz, süperoksit dismutaz, glutatyon peroksidaz) içermektedir.


REVERSIBL ve IRREVERSIBL HÜCRE ZEDELENMESİ

Hücre ölümüne giden moleküler mekanizmaların anlaşılması güçtür. Çünkü,



  • Bir hücreyi zedeleyen birçok yol bulunur ve hepsi ölümcül değildir.

  • Hücre içi organeller ve moleküller arası sıkı ilişki bulunur ve primer olayı sekonder değişikliklerden ayırt etmek güçtür.

  • Reversibl değişiklikten irrevesibl değişikliğe geçişi belirleyen nokta tam olarak bilinmemektedir.

Ancak genel olarak dört hücre sisteminin özellikle etkilendiği bilinmektedir.

1. Hücre membran bütünlüğü.

2. Aerobik solunum ve ATP oluşumu.

3. Protein sentezi

4. Hücrenin genetik aparatı

Bunlardan birinin bozulması normal şartlarda tolere edilebilir ve hasarlayıcı ajan ortadan kalkarsa olay geriye döner. Kalıcı ve aşırı zedelenme hücre eşiğini aşar ve irreversibl değişiklere neden olur.

İrreversibl zedelenme morfolojik olarak mitokondrilerde şiddetli şişme, plazma membranında aşırı hasar ve lizozomda şişme ile karakterizedir. Membranlardan protein, enzim, koenzim ve ribonükleik asitlerin kaybı vardır. ATP' nin oluşumu için gerekli metabolitlerde sızdırılır, yüksek enerjili fosfatların daha ileri kaybı olur. Bu dönemde lizozomal membranlarda hasar gözlenir. Enzimlerini sitoplazmaya kaçırır, bunların aktivasyonu hücrenin komponentlerinin enzimatik sindirilmesine yol açar. Ölümden sonra hücre komponentleri ilerleyici olarak parçalanır, diğer hücreler tarafından fagosite edilir veya yağ asitlerine parçalanır.

Bu arada intrasellüler enzimlerin ve proteinlerin plazmaya geçmesi klinik olarak önem taşır. Organa spesifik bu moleküllerin artmış serum düzeyleri organ hasarını saptamada önem taşır.

Reversibl hasarının morfolojisi

Işık mikroskobu ile iki reversibl hasar tipi tanınabilir. Hücre şişmesi veya yağsı değişikliktir. Hücre şişmesi, hücreler iyon ve sıvı dengesini sürdüremezlerse saptanır. Yağsı değişiklik hipoksik hasarda, toksik veya metabolik zedelenmenin değişik formlarında görülür. Bu değişiklik hücre içi birikimlerde anlatılmıştır. Nekroz irreversibl ekzojen zedelenme sonucunda makroskobik ve histolojik olarak görülen hücre ölümüdür. En yaygın ortaya çıkış biçimi koagülasyon nekrozudur. Sitoplazmik proteinlerin denatürasyonu, hücre organellerinin parçalanması ve hücre şişmesi ile karakterizedir.

Nekrozun morfolojik görünümü birlikte görülen temel iki olay sonucunda oluşur. Hücrenin enzimatik sindirimi ve proteinlerin denatürasyonu. Ölü hücrenin kendi lizozomlarından kaynaklanan katalitik enzimlerle sindirilmesi otoliz veya alana gelen lökositlerin enzimleri ile sindirilmesi heteroliz'dir. Bu olayların gelişimi için saatler gereklidir.

Bu mekanizmaları, fızikokimyasal ve/veya kimyasal etkileşme şekilleri de gözönüne alarak:

1. Reseptörlerle etkileşme;

2. Enzimlerle birleşme;

3. Diğer biyomoleküllere bağlanma;

4. Küçük molekül veya iyonla birleşme (şelasyon);

5. Hücre enerjisi oluşumunun engellenmesi;

olarak sınıflandırılabilir.

Resepörlerle Etkileşme

Reseptör ilaç veya kimyasal bir maddenin karakteristik biyolojik etkisini göstermek için organizmada birleştiği "makromoleküller" olarak tanımlanmaktadır. Reseptörler de enzimler gibi etkileştiği toksik maddelere kimyasal strüktür ve konfigürasyon bakımından seçicilik gösterirler. Birçok toksik maddeler, yapısal olarak sinir sisteminde iletimi sağlayan nörotransmitter: kimyasal mediyatörlere benzediği için, toksik etkilerini gösterirler. Bu kimyasal mediyatörlerin (M), kendilerine özgü reseptörler (R) ile oluşturdukları kompleksler (RM), biyokimyasal fizyolojik veya nörolojik etkilerin ortaya çıkmasına neden olurlar. (RM) bağlan kovalan tipte olmayan bağlarla (iyon-iyon bağı, iyon-dipol, hidrojen bağı veya Van der Waals kuvvetleri) oluşur. Böylece birleşme reversibldir. Asetilkolin reseptörleri, epinefrin reseptörleri örnek verilebilir.

Bu şekilde toksik madde tarafından reseptörün tutulması ile, normal endojen madde (M), o bölgede birikerek beklenenden çok şiddetli semptomlara yol açabilir ve ölüm oluşabilir. Örneğin Amanita muscaria isimli zehirli bir mantann toksini olan muskarin, asetilkolıne benzeyen bu alkaloid asetilkolin reseptörlerine bağlanarak asetilkolinin birikimine neden olur, parasempatik sistemin aşın stimülasyonu ile muskarinik zehirlenme belirtilen (göğüste sıkışma, aşın terleme, miyozis gibi) görülür. Ölüm ise solunum veya kalp durması sonucu oluşur.

5.2. Enzimlerle Birleşme

Hücredeki fizyolojik olaylarda önemli rol alan enzimlerin (biyolojik katalizörler), aktivitelerinin herhangi bir kimyasal madde tarafından ortadan kaldırılması ile enzim inhibisyonu oluşmaktadır. Bu şekilde organizmadaki denge bozularak fizyolojik değişmeler sonucu zehirlenmeler görülür.

Toksik maddeler, enzimleri yarışmalı (kompetitif) veya yanşmasız (nonkompetitif) olmak üzere iki şekilde inhibe edebilirler. Yarışmalı inhibisyonda, toksik madde, normal enzim substratı gibi aynı enzimle yarışmalı olarak reaksiyona girer. Bu durumda toksik madde enzim kompleksi eğer kovalent bir bağ değilse reversibldir.

Bu inhibisyonlarda, toksik madde substratla enzimin aynı aktif bölgeleri için yansır, bu nedenle toksik madde ve substrat arasında kimyasal yapı ve konfıgürasyon benzerliği olmalıdır.

Yarışmasız (nonkompetitif) inhibisyon: Diğer taraftan, toksik maddeler protein yapısındaki enzimlerin, hidroksil (-OH), sülfidril (-SH), amino (-NH2), imidazol grupları ile birleşerek enzimleri inakti-ve ederek de toksisitelerini gösterirler (irreversibl ve spesifik olmayan inhibisyon). Bu durumda enzim, normal substratı ile birleşirse de, inhibitörün de bu kompleksde yer alması, enzim aktivitesini ortadan kaldırır (yanşmasız inhibisyon).

Ağır metaller (Hg, As, Pb, Ag, Cu gibi), iyodoasetat, ferri siyanür ve siyanür iyonları, ortokinonlar gibi çeşitli bileşikler selektivite göstermeden sülfıdril grubu içeren enzimleri inhibe ederek toksik etki gösterirler.

Yarışmasız inhibisyon çoğu kez irreversibldir. Sonuç olarak da enzim molekülü devamlı olarak inhibe olmuştur. İnhibe olan enzimin fonksiyonu, yeni enzim sentezine kadar durur. Bu nedenle nonkompetitif enzim inhibitörü olan toksik maddeler, uzun süreli zararlara neden olurlar. Organik fosfat yapısındaki insektisitler ve sinir gazlan, asetilkolinesteraz enzimini irreversibl olarak inhibe ederler.

Genel olarak irriversibl inhibisyonda, enzim rejenerasyonu uzun bir süre sonra (saatler sonra) ve çok yavaş olur. Enzimin rejenerasyonu, dışardan verilen diğer kimyasal maddelerle (enzim reaksıyatörü, antidot) hızlandırılabilir. Örneğin, organik fosfat yapısındaki insektisitlerle zehirlenmede, kuvvetli nükleofilik bileşiklerle (2-piridin aldoksim metil iyodür: 2-PAM gibi) bu sağlanabilmektedir.

Ağır metaller tarafından (As, Hg gibi), sülfıdril grupları ile kompleks yaparak, inhibe olan enzimler de ditiyol grubu içeren maddelerle (dimerkaprol: British Anti Lewisit: BAL) rejenere edilebilir. Böylece enzim inhibisyonunda reversibilite mümkün olur.

5.3. Diğer Biyomoleküllerle Birleşme

Birçok ksenobiyotik organizmanın protein, lipid, DNA ve RNA gibi biyomoleküllerı ile birleşerek toksik etkilerini gösterirler.

Örneğin karbonmonoksidin (CO) taşıyıcı bir protein olan hemoglobinle etkileşerek, hemoglobinin dokulara oksijen taşınmasının engellenmesi klasik bir örnektir. Böylece asfeksi şeklinde ortaya çıkan toksik etki (protein-toksik madde) birleşmesinin sonucudur. Özellikle CO'in, oksijenin antimetaboliti olarak hemoglobinle (Hb) birleşerek karboksihemoglobin (COHb) kompleksini oluşturur.

Bazı kimyasal maddeler (parakuat, ozon, karbon tetraklorür gibi) aktif metabolit olarak serbest radikaller oluştururlar. Bu radikallerin poliansatüre yağ asitleri ile etkileşmesi sonucu serbest lipid peroksiradikalleri (RO) ve lipid hidroperoksitler (ROOH) meydana gelir (lipid peroksidasyon). Bu peroksitler de hücre hasarı ve ölümüne neden olurlar. Böylece hücrenin lipid membranlannın, peroksidatif hasan sonucu membran yapısı bozularak parçalanır.

5. 4. Küçük Molekül veya İyonla Birleşme (Şelasyon)

Organik kompleks (şelat) oluşumu ile toksik etki gösteren maddelerin başında, etilendiamin tetraasetik asit (EDTA) gelmektedir. Bu madde özellikle iki değerli metal katyonları ile kompleks yapar. Bu (metal-EDTA) komplekslerinin dayanıldık sabitleri (log K):

(Ba+2

Normal vücut koşullarında, organizmaya EDTA'nın disodyum tuzu eınjekte edilirse, kandaki kalsiyum iyonu (Ca+2) ile Ca^ EDTA kompleksi oluşur. Meydana gelen şelat son derece dayanıklıdır (log K: 10.6). Bu nedenle kandaki kalsiyum iyonunun konsantrasyonu düşer, hipokalsemi oluşur. Örneğin Nz^ EDTA 25 mg/kg dozda insana IV olarak uygulandığında tetani ve hipokalsemik şok sonucunda ölüm görülür,

Diğer taraftan CaNa2 EDTA (kalsiyum sodyum EDTA) oral yol veya enjeksiyon yolu ile aynı dozda verildiğinde toksik etki görülmez. Ayrıca kurşunla zehirlenmelerde antidot olarak kullanılır. Pb-EDTA (log K: 18.2), Ca-EDTA kompleksine göre çok daha sağlamdır. Bu nedenle kandaki serbest kurşun iyonu (zehirlenme durumunda), kompleksteki kalsiyumun yerini alır ve idrarla atılır.

55. Hücrede Enerji Oluşumunun Engellenmesi

Birçok kimyasal maddeler toksik etkilerini, sellüler enerji oluşumunu engelleyerek gösterirler. Örneğin hemoglobindeki demir-2-iyonunun (ferro), nitritler gibi oksidan maddelerle demir-3- iyonuna (ferri) yükseltgenerek methemoglobin oluşturması dokulara oksijen taşınmasını engeller. Siyanür, kükürt hidrojen ve sodyum azid gibi maddeler sitokrom oksidaz enzimini inhibe ederek, dokularda oksijen kullanımını engellerler.

Bazı kimyasal maddeler ise elektron transportüna imkân verdikleri halde, adenozin difosfatm (ADP); ATP'a fosforilasyonunu engelleyerek toksik etki gösterirler. Bu maddeler ATP aktivitesini indükleyerek mitokondri tarafından oksijen alımını stimüle ederler. 2,4- dinitrofenol, halojenli nitrofenoller, dikumarin, fenilhidrazin, salisilanilid gibi lipofil ve aromatik halka taşıyan zayıf asitler oksidatif fosforilasyonu engellerler. Sonuçta oksijen kullanımı artarak aşın ısı oluşur. Hipertermi, solunum ve kalp hızında artış, ciltte ateş basması ve kızarma, terleme, bulantı ve koma gibi semptomlar görülür.

5.6. Nonspesifık Toksik Etkiler ve Multipl Etki Yerleri

Bazı kimyasal maddeler, toksik etkilerini belirli etki yerlerinde seçici olarak göstermezler. Bunun yerine yaygın olarak gösterebilirler. Örneğin kuvvetli asit ve bazlar bütün canlı hücreleri tahrip ederler. Muhtemelen bu etki hücre membranlanndaki proteinlerin denatürasyonu ve çökmesi ile oluşmaktadır. Benzeri etkiler tüm toksik ve korrozif zehirlerle görülebilir. Deterjanlar lipid membranlara zarar verirler ve ayrıca nükleoprotein komplekslerinin disosiyasyonuna (ayrışmasına) neden olurlar.

Lokal ve Sistemik Etkiler

Belli kimyasallar organizmada ilk temas ettiği dokularda hasara neden olurlar. Bu lokal etkiler gastrointestinal dokularda kostik maddeler ile, deride koroziv materyaller ile ve solunum dokularında ise iritan gazlar ve buharlar ile indüklenir.

Sistemik etkiler toksik madde absorbsiyonundan ve vücudun diğer kısımlarına dağılımından sonra meydana gelir. Pek çok toksik madde bir veya birkaç organ üzerine etkisini gösterir. Bu organlar toksik maddelerin hedef organları olarak tanımlanır. Hedef organda toksik maddenin organizmadaki en yüksek dozuna sahip olması gerekmez. Örneğin DDT’ nin hedef organı santral sinir sistemidir, fakat DDT adipoz dokularda en yüksek miktarlarda bulunur.

Morfolojik, Biyokimyasal ve Fonksiyonel Etkiler

Morfolojik etkiler dokuların morfolojisinde makroskobik ve mikroskobik değişiklikleri ilişkilidir. Nekrozis ve neoplazi gibi bu etkilerin çoğu irreversibl ve şiddetlidir. Fonksiyonel etkiler ise hedef organ fonksiyonlarında genelde reversibl değişiklikleri ifade eder. Toksikolojik çalışmalarda genelde karaciğer ve böbrek fonksiyonları test edilir.

Fonksiyonel etkiler genelde reversibl iken morfolojik etkiler irreversibl olarak meydana gelir. Genelde fonksiyonel toksik etkiler hayvanlarda morfolojik toksik etkilere göre daha erken ve daha düşük dozlarda maruziyet ile tespit edilebilir. Fonksiyonel testler uzun süreli insan ve hayvan çalışmalarında hedef organ üzerinde etkilerin izlenmesinde önemlidir.

Tüm toksik etkiler biyokimyasal değişiklikler ile ilişkili olsa da biyokimyasal etkiler genellikle görünmeyen morfolojik değişikler ile ilişkilidir. Bu etkilere bir örnek orgonafosfat ve karbamat insektisitlere maruziyet ile kolinesteraz inhibisyonudur. Kurşun zehirlenmesinde ALAD inhibisyonu da diğer bir örnek olarak verilebilir.

Etki Mekanizması

Kalsiyum homeostazındaki bozukluk önemli ve komplekstir. Ekstraselüler Ca+2 seviyesi sitozolik konsantrasyondan 10 kat daha fazladır. Bu iyonik farklılık plazma membranına yerleşmiş Ca+2 taşıyıcı ATPaz, endoplazmik retikulm, mitokondri ve nükleusta intraselüler kalmoduline bağlanarak depo edilmesi ile korunur. Sitozolik Ca+2 artışı farklı mekanizmalar yolu ile meydana gelir. Örneğin karbontetraklorür (CCl4) ve bromobenzen Ca+2 ATPaz’ ı inhibe eder, aetaminofen ve CCl4 plazma membran hasarı ile, kadmiyum ise mitokondriden Ca+2 salıverilmesi ile sitozolik Ca+2’ un artmasına neden olur. Sitozolik Ca+2 artışı Ca+2 ile aktive proteazlar ile hücresel bütünlük hasarı sebebiyle sitoskeletonu etkileyebilir. Oksidan stres Ca aracılı sinyal ile alveolar makrofajlarda Ca+2 artırarak akciğerlerde hasar meydana getiriler. TCDD Ah reseptörlere bağlanarak artan intraselüler Ca+2 endonükleazı aktive eder ve DNA kırılmasına sebep olarak apoptozisi indükler.

Reaksiyonların pek çoğu çeşitli subselüler kısımlarda meydana gelir. Hepatotoksinlerin sayfa 184 bak.



Moleküler Hedefler

Proteinler

Reseptörler

Reseptörler plazma membranında, sitozolde veya nükleusta yerleşim gösterirler. Fiziksel veya kimyasal sinyallerin hücre aktarımına aracılık ederler. Metabolizma, sekresyon, kas kasılması, nöral aktivite ve proliferasyon gibi çeşitli fonksiyonlara aracılık eden pek çok reseptör tipi vardır. Reseptöre bağlanan ligand agonist veya antagonist olabilir. Agonist reseptörün fizyolojik fonksiyonunu indüklerken, antagonist reseptör fonksiyonunu bloke eder.

TCDD (2,3,7,8-tetraklorodibenzo-p-dioksin) sitozolik aromatik hidrokarbon (Ah) reseptörüne bağlanır. TCDD-reseptör kompleksi nükleusa taşınır ve orada kendine özgü gen bölgesi ile etkileşir. Bu etkileşme aril hidrokarbon hidroksilaz için spesifik gen bölgesinin transkripsiyonunu başlatır. TCDD toksisitesinin çoğu reseptör aracılıklıdır.

Çoğu nörotoksik madde santral sinir sistemi, periferik sinir sistemi ve otonomik sinir sistemi üzerindeki reseptörleri etkiler. Örneğin, orgonofosforlu bileşikler sadece asetilkolin içinden değil muskarinik reseptörleri de etkiler. TPA (12,0-tetradekanoil forbol 13-asetat) ve retinoik asit reseptörleri önemlidir. Tümor promoteri olan TPA reseptörü ile bağlanır, replikasyonu başlatır. Retinoik asit teratojenik ve diğer etkilerini etkilerini östrojen reseptörüne bağlanarak gösterir.

Toksik etki mekanizmaları

Enzimler

Enzimler toksik maddelerin yaygın hedefidir. Enzim etkileri astilkolinesteraz inhibisyonu gibi spesifik olabilir. Karbamat grubu insektisitlerin kolinesteraz ile durumu gibi reversibl olabilir. İrreversibl enzim inhibisyonuna enzimlere kovalent bağlanan diizopropil fluorofosfat (DFP) örnek oloarak verilebilir.

Etkiler non-spesifik olabilir. Örneğin kurşun ve civa enzimlerin geniş çeşitlerini inhibe ederler. Ancak bazı enzimler daha hassastır, örneğin gama aminolevulinik asit dehidraz özellikle kurşuna duyarlıdır ve eritrositlerdeki aktivitesi kurşun zehirlenmesinin erken belirlenmesinde kullanılır.

Kimyasalların çoğunun oksidasyonunun son adımı sitokrom oksidaz zinciri tarafından katalize edilir. Hidrosiyanik asit (HCN) bu enzimlerdeki demir ile bağlanır ve onların redoks fonksiyonlarını bloke eder. Hücrelerdeki aerobik solunum durur ve biyokimyasal asfeksi gelişir.

Enzim, fluoroasetik asit ve onun türevleri gibi toksikanlardan sentezlenen kimyasallar ile inhibe olur. Bu letal sentez olarak bilinir. Fluoroasetik asit sitrik asit siklusunda asetik asit gibi metabolize olur ve sitrik asit yerini alan fluorositrik asit sentezlenir. Fluorositrik aist akonitaz inhibitörüdür, metabolizma ve sonuç olarak enerji üretimi bloke olur.

Biraz benzer durumda, amino asit antagonistleri (azaserin ve fluorofenilalanin) protein sentezinde spesifik amino asitlerin yerini alabilirler.

Biyokimyasal oksidasyon ile serbest kalan enerji normalde yüksek enerjili fosfat formunda depo edilir. Dinitrofenol gibi ajanlar zengin enerjili fosfatların sentezine karışırlar, böylece enerji ısı olarak serbest kalır.

Taşıyıcılar

Hemoglobin gibi taşıyıcılar toksik maddeler tarafından etkilenebilir. Örneğin karbonmonoksit (CO) normalde oksijen bağlanan hemoglobin kısmına bağlanır. Hemoglobine daha fazla afinite göstermesinden dolayı, hemoglobini inaktifleştirir, dokularda oksijen yetersizliğine sebep olur.

Oksijen bağlama yeteneği olmayan hemoglobinin oksidasyon ürünü olan methemoglobin birikimi ile oksijen transportu bozulur. Normal bireylerde methemoglobin eser miktardadır ve hızlıca hemoglobine indirgenir. Nitritler ve aromatik aminler gibi toksik maddeler methemoglobin üretimini arttırır ve hemoglobine indirgenmesini baskılar. Glukoz-6-fosfat dehidrogenaz eksikliği olan insanlarda methemoglobinden yeniden üretilen hemoglobin kapasitesi azdır ve bunlar methemoglobinemi gelişimine eğilimlidirler.

Yapısal proteinler

Kollajen gibi ekstraselüler yapısal proteinler toksik maddelerden etkilenmesi pek mümkün değildir. Ancak ozon ve asbest gibi bazı toksik maddeler akciğerlerde fibroblastlarda ve kollajen depolanmasında artışa neden olabilirler. Sitoskeleton gibi intraselüler yapısal proteinler arsenik ve paraquat gibi toksik maddeler tarafından hasara uğrayabilir.



Koenzimler

Koenzimler normal enzimlerin fonksiyonları için gereklidir. Vücuttaki seviyeleri bazı toksik maddeler tarafından sentezlerinin inhibe edilmesi ile azalabilir. Örneğin, piritiamin koenzim tiamin pirofosfat üretiminden sorumlu tiamin kinazı inhibe eder. NADPH, CCL4 gibi toksik maddeler tarafından üretilebilen serbest radikallerin varlığında ortadan kaldırılır.

Metal bağımlı enzimler siyanidler ve ditiyokarbamatlar gibi ajanlar tarafından inhibe edilir.

Lipitler

Polifenolik yağ asitlerinin peroksidasyonu CCl4 gibi bir çok toksik maddenin nekrotize etkisinin mekanizmasını oluşturur.

Hücre membran düzenliği farklı tipteki toksik maddelere maruziyet sonrası meydana gelebilir. Eter ve halotan gbi genel anestezikler ve diğer pek çok lipofilik maddeler hücre membranında birikir ve hücre içine oksijen ve glukoz transportu ile girer. Santral sinir sistemi hücreleri düşük oksijen ve glukoz seviyesine duyarlıdır ve bu maddelerin etkilerinden ilk olarak etkilenirler. Membran dissolüsyonu organik solventler ve deterjanlar ile temos sonucu meydana gelir. Civa ve kadmiyum iyonları fosfolipitler ile kompleks yapar ve membran yüzey alanını genişletir ve sonuç olarak onların fonksiyonlarının değişmesine neden olur. Kurşun iyonu eritrositlerin kırılabilirliğini arttırır ve hemolize neden olur. Hemoglobinin oksijen taşıma fonksiyonu hemolize eritrositlerden hemoglobinin kaçışından sonra kaybolur.

Nükleik asitler

Toksik maddeler (alkilleyici ajanlar gibi) ve replike DNA ve RNA arasındaki kovalent bağlanma kanser, mutasyon ve teratojenezise neden olabilir. Aminopterin ve metotreksat gibi antimetabolitler DNA ve RNA ile birleşebilir ve sonra onların replikasyonlarına girer.



Diğerleri

Hipersensivite reaksiyonları bazı maddelere tekrarlanan maruziyet sonucu meydana gelir. Maddeler (büyük polipeptitleri ise) antijen gibi rol oynar ve vücutta antikor oluşumunu stimüle eder. Maddeye tekrar maruziyet antijen antikor reaksiyonuna neden olur ve bu histamin ve bradikinin salıverilmesine neden olur.

Kuvvetli asitler gibi koroziv ajanlar hücresel proteinler ile çökelek oluşturarak lokal dokuları yok ederler. Dokulardaki irritasyon sonucu meydana gelir.

Renal ve safra tubullerinin tıkanması çözünmeyen toksik maddeler ve onların metabolitlerinin çökmesi ile meydana gelir. Örneğin, sülfapiridinin metaboliti olan asetil sülfapiridin renal tubulleri tıkar harmolden harmol glukuronid kolestazise neden olabilir.

Hücre hasarında meydana gelen olaylar:


  • Primer,

  • Sekonder veya

  • Tersiyer olarak sıralanabilir.

1) Primer olaylar

  • Lipit peroksidasyon ve oksidatif stres

  • Tiol durum ve dengesinin bozulması

  • Enzim inhibisyonu

  • İskemi

2) Sekonder olaylar

  • Membran yapı ve geçirgenliği değişebilir,

  • Hücre net-work’ü değişebilir,

  • Mitokondri hasarı, mitokondri fonksiyonu inhibe olabilir,

  • Ca+2 homeostazında değişmeler olabilir,

  • DNA hasarı olabilir,

  • Lizozomal, peroksizomal destabilizasyon,

  • Endoplastik redikulum hasarı,

  • Apopitozis indüksiyonu,

  • ATP ve diğer kofaktörlerin tüketimi,

  • Onarım sisteminin hasarı,

  • Diğer organellerde hasarlar olabilir.

Sekonder olaylar nedensel olmaktan çok hasarın sonuçlarıdır. Hücresel kontrol mekanizmalarının kaybolması, kompanse edebilmenin bozulmasıdır.

3) Tersiyer olaylar


  • Steatozis (yağ birikimi veya değişimi): Steatozis veya yağsı değişiklik parankim hücrelerinde trigliserit birikimini tanımlar. Bu sıklıkla yağ metabolizmasında önemli olan karaciğerde görülür. Fakat kalp, kas ve böbrektede görülebilir.

  • Hücre şişmesi

  • Apopitozis (İrreversıbl)

  • Nekroz (İrreversıbl)

Hücre hasarının ve adaptasyonun genel olarak nedenleri:

  • Hipoksi ve iskemi,

  • İlaçlar dahil ksenobiyotikler,

  • Fiziksel etmenler,

  • Mikrobiyolojik ajanlar,

  • İmmünolojik olaylar,

  • Genetik eksiklikler,

  • Nutrisyonel dengesizlik,

  • Yaşlanma, olarak sayılabilir.

KAYNAKLAR

  1. Lu’ s Basic Toxicology, General principles of toxicology, 40-54 p.

  2. Nevin Vural, A.Ü. Eczacılık Fakültesi Yayınları, 2005

  3. Gönül Şahin, Toksikoloji Ders Notları

  4. Prof.Dr.Esra Atabenli Erdemli, Hücre Hasarı ve Ölümünde Rol Alan Mekanizmalar (Sunum), A.Ü. Tıp FakültesiHistoloji-Embriyoloji AbD.

  5. Kumar V, Abbas AK, Fausto N. Cellular adaptations, cell injury, and cell death. In Kumar V, Abbas AK, Fausto N, editors. Pathologic basis of disease. Philadelphia, Pennsylvania: Elsevier Saunders, 2005, 3-46.

  6. Sait Şen, Hücre zedelenmesi ders notları, Ege Ü. Tıp Fakültesi Patoloji AbD. rev2005

Hücresel zedelenme mekanizmaları ve hücrenin cevabı:

İlaçların direkt toksik etkisi altında hücrelerde çeşitli temel yapısal değişiklikler meydana gelir. Bunların en önemlileri aşağıdakilerdir:

i) Hücrenin hacim düzenlenmesinin bozulması

ii) Enerji metabolizmasının bozulması:

iii) Lizozomların parçalanması

iv) Lipid peroksidasyonu

v) Hücre içinde trigliserid birikimi




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azrefs.org 2016
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə