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

4. 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<SR+2<MG+2<CA+2<MN+2<FE+2<CO+2<ZN+2<NI+2< sırasında Pb+2) ve>

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