La toxicidad es el grado en que una sustancia química o una mezcla particular de sustancias puede dañar un organismo . [1] 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 ). A veces , en el uso cotidiano, la palabra es más o menos sinónimo de envenenamiento .
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 ingiere en dosis demasiado altas, mientras que incluso para una sustancia muy tóxica como el veneno de serpiente existe una dosis por debajo de la cual no se detecta ningún efecto tóxico. La toxicidad es específica de cada especie, lo que hace que el análisis entre especies sea problemático. Están evolucionando paradigmas y métricas más nuevos para evitar las pruebas con animales , manteniendo al mismo tiempo el concepto de criterios de valoración de toxicidad. [2]
En la literatura médica griega antigua , el adjetivo τoξικόν (que significa "tóxico") se usaba para describir sustancias que tenían la capacidad de "causar la muerte o un debilitamiento grave o mostrar síntomas de infección". [3] La palabra tiene su origen en el sustantivo griego τόξον toxon (que significa "arco"), en referencia al uso de arcos y flechas envenenadas como armas. [3]
La cultura estadounidense de habla inglesa ha adoptado varios usos figurativos para la toxicidad , a menudo al describir relaciones interpersonales o rasgos de carácter dañinos (por ejemplo, " masculinidad tóxica "). [4]
Los seres humanos tienen una historia profundamente arraigada de no sólo ser conscientes de la toxicidad, sino también aprovecharla como herramienta. Los arqueólogos que estudian flechas de hueso extraídas de cuevas del sur de África han observado la probabilidad de que algunas de entre 72.000 y 80.000 años fueran sumergidas en venenos especialmente preparados para aumentar su letalidad. [5] Aunque las limitaciones de la instrumentación científica dificultan la prueba concreta, los arqueólogos plantean la hipótesis de que la práctica de fabricar flechas envenenadas estaba muy extendida en culturas ya en la era paleolítica. [6] [7] El pueblo San del sur de África ha logrado preservar esta práctica en la era moderna, con la base de conocimiento para formar mezclas complejas de escarabajos venenosos y extractos derivados de plantas, produciendo un producto de punta de flecha con una vida útil más allá de varios meses a un año. [8]
Generalmente existen cinco tipos de toxicidades; químicos, biológicos, físicos, radiactivos y conductuales.
Los microorganismos y parásitos que causan enfermedades son tóxicos en un sentido amplio, pero generalmente se les llama patógenos en lugar de tóxicos. La toxicidad biológica de los patógenos puede ser difícil de medir porque la dosis umbral puede ser la de un solo organismo. En teoría, un virus , bacteria o gusano puede reproducirse y causar una infección grave . Si un huésped tiene un sistema inmunológico intacto , la toxicidad inherente del organismo se equilibra con la respuesta del huésped; la toxicidad efectiva es entonces una combinación. En algunos casos, por ejemplo, la toxina del cólera , la enfermedad es causada principalmente por una sustancia no viva secretada por el organismo, más que por el organismo mismo. Estos tóxicos biológicos no vivos generalmente se denominan toxinas si son producidos por un microorganismo, planta u hongo, y venenos si son producidos por un animal.
Los tóxicos físicos son sustancias que, por su naturaleza física, interfieren con los procesos biológicos. Los ejemplos incluyen polvo de carbón , fibras de amianto o dióxido de silicio finamente dividido , los cuales, en última instancia, pueden ser fatales 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 drásticamente 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. [9]
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. [10]
La toxicidad se puede medir por sus efectos sobre el objetivo (organismo, órgano, tejido o célula). Debido a que los individuos suelen tener diferentes niveles de respuesta a la misma dosis de una sustancia tóxica, a menudo se utiliza una medida de toxicidad a nivel poblacional que relaciona las probabilidades de un resultado para un individuo determinado en una población. Una de esas medidas es la LD 50 . Cuando no existen tales datos, las estimaciones se hacen en comparación con sustancias tóxicas similares conocidas o con exposiciones similares en organismos similares. Luego, se añaden " factores de seguridad " 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 provienen de peces, se podría utilizar un factor de 100 para tener en cuenta la mayor diferencia entre dos clases de cordados (peces y mamíferos). De manera similar, se puede usar un factor de protección adicional para personas que se cree que son más susceptibles a los efectos tóxicos, como en el embarazo o con ciertas enfermedades. O bien, a una sustancia química recién sintetizada y no estudiada previamente que se cree que tiene un efecto muy similar a otro compuesto se le podría asignar un factor de protección adicional de 10 para tener en cuenta posibles diferencias en efectos que probablemente sean mucho más pequeñas. Este enfoque es muy aproximado, pero dichos factores de protección son deliberadamente muy conservadores y se ha descubierto que el método es útil en una gran variedad de aplicaciones.
Evaluar todos los aspectos de la toxicidad de los agentes cancerígenos implica cuestiones adicionales, ya que no es seguro si existe una dosis mínima eficaz para los carcinógenos o si el riesgo es simplemente demasiado pequeño para verlo. Además, es posible que una sola célula transformada en una célula cancerosa sea suficiente para desarrollar el efecto completo (la teoría del "un solo golpe").
Es más difícil determinar la toxicidad de mezclas químicas que de una sustancia química pura 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 cigarrillos y desechos industriales . Aún más complejas son las situaciones con más de un tipo de entidad tóxica, como el vertido de una planta de tratamiento de aguas residuales que funciona mal, con agentes tanto químicos como biológicos.
Las pruebas de toxicidad preclínica 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 cáncer, cardiotoxicidad e irritación de la piel/ojos. Las pruebas de toxicidad también ayudan a calcular la dosis del nivel sin efectos adversos observados (NOAEL) y son útiles para estudios clínicos. [11]
Para que las sustancias se regulen y manipulen adecuadamente deben estar debidamente clasificadas y etiquetadas. La clasificación se determina mediante cálculos o medidas de prueba aprobadas y ha determinado niveles límite establecidos por gobiernos y científicos (por ejemplo, niveles sin efectos adversos observados , valores límite umbral y niveles de ingesta diaria tolerable ). Los pesticidas proporcionan el ejemplo de sistemas de clases de toxicidad y etiquetas de toxicidad bien establecidos . Si bien actualmente muchos países tienen regulaciones diferentes en cuanto a los tipos de pruebas, número de pruebas y niveles de corte, la implementación del Sistema Globalmente Armonizado [12] [13] ha comenzado a unificar a estos países.
La clasificación global analiza tres áreas: peligros físicos (explosiones y pirotecnia), [14] peligros para la salud [15] y peligros ambientales . [dieciséis]
Los tipos de toxicidades en las que las sustancias pueden causar letalidad en todo el cuerpo, letalidad en órganos específicos, daños mayores o menores o causar cáncer. Estas son definiciones globalmente aceptadas de lo que es la toxicidad. [15] Cualquier cosa que quede fuera de la definición no puede clasificarse como ese tipo de tóxico.
La toxicidad aguda analiza los efectos letales después de la exposición oral, dérmica o por inhalación. Se divide en cinco categorías de gravedad: 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 categoría 5 para administración oral y dérmica. [ cita necesaria ]
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 causada por una sustancia debe penetrar a través de la epidermis hasta la dermis dentro de las cuatro horas siguientes a su aplicación y no debe revertir el daño dentro de los 14 días. La irritación de la piel muestra un daño menos severo que la corrosión si: el daño ocurre dentro de las 72 horas posteriores a la aplicación; o por tres días consecutivos después de la solicitud dentro de un período de 14 días; o provoca una inflamación que dura 14 días en dos sujetos de prueba. La irritación leve de la piel es un daño menor (menos grave 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.
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 grandes daños a los humanos y otros organismos dentro de un ecosistema.
La EPA mantiene una lista de contaminantes prioritarios para pruebas y regulación. [18]
Los trabajadores en diversas ocupaciones pueden tener un mayor nivel de riesgo de sufrir varios tipos de toxicidad, incluida la neurotoxicidad. [19] 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 una sustancia química tóxica para controlar la forma de los sombreros. Es posible que sea necesario evaluar la exposición a sustancias químicas en el entorno laboral por parte de profesionales de la higiene industrial. [20]
Los peligros en las artes han sido un problema para los artistas durante siglos, a pesar de que 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 en los nombres de las pinturas al óleo y pigmentos de los artistas, por ejemplo, "blanco de plomo" y "rojo cadmio".
Los grabadores y otros artistas del siglo XX comenzaron a ser conscientes de las sustancias tóxicas, las técnicas tóxicas y los vapores tóxicos presentes en pegamentos, medios para pintar, pigmentos y disolventes, muchos de los cuales en sus etiquetas no daban ninguna indicación de su toxicidad. Un ejemplo fue el uso de xilol para limpiar serigrafías . Los pintores comenzaron a notar los peligros de respirar medios de pintura y diluyentes como la trementina . Consciente de los tóxicos en estudios y talleres, en 1998 el grabador Keith Howard publicó Non-Toxic Intaglio Printmaking , que detalla doce innovadoras técnicas de grabado tipo Intaglio , entre ellas el fotograbado , la imagen digital , los métodos de grabado a mano con resistencia acrílica y la introducción de un nuevo método de grabado no tóxico . -Litografía tóxica . [21]
Existen muchas herramientas de mapeo de salud ambiental. TOXMAP es un Sistema de Información Geográfica (SIG) de la División de Servicios de Información Especializados [22] de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos (NLM) que utiliza mapas de los Estados Unidos para ayudar a los usuarios a explorar visualmente datos de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. (EPA) Inventario de emisiones tóxicas y programas Superfund . TOXMAP es un recurso financiado por el gobierno federal de EE. UU. La información sobre salud química y ambiental de TOXMAP se toma de la Red de datos de toxicología (TOXNET) de NLM [23] y PubMed , y de otras fuentes autorizadas.
Las pruebas de toxicidad acuática someten especies indicadoras clave de peces o crustáceos a ciertas concentraciones de una sustancia en su entorno para determinar el nivel de letalidad. Los peces están expuestos durante 96 horas mientras que los crustáceos están expuestos durante 48 horas. Si bien el GHS no define la toxicidad más allá de 100 mg/L, la EPA actualmente enumera la toxicidad acuática como "prácticamente no tóxica" en concentraciones superiores a 100 ppm. [24]
Nota: Se establece una categoría 4 para la exposición crónica, pero simplemente contiene cualquier sustancia tóxica que sea mayoritariamente insoluble o no tenga datos de toxicidad aguda.
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 o se inyecta), el tiempo de exposición (un encuentro breve o a largo plazo), el número de de exposiciones (una dosis única o dosis múltiples a lo largo del tiempo), la forma física del tóxico (sólido, líquido, gaseoso), la concentración de la sustancia y, en el caso de los gases, la presión parcial (a alta presión ambiental, parcial). la presión aumentará para una concentración determinada como fracción de gas), la composición genética de un individuo, la salud general de un individuo y muchos otros. Aquí se incluyen varios de los términos utilizados para describir estos factores.
Teniendo en cuenta las limitaciones del concepto de dosis-respuesta , recientemente se ha propuesto un nuevo índice abstracto de toxicidad de fármacos (DTI). [25] La DTI redefine la toxicidad de los fármacos, identifica fármacos hepatotóxicos, proporciona información mecanística, predice resultados clínicos y tiene potencial como herramienta de detección.
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