La toxicidad es el grado en el que una sustancia química o una mezcla particular de sustancias puede dañar a un organismo . [1] La toxicidad puede referirse al efecto sobre un organismo completo, como un animal , una bacteria o una planta , así como al efecto sobre una subestructura del organismo, como una célula ( citotoxicidad ) o un órgano como el hígado ( hepatotoxicidad ). A veces la palabra es más o menos sinónimo de envenenamiento en el uso cotidiano.
Un concepto central de la toxicología es que los efectos de un tóxico dependen de la dosis ; incluso el agua puede provocar intoxicación hídrica si se ingiere en dosis demasiado altas, mientras que incluso para una sustancia muy tóxica como el veneno de serpiente hay una dosis por debajo de la cual no hay ningún efecto tóxico detectable. 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 puntos finales de toxicidad. [2]
En la literatura médica de la antigua Grecia , el adjetivo τoξικόν (que significa "tóxico") se utilizaba para describir sustancias que tenían la capacidad de "causar la muerte o debilitamiento grave o presentar 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 de aprovecharla como herramienta. Los arqueólogos que estudian flechas de hueso de cuevas del sur de África han notado la probabilidad de que algunas de ellas, de entre 72.000 y 80.000 años de antigüedad, hayan sido sumergidas en venenos especialmente preparados para aumentar su letalidad. [5] Aunque las limitaciones de la instrumentación científica hacen que sea difícil probarlo de manera concreta, los arqueólogos plantean la hipótesis de que la práctica de fabricar flechas envenenadas estaba muy extendida en culturas que se remontan a la era paleolítica. [6] [7] El pueblo san del sur de África ha logrado preservar esta práctica hasta la era moderna, con la base de conocimientos para formar mezclas complejas a partir de escarabajos venenosos y extractos derivados de plantas, lo que da como resultado un producto de punta de flecha con una vida útil que va más allá de varios meses o un año. [8]
Generalmente existen cinco tipos de toxicidades: química, biológica, física, radiactiva y conductual.
Los microorganismos y parásitos que causan enfermedades son tóxicos en un sentido amplio, pero generalmente se los llama patógenos en lugar de tóxicos. La toxicidad biológica de los patógenos puede ser difícil de medir porque la dosis umbral puede ser un solo organismo. Teóricamente, un virus , bacteria o gusano puede reproducirse para 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, en lugar del organismo en sí. Dichos 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, debido a su naturaleza física, interfieren con los procesos biológicos. Algunos ejemplos son el polvo de carbón , las fibras de amianto o el dióxido de silicio finamente dividido , todos los cuales 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 ingiere 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 en el ambiente, pero son gases inertes, no químicamente tóxicos.
La radiación puede tener un efecto tóxico sobre los organismos. [9]
La toxicidad conductual se refiere a los efectos indeseables de niveles esencialmente terapéuticos de medicamentos clínicamente indicados 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 puede medirse 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 de población que relaciona las probabilidades de un resultado para un individuo determinado en una población. Una de esas medidas es la DL50 . Cuando no existen esos datos, se realizan estimaciones mediante comparación con sustancias tóxicas similares conocidas o con exposiciones similares en organismos similares. Luego, se agregan " 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, lo que permite un factor de seguridad de 10 para tener en cuenta las diferencias entre especies entre dos mamíferos; si los datos son 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 utilizar un factor de protección adicional para individuos 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 al de otro compuesto, se le podría asignar un factor de protección adicional de 10 para tener en cuenta las posibles diferencias en los efectos, que probablemente sean mucho menores. Este enfoque es muy aproximado, pero dichos factores de protección son deliberadamente muy conservadores, y se ha comprobado que el método es útil en una amplia variedad de aplicaciones.
La evaluación de todos los aspectos de la toxicidad de los agentes cancerígenos implica cuestiones adicionales, ya que no se sabe con certeza si existe una dosis mínima efectiva para los carcinógenos o si el riesgo es demasiado pequeño para ser detectado. Además, es posible que una sola célula transformada en una célula cancerosa sea todo lo que se necesita para desarrollar el efecto completo (la teoría del "ataque único").
Es más difícil determinar la toxicidad de las 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 más comunes incluyen gasolina , humo de cigarrillo 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 diversos sistemas biológicos revelan los efectos tóxicos específicos de la especie, el órgano y la dosis de un producto en investigación. La toxicidad de las sustancias se puede observar mediante (a) el estudio de 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 puntos finales específicos, como cáncer, cardiotoxicidad e irritación cutánea/ocular. Las pruebas de toxicidad también ayudan a calcular la dosis sin efecto adverso observado (NOAEL) y son útiles para los estudios clínicos. [11]
Para que las sustancias se regulen y manipulen adecuadamente, deben clasificarse y etiquetarse correctamente. La clasificación se determina mediante medidas de prueba o cálculos aprobados y tiene niveles de corte determinados establecidos por los gobiernos y los científicos (por ejemplo, niveles sin efectos adversos observados , valores límite umbral y niveles de ingesta diaria tolerable ). Los pesticidas brindan el ejemplo de sistemas de clase de toxicidad y etiquetas de toxicidad bien establecidos . Si bien actualmente muchos países tienen diferentes regulaciones con respecto a los tipos de pruebas, la cantidad de pruebas y los 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 . [16]
Tipos de toxicidad en los que las sustancias pueden causar la muerte de todo el cuerpo, la muerte de órganos específicos, daños importantes o menores o causar cáncer. Estas son definiciones aceptadas globalmente de lo que es la toxicidad. [15] Todo lo que no se encuentre dentro de la definición no puede clasificarse como ese tipo de sustancia tóxica.
La toxicidad aguda analiza los efectos letales tras la exposición oral, dérmica o por inhalación. Se divide en cinco categorías de gravedad: la categoría 1 requiere la menor cantidad de exposición para que sea letal y la categoría 5 requiere la mayor exposición para que sea 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 la categoría 5 para administración oral y dérmica. [ cita requerida ]
La corrosión y la irritación de la piel se determinan mediante un análisis de parche cutáneo, similar a una prueba de parche de inflamación alérgica . Esto examina la gravedad del daño causado; cuándo se produjo y cuánto tiempo dura; 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 en las cuatro horas siguientes a su aplicación y no debe revertir el daño en un plazo de 14 días. La irritación cutánea muestra un daño menos grave que la corrosión si: el daño se produce en las 72 horas siguientes a la aplicación; o durante tres días consecutivos después de la aplicación en un período de 14 días; o causa inflamación que dura 14 días en dos sujetos de prueba. La irritación cutánea leve es un daño menor (menos grave que la irritación) en las 72 horas siguientes 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 puede definirse 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 o el suelo. Estas condiciones pueden causar daños importantes a los seres humanos y a otros organismos dentro de un ecosistema.
La EPA mantiene una lista de contaminantes prioritarios para pruebas y regulación. [18]
Los trabajadores de diversas ocupaciones pueden correr un mayor 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 se derivan de la conocida toxicidad ocupacional de los sombrereros que utilizaban una sustancia química tóxica para controlar la forma de los sombreros. La exposición a sustancias químicas en el entorno laboral puede ser necesaria para que los profesionales de la higiene industrial evalúen el riesgo. [20]
Los peligros en las artes han sido un problema para los artistas durante siglos, a pesar de que no siempre se había comprendido adecuadamente la toxicidad de sus herramientas, métodos y materiales. El plomo y el cadmio, entre otros elementos tóxicos, solían incorporarse a los nombres de las pinturas al óleo y los pigmentos de los artistas, por ejemplo, "blanco de plomo" y "rojo de cadmio".
Los grabadores del siglo XX y otros artistas comenzaron a tomar conciencia de las sustancias tóxicas, las técnicas tóxicas y los vapores tóxicos presentes en los pegamentos, los medios de pintura, los pigmentos y los disolventes, muchos de los cuales en sus etiquetas no indicaban 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 los estudios y talleres, en 1998 el grabador Keith Howard publicó Non-Toxic Intaglio Printmaking , que detallaba doce técnicas innovadoras de grabado tipo Intaglio , entre las que se incluyen el fotograbado , la imagen digital , los métodos de grabado a mano con resina acrílica y la introducción de un nuevo método de litografía no 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 Especializada [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 los datos del Inventario de Emisiones Tóxicas y los programas Superfund de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) . TOXMAP es un recurso financiado por el Gobierno Federal de los Estados Unidos. La información sobre salud ambiental y química de TOXMAP se toma de la Red de Datos Toxicológicos (TOXNET) de la NLM [23] y PubMed , y de otras fuentes autorizadas.
Las pruebas de toxicidad acuática someten a especies indicadoras clave de peces o crustáceos a determinadas concentraciones de una sustancia en su entorno para determinar el nivel de letalidad. Los peces están expuestos durante 96 horas, mientras que los crustáceos lo están durante 48 horas. Si bien el SGA no define la toxicidad más allá de los 100 mg/L, la EPA actualmente clasifica 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 prolongado), el número de exposiciones (una dosis única o múltiples dosis a lo largo del tiempo), la forma física del tóxico (sólido, líquido, gas), la concentración de la sustancia y, en el caso de los gases, la presión parcial (a alta presión ambiental, la presión parcial aumentará para una concentración dada como fracción de gas), la composición genética de un individuo, la salud general de un individuo y muchos otros. Aquí se han incluido varios de los términos utilizados para describir estos factores.
Considerando las limitaciones del concepto dosis-respuesta , recientemente se ha propuesto un nuevo Índice Abstracto de Toxicidad de Medicamentos (DTI). [25] El DTI redefine la toxicidad de los medicamentos, identifica medicamentos hepatotóxicos, brinda información mecanicista, predice resultados clínicos y tiene potencial como herramienta de detección.
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