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La toxicología es una disciplina científica , que se superpone con la biología , la química , la farmacología y la medicina , que implica el estudio de los efectos adversos de sustancias químicas en los organismos vivos [1] y la práctica de diagnosticar y tratar la exposición a toxinas y tóxicos . La relación entre la dosis y sus efectos sobre el organismo expuesto es de gran importancia en toxicología. Los factores que influyen en la toxicidad química incluyen la dosis, la duración de la exposición (ya sea aguda o crónica), la vía de exposición, la especie, la edad, el sexo y el medio ambiente. Los toxicólogos son expertos en venenos y envenenamientos . Existe un movimiento a favor de la toxicología basada en evidencia como parte de un movimiento más amplio hacia prácticas basadas en evidencia . Actualmente la toxicología contribuye al campo de la investigación del cáncer , ya que algunas toxinas pueden utilizarse como fármacos para matar células tumorales. Un excelente ejemplo de esto son las proteínas que inactivan los ribosomas , probadas en el tratamiento de la leucemia . [2]
La palabra toxicología ( / ˌ t ɒ k s ɪ ˈ k ɒ l ə dʒ i / ) es un compuesto neoclásico del neolatín , atestiguado por primera vez c. 1799 , [3] de las formas combinadas toxico- + -logía , que a su vez provienen de las palabras griegas antiguas τοξικός toxikos , "venenoso", y λόγος logos , "materia").
Dioscórides , un médico griego de la corte del emperador romano Nerón , hizo el primer intento de clasificar las plantas según su efecto tóxico y terapéutico. [4] Una obra atribuida al autor del siglo X Ibn Wahshiyya llamada Libro de los Venenos describe varias sustancias tóxicas y recetas venenosas que se pueden preparar usando magia . [5] Una obra poética en kannada del siglo XIV atribuida al príncipe jainista Mangarasa, Khagendra Mani Darpana , describe varias plantas venenosas. [6]
Theophrastus Phillipus Auroleus Bombastus von Hohenheim (1493-1541) (también conocido como Paracelso , por su creencia de que sus estudios estaban por encima o más allá del trabajo de Celso , un médico romano del siglo I) es considerado "el padre" de la toxicología. [7] Se le atribuye la máxima clásica de la toxicología, " Alle Dinge sind Gift und nichts ist ohne Gift; allein die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist ", que se traduce como: "Todas las cosas son venenosas y nada está exento de veneno" . ; sólo la dosis hace que una cosa no sea venenosa." Esto a menudo se condensa en: " La dosis hace el veneno " o en latín "Sola dosis facit venenum". [8] : 30
Mathieu Orfila también es considerado el padre moderno de la toxicología, ya que le dio al tema su primer tratamiento formal en 1813 en su Traité des venenos , también llamado Toxicologie générale . [9]
En 1850, Jean Stas se convirtió en la primera persona en aislar con éxito venenos vegetales del tejido humano. Esto le permitió identificar el uso de nicotina como veneno en el caso del asesinato de Bocarmé, proporcionando las pruebas necesarias para condenar al conde belga Hippolyte Visart de Bocarmé por el asesinato de su cuñado. [10]
El objetivo de la evaluación de la toxicidad es identificar los efectos adversos de una sustancia. [11] Los efectos adversos dependen de dos factores principales: i) vías de exposición (oral, inhalación o dérmica) y ii) dosis (duración y concentración de la exposición). Para explorar la dosis, las sustancias se prueban en modelos tanto agudos como crónicos. [12] Generalmente, se llevan a cabo diferentes conjuntos de experimentos para determinar si una sustancia causa cáncer y para examinar otras formas de toxicidad. [12]
Factores que influyen en la toxicidad química: [8]
La disciplina de la toxicología basada en evidencia se esfuerza por evaluar de manera transparente, consistente y objetiva la evidencia científica disponible para responder preguntas en toxicología, [13] el estudio de los efectos adversos de agentes químicos, físicos o biológicos en los organismos vivos y el medio ambiente. , incluida la prevención y mejora de tales efectos. [14] La toxicología basada en evidencia tiene el potencial de abordar las preocupaciones de la comunidad toxicológica sobre las limitaciones de los enfoques actuales para evaluar el estado de la ciencia. [15] [16] Estas incluyen preocupaciones relacionadas con la transparencia en la toma de decisiones, la síntesis de diferentes tipos de evidencia y la evaluación del sesgo y la credibilidad. [17] [18] [19] La toxicología basada en evidencia tiene sus raíces en el movimiento más amplio hacia prácticas basadas en evidencia .
Los experimentos de toxicidad se pueden realizar in vivo (utilizando el animal entero) o in vitro (pruebas en células o tejidos aislados), o in silico (en una simulación por computadora). [20]
La herramienta experimental clásica de la toxicología son las pruebas en animales no humanos. [8] Ejemplos de organismos modelo son Galleria mellonella , [21] que puede reemplazar a los pequeños mamíferos, el pez cebra ( Danio rerio ), que permite el estudio de toxicología en un vertebrado de orden inferior in vivo [22] [23] y Caenorhabditis elegans . [24] A partir de 2014, estos ensayos con animales proporcionan información que no está disponible por otros medios sobre cómo funcionan las sustancias en un organismo vivo. [25] Algunas organizaciones se oponen al uso de animales no humanos para pruebas toxicológicas por razones de bienestar animal, y ha sido restringido o prohibido en determinadas circunstancias en determinadas regiones, como las pruebas de cosméticos en la Unión Europea. [26]
Si bien las pruebas en modelos animales siguen siendo un método para estimar los efectos en humanos, existen preocupaciones tanto éticas como técnicas con las pruebas en animales. [27]
Desde finales de la década de 1950, el campo de la toxicología ha buscado reducir o eliminar las pruebas con animales bajo la rúbrica de las " Tres R ": reducir el número de experimentos con animales al mínimo necesario; refinar los experimentos para causar menos sufrimiento y reemplazar los experimentos in vivo con otros tipos, o utilizar formas de vida más simples cuando sea posible. [28] [29] Balls ha publicado el desarrollo histórico de métodos de prueba alternativos en toxicología. [30]
El modelado por computadora es un ejemplo de un método alternativo de prueba de toxicología in vitro ; utilizando modelos informáticos de sustancias químicas y proteínas, se pueden determinar las relaciones estructura-actividad y se pueden identificar las estructuras químicas que probablemente se unan a las proteínas con funciones esenciales e interfieran con ellas. [31] Este trabajo requiere conocimientos expertos en modelización molecular y estadística junto con el juicio de expertos en química, biología y toxicología. [31]
En 2007, la ONG estadounidense Academia Nacional de Ciencias publicó un informe titulado "Pruebas de toxicidad en el siglo XXI: una visión y una estrategia", que comenzaba con una declaración: "El cambio a menudo implica un evento fundamental que se basa en la historia anterior y abre la puerta a Una nueva era. Los acontecimientos fundamentales de la ciencia incluyen el descubrimiento de la penicilina, el esclarecimiento de la doble hélice del ADN y el desarrollo de las computadoras... Las pruebas de toxicidad se están acercando a un punto de inflexión científico que está preparado para aprovechar las revoluciones. en biología y biotecnología, los avances en toxicogenómica, bioinformática, biología de sistemas, epigenética y toxicología computacional podrían transformar las pruebas de toxicidad de un sistema basado en pruebas con animales enteros a uno basado principalmente en métodos in vitro que evalúan cambios en procesos biológicos utilizando células. líneas, o componentes celulares, preferentemente de origen humano." [32] En 2014, esa visión aún no se había hecho realidad. [25] [33]
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos estudió 1.065 sustancias químicas y farmacológicas en su programa ToxCast (parte del CompTox Chemicals Dashboard ) utilizando modelos de sílice y un ensayo basado en células madre pluripotentes humanas para predecir intoxicantes del desarrollo in vivo basándose en cambios en el metabolismo celular después de exposición a sustancias químicas. Los principales hallazgos del análisis de este conjunto de datos ToxCast_STM publicado en 2020 incluyen: (1) el 19 % de 1065 sustancias químicas arrojaron una predicción de la toxicidad para el desarrollo , (2) el rendimiento del ensayo alcanzó una precisión del 79 % al 82 % con una alta especificidad (> 84 %), pero sensibilidad modesta (< 67%) en comparación con modelos animales in vivo de toxicidad para el desarrollo prenatal humano, (3) la sensibilidad mejoró a medida que se aplicaron requisitos de evidencia más estrictos a los estudios con animales, y (4) el análisis estadístico de la sustancia química más potente Los éxitos en objetivos bioquímicos específicos en ToxCast revelaron asociaciones positivas y negativas con la respuesta STM, proporcionando información sobre los fundamentos mecanicistas del criterio de valoración objetivo y su dominio biológico. [34]
En algunos casos, el abandono de los estudios con animales ha sido ordenado por ley o reglamento; La Unión Europea (UE) prohibió el uso de pruebas con animales para cosméticos en 2013. [35]
La mayoría de las sustancias químicas muestran una curva dosis-respuesta clásica: a dosis bajas (por debajo de un umbral), no se observa ningún efecto. [8] : 80 Algunos muestran un fenómeno conocido como desafío suficiente: una pequeña exposición produce animales que "crecen más rápidamente, tienen mejor apariencia general y calidad de pelaje, tienen menos tumores y viven más que los animales de control". [36] Algunas sustancias químicas no tienen un nivel seguro de exposición bien definido. Estos son tratados con especial cuidado. Algunas sustancias químicas están sujetas a bioacumulación ya que se almacenan en el cuerpo en lugar de excretarse del cuerpo; [8] : 85–90 estos también reciben una consideración especial.
Se utilizan comúnmente varias medidas para describir dosis tóxicas según el grado de efecto sobre un organismo o una población, y algunas están definidas específicamente por diversas leyes o usos organizacionales. Éstas incluyen:
La toxicología médica es la disciplina que requiere el estatus de médico (título de MD o DO más educación y experiencia especializadas).
La toxicología clínica es la disciplina que pueden practicar no solo los médicos sino también otros profesionales de la salud con una maestría en toxicología clínica: médicos auxiliares ( asistentes médicos , enfermeras practicantes ), enfermeras , farmacéuticos y profesionales de la salud afines .
La toxicología forense es la disciplina que hace uso de la toxicología y otras disciplinas como la química analítica , la farmacología y la química clínica para ayudar en la investigación médica o legal de muertes, intoxicaciones y consumo de drogas. La principal preocupación de la toxicología forense no es el resultado legal de la investigación toxicológica o la tecnología utilizada, sino la obtención e interpretación de los resultados. [39]
La toxicología computacional es una disciplina que desarrolla modelos matemáticos e informáticos para comprender y predecir mejor los efectos adversos para la salud causados por sustancias químicas, como los contaminantes ambientales y los productos farmacéuticos. [40] Dentro del proyecto Toxicología en el siglo XXI , [41] [42] se identificaron que los mejores modelos predictivos eran las redes neuronales profundas , el bosque aleatorio y las máquinas de vectores de soporte , que pueden alcanzar el rendimiento de experimentos in vitro . [43] [44] [45] [46]
La toxicología ocupacional es la aplicación de la toxicología a los peligros químicos en el lugar de trabajo. [47]
Un toxicólogo es un científico o personal médico que se especializa en el estudio de síntomas, mecanismos, tratamientos y detección de venenos y toxinas ; especialmente el envenenamiento de personas.
Para trabajar como toxicólogo se debe obtener una licenciatura en toxicología o una carrera relacionada como biología , química , farmacología o bioquímica . [48] [ cita necesaria ] Los programas de licenciatura en toxicología cubren la composición química de las toxinas y sus efectos en la bioquímica, la fisiología y la ecología. Una vez completados los cursos introductorios de ciencias biológicas, los estudiantes generalmente se inscriben en laboratorios y aplican principios de toxicología a la investigación y otros estudios. Los estudiantes avanzados profundizan en sectores específicos, como la industria farmacéutica o las fuerzas del orden, que aplican métodos de toxicología en su trabajo. La Sociedad de Toxicología (SOT) recomienda que los estudiantes universitarios de escuelas postsecundarias que no ofrecen una licenciatura en toxicología consideren obtener una licenciatura en biología o química. Además, el SOT aconseja a los aspirantes a toxicólogos que tomen cursos de estadística y matemáticas, así como que adquieran experiencia de laboratorio a través de cursos de laboratorio, proyectos de investigación de estudiantes y pasantías. Para convertirse en Toxicólogos Médicos, los médicos en los Estados Unidos completan una formación de residencia, como en Medicina de Emergencia, Pediatría o Medicina Interna, seguida de una beca en Toxicología Médica y eventualmente una certificación del Colegio Americano de Toxicología Médica (ACMT).
Los toxicólogos desempeñan muchas funciones diferentes, incluida la investigación en los campos académico, industrial y sin fines de lucro, evaluación de la seguridad de los productos, consultoría, servicio público y regulación legal. Para investigar y evaluar los efectos de las sustancias químicas, los toxicólogos realizan estudios y experimentos cuidadosamente diseñados. Estos experimentos ayudan a identificar la cantidad específica de una sustancia química que puede causar daños y riesgos potenciales al estar cerca o usar productos que contienen ciertas sustancias químicas. Los proyectos de investigación pueden variar desde evaluar los efectos de contaminantes tóxicos en el medio ambiente hasta evaluar cómo responde el sistema inmunológico humano a los compuestos químicos dentro de los medicamentos farmacéuticos. Si bien los deberes básicos de los toxicólogos son determinar los efectos de las sustancias químicas en los organismos y su entorno, los deberes laborales específicos pueden variar según la industria y el empleo. Por ejemplo, los toxicólogos forenses pueden buscar sustancias tóxicas en la escena de un crimen, mientras que los toxicólogos acuáticos pueden analizar el nivel de toxicidad de los cuerpos de agua.
El salario de los trabajos en toxicología depende de varios factores, incluido el nivel de escolaridad, la especialización y la experiencia. La Oficina de Estadísticas Laborales de EE. UU. (BLS) señala que se esperaba que los empleos para científicos biológicos, que generalmente incluyen a los toxicólogos, aumentaran en un 21% entre 2008 y 2018. La BLS señala que este aumento podría deberse al crecimiento de la investigación y el desarrollo en biotecnología. así como aumentos presupuestarios para la investigación básica y médica en ciencias biológicas. [49]
