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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 las sustancias químicas en los organismos vivos [1] y la práctica de diagnosticar y tratar las exposiciones a toxinas y tóxicos . La relación entre la dosis y sus efectos en 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 la evidencia como parte del movimiento más amplio hacia las prácticas basadas en la evidencia . La toxicología está contribuyendo actualmente al campo de la investigación del cáncer , ya que algunas toxinas se pueden utilizar como medicamentos para matar células tumorales. Un excelente ejemplo de esto son las proteínas inactivadoras de ribosomas , probadas en el tratamiento de la leucemia . [2]
La palabra toxicología ( / ˌtɒksɪˈkɒlədʒi / ) 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 objeto").
El tratado más antiguo dedicado al estudio general de los venenos de plantas y animales, incluyendo su clasificación, reconocimiento y el tratamiento de sus efectos es el Kalpasthāna , una de las secciones principales del Suśrutasaṃhitā , una obra sánscrita compuesta antes de ca. 300 d. C. y quizás en parte ya en el siglo IV a. C. [4] [5] El Kalpasthāna influyó en muchas obras médicas sánscritas posteriores y fue traducido al árabe y otros idiomas, influyendo en el sudeste asiático, Oriente Medio, el Tíbet y, finalmente, Europa. [6] [7]
Dioscórides , un médico griego de la corte del emperador romano Nerón , hizo un intento temprano de clasificar las plantas según su efecto tóxico y terapéutico. [8] Una obra atribuida al autor del siglo X Ibn Wahshiyya llamada el Libro de los venenos describe varias sustancias tóxicas y recetas venenosas que se pueden hacer usando magia . [9] Una obra poética en kannada del siglo XIV atribuida al príncipe jainista Mangarasa, Khagendra Mani Darpana , describe varias plantas venenosas. [10]
El médico suizo del siglo XVI Paracelso es considerado "el padre" de la toxicología moderna, basándose en su enfoque riguroso (para la época) para comprender los efectos de las sustancias en el cuerpo. [11] 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 sin veneno; solo 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". [12] : 30
Mathieu Orfila también es considerado el padre moderno de la toxicología, habiendo dado al tema su primer tratamiento formal en 1813 en su Traité des poisons , también llamado Toxicologie générale . [13]
En 1850, Jean Stas se convirtió en la primera persona que logró aislar venenos vegetales del tejido humano. Esto le permitió identificar el uso de nicotina como veneno en el caso del asesinato de Bocarmé, lo que proporcionó las pruebas necesarias para condenar al conde belga Hippolyte Visart de Bocarmé por el asesinato de su cuñado. [14]
El objetivo de la evaluación de la toxicidad es identificar los efectos adversos de una sustancia. [15] Los efectos adversos dependen de dos factores principales: i) las vías de exposición (oral, inhalatoria o dérmica) y ii) la dosis (duración y concentración de la exposición). Para explorar la dosis, las sustancias se prueban en modelos agudos y crónicos. [16] Generalmente, se realizan diferentes conjuntos de experimentos para determinar si una sustancia causa cáncer y para examinar otras formas de toxicidad. [16]
Factores que influyen en la toxicidad química: [12]
La disciplina de la toxicología basada en la evidencia se esfuerza por evaluar de manera transparente, consistente y objetiva la evidencia científica disponible para responder preguntas en toxicología, [17] el estudio de los efectos adversos de los agentes químicos, físicos o biológicos en los organismos vivos y el medio ambiente, incluida la prevención y mejora de dichos efectos. [18] La toxicología basada en la 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. [19] [20] 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. [21] [22] [23] La toxicología basada en la evidencia tiene sus raíces en el movimiento más amplio hacia las prácticas basadas en la evidencia .
Los experimentos de toxicidad pueden realizarse in vivo (utilizando el animal entero) o in vitro (pruebas en células o tejidos aislados), o in silico (en una simulación por computadora). [24]
La herramienta experimental clásica de la toxicología son las pruebas en animales no humanos. [12] Ejemplos de organismos modelo son Galleria mellonella , [25] que puede reemplazar a pequeños mamíferos, pez cebra ( Danio rerio ), que permite el estudio de la toxicología en un vertebrado de orden inferior in vivo [26] [27] y Caenorhabditis elegans . [28] A partir de 2014, estas pruebas con animales proporcionan información que no está disponible por otros medios sobre cómo funcionan las sustancias en un organismo vivo. [29] Algunas organizaciones se oponen al uso de animales no humanos para pruebas toxicológicas por razones de bienestar animal, y se ha restringido o prohibido en algunas circunstancias en ciertas regiones, como las pruebas de cosméticos en la Unión Europea. [30]
Si bien las pruebas en modelos animales siguen siendo un método para estimar los efectos en humanos, existen preocupaciones tanto éticas como técnicas con respecto a las pruebas con animales. [31]
Desde finales de los años 1950, el campo de la toxicología ha buscado reducir o eliminar las pruebas con animales bajo el lema 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 usar formas de vida más simples cuando sea posible. [32] [33] El desarrollo histórico de métodos de prueba alternativos en toxicología ha sido publicado por Balls. [34]
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. [35] Este trabajo requiere conocimientos especializados en modelado molecular y estadística, junto con un juicio experto en química, biología y toxicología. [35]
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 crucial que se basa en la historia anterior y abre la puerta a una nueva era. Los eventos cruciales en la ciencia incluyen el descubrimiento de la penicilina, la elucidación 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 de este tipo. Están preparadas 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 completos a uno fundado principalmente en métodos in vitro que evalúen los cambios en los procesos biológicos utilizando células, líneas celulares o componentes celulares, preferiblemente de origen humano". [36] En 2014, esa visión todavía no se había hecho realidad. [29] [37]
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos estudió 1.065 sustancias químicas y medicamentos en su programa ToxCast (parte del Panel de Control de Sustancias Químicas CompTox ) utilizando modelos in 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 la 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 productos químicos arrojaron una predicción de toxicidad del desarrollo , (2) el rendimiento del ensayo alcanzó una precisión del 79% al 82% con alta especificidad (> 84%) pero una sensibilidad modesta (< 67%) en comparación con modelos animales in vivo de toxicidad del desarrollo prenatal humano, (3) la sensibilidad mejoró a medida que se aplicaron requisitos de pesos de evidencia más estrictos a los estudios con animales, y (4) el análisis estadístico de los impactos químicos más potentes en objetivos bioquímicos específicos en ToxCast reveló asociaciones positivas y negativas con la respuesta STM, lo que proporciona información sobre los fundamentos mecanísticos del punto final objetivo y su dominio biológico. [38]
En algunos casos, la ley o la reglamentación han ordenado el abandono de los estudios con animales; la Unión Europea (UE) prohibió el uso de pruebas con animales para cosméticos en 2013. [39]
La mayoría de las sustancias químicas presentan una curva clásica de respuesta a la dosis: a dosis bajas (por debajo de un umbral), no se observa ningún efecto. [12] : 80 Algunas 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". [40] Unas pocas sustancias químicas no tienen un nivel seguro de exposición bien definido. Estas se tratan con especial cuidado. Algunas sustancias químicas están sujetas a bioacumulación, ya que se almacenan en el cuerpo en lugar de excretarse; [12] : 85–90 estas también reciben una consideración especial.
Se utilizan habitualmente varias medidas para describir las dosis tóxicas según el grado de efecto sobre un organismo o una población, y algunas están definidas específicamente por diversas leyes o usos organizativos. Entre ellas se incluyen:
La toxicología médica es una disciplina que requiere la condición de médico (título de MD o DO más educación y experiencia en la especialidad).
La toxicología clínica es una disciplina que pueden practicar no solo los médicos sino también otros profesionales de la salud con un título de maestría en toxicología clínica: médicos auxiliares ( asistentes médicos , enfermeras profesionales ), enfermeras , farmacéuticos y profesionales de la salud afines .
La toxicología forense es la disciplina que utiliza 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, envenenamientos y uso de drogas. La preocupación principal de la toxicología forense no es el resultado legal de la investigación toxicológica o la tecnología utilizada, sino más bien la obtención e interpretación de los resultados. [43]
La toxicología computacional es una disciplina que desarrolla modelos matemáticos y basados en computadora para comprender y predecir mejor los efectos adversos para la salud causados por sustancias químicas, como contaminantes ambientales y productos farmacéuticos. [44] Dentro del proyecto Toxicología en el siglo XXI , [45] [46] se identificaron los mejores modelos predictivos como Deep Neural Networks , Random Forest y Support Vector Machines , que pueden alcanzar el rendimiento de experimentos in vitro . [47] [48] [49] [50]
La toxicología ocupacional es la aplicación de la toxicología a los riesgos químicos en el lugar de trabajo. [51]
Un toxicólogo es un científico o personal médico que se especializa en el estudio de los síntomas, mecanismos, tratamientos y detección de venenos y toxinas ; especialmente el envenenamiento de personas.
Para trabajar como toxicólogo, uno debe obtener un título en toxicología o un título relacionado como biología , química , farmacología o bioquímica . [52] [ cita requerida ] 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 de la vida, los estudiantes generalmente se inscriben en laboratorios y aplican los principios de toxicología a la investigación y otros estudios. Los estudiantes avanzados se adentran en sectores específicos, como la industria farmacéutica o la aplicación de la ley, que aplican métodos de toxicología en su trabajo. La Sociedad de Toxicología (SOT) recomienda que los estudiantes de pregrado en escuelas postsecundarias que no ofrecen una licenciatura en toxicología consideren obtener un título en biología o química. Además, la 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 estudiantil 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 una eventual certificación del Colegio Americano de Toxicología Médica (ACMT).
Los toxicólogos realizan muchas tareas diferentes, incluidas la investigación en los campos académico, sin fines de lucro e industrial, la evaluación de la seguridad de los productos, la consultoría, el servicio público y la 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 daño y los riesgos potenciales de estar cerca o usar productos que contienen ciertas sustancias químicas. Los proyectos de investigación pueden variar desde la evaluación de los efectos de los contaminantes tóxicos en el medio ambiente hasta la evaluación de cómo responde el sistema inmunológico humano a los compuestos químicos dentro de los medicamentos farmacéuticos. Si bien las tareas básicas de los toxicólogos son determinar los efectos de las sustancias químicas en los organismos y su entorno, las tareas laborales específicas 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 puestos de trabajo en toxicología depende de varios factores, entre ellos el nivel de escolaridad, la especialización y la experiencia. La Oficina de Estadísticas Laborales de Estados Unidos (BLS) señala que se esperaba que los puestos de trabajo para científicos biológicos, que generalmente incluyen a los toxicólogos, aumentaran 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 a los aumentos presupuestarios para la investigación básica y médica en ciencias biológicas. [53]
