009 1 Toxicologie enkele begrippen Regelmatig worden wij geconfronteerd met begrippen als zeer giftige stof, of de zeer gevaarlijke chemische stof-x. Vaak zijn deze begrippen niet nader omschreven en is het moeilijk om door vergelijking met andere stoffen de relatieve giftigheid voldoende in te schatten. De tot dusverre verschenen chemische feitelijkheden bevatten veelal gegevens over de giftigheid (toxiciteit) van de behandelde stoffen in de vorm van een LD 50-waarde of een MACwaarde. Deze aflevering wil enkele begrippen in de toxicologie uitleggen en daarnaast een korte beschrijving geven van het onderzoek waarmee de relatieve schadelijkheid van een stof wordt bepaald. Onderzoek op het gebied van de toxicologie de wetenschap der vergiften wordt gedaan om een indruk te krijgen van de risico s, verbonden aan het gebruik van stoffen. In het kader van verschillende wetten, die het gebruik van chemische stoffen regelen, worden gegevens geëist over de toxiciteit van te gebruiken stoffen. Veelal worden deze gegevens verkregen via min of meer voorgeschreven proeven. Het toxiciteitsonderzoek Elke stof is in principe giftig, óók zout of suiker, wanneer de toegediende hoeveelheid maar groot genoeg is. Toxiciteitsonderzoek wordt niet alleen uitgevoerd ten behoeve van de mens, maar ook van het milieu. De toxicoloog is vooral geïnteresseerd in het toxiciteitsprofiel van de stof. Welke effecten worden door blootstelling aan deze stof veroorzaakt? Is er een invloed te meten op bv. groei, gedrag, sterfte, voedsel- of wateropname? Zijn er effecten te vinden in organen of
009 2 Toxicologie enkele begrippen weefsels? Daarbij is het belangrijk de aard van de nadelige effecten van een stof te bestuderen en de dosis te kennen waarbij die effecten veroorzaakt worden. Voorts wil men de wijze waarop die effecten tot stand zijn gekomen weten en tenslotte de hoogste dosis vaststellen waarbij net geen schadelijke werking meer wordt gezien. Bij dergelijk onderzoek is het van belang onderscheid te maken naar de manier waarop een stof wordt toegediend, bijvoorbeeld via de mond (oraal), via de ademhalingsorganen (inhalatie) of via de huid (dermaal). Bij toxiciteitsonderzoek, dat erop is gericht voor de mens de gezondheidsrisico s vast te stellen, moet men de stoffen onderzoeken op de voor de mens meest relevante wijze van blootstelling. Voor dergelijk onderzoek wordt vrijwel steeds gebruik gemaakt van proefdieren, die model staan voor de mens. Naast muis, rat, cavia en konijn wordt, zij het minder vaak, gebruik gemaakt van hond, varken, aap en kwartel. Wanneer het toxiciteitsonderzoek echter meer gericht is op het milieu, de zgn. eco-toxicologie, wordt gebruik gemaakt van waterorganismen zoals algen, daphniae en vissen, of van bacteriën levend in de bodem. Het toxiciteitsonderzoek, dat volgens nationale en internationale richtlijnen geschiedt, kan globaal worden verdeeld in acuut, subacuut, sub-chronisch, chronisch en specialistisch onderzoek. In dergelijk onderzoek worden naast groei, gedrag, sterfte, voederen waterconsumptie ook bloedwaarden en klinisch-chemische parameters onderzocht. Bij beëindiging van de proef wordt meer of minder uitgebreid weefsel- en orgaanonderzoek verricht om, soms slechts microscopisch waarneembare, veranderingen op te sporen. Acute toxiciteit Een eerste indruk van de toxiciteit van een stof wordt gegeven door de sterfte bij toediening van een éénmalige dosis. Als maat wordt daarbij de zgn. LD 50-waarde gebruikt. De LD 50 (letale dosis 50) is de hoeveelheid stof, die na éénmalige orale of dermale toediening binnen korte tijd (ca. 14 dagen) sterfte van 50% van de proefdieren veroorzaakt. Wanneer sprake is van blootstelling via de lucht of via water (alg,
009 3 daphnia of vis) spreekt men van de letale concentratie 50 (LC 50). In deze proeven wordt meestal alléén naar sterfte en gedrag gekeken. De LD 50 of LC 50 testen worden gezien als maat voor de acute toxiciteit van een stof, en om die reden worden ze veelvuldig door de wetgever geëist. De waarde van deze testen is echter zeer beperkt, aangezien geen enkele informatie wordt verkregen over lange termijn effecten na meermalige blootstelling. Op grond van de LD 50-waarden wordt een eerste giftigheidsclassificatie van stoffen gemaakt. waarde van LD 50 oraal uitgedrukt in mg stof per kg lichaamsgewicht giftigheid 1 extreem toxisch 1-50 zeer toxisch 50-500 matig toxisch 500-5000 licht toxisch 5000-15000 praktisch niet toxisch > 15000 relatief ongevaarlijk Sub-acute en sub-chronische toxiciteit Het betreft hier onderzoeken die vier weken tot ca. drie maanden duren. De te onderzoeken stof wordt, in verschillende doseringen (meestal drie) dagelijks toegediend via voer of drinkwater, of via de lucht of de huid. Bij dit onderzoek worden meerdere (sub-acuut) tot een zeer groot aantal (sub-chronisch) parameters bestudeerd. Het doel is om het toxiciteitsprofiel te bepalen en een dosis vast te stellen, waarbij geen schade meer wordt veroorzaakt, de zgn. no-observed toxic effect level of no-adverse effect level. Er bestaat een tendens om het sub-acute onderzoek uit te breiden door een groter aantal parameters te bestuderen, waardoor het een goedkoper alternatief voor de meer tijd vergende sub-chronische proef zou kunnen zijn.
009 4 Toxicologie enkele begrippen Chronische toxiciteit Na het sub-chronische onderzoek wordt voor een aantal toepassingen van stoffen ook nog chronisch toxiciteitsonderzoek geëist. Het meestal twee jaar of langer durende onderzoek, wordt in de regel identiek aan het sub-chronisch onderzoek uitgevoerd, maar ook worden nu tijdens de proef een aantal bloed- en klinisch-chemische parameters meerdere malen bestudeerd. Vaak wordt dit onderzoek, dat gericht is op het vaststellen van een no-effect level gecombineerd met onderzoek naar de mogelijke kankerverwekkende activiteit van de betrokken stof. Reproductie- en teratologisch onderzoek Stoffen waaraan de mens mogelijk gedurende zijn hele leven wordt blootgesteld, dienen ook onderzocht te worden op hun mogelijke invloed op de vruchtbaarheid en het nakomelingenschap, alsmede op de eventuele vruchtbeschadigende (teratogene) werking. Mutageniteitsonderzoek Dit onderzoek wordt uitgevoerd om vast te stellen of een stof veranderingen (mutaties) in het erfelijk materiaal kan aanbrengen. Het vaststellen van zulke veranderingen is om twee redenen belangrijk. Wanneer dergelijke veranderingen optreden in cellen, die van belang zijn voor de vorming van het nakomelingenschap (de eicellen en de zaadcellen), dan kan dit leiden tot erfelijke afwijkingen. Ten tweede kunnen andere in het lichaam aanwezige cellen zodanig worden veranderd, dat ze in staat zijn dochtercellen te leveren met een andere erfelijke informatie (somatische mutatie) welke kan leiden tot het onder bepaalde omstandigheden uitgroeien van dergelijke cellen tot kankercellen. Om mutageniteit aan te tonen, zijn een aantal testen voorhanden, welke worden uitgevoerd met testorganismen, als bacteriën, gisten, schimmels, insekten en gekweekte cellen van zoogdieren, en eveneens in zoogdieren zelf. Het is gebleken, dat een groot deel van de kankerverwekkende stoffen (60-90 %) mutageen is. An-
009 5 dersom moet men stellen, dat van alle mutagene stoffen slechts een gedeelte kankerverwekkend bleek te zijn. De meest gebruikte mutageniteitstest is een test, uitgevoerd met Salmonella bacteriën, de zgn. Ames-test. Huid- en oogirritatie-onderzoek, overgevoeligheidsonderzoek Dit onderzoek is er op gericht om bij het daarvoor meest geschikte proefdier, eventuele oogirritatie, huidirritatie of overgevoeligheid aan te tonen. Voor stoffen welke in industriële processen worden gebruikt, waarbij huid- en oogbelasting mogelijk is, is dit onderzoek van belang, alsmede voor schoonheidsmiddelen. Het vaststellen van een onschadelijke hoeveelheid voor de mens Het vaststellen van een voor de mens toelaatbare hoeveelheid van de stof, is het eindpunt van het toxicologisch onderzoek voor zover dat op de mens gericht is. Bij het vaststellen van een dagelijkse toelaatbare dosis, is het van belang te weten hoe de stof gebruikt gaat worden: éénmalig, frequent gedurende een bepaalde tijd, of gedurende het gehele leven. Op basis van dit gegeven wordt bepaald hoe uitgebreid en hoe langdurend toxicologisch onderzoek dient te zijn. Het naar aanleiding van de toepassing van de stoffen uitgevoerd onderzoek, wordt dan aangewend voor het bepalen van een toelaatbare dosis voor de mens. De gegevens van het dier worden dus vertaald naar de mens. Omdat dit vertalen gepaard gaat met allerlei onzekerheden, wordt gebruik gemaakt van een zgn. veiligheidsfactor. Uitgangspunt voor het bepalen van een voor de mens aanvaardbare dosis, is de gevonden no-toxic effect level in het dierexperiment. De no-toxic effect levels, uitgedrukt in mg/kg lichaamsgewicht per dag, worden nu door een veiligheidsfactor gedeeld om de aanvaardbare dagelijkse dosis te bepalen. De grootte van de veilig-
009 6 Toxicologie enkele begrippen heidsfactor (in de voedingstoxicologie meestal 10-100) hangt af van de aard en de omvang van het verrichte onderzoek en van eventuele gegevens die (reeds) bekend zijn over de blootstelling aan de mens. Dr. R. Kroes 1983-06-08
009 7 BIJLAGE Lijst van een aantal begrippen die in de toxicologie worden gebruikt accumulatie acute toxiciteit ADI additie antagonisme biotransformatie carcinogeniteit chronische toxiciteit het ophopen van de stof in het lichaam schadelijk effect veroorzaakt door een stof binnen korte tijd (bijv. 14 dagen) wanneer deze éénmaal wordt gegeven. Gewoonlijk uitgedrukt in LD 50 of LC 50 acceptable daily intake maximaal aanvaardbare dagelijkse opneming door de mens. combinatiewerking van twee of meerdere giftige stoffen waarbij de werking gelijk is aan de som van de werking die de stoffen afzonderlijk uitoefenen combinatiewerking van twee of meer giftige stoffen waarbij de werking geringer is dan de som van de werking die de stoffen afzonderlijk uitoefenen de biochemische omzetting van toxische stoffen het vermogen van een stof om kwaadaardige gezwellen te veroorzaken schadelijk effect veroorzaakt door een stof na blootstelling gedurende het grootste deel van de normale levensduur
009 8 Toxicologie enkele begrippen EPEL MAC MAC-C MAC-TGG MIC mutageniteit NAEL NEL NTEL éénmalige populatie expositie limiet, de hoogst toelaatbare concentratie gedurende 1 2, 1 of 2 uur waaraan de bevolking in noodsituaties mag worden blootgesteld, zonder blijvende effecten de maximale aanvaarde concentratie van een gas, damp, nevel of van stof, is de concentratie in de lucht op de werkplek die, voor zover de huidige kennis reikt, bij herhaalde expositie ook gedurende een langere tot zelfs een arbeidsleven omvattende periode, in het algemeen de gezondheid van zowel de werknemer als ook hun nageslacht niet benadeelt maximale aanvaarde concentratie - Ceiling overschrijding van deze concentratie moet in alle gevallen worden voorkomen maximale aanvaarde concentratie Tijd Gewogen Gemiddelde (8 uur/dag, 5 dagen/week) maximale immissie concentratie, de hoogst toelaatbare concentratie in de lucht in woongebieden. het vermogen van een stof om veranderingen in het erfelijk materiaal aan te brengen no-adverse-effect level no-effect level no-toxic-effect level
009 9 sub-acute toxiciteit sub-chronische toxiciteit synergisme teratogeniteit TLV schadelijk effect veroorzaakt door een stof na herhaalde blootstelling gedurende een periode variërend van 1-6 weken schadelijk effect veroorzaakt door een stof na blootstelling gedurende ca. 1 10 gedeelte van de levensduur van het (kleine) proefdier combinatiewerking van twee of meerdere stoffen waarbij de werking groter is dan de som van de werking die de stoffen afzonderlijk uitoefenen het vermogen van een stof om structurele of functionele schade aan het nakomelingschap toe te brengen threshold limit value, een Amerikaanse waarde die overeenkomt met de Nederlandse MAC-waarde, zonder echter expliciete vermelding van invloed op het nageslacht