Klíčová slova
dioxiny • TCDD • mechanismus účinku • intoxikace • léčba
Dioxiny jsou zřejmě nejčastěji zmiňovány v souvislosti se svojí toxicitou. První hlášení toxického vlivu na člověka přicházejí přibližně od poloviny minulého století v souvislosti s různými, většími či menšími, havárie mi v chemických provozech. Z šedesátých let je jistě nejznámější aféra s tzv. „Agent Orange (AO)“. Jednalo se o herbicid založený na bázi dioxinů.
Používán byl v letech 1965 až 1970 ve vietnamské válce jakožto defoliant za účelem zničení rostlinných porostů, které skýtaly přirozený úkryt guerillovým skupinám. V letech 1961-1971 zde bylo na ploše větší než 6 miliónů akrů rozprášeno více než 19 miliónů galonů (1 americký galon = 3,79 litrů) různých herbicidů, přičemž právě AO patřil k nejčastěji používaným. Ze 70. let je známá havárie chemické továrny v italském městě Seveso nedaleko Milána, která postihla bezmála sto tisíc obyvatel v blízkém okolí(1).
Sklonku let 90. jistě dominuje aféra belgických kuřat, jimž byl do krmiva přidáván tuk kontaminovaný dioxiny. Po zjištění závady následovalo uvalení stálého dozoru na maso a vejce produkované v celkem 470 drůbežárnách, nejen v Belgii, ale také ve Francii a Nizozemí. Prakticky ve stejném období se podobná situace odehrávala i ve Spojených státech. Nejnovější aférou s dioxiny byly poznamenány prezidentské volby konané na sklonku loňského roku na Ukrajině, kdy se u jednoho z kandidátů vyskytly příznaky silné akutní intoxikace dioxiny.
Vznik a zánik dioxinů
Dioxiny provázejí lidstvo již od jeho samotného počátku - vznikají při sopečných erupcích či rozsáhlých požárech, avšak až s masivním rozvojem průmyslu ve 20. století začínají představovat závažné riziko pro lidské zdraví. Dioxiny vznikají jako produkty spalování obecních odpadů, avšak také při procesu hoření běžně používaného topiva, jako je dřevo či uhlí, nebo třeba i při kouření cigaret.
Kromě toho také bývají finálním produktem při rozličných chemických výrobách - při výrobě pesticidů, polychlorovaných bifenylů, chlorovaných látek apod.
Naproti tomu jejich destrukce je mnohem komplikovanější. Jako nejspolehlivější se prozatím jeví zpopelnění kontaminovaného materiálu při teplotách přesahujících 850 °C. Pro silněji kontaminované objekty je však uváděná doporučená teplota přesahující až 1000 °C.
Do lidského organismu se dioxiny dostávají většinou cestou potravin (95-99 %), do nichž se dioxiny dostávají z půdy, vzduchu a vody. Důležitá je kumulace dioxinů v potravinovém řetězci, jehož často posledním a nejvyšším článkem bývá právě člověk.
V roce 1998 na základě dosavadních poznatků zhodnotila Světová zdravotnická organizace potenciální rizika dioxinů ve vztahu k lidskému zdraví a stanovila denní limit příjmu dioxinů pro člověka (TDI - Tolerable Daily Intake). Tehdy stávající limit 10 pg / kg tělesné váhy byl ve světle nových epidemio logických studií snížen na 1 až 4 pg / kg tělesné váhy.
Tato limitní hodnota je mezinárodně akceptována(2). Na základě provedených šetření se odhaduje přibližný denní příjem dioxinů u průměrného člověka na 120-180 pg. Tento údaj však může značně kolísat v závislosti na stupni znečištění životního prostředí.
Chemická charakteristika
Pojem „dioxiny“ je označení pro chemickou skupinu sloučenin s podobnou chemickou strukturou a tudíž i podobnými biologickými vlastnostmi (Obr.). Po chemické stránce se jedná o chlorované dibenzo-p-dioxiny (CDD), chlorované dibenzofurany (CDF) a zčásti též o polychlorované bifenyly (PCB). Někdy se však tento termín používá rovněž jako synonymum pro jednu z nejčastěji diskutovaných a zároveň zřejmě nejvíce studovaných sloučenin z této skupiny -2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD).
Velmi toxickým je dále např. 1,2,3,7,8pentachlorodibenzo-p-dioxin (PeCDD) či 2,3,4,7,8-pentachlorodibenzofuran (PeCDF), které však oproti TCDD dosahují přibližně pouze poloviční úrovně toxicity. TCDD se vyskytuje v podobě bezbarvých až bělavě zbarvených krystalků. Molární hmotnost je 321,97 mol / kg.
Mechanismus působení
Přesný mechanismus působení, respektive detailní popis interakce dioxinů s živou buňkou jakožto cílovým systémem, nebyl dosud uspokojivě objasněn. Nicméně se v loňském roce podařilo díky genovému inženýrství identifikovat celkem 54 genů, jejichž vzájemná kooperace představuje velmi složitou a jen málo přehlednou síť procesů, které ovlivňují funkci tzv. AHR, arylhydrokarbonového receptoru, jenž se zdá mít kruciální roli. Patří do tzv. PAS (Per-Arnt-Sim) superrodiny molekul, které jsou důležité pro růst a diferenciaci buňky, pro fázování buněčného cyklu atp. AHR se nachází v cytosolu, kde „vyčkává“ na vazbu s vhodným ligandem.
Zajímavé je, že pro něj dosud nebyl identifikován žádný endogenní ligand. Po vazbě s dioxinem se tento komplex přesouvá do buněčného jádra, kde působí jako transkripční faktor pro celou řadu specifických genů s následnými změnami koncentrací intracelulárního kalcia či pozměněnou cytokinovou expresivitou(3). K těm nejdůležitějším a nejvíce indukovaným genům patří zejména gen pro cytochrom P450 1A1. Kromě důležité úlohy cytochromu 1A1 v rozličných metabolických procesech je třeba poukázat na jeho spřažení s aktivací některých genotoxinů a karcinogenů.
V již dřívějších studiích s tímto cytochromem bylo např. zjištěno, že jedinci s jeho vyšší aktivitou mají častěji karcinom plic(4).
Vzhledem ke značnému polymorfismu AHR je expozice dioxinům vázána na poměrně vysokou interindividuální variabilitu postihující míru zasažení organismu a jeho vlastní odpověď.
TCDD se rovněž ukázal být poměrně silným induktorem řady onkogenů, ať již ve studií ch in vitro či in vivo(5). Jejich zvýšená expresivita však může být zcela nezávislá na indukci výše zmíněného cytochromu, a tudíž TCDD může být přímo zodpovědný za vznik nádorového bujení.
Některé studie poukazují i na důležitou roli TNF (Tumor Necrosis Factor). Bylo zjištěno, že jeho blokáda při akutní intoxikaci dioxiny působí protektivně a např. u myší vedla až k 54 % snížení úmrtnosti(6).
TCDD je schopen indukovat tvorbu reaktivních forem kyslíku a naopak inhibovat jaterní selen-dependentní glutathionperoxidázu. Tento efekt je provázen i snížením počtu T-lymfocytů a omezením jejich fyziologické funkce. Mechanismus ovlivnění T-lymfocytů není však dosud spolehlivě objasněn. Existují pouze hypotézy o možné stimulaci jejich apoptózy prostřednictvím interakce s tzv. Fas genem(7).
Procesem, který je bezpochyby alespoň z části také regulován cestou AHR, je indukovaná hyperkeratinizace probíhající cestou urychlené diferenciace buněk z bazálních vrstev epidermis.
Farmakokinetika
Obecně lze říci, že farmakokinetika dioxinů je jen velmi málo zdokumentována. Komplikujícím faktorem se v tomto ohledu zdají být jednak podstatné mezidruhové rozdíly a jednak obtížně definovatelné požité a následně absorbované množství.
Absorpce
Evidentní však zůstává, že lépe jsou dioxiny absorbovány z nepolárních solventů (z kukuřičného oleje se vstřebá až 87 % obsažených dioxinů) než např. z vody. V koncentracích vyšších 26 ppm dochází k absorpci přes kůži (cca 5 %)(8).
Distribuce
Vzhledem k lipofilní povaze dioxinů lze očekávat jejich distribuci zejména do tkání s vyšším obsahem tuku, tj. do tukové tkáně, kůže, jater, slinivky, mléčné žlázy. Při redukci hmotnosti jsou takto deponované dioxiny znovu uvolňovány a vylučovány z organismu(9).
Metabolismus
Prozatím nebyl získán dostatek poznatků o metabolismu dioxinů u člověka. Nicméně se předpokládá zapojení oxidáz, které dio xiny transformují na polárnější látky, jež se z organismu snadněji vylučují(8).
Exkrece
Vylučování probíhá zejména prostřednictvím stolice, zřejmě přímou intestinální eliminací. Pouze malé množství je vylučováno prostřednictvím ledvin. Biologický poločas v séru byl stanoven na 7,1 let (u potkana je to pouze 10-40 dní)(8).
Vliv na lidské zdraví
Vystavení akutnímu působení dioxinů vede k pocitu pálení očí, nosu a hrdla. Často jsou tyto vjemy spojeny s bolestí hlavy, závratěmi, setřeným viděním, bolestmi svalů a kloubů, nevolností až zvracením, dušností a emočním neklidem. Toxické působení dioxinů však může závažněji postihnout prakticky jakoukoliv orgánovou soustavu.
K nejvíce postiženým systémům (Tab.) patří:
* Kardiovaskulární systém - existují studie, např. s veterány z války ve Vietnamu, jež popisují vztah dioxinů k vyššímu riziku vzniku aterosklerózy či infarktu myokardu a následné vyšší mortalitě na kardiovaskulární onemocnění. Negativní vliv dioxinů na srdeční sval byl rovněž demonstrován sníženou aktivitou beta1-adrenergního systému u morčat(10, 11).
* Nervový systém - obvykle bývá popisována neuropatie s poškozením jemné senzoriky a s pocitem slabosti dolních končetin, jindy se zase mohou vyskytnout křeče nebo tremor. V případě mírné intoxikace jsou patrné pouze známky alterace na elektromyogramu(12). Významné je rovněž narušení kognitivních funkcí charakterizované sníženou výbavností slov, poruchami paměti či podrážděností. Pacienti mužského pohlaví si v důsledku vzniklé neuropatie stěžují na snížené libido(13).
* Játra a slinivka - často bývá popisována silná bolest v pravém podžebří, jež kopíruje poškození jater. To bývá nejčastěji charakterizováno hepatomegalií provázenou zvýšením hodnot jaterních testů. V histologickém obraze je možné pozorovat steatózu, hemofuscinová depozita, degenerativní změny hepatocytů a fibrotizaci(14). V literatuře je možné vyhledat i kazuistiku popisující fatálně končící zánět pankreatu devět měsíců po vystavení se přímému působení dioxinů při sváření(15).
* Vylučovací systém - vlivem zvýšeného množství vylučovaných uroporfyrinů dochází k hnědavému zabarvení moči. Závažnější však je riziko hemoragické cystitidy, která byla popsána u 6leté pacientky vystavené chronickému působení TCDD. Symptomy odezněly s odstupem čtyř dnů(16).
* Kožní systém - kontakt s dioxiny vede k rozsáhlé úvodní reakci charakterizované zánětem a rozvojem chlorakné. Postižená místa obsahují žlutavé cysty, převážně v oblasti obličeje (v důsledku zvýšené fotosenzitivity). S vyšší koncentrací noxy však vzrůstá riziko přechodu i na ostatní partie. Z doprovodných symptomů se může vyskytnout erytém, otok či hirsutismus. Známky chlorakné obvykle odezní až s odstupem několika měsíců, v těžších případech mohou perzistovat roky až desítky let(17). Diskutovaná zůstává kauzalita dioxinů a kožní porfyrie.
* Endokrinní systém - dioxiny zasahují do řady endokrinních procesů. Ovlivnění se týká zejména pohlavních hormonů (antiestrogenové působení)(18), kortikosteroidů (snížení jejich plazmatické hladiny)(19) a hormonů štítné žlázy (stimulace štítné žlázy vlivem indukované zvýšené tvorby TSH)(20). Recentní epidemiologické studie rovněž poukazují na možný vztah dioxinů a vzniku dia betes mellitus (pravděpodobně cestou inhibice na tzv. PPAR Peroxisome Proliferator-Activated Receptor receptorech(21, 22).
* Metabolismus - kromě již popsaného indukčního vlivu na cytochromový aparát bývá v souvislosti s akutní expozicí popisována abnormální glukózová tolerance, hypertriglyceridémie a hypercholesterolémie. Ačkoliv výsledky experimentálních studií se zvířaty jasně svědčí pro jasnou závislost na dioxinech, příčinná souvislost s dioxiny u člověka nebyla dosud jasně potvrzena(23).
Kancerogenita
Podle údajů Mezinárodní organizace pro výzkum rakoviny (IARC) jsou dioxiny řazeny mezi pravděpodobné a TCDD dokonce mezi potvrzené karcinogeny(24). TCDD bývá udáván jako etiologické agens sarkomů a non-hodgkinských i hodgkinských lymfomů. Kauzální vztah s ostatními typy nádorového bujení nebyl dosud spolehlivě potvrzen, ovšem zůstává zde důvodné podezření o jeho existenci. Jedná se zejména o myelom, karcinomy prostaty, plic, žaludku a prsní žlázy.
Vliv na reprodukci
Dosud nebylo přesně řečeno, do jaké míry mohou různé dioxiny ovlivňovat vyvíjející se fétus. Nicméně jsou dávány do souvislosti s nízkou porodní hmotností nebo s neurologickými deficity. Ačkoliv TCDD je řazen mezi teratogeny, k tomuto působení u člověka zatím nebylo získáno dostatečné množství validních výsledků z klinických studií.
K dispozici jsou pouze důkazy ze studií provedených na zvířecím modelu (myš, králík, křeček, fretka), nicméně lze očekávat i analogické působení na člověka. Smíšených výsledků bylo dosaženo při studiích s potkany a negativních výsledků ve studiích s primáty.
Placentární bariéra představuje poměrně odolnou bariéru pro přestup dioxinů z matky na vyvíjející se fétus, avšak i tak dochází k určitému přenosu, zřejmě pomocí transportního systému určeného pro mastné kyseliny(25). TCDD je navíc lipofilní a v době laktace se významně vylučuje do mateřského mléka.
Toxicita
Odhaduje se, že minimální kumulativní toxická dávka z opakovaného perorálního užití u člověka je 100 ug / kg. Hodnota vyšší než 100 ug / kg je udávána taktéž jako letální dávka při jednorázovém požití. Koncentrace dioxinů v materiálu (např. v půdě) schopná kontaktem vyvolat chlorakné se udává vyšší než 100 ppm(26).
Stručný nástin medikamentózní léčby perorální intoxikace dioxiny
* prevence absorpce - vyvolání emeze, aplikace adsorpčního uhlí (25-100 g)
* symptomatická léčba + aplikace kortikosteroidů
* léčba chlorakné - obvykle rezistence na způsob léčby odpovídající acne vulgaris. V některých případech se osvědčuje topická aplikace retinové kyseliny 0,05 až 0,3 %. K léčbě pustul lze užít lokálně působící antibiotika.
MUDr. Jiří Slíva
Univerzita Karlova v Praze, 3. LF, Ústav farmakologie
email: jiri.sliva@lf3.cuni.cz
*
Literatura
1. POCCHIARI, F., SILANO, V., ZAPPONI, G. The Seveso accident and its aftermath. In KLEINDORFER, P., KUNREUTHER, H. (Eds), Insuring and Managing Hazardous Risks: From Seveso to Bhopal and Beyond. Berlin : Springer-Verlag, 1987, p. 60-78.
2. Executive summary assessment of the health risk of dioxins: re-evaluation of the Tolerable Daily Intake (TDI). WHO Consultation Geneva, Switzerland 1998. 3. A Holistic Approach to Evaluating Cellular Communication Pathways. PLoS. Biol. 2004; 2:E85.
4. RANNUNG, A., ALEXANDRIE, AK., PERSSON, I. Genetic polymorphism of cytochromes P450 1A1, 2D6 AND 2E1 - regulation and toxicological significance. J Occup Environ Med, 1995, 37, p. 25-36.
5. TULLIS, K., OLSEN, H., BOMBICK, DW., et al. TCDD causes stimulation of c-ras expression in the hepatic plasma membranes in vivo and in vitro. J Biochem Toxicol, 1992, 7, p. 107-116.
6. TAYLOR, MJ., LUCIER, GW., MAHLER, JF., et al. Inhibition of acute TCDD toxicity by treatment with antitumor necrosis factor antibody or dexamethasone. Toxicol Appl Pharmacol, 1992, 117, p. 126-132.
7. DEARSTYNE, EA., KERKVLIET, NI. Mechanism of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD)-induced decrease in anti-CD3-activated CD4(+) T cells: the roles of apoptosis, Fas, and TNF. Toxicology, 2002, 170, p. 139-151.
8. POIGER, H., SCHLATTER, C. Pharmacokinetics of 2,3,7,8-TCDD in man. Chemosphere, 1986, 15, p. 1489-1494.
9. FLOWERS, FP., FENSKE, NA., WHISMAN, PA. Agent Orange: what's it all about? J Fla Med Assoc, 1981, 68, p. 991992.
10. MICHALEK, JE., RAHE, AJ., KULKARNI, PM., TRIPATHI, RC. Levels of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-pdioxin in 1,302 unexposed Air Force Vietnam-era veterans. J Expo Anal Environ Epidemiol, 1998, 8, p. 59-64.
11. MOSES, M., LILIS, R., CROW, KD., et al. Health status of workers with past exposure to 2,3,7,8tetrachlorodibenzo-p-dioxin in the manufacture of 2,4,5trichlorophenoxyacetic acid: comparison of findings with and without chloracne. Am J Ind Med, 1984, 5, p. 161-182.
12. KLAWANS, HL. Dystonia and tremor following expo sure to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin. Mov Disord, 1987, 2, p. 255-261.
13. PEPER, M., KLETT, M., FRENTZEL-BEYME, R., HELLER, WD. Neuropsychological effects of chronic expo sure to environmental dioxins and furans. Environ Res, 1993, 60, p. 124-135.
14. CALVERT, GM., HORNUNG, RW., SWEENEY, MH., et al. Hepatic and gastrointestinal effects in an occupational cohort exposed to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-para-dioxin. JAMA, 1992, 267, p. 2209-2214.
15. THIESS, AM., FENTZEL-BEYME, R., LINK, R. Mortality study of persons exposed to dioxin in a trichlorophenol process accident that occurred in the BASF AG on Nov 17, 1953. Am J Ind Med, 1982, 3, p. 179-189.
16. BEALE, MG., SHEARER, WT., KARL, MM., ROBSON, AM. Long-term effects of dioxin exposure. Lancet, 1977, 1, p. 748.
17. DUNAGIN, WG. Cutaneous signs of systemic toxicity due to dioxins and related chemicals. J Am Acad Dermatol, 1984, 10, p. 688-700.
18. KHARAT, I., SAATCIOGLU, F. Antiestrogenic effects of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin are mediated by direct transcriptional interference with the liganded estrogen receptor. Cross-talk between aryl hydrocarbonand estrogenmediated signaling. J Biol Chem, 1996, 271, p. 10533-10537.
19. BALK JL, PIPER WN. Altered blood levels of corticosteroids in the rat after exposure to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin. Biochem Pharmacol, 1984, 33, p. 2531-2534.
20. PAVUK, M., SCHECTER, AJ., AKHTAR, FZ., MICHALEK, JE. Serum 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) levels and thyroid function in Air Force veterans of the Vietnam War. Ann Epidemiol, 2003, 13, p. 335-343.
21. REMILLARD, RB., BUNCE, NJ. Linking dioxins to diabetes: epidemiology and biologic plausibility. Environ Health Perspect, 2002, 110, p. 853-858.
22. EVANS, D., DE HEER, J., HAGEMANN, C., et al. Association between the P12A and c1431t polymorphisms in the peroxisome proliferator activated receptor gamma (PPAR gamma) gene and type 2 diabetes. Exp Clin Endocrinol Diabetes, 2001, 109, p. 151-154.
23. BREWSTER, DW., BOMBICK, DW., MATSUMURA, F. Rabbit serum hypertriglyceridemia after administration of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD). J Toxicol Environ Health, 1988, 25, p. 495-507.
24. IARC: List of all agents, mixtures and exposures evaluated to date - IARC Monographs: Overall Evaluations of Carcinogenicity to Humans, Volumes 1-87 World Health Organization, International Agency for Research on Cancer. Lyon, FranceAvailable from URL: http://monographs.iarc.fr/monoeval/crthall.html. As accessed Mar 25, 2004. 2005.
25. KOPPE, JG., OLIE, K., van WIJNEN, J. Placental transport of dioxins from mother to fetus. II. PCBs, dioxins and furans and vitamin K metabolism. Dev Pharmacol Ther, 1992, 18, p. 9-13.
26. SCHARDEIN, JL. Chemically Induced Birth Defects, 3rd ed., New York : Marcel Dekker, Inc, 2000.
**