Toxicologie

Onderzoek naar drugs en medicijnen/wetenschap dat zich bezighoudt met het bestuderen van de wisselwerking of interacties tussen farmacologische stoffen en fysiologische processen. Het wordt onderverdeeld in:

• Farmacokinetiek

• Farmacodynamiek

Wat het lichaam doet met de stof. Er wordt gekeken naar de verdelingsstappen, oplosbaarheden, eiwitcomplexen en enzymatische activiteiten. Het wordt verdeeld in de stappen (L)ADME:

• (Liberatie)

• Absorptie

• Verdeling

• Metabolisme

• Eliminatie

Vaak wordt er naar absorptie/verdeling en metabolisme/eliminatie samen gekeken

Wat de drug met het lichaam doet: het kijkt naar de interacties tussen drugs en het doelorgaan/weefsel

De structuur en activiteit van een bepaald enzym kan wisselen binnen een bepaalde populatie

De studie van verschillen van bepaalde elementen (bv structuur en activiteit van een enzym) binnen een bepaalde populatie waardoor de ene een drug anders (sneller/langzamer) verwerkt dan een ander.

De effecten van het innemen van meerdere verschillende drugs in het lichaam

Een drug of vreemde stof

Injectie direct in de bloedbaan

Injectie net onder de huid

Injectie in een spier

-Oplosbaarheid (in vet) -pKa (zuur/base) -Snelheidsconstante -Evenwicht -First-pass effect (een deel wordt voor absorptie al gemetaboliseerd) -Plasma eiwit binding -Biologische beschikbaarheid (gedeelte van de drug dat in het lichaam kan komen om een actief effect te veroorzaken)

-Snelheidscontstanten -Halfwaardetijd (t 1/2) -Metabolisme

Snelheid waarmee door middel van metabolisme de originele structuur van het molecuul afgebroken wordt tot nieuwe stoffen. Hierdoor neemt de concentratie van de originele stof (Cp) af

Eiwitten in het bloed dat aan (delen van) een geneesmiddel/drug kan binden. Hierdoor kan er geen actief effect of metabolisme of distributie plaatsvinden. Hoe goed deze binding plaats kan vinden hangt af van:

• De concentratie van het medicijn/drug

• Affiniteit van de stoffen voor het eiwit (en andersom)

• Affiniteiten met andere stoffen in het plasma

De belangrijkste soorten zijn:

• Albumine

• α-1-zuur glyco eiwit

• Lipo-eiwitten

• Globulinesdis

Chemische veranderingen aan de moleculen van een stof, waardoor het beter in water oplosbaar wordt/onwerkzaam wordt. Hierdoor kan het geëlimineerd worden. Het vindt grotendeels plaats in de lever. Stoffen die sneller geoxideerd kunnen worden, worden ook sneller verwerkt. Er wordt hierbij gebruik gemaakt van enzymen. Er is een fase I en fase II.

Onwerkzame stoffen die in het lichaam pas na metabolisering werkzaam worden. De werkzame stoffen worden dan pas gevormd. Pas daarna vindt de eliminatie plaats. Een vb is heroïne, dat pas in de lever wordt omgezet tot morfine.

Het toevoegen of activeren van functionele groepen waardoor de oplosbaarheid in water toeneemt. Hierbij vindt er oxidatie plaats. Het wordt gedaan door eiwitten, voornamelijk door de P450 familie. Dit gehele proces gebeurt overigens niet bij alle stoffen. Er kunnen 4 routes gevolgd worden:

1. Actief component → inactief metaboliet

2. Actief component → actief metaboliet

3. Inactief component (prodrug) → actief metaboliet

4. Actief component → giftig metaboliet

Metabolieten die farmacologisch actief zijn (een effect hebben). Soms zijn deze giftig

Endogene stoffen (stoffen al in het lichaam) worden gebonden aan het medicijn/stof waardoor er een conjugatie ontstaat zodat de stof polairder (hydrofieler) wordt. Binding kan plaatsvinden aan de originele stof of aan een metaboliet daarvan. De analyse wordt wel lastiger hierdoor. Er kan conjugatie optreden, gebruikmakend van verschillen stoffen:

• Glucuronide

• Glycine (een aminozuur)

• Glutathion

• Sulfaat

  Het wordt meestal, maar niet altijd, vooraf gegaan aan fase I

De range van een dosis waardoor een therapeutisch fysiologisch effect bereikt wordt

De dosis waarbij in 50% van de populatie het gewenste effect bereikt wordt

De dosis waarin 50% van de populatie sterft.

Drugs binden aan een receptor waardoor de biochemische route veranderd wordt en er fysiologische veranderingen optreden

Drugs dat op dezelfde manier aan receptoren binden als de endogene stof en hierdoor hetzelfde effect als de originele stof veroorzaakt (bv morfine)

Drugs dat aan de receptor binden, maar niet hetzelfde effect als de endogene stof bereiken. Hierdoor wordt toegang tot deze receptoren geblokkeerd

Standaard: bloed en urine Minder standaard maar wel mogelijk: haren, vingernagels, speeksel, zweet en glasvocht van de ogen

De normale pH van een lichaamszone dat in stand wordt gehouden door een carbonaatbuffersysteem. Bij bloed/plasma ligt dit rond de 7,4

Vloeistof dat te vinden is in de ogen (ong 4 mL). Het heeft anatomische isolatie, wat betekent dat het veranderingen tegengaat die te maken hebben met ontbinding na overlijden. Hierdoor is oa de concentratie alcohol/drugs in het lichaam goed te schatten, omdat tot uren na het overlijden deze hetzelfde is als net voor het overlijden in het plasma

De leer der vergiften. Het richt zich op de bestudering van de schadelijke effecten van (chemische) stoffen op levende organismen. Het wordt onderverdeeld in:

• Omgeving

• Consument

• Medisch

Het resultaat van een eenmalige, kortdurende blootstelling van mens of dier aan een giftige stof

Mensen of dieren komen in aanraking met een verbinding/product, door bv huid-/oogcontact, inhalatie of ingestie

Alle aspecten van toxicologie in relatie met de wet. Het wordt onderverdeeld in:

• Post-mortem: na het overlijden

• Human performance: gedrag/toestand

• Environmental: omgeving

Het wordt onderverdeeld in 3 fasen:

1. Pre-analytisch: monsterkeuze

2. Analytisch: kwalificatie en indien nodig kwantificatie van stoffen

   1. Extractie

   2. Scheiding

   3. Detectie

3. Post-analytisch: interpretatie. Vaak lastig door verschil tussen generalisatie en individu

Afgemeten hoeveelheid medicijn, voedingsstof of ziekteverwekker. Het onderscheid een geneesmiddel van een vergif

Een medische of maatschappelijke onaanvaardbare situatie waarin een mens terecht is gekomen ten gevolge van een voor dat individu te hoge dosis van een exogene stof

Beschrijft de verandering in een effect op een organisme, veroorzaakt door een bepaalde blootstelling. De dosis kan onderscheid maken tussen geen effect, therapeutisch effect, niet gewenst therapeutisch effect, ongewenste effecten en de dood.

Een natuurlijke of synthetische substantie dat gemaakt is om psychologische of fysiologische effecten te creëren. Het wordt onderverdeeld in:

• Recreatieve middelen (vallend onder de Opiumwet)

• Geneesmiddelen op recept

• ‘Over-the-counter’ geneesmiddelen

Inname van een drug. Dit kan op verschillende manieren:

• Oraal

• Inhalerend

• Onder de tong

• Via de huid

• Rectaal

• via de ogen

• Snuivend

• Spuitend (ader, spier, onder de huid, ruggengraat)

  De wijze van inname heeft invloed op de absorptie en bioavailability.

De drug wordt door het lichaam opgenomen in het bloed om op die manier op de juiste plaats van werking te komen. Hiervoor moet het door een een hydrofoob celmembraan. Dit kan alleen in de neutrale vorm. Het kan door het celmembraan komen op 2 manieren:

1. Passieve diffusie: stoffen gaan van een hoge → lage concentratie. Er is geen energie voor nodig

2. Actief transport: verplaatsing van stoffen tegen de concentratiegradiënt in adhv eiwitten/receptoren. Dit kost energie.F

De hoeveelheid geabsorbeerde drugs tov de hoeveelheid toegediende drugs (max. 100%). Belangrijke factoren zijn:

• pH

• Oplosbaarheid

• Concentratie

• Oppervlakte van absorptieplek

• Bloedtoevoer van absorptieplek

Verplaatsing van een stof van het ene deel van het lichaam naar een ander deel van het lichaam (de plaats van actie): bloed → weefsel. Het wordt verhinderd door plasmaeiwitten

De hoeveelheid vloeistof waarin en dosis van een stof gedistribueerd zou zijn als de totale dosis in het bloed was gebleven. Een grotere hoeveelheid betekent dat de stof moeilijker oplosbaar is, en een lagere plasmaconcentratie. Een kleiner volume betekent dat de stof voornamelijk in het bloed is. Het is geen fysiologische waarde, maar een maat voor de verdeling van de stof (geneesmiddel: plasmaconcentratie) in het lichaam

• Formule: Vd= D/c

  • Vd in L/kg

  • D=dosis in mg/kg lichaamsgewicht

  • c= bloedconcentratie in mg/L

• Belangrijke factoren:

  • Lipofiliciteit

  • pKa

  • Mate van eiwitbinding

• Formule voor de totale ingenomen dosis: Vd x m = D/c

  • m= lichaamsgewicht in kg

Scheiding van de bloedsomloop en de buiten de cellen gelegen extracellulaire vocht van de hersenen. Het voorkomt dat schadelijke stoffen zoals toxines en bacteriën de hersenen binnendringen. Het laat wel lipofiele stoffen en hormonen door.

Type metabolisme dat plaatsvindt op het moment dat de stof het lichaam binnenkomt (voornamelijk in het maagdarmkanaal en lever). Hierdoor wordt er al een deel afgebroken voor het een effect kan hebben. Een andere manier van toediening (bv spuiten in de bloedbaan) kan hierdoor wenselijk zijn.

Het verwijderen van de drug door het lichaam in bijvoorbeeld urine, longen, zweet, speeksel, tranen, sperma, talg en borstvoeding. Reabsorptie en bioaccumulatie kunnen plaatsvinden

De tijd dat de hoeveelheid stof in het lichaam gehalveerd is. Dit is vaak een vaste waarde. Het kan in de 0e orde of 1e orde kinetiek gebeuren. Vuistregel: na 5x is de stof zo goed als uit het lichaam verdwenen

Er wordt een constante fractie van een stof afgebroken per tijdseenheid, afhankelijk van de concentratie

Er wordt een constante hoeveelheid van de stof afgebroken per tijdseenheid. Het is niet afhankelijk van de concentratie en komt vooral voor wanneer er gedeeltelijke/volledige verzadiging van de enzymen is die zorgen voor de eliminatie van de stof. Het treedt dus op vanaf een bepaald dosisniveau.

Ontvangt signalen, verwerkt deze en stuurt vervolgens spieren en emoties aan. Het wordt onderverdeeld in:

1. Centrale zenuwstelsel (CZS)

2. Perifeer zenuwstelsel (PZS)

Zenuwstelsel dat bestaat uit de grote hersenen en het ruggenmerg

Zenuwstelsel dat bestaat uit de neuronen dat verspreid liggen over het lichaam. Het verbindt het lichaam met het centrale zenuwstelsel (hersenen/ruggenmerg). Het wordt onderverdeeld in:

1. Somatisch/animaal zenuwstelsel

2. Autonoom zenuwstelsel

Deel van het perifeer zenuwstelsel dat het regelsysteem is voor bewuste activiteiten en reflexen

Deel van het perifeer zenuwstelsel dat het regelsysteem is voor onbewuste functies (organen). Het werkt samen met het hormoonstelsel en zorgt voor communitatie tussen het centrale zenuwstelsel en de organen en klieren. Het wordt onderverdeeld in:

1. (Ortho)sympatisch

2. Parasympatisch

Deel van het autonome zenuwstelsel dat in actie komt bij actie en stress

Deel van het autonome zenuwstelsel dat zorgt voor rust en vertering

Deel van het zenuwweefsel (~10%) dat impulsen kan geleiden. Er wordt onderscheid gemaakt tussen:

1. Sensorisch

2. Schakel

3. Motorisch

Ze bestaan uit een dendriet (naar cellichaam toe), cellichaam en axon (van cellichaam af)

Deel van het zenuwweefsel (~90%) dat de neuronen onderhoudt en beschermt

Stofjes die helpen om signalen tussen neuronen door te geven. Ze werken samen in een balans. Verstoring daarvan, door bijvoorbeeld drugsgebruik, leidt tot verandering in toestand en gedrag.

Ruimte tussen 2 neuronen

1. De impuls in neuron 1 bereikt het presynaptisch membraan. De Ca2+ kanalen openen en Ca2+ stroomt de axon in;

2. De neurotransmitters in synaptische blaasjes worden door de Ca2+ gemobiliseerd en gaan richting het presynaptisch membraan;

3. De blaasjes smelten met het membraan, waardoor de neurotransmitters in de synaps vrijkomen = exocytose;

4. Neurotransmitters binden via receptoren aan de ion-kanalen (K+ en Na+ van het postsynaptisch membraan. Hierdoor openen deze kanalen en is er een instroom van Na+ of uitstroom van K+;

5. Afbraak van de neurotransmitters of ze diffunderen weg.

6. Resynthetiseren of heropname van de neurotransmitters

Dit vindt plaats in het centrale zenuwstelsel

Dit vindt plaats in het perifeer zenuwstelsel. Het wordt veroorzaakt doordat een stof door de verschillende kanten aan verschillende receptoren kan binden.

Grote eiwitten waaraan een specifiek molecuul kan binden. Het heeft een holte waarin een soort stof precies past. Ze geven bij binding met een specifiek substraat een signaal af aan het lichaam.

Dit model beschrijft het principe van binding tussen een receptor en substraat. In de receptor zit een holte waarin het molecuul waarmee gebonden moet worden precies past. Het substraat wordt dan ‘herkend’. Chiraliteit (stereoisomerie) is hierbij van belang. De binding kan een aantal dingen veroorzaken:

• Openen of dichtmaken van ion-kanalen

• Het activeren van een second messenger → serie aan chemische reacties

• Belemmeren van normale celfuncties

• Versterken van normale celfuncties

Principe waarbij stoffen door een goede structurele gelijkenis aan een andere stof in de holte van een specifieke receptor passen, die hierdoor een signaal aan het lichaam afgeeft. Vaak zijn dit drugs die hierdoor hetzelfde effect uitoefenen als een lichaamseigen stof. Ook kunnen ze de receptor blokkeren.

Stoffen die makkelijk loslaten van de receptor. De werking is dus van korte duur.

Stoffen die een stabiele binding vormen met de receptor. De werking is dus van langere duur.

Lichaamsvreemde stof dat voor een zelfde reactie zorgt als de natuurlijk voorkomende stof.

Lichaamsvreemde stof dat een selectieve interactie heeft met de receptor en dus geen effect geeft. Het reduceert het effect van de natuurlijk voorkomende stof. Het wordt onderverdeeld in:

• Competitief

• Niet-competitief

Type antagonist dat de strijd aangaat met de agonist voor een bindingsplek op de receptor. Ze strijden hierbij om dezelfde plek.

Type antagonist dat op een andere plek bindt op de receptor dan de agonist. Hierdoor vervormt het eiwit en kan de agonist niet meer binden.

Plaats in het lichaam waar een stof een keten van gebeurtenissen initieert.

Hoe goed een stof een bepaald gewenst effect kan induceren.

Hoeveel van een stof nodig is om het gewenste effect te bereiken → dosis.

Door (langdurig) gebruik is er een hogere dosis nodig om hetzelfde effect te bereiken.

Acetylcholine, aspartaat, dopamine, histamine, noradrenaline, glutamaat en serotonine.

GABA en glycine

Remmende neurotransmitter die rust en slaap reguleert in het parasympathische systeem. Het bindt aan de GABA A en GABA B receptoren.

Stimulerende neurotransmitter dat jeuk en allergieën veroorzaakt.

Stimulerende neurotransmitter dat invloed heeft op het sympathische zenuwstelsel. Het zorgt oa voor de pompwerking van het hart en adervernauwing, alertheid, concentratie en energie.

• Teveel: euforie, angst

• Te weinig: depressie

Dit proces wordt onderverdeeld in 3 fasen:

1. Kwalitatieve analyse: screening en identificatie

2. Kwantitatieve analyse: vaak GC-MS

3. Interpretatie: ADME, kinetiek, ziektebeschrijving en klinische bevindingen

Bloed(plasma), urine, nagels, adem, speeksel, haar en zweet. In elk is op een ander tijdstip iets te vinden. Aantoning van het originele molecuul in bloed/adem betekent dat de persoon onder invloed is ten tijde van afname. De rest zegt iets over het (verdere) verleden.

Niet-cellulair component van bloed. Het bestaat weer uit serum en fibrinogeen. Om dit te krijgen kan het bloed gecentrifugeerd worden.

Deel van het plasma dat een gele kleur heeft en ionen en eiwitten (albumine en globuline) bevat. Om dit te kunnen scheiden moet er geen antistollingsmiddel aan het bloed toegevoegd worden.

Deel van het plasma dat in staat is om stolsels te vormen.

Om dit te kunnen bereiken worden:

• Aangeleverde buizen gekoeld → tegengaan van vorming en ontleding van stoffen

• Toevoegen van conserveringsmiddelen → tegengaan van vorming van stoffen

• Toevoegen van antistollingsmiddelen → tegengaan van stolling door het inhiberen van eiwitten. Dit wordt niet gedaan als er een serummonster nodig is.

Geconcentreerd filtraat van bloed dat de in wateroplosbare moedermoleculen, metabolieten en conjugaten bevat. Interpretatie is lastig omdat het niet direct de plasmaconcentratie weergeeft → concentratie in urine is hoger. De gele kleur wordt veroorzaakt door urobiline (urochroom) dat een bijproduct is van de afbraak van hemoglobine. Het bestaat uit 95% water en 5% opgeloste stoffen.

Dit monster wordt postmortaal gebruikt, vooral wanneer andere monsters zijn aangetast door bijvoorbeeld ontbinding. Het heeft anatomische isolatie door afwezigheid van metabole enzymen, en is dus betrouwbaarder. Het geeft de plasmaconcentratie van drugs/metabolieten weer van enkele uren voor de dood.

Dit monster kan een tijdsverloop geven van blootstelling van drugs op basis van bekende groeisnelheden (~1cm/maand). Echter bevat het een groot proteïnegehalte waardoor het lastig is om mee te werken. Het moet van de buitenkant goed schoongemaakt worden, om zo onschuldige blootstelling te kunnen onderscheiden van inname. Het moet als een streng, afgeknipt aan de hoofdhuid, aangeleverd worden dat met draad aan elkaar is gebonden. De bundel moet ongeveer 8mm dik zijn.

Dit monster wordt gegenereerd door de afscheiding van diverse klieren. Het kan met een wattenstaafje of gaasje veiliggesteld worden.

Voor het monster geanalyseerd kan worden moet het vaak extractie ondergaan omdat het bv veel eiwitten bevat die de apparatuur kunnen beschadigen. Er zijn 3 veelgebruikte methodes:

1. Headspace

2. LLE

3. SPE

Stoffen in geconjugeerde vorm of gebonden aan eiwitten zijn niet geschikt voor analyse. Dan moeten eerst de lichaamseigen stoffen weggehaald worden (deconjugatie) dmv enzymen, en/of de eiwitten neergeslagen worden dmv een organisch oplosmiddel.

Extractiemethode dat gebruikt wordt bij een vluchtige stof in het mengsel, dat in gasfase boven de matrix uit zal komen. Door verstoring van het evenwicht zal er steeds meer stof in de gasfase diffunderen. Het wordt voornamelijk gebruikt bij het bepalen van de BAG (bloed-alcohol-gehalte)

Extractiemethode waarbij er scheiding plaatsvindt obv affiniteit met de waterige fase (=buffer) of organische fase, door de pKa waarde van een stof en de pH van de buffer. Als het analyt in neutraal is, zal het oplossen in de organische fase. Als het geladen is, zal het oplossen in de waterige fase. Dit is niet mogelijk voor stoffen in een vaste matrix (haar/nagels)

Extractiemethode waarbij het analyt gescheiden wordt van de matrix op basis van affiniteit met de kolom met pakking (stationaire fase) of eluens (mobiele fase). Vaak blijft het hangen aan de kolom, waardoor de andere stoffen kunnen worden weggewassen met het eluens. De type kolom kan gevarieerd worden op basis van het te onderzoeken analyt.

Dit corrigeert voor het verlies van het analyt tijdens de extractie of analyse wanneer het rendement niet bekend is. Er wordt een substantie toegevoegd die chemisch gezien sterk gelijkend is aan het analyt. Deze wordt in gelijke hoeveelheid toegevoegd in alle te analyseren monsters (zo ook de blanco en de standaarden).

Er worden standaarden gelijk aan de analyten gemaakt, waarna er een kalibratielijn van de standaardconcentraties tegen het analytsignaal uitgezet wordt. Het nadeel is dat er geen correcties uitgevoerd wordt. Echter kan dit verholpen worden door een bekende concentratie van hetzelfde analyt aan de blanco toe te voegen, en een paar keer te kijken wat je overhoudt na analyse.

Deze techniek leidt tot een grotere concentratie van het analyt. Alles wordt verwarmd, waardoor het oplosmiddel verdampt en wordt weggeblazen door een inert gas (stikstof). Dit inerte gas gaat geen interactie aan met het analyt.

Methoden die een indicatie kunnen geven over welke stof er mogelijk aanwezig is. Vaak worden immunoassays of kleurtesten gebruikt.

Biochemische testen gebaseerd op het binden van een antilichaam aan een antigen (drug/metaboliet). Ze zijn zeer gevoelig, maar niet specifiek omdat ze op een drugsgroep screenen → kwalitatieve analyse. Ze worden onderverdeeld in:

• Competitief

• Non-competitief

En in:

• Heterogene assay

• Homogene assay

Door kalibratie- en controleoplossingen toe te voegen kan er bepaald worden of de concentratie van het monster boven een bepaalde cutoff waarde valt → kwalitatieve analyse

Type immunoassay waarbij de antigenen vechten voor een gelimiteerd aantal antilichaam bindingsplaatsen. Er zijn in het monster namelijk ook gelabelde antigenen aanwezig. Hoe meer antigenen uit het monster binden aan de antilichamen, hoe minder gelabelde zullen binden. Dit geeft een verandering in het signaal.

Type immunoassay waarbij de gebonden fase gescheiden moet worden van de ongebonden fase.