Toxicidad

La toxicidad es el grado en que una sustancia química o una mezcla particular de sustancias puede dañar un organismo . ^{[ 1 ]} La toxicidad puede referirse al efecto sobre un organismo completo, como un animal , una bacteria o una planta , así como al efecto sobre una subestructura del organismo, como una célula ( citotoxicidad ) o un órgano como el hígado ( hepatotoxicidad ). A veces, en el lenguaje cotidiano, la palabra es más o menos sinónimo de envenenamiento .

Un concepto central de la toxicología es que los efectos de un tóxico dependen de la dosis ; incluso el agua puede causar intoxicación hídrica si se ingiere en dosis demasiado altas, mientras que, incluso para una sustancia muy tóxica como el veneno de serpiente, existe una dosis por debajo de la cual no se detecta ningún efecto tóxico. La toxicidad es específica de cada especie, lo que dificulta el análisis entre especies. Se están desarrollando nuevos paradigmas y métricas para evitar las pruebas con animales , manteniendo el concepto de parámetros de toxicidad. ^{[ 2 ]}

En la literatura médica de la Antigua Grecia , el adjetivo τοξικόν (que significa "tóxico") se utilizaba para describir sustancias que tenían la capacidad de "causar la muerte o una grave debilidad o presentar síntomas de infección". ^{[ 3 ]} La palabra deriva del sustantivo griego τόξον toxon (que significa "arco"), en referencia al uso de arcos y flechas envenenadas como armas. ^{[ 3 ]}

Los seres humanos tienen una historia profundamente arraigada de no solo ser conscientes de la toxicidad, sino también de aprovecharla como herramienta. Arqueólogos que estudian flechas de hueso de cuevas del sur de África han observado la probabilidad de que algunas, con una antigüedad de entre 72.000 y 80.000 años, fueran sumergidas en venenos especialmente preparados para aumentar su letalidad. ^{[ 4 ]} Aunque las limitaciones de la instrumentación científica dificultan su demostración concreta, los arqueólogos plantean la hipótesis de que la práctica de fabricar flechas envenenadas estaba muy extendida en culturas ya en el Paleolítico . ^{[ 5 ] [ 6 ]} El pueblo San del sur de África ha logrado preservar esta práctica hasta la era moderna, con el conocimiento necesario para formar mezclas complejas a partir de escarabajos venenosos y extractos de plantas, obteniendo así una punta de flecha con una vida útil de entre varios meses y un año. ^{[ 7 ]}

En general, existen cinco tipos de toxicidad: química, biológica, física, radiactiva y conductual.

Los microorganismos y parásitos causantes de enfermedades son tóxicos en un sentido amplio, pero generalmente se les denomina patógenos en lugar de tóxicos. La toxicidad biológica de los patógenos puede ser difícil de medir porque la dosis umbral puede ser un solo organismo. Teóricamente, un virus , bacteria o gusano puede reproducirse y causar una infección grave . Si un huésped tiene un sistema inmunitario intacto , la toxicidad inherente del organismo se equilibra con la respuesta del huésped; la toxicidad efectiva es entonces una combinación. En algunos casos, por ejemplo, la toxina del cólera , la enfermedad es causada principalmente por una sustancia no viva secretada por el organismo, en lugar del organismo mismo. Estos tóxicos biológicos no vivos generalmente se denominan toxinas si son producidos por un microorganismo, planta u hongo, y venenos si son producidos por un animal.

Los tóxicos físicos son sustancias que, debido a su naturaleza física, interfieren con los procesos biológicos. Algunos ejemplos son el polvo de carbón , las fibras de amianto o el dióxido de silicio finamente dividido , todos los cuales pueden ser mortales si se inhalan. Los productos químicos corrosivos poseen toxicidad física porque destruyen los tejidos, pero no son directamente venenosos a menos que interfieran directamente con la actividad biológica. El agua puede actuar como un tóxico físico si se ingiere en dosis extremadamente altas, ya que la concentración de iones vitales disminuye drásticamente con un exceso de agua en el cuerpo. Los gases asfixiantes pueden considerarse tóxicos físicos porque actúan desplazando el oxígeno del ambiente, pero son gases inertes, no químicamente tóxicos.

La radiación puede tener un efecto tóxico en los organismos. ^{[ 8 ]}

La toxicidad conductual se refiere a los efectos indeseables de dosis esencialmente terapéuticas de medicamentos clínicamente indicados para un trastorno determinado. ^{[ 9 ]} Estos efectos indeseables incluyen efectos anticolinérgicos, bloqueo alfa-adrenérgico y efectos dopaminérgicos, entre otros. ^{[ 10 ]}

La toxicidad se puede medir por sus efectos en el organismo objetivo (organismo, órgano, tejido o célula). Dado que los individuos suelen tener diferentes niveles de respuesta a la misma dosis de una sustancia tóxica, a menudo se utiliza una medida de toxicidad a nivel poblacional que relaciona las probabilidades de un resultado para un individuo determinado dentro de una población. Una de estas medidas es la _DL50 . Cuando no se dispone de estos datos, se realizan estimaciones mediante la comparación con sustancias tóxicas similares conocidas o con exposiciones similares en organismos similares. Posteriormente, se añaden " factores de seguridad " para tener en cuenta las incertidumbres en los datos y los procesos de evaluación. Por ejemplo, si una dosis de una sustancia tóxica es segura para una rata de laboratorio, se podría suponer que una décima parte de esa dosis sería segura para un ser humano, lo que permitiría un factor de seguridad de 10 para tener en cuenta las diferencias entre especies de mamíferos; si los datos provienen de peces, se podría utilizar un factor de 100 para tener en cuenta la mayor diferencia entre dos clases de cordados (peces y mamíferos). Del mismo modo, se puede utilizar un factor de protección adicional para individuos que se consideran más susceptibles a los efectos tóxicos, como durante el embarazo o con ciertas enfermedades. O bien, a un compuesto químico recién sintetizado y no estudiado previamente, que se cree que tiene un efecto muy similar al de otro compuesto, se le podría asignar un factor de protección adicional de 10 para tener en cuenta posibles diferencias en los efectos, que probablemente sean mucho menores. Este enfoque es muy aproximado, pero dichos factores de protección son deliberadamente muy conservadores, y el método ha demostrado ser útil en una amplia variedad de aplicaciones.

Evaluar todos los aspectos de la toxicidad de los agentes cancerígenos implica cuestiones adicionales, ya que no se sabe con certeza si existe una dosis mínima efectiva para los carcinógenos o si el riesgo es demasiado pequeño para ser percibido. Además, es posible que una sola célula transformada en célula cancerosa sea suficiente para que se manifieste el efecto completo (la teoría del "golpe único").

Determinar la toxicidad de las mezclas químicas es más difícil que la de una sustancia química pura, ya que cada componente presenta su propia toxicidad y pueden interactuar, produciendo efectos potenciados o disminuidos. Algunas mezclas comunes incluyen gasolina , humo de cigarrillo y residuos industriales . Aún más complejas son las situaciones con más de un tipo de agente tóxico, como el vertido de una planta de tratamiento de aguas residuales defectuosa, que contiene agentes químicos y biológicos.

Las pruebas de toxicidad preclínica en diversos sistemas biológicos revelan los efectos tóxicos específicos de un producto en investigación, según la especie, el órgano y la dosis. La toxicidad de las sustancias se puede observar mediante (a) el estudio de la exposición accidental a una sustancia, (b) estudios in vitro con células/líneas celulares y (c) la exposición in vivo en animales de experimentación. Las pruebas de toxicidad se utilizan principalmente para examinar eventos adversos específicos o resultados específicos, como cáncer, cardiotoxicidad e irritación cutánea/ocular. Las pruebas de toxicidad también ayudan a calcular la dosis sin efecto adverso observado (NOAEL) y son útiles para los estudios clínicos. ^{[ 11 ]}

Para que las sustancias se regulen y manipulen adecuadamente, deben clasificarse y etiquetarse correctamente. La clasificación se determina mediante medidas o cálculos de ensayo aprobados y tiene niveles de corte establecidos por gobiernos y científicos (por ejemplo, niveles sin efecto adverso observado , valores límite umbral y niveles de ingesta diaria tolerable ). Los plaguicidas son un ejemplo de sistemas de clasificación de toxicidad y etiquetas de toxicidad bien establecidos . Si bien actualmente muchos países tienen regulaciones diferentes con respecto a los tipos de ensayos, la cantidad de ensayos y los niveles de corte, la implementación del Sistema Globalmente Armonizado ^{[ 12 ] [ 13 ]} ha comenzado a unificar estos países.

La clasificación global considera tres áreas: peligros físicos (explosiones y pirotecnia), peligros para la salud y peligros ambientales . ^{[ 14 ]}

La toxicidad de una sustancia puede verse afectada por diversos factores, como la vía de administración (si se aplica sobre la piel, se ingiere, se inhala o se inyecta), el tiempo de exposición (un encuentro breve o prolongado), el número de exposiciones (una dosis única o múltiples dosis a lo largo del tiempo), la forma física de la sustancia (sólida, líquida o gaseosa), su concentración y, en el caso de los gases, la presión parcial (a alta presión ambiental, la presión parcial aumenta para una concentración dada como fracción gaseosa), la constitución genética del individuo, su estado de salud general y muchos otros. Aquí se incluyen varios de los términos utilizados para describir estos factores.

Exposición aguda

Una única exposición a una sustancia tóxica que puede provocar daños biológicos graves o la muerte; las exposiciones agudas suelen caracterizarse por durar no más de un día.

Exposición crónica

La exposición continua a una sustancia tóxica durante un período prolongado, que a menudo se mide en meses o años, puede causar efectos secundarios irreversibles.

Considerando las limitaciones del concepto de dosis-respuesta , recientemente se ha propuesto un nuevo Índice Abstracto de Toxicidad de Medicamentos (DTI). ^{[ 24 ]} El DTI redefine la toxicidad de los medicamentos, identifica los fármacos hepatotóxicos, proporciona información sobre los mecanismos subyacentes, predice los resultados clínicos y tiene potencial como herramienta de cribado.

• Agencia para el Registro de Sustancias Tóxicas y Enfermedades
• Preguntas frecuentes sobre pruebas de toxicidad acuática de efluentes completos (archivado el 14/04/2021 en Wayback Machine).
• TOXMAP Archivado el 15/12/2019 en Wayback Machine. Mapas electrónicos de salud ambiental de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos.
• Toxseek: motor de metabúsqueda en toxicología y salud ambiental.