Toksykologia i ocena bezpieczeństwa kosmetyków - ebook

1 CZYM JEST TOKSYKOLOGIA?

1.1. GENEZA I POCHODZENIE TRUCIZN

Na początku każdej książki dotyczącej toksykologii można zazwyczaj znaleźć jedynie ogólną informację, że trucizny towarzyszyły ludziom od zarania dziejów. Takie stwierdzenie powoduje często pominięcie bardzo ważnych kwestii – jaka jest geneza trucizn i skąd mogą pochodzić? Po co i jak powstały? Aby odpowiedzieć na te pytania, należy się najpierw zastanowić, jakie czynniki złożyły się na pojawienie się pierwszych trucizn na Ziemi oraz co stanowiło pierwszą truciznę? Odpowiedzi na te pytania należy szukać na początkowym etapie życia naszej planety. Trucizny powstały bowiem jako metabolity procesów życiowych. Współcześnie przyjmuje się, że wczesne bakterie fotosyntetyczne produkowały znaczące ilości tlenu cząsteczkowego (O₂), który był wówczas bezużyteczny. Właściwości tlenu cząsteczkowego doprowadziły do masowego wymierania organizmów jednokomórkowych. Zjawisko to było na tyle istotne, że zapisało się w kartach historii jako tzw. katastrofa tlenowa, za którą uznaje się duże przemiany środowiska Ziemi w okresie paleoproterozoiku (ok. 2,4–2,0 mld lat temu). Należy podkreślić, że wspomniane zjawisko stanowiło w owym czasie wielki kryzys ekologiczny, ponieważ dla jedynych organizmów, jakimi były bakterie beztlenowe, tlen był trucizną i spowodował prawdopodobnie jedno z pierwszych masowych wymierań. Jednak kres życia dla bakterii beztlenowych dał także nowe możliwości dla innego rodzaju organizmów żywych, korzystających z możliwości energetycznych zawartych coraz powszechniej w materii organicznej, tj. wykorzystujących oddychanie tlenowe. Jak widać, historia lubi być przewrotna – tlen, który niegdyś był silną trucizną, dzisiaj jest substancją niezbędną do życia dla większości organizmów.

Co jednak z truciznami? Czego wynikiem było powstawanie tego typu substancji? Prawdopodobnie geneza trucizn stanowi wynik pewnego rodzaju sprzężenia zwrotnego układu drapieżnik–ofiara. Jest to tzw. zjawisko koewolucji, tj. współzależnej ewolucji (co najmniej dwóch) gatunków, z których w każdym zachodzi stopniowe dostosowanie do pozostałych. Przykładem mogą być bakterie, które wydzielają różnorodne trucizny, głównie w celu walki o zasoby oraz adaptacji środowiska do własnych celów. Również w świecie roślin istnieje szeroki wachlarz rozmaitych trucizn (np. atropina, toksalbuminy), które służą głównie do obrony (obecne w różnych częściach roślin, np. w nasionach, owocach, liściach) przed pasożytami oraz przed niszczeniem – zjadaniem. Podobnie królestwo zwierząt bogate jest w zróżnicowane trucizny (np. jady węży, skorpionów, pająków, ryb, a nawet ssaków), produkowane głównie jako obrona przed drapieżnikami oraz stosowane do polowania przez drapieżniki. Również w królestwie fungi (grzyby) rozwinęły się wyrafinowane trucizny (np. α-amanityna, muskaryna) – przede wszystkim w celu obrony. Można więc dojść do wniosku, że wytworzenie trucizn przez świat organizmów żywych dawał im dwa główne zyski – pomoc w polowaniu lub zdobywaniu pokarmu oraz narzędzie odstraszające. Warto w tym miejscu również zwrócić uwagę na zjawisko, jakim jest mimikra (w najogólniejszym znaczeniu) – przystosowanie ochronne zwierząt polegające na upodobnianiu się zwierząt bezbronnych do zwierząt zdolnych do obrony lub upodobnianiu się do siebie różnych gatunków zwierząt zdolnych do obrony poprzez przybranie ich kształtu, barwy, zachowania. Dowodem na to zjawisko w kontekście toksykologii jest dość popularny przykład modelowego układu mimikry na przykładzie dwóch węży – jadowity wąż koralowy (Micrurus fulvius) oraz niejadowity Lancetogłów mleczny (Lampropeltis triangulum), które mają bardzo podobny wygląd.

Wspomniane przykłady trucizn wytwarzanych przez organizmy żywe stanowią dowód na koewolucję układu drapieżnik–ofiara. Jednakże oprócz trucizn produkowanych przez istoty żywe nie należy zapominać o truciznach mineralnych (pochodzenia mineralnego), wytworach „matki Ziemi”. Wydawać by się mogło, że współcześnie – z uwagi na urbanizację i rozwój chemii w życiu codziennym – problematyka trucizn mineralnych jest mało istotna dla przeciętnego człowieka. Jednakże obecne problemy z wodą skażoną nieorganicznymi formami chemicznymi arsenu w Bangladeszu wskazują na to, że nie należy bagatelizować tego typu trucizn.

O ile na wcześniejsze typy trucizn ludzie nie mieli większego wpływu, o tyle trucizny syntetyczne są dziełem tylko i wyłącznie nas samych. Warto w tym miejscu zaznaczyć, że to nie dynamiczny rozwój wiedzy chemicznej, ale nieodpowiedzialne działania człowieka są przyczyną zatruć związanych z truciznami syntetycznymi.

Jak widać, trucizny mogą mieć różne pochodzenie, przedstawiono to w formie schematu na rycinie 1.1.

Rycina 1.1.

Podział trucizn ze względu na ich pochodzenie.

1.2. ZARYS HISTORII TOKSYKOLOGII

W historii ludzkości można wyróżnić trzy najważniejsze okresy, w których pojawia się motyw trucizn, są to: cywilizacje starożytne – w szczególności Egipt, Grecja i Rzym (ok. IV w. p.n.e.–I w. n.e.), Europa w okresie renesansu (XVI–XVII w.) i koniec milenium (XX–XXI w.).

1.2.1. Starożytność (ok. IV w. p.n.e.–I w. n.e.)

Niewątpliwie jednym z najciekawszych przykładów zastosowania trucizny w starożytności było opisane przez Platona (prawdopodobnie w 399 r. p.n.e.) skazanie Sokratesa na karę śmierci za bezbożność i deprawowanie młodzieży, poprzez wypicie, tzw. trucizny państwa. W literaturze dość często można natrafić na informację, że wspomniana trucizna była ekstraktem (wyciągiem) z cykuty (szalej jadowity, Cicuta virosa). Jednakże śmierć Sokratesa opisana przez Platona (łagodny przebieg paraliżu rozpoczynającego się od stóp) nie pokrywa się z objawami znanymi współcześnie (brak opisu gwałtownych epizodów wymiotów i konwulsji), dlatego bardziej prawdopodobne, że zastosowano szczwół plamisty (Conium maculatum). Ponadto ostatnio można spotkać opinie, że „trucizna państwa” mogła stanowić mieszaninę substancji (np. cykuta + opium + wino), dzięki czemu opis objawów Sokratesa był łagodniejszy niż w przypadku podania czystego wyciągu. Problematyka zastosowanej trucizny może również leżeć w nazwach – w starożytności obie wspomniane rośliny określano łacińskim terminem cicuta.

Interesującą postacią zapisaną na kartach starożytnej historii toksykologii był Mitrydates VI, król Pontu, znany inaczej jako „Eupator” (Wielki). Jego obsesją było poszukiwanie uniwersalnego antidotum o właściwościach uzdrawiających po podaniu jakiekolwiek trucizny. Na jego cześć owa odtrutka została nazwana mithridatum. Co więcej, obsesja Mitrydatesa była również związana z obawą o własne życie – odczuwał lęk przed zatruciem zbrodniczym, dlatego codziennie na kolacje spożywał mieszaninę składającą się z małych dawek trucizn dostępnych w owych czasach (głównie jady zwierzęce i wyciągi z roślin). Legenda głosi, że jego próba samobójcza przez zażycie trucizny była nieskuteczna z uwagi na wysoką odporność, jaką nabył. Oprócz testowania trucizn na własnym organizmie znany był również z eksperymentów z użyciem różnych substancji chemicznych na więźniach poddawanych torturom (szczególnie spektakularnym przykładem było wlewanie do gardła roztopionego złota), a także wykorzystywania trucizn w walkach z Rzymianami (np. delibal/miel fou – miód doprowadzający do obłędu, pochodzący z okolic występowania rododendronów i tojadu mocnego).

Chyba najbardziej spektakularnym przykładem samobójstwa przy użyciu trucizny w starożytności była śmierć Kleopatry (Kleopatry VII). Jak można wyczytać z papirusów, królowa starożytnego Egiptu w obawie o swój los postanowiła godnie umrzeć, popełniając samobójstwo przy użyciu jadu kobry. Istnieje wiele spekulacji na temat przebiegu tego samobójstwa. Szekspir opisuje, że Kleopatra została ukąszona w usta, inne źródła podają, że w łono lub miejsce pod prawą piersią. Z kolei Kasjusz, przepisując zeznania lekarza Kleopatry (Olymposa), wskazuje na żyły na ramieniu. Niezależnie od wersji zdarzeń bardzo prawdopodobne jest, że był to jad kobry królewskiej (Ophiophagus hannah) – śmiercionośny i szybki w działaniu. Warto wspomnieć, że istnieje również hipoteza, zgodnie z którą przyczyną śmierci Kleopatry był tlenek węgla(II) (CO) – główny składnik czadu, który powstał na skutek niecałkowitego spalania węgla (przy braku dostatecznej ilości tlenu) podczas rytuałów odprawianych przez jej służące.

Fascynujące (a wręcz paradoksalne) pod względem toksykologii było również Cesarstwo Rzymskie. Stosowanie trucizn było tam tak powszechne, że ogromną popularnością cieszyła się funkcja praegustatora – czyli osoby kosztującej potraw. W zasadzie nie wiadomo, do jakiego stopnia rola takich „koneserów/testerów dań” była skuteczna, gdyż duża część trucizn nie działa natychmiastowo. Ponieważ praktyki stosowania trucizn były bardzo powszechne, zostały ogłoszone prawa (81 r. p.n.e.), które zakazywały ich używanie – Lex Cornelia De sicariis et veneficiis. W myśl tego prawa karano wszystkich, którzy dopuścili się stosowania trucizn do osiągania swoich celów. Trucizny wykorzystywano wówczas nie tylko jako narzędzia do eliminacji przeciwników ale także w celach samobójczych, uważano, że takie rozwiązanie było aktem odwagi i honorowym sposobem na śmierć w niepomyślnych okolicznościach. Ponadto użycie trucizny (w szczególności opium) do zakończenia nędznego życia schorowanych starców uważano za bardzo wskazane. Oprócz świadomego stosowania trucizn w starożytnym Rzymie należy pamiętać również o jego upadku, co było związane z nieświadomym stosowaniem bardzo interesującego metalu – ołowiu, który przyczynił się do powszechnego występowania ołowicy. Metal ten w czystej postaci charakteryzuje się relatywnie niską temperaturą topnienia (ok. 327°C), dzięki czemu stosowany był praktycznie wszędzie, gdzie tylko to było możliwe (odlewy). Również do budowy słynnych akweduktów, które można podziwiać do dzisiaj, doprowadzających wodę pitną. Metal ten był również składnikiem, z którego wykonywano większość naczyń, w tym kielichy do wina.

1.2.2. Europa nowożytna (XVI–XVII w.)

Niewątpliwie najsłynniejsze nazwisko związane z truciznami w Europie nowożytnej (Włochy w okresie renesansu) to Borgiowie. Mroczna era panowania Borgiów rozpoczęła się w 1455 r., kiedy Rodrigo Borgia (kardynał hiszpańskiego pochodzenia) został wybrany na papieża Rzymu i przyjął imię Aleksander VI. Już w czasach, gdy był kardynałem, pozostawał w związku z rzymską szlachcianką – Venozzą Cattanei, z którą miał czworo dzieci (Lukrecję, Cezara, Juana i Jofrégo). Dwoje z nich – Lukrecja i Cezar – zapisali się trwale na kartach historii jako bezprecedensowi truciciele. Cezar dopuścił się nawet zamordowania własnego brata – Juana, którego z zazdrości otruł w 1497 r. podczas wspólnej kolacji. Z kolei Lukrecję można określić jako „mistrzynię trucicielstwa” z uwagi na rzekomo stosowany pierścień zawierający truciznę. Fascynującym tematem jest również sama trucizna stosowana przez Borgiów – tzw. Cantarella, której głównym składnikiem był arszenik – tlenek arsenu(III), As₂O₃. Trucizna ta była idealna jak na owe czasy, ponieważ charakteryzowała się brakiem smaku i pozostawała niewykrywalna aż do 1836 r., kiedy James Marsh opracował metodę analityczną umożliwiającą identyfikację arsenu w sekcyjnych materiałach biologicznych. Niektórzy toksykolodzy uznają to przełomowe odkrycie za kres ery masowego trucicielstwa arszenikiem.

Należy jednak wrócić jeszcze do ważnej postaci tej ery, którą był szwajcarski lekarz i przyrodnik Phillippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim (1493/1494–1541), znany w toksykologii jako Paracelsus. Była to postać wybitna, która zapisała się na kartach historii toksykologii jako pierwsza osoba, która zdefiniowała truciznę – „wszystko jest trucizną i nic nią nie jest, bo wszystko zależy od dawki” (Sola dosis facit venenum).

1.2.3. Koniec milenium (XIX–XX w.)

O ile każda epoka charakteryzowała się specyficznymi truciznami, o tyle okres milenium niewątpliwie wpisuje się z jednej strony w najintensywniejszy rozwój toksykologii jako dyscypliny naukowej, z drugiej zaś stanowi najbardziej przerażający okres w jej historii.

Za twórcę „współczesnej” toksykologii uznaje się hiszpańskiego lekarza Mathieu Orfila, który opublikował Traktat o truciznach (Traité Des Poisons), dając naukowe podwaliny toksykologii. Warto w tym miejscu wspomnieć, że w tym samym czasie na Uniwersytecie Jagiellońskim działał w zakresie toksykologii prof. Józef Markowski, który napisał Rozprawę o toksykologii wydaną w języku polskim.

Rozwój toksykologii niestety miał swoje mroczne oblicze, zapoczątkowane podczas I wojny światowej, gdy po raz pierwszy użyto broni chemicznej – iperytu (gazu musztardowego) i chloru. Prace nad bronią chemiczną były prowadzone głównie w Niemczech i przyczyniły się do powstania wielu innych trucizn, m.in. związków fosforoorganicznych. W trakcie badań nad nimi okazało się, że mogą być również stosowane jako insektycydy. Z końcem I wojny światowej opracowano bardzo popularny w późniejszym okresie środek owadobójczy – DDT (dichlorodifenylotrichloroetan). Syntezę DDT opracował w 1874 r. austriacki chemik Othmar Zeidler, z kolei właściwości owadobójcze tej substancji odkrył Szwajcar Paul Müller, za co w 1948 r. otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii. DDT okazał się również niezwykle skuteczny w walce z malarią (Sri Lanka – 1946 r.). Niemniej jednak z uwagi na jego bardzo dużą trwałość w środowisku (okres połowicznego rozpadu w glebie to 2–15 lat) i powinowactwo do tkanki tłuszczowej (kumulacji) w tkance tłuszczowej został wycofany.

Chociaż w okresie II wojny światowej nie stosowano broni chemicznej, nie można zapomnieć o obozach zagłady (głównie – Majdanek i Auschwitz-Birkenau), w których niemieccy faszyści w specjalnych komorach gazowych, stosując cyklon B (cyjanomrówczanu metylu), wymordowali ok. milion ludności, głównie pochodzenia żydowskiego.

Okres po II wojnie światowej ma dwa oblicza. Z jednej strony intensywna chemizacja rolnictwa i przemysłu chemicznego spowodowały rozwój toksykologii i chemii, z drugiej zaś zwiększeniu uległy zanieczyszczenia przemysłowe.

Tragicznie na kartach historii zapisało się kilka spektakularnych epidemii zatruć, można do nich zaliczyć w szczególności te, do których doszło w Japonii:

• choroba Itai-Itai, czyli masowe zatrucia kadmem, które rozpoczęło się od 1910 r. na skutek uwalniania znaczących ilości tego pierwiastka w wyniku działań górniczych;

• choroba z Minamaty, czyli masowe zatrucia związkami rtęcioorganicznymi w latach 50. XX w. na skutek biotransformacji nieorganicznych związków rtęci(II), które jako odpady były bezprawnie wyrzucone przez Chisso Corporation do zatoki, nad którą leży miasto Minamata;

• katastrofa elektrowni atomowej w Fukushimie – seria wypadków jądrowych, do których doszło w 2011 r. na skutek tsunami.

1.2.4. Współczesność (XXI w.)

Obecnie główne zagrożenia substancjami toksycznymi dla przeciętnego człowieka wiążą się z rozwojem urbanizacji, a głównie z zanieczyszczeniem powietrza. Współcześnie człowiek styka się z ogromną ilością substancji obecnymi w lekach, używkach, produktach kosmetycznych, produktach żywnościowych, truciznach przemysłowych (i innych), co sprawia, że narażenie na czynniki chemiczne jest dziś o wiele większe niż kiedykolwiek wcześniej.

Na przestrzeni lat trucizny są coraz bardziej kontrolowane, a dostęp do nich ograniczony. Jednakże wciąż zdarza się zastosowanie ich przeciwko ludziom. Przykładem może być zbrodnicza działalność angielskiego seryjnego truciciela Graham Young (1947–1990), który popełniał swe zbrodnie przy użyciu talu. Przeciwko ludziom używa się trucizn również do wykonywania wyroków śmierci (tiopental sodu, barbiturany, pankorium i chlorek potasu) oraz stosuje się je jako narzędzia w polityce (szczególnie międzynarodowej). Ostatnio odnotowanym spektakularnym przykładem zatrucia (4 marca 2018 r.) był atak bronią chemiczną (prawdopodobnie środkami paraliżującymi typu nowiczok) na agenta rosyjskiego wywiadu – Siergieja Skripala oraz towarzyszącą mu córkę.

1.3. DYSCYPLINY TOKSYKOLOGII

Z uwagi na interdyscyplinarny charakter toksykologii oraz jej związek z badaniami naukowymi można współcześnie wyszczególnić wiele jej dyscyplin. Te z nich, które mają obecnie największe znaczenie praktyczne, opisano poniżej.

Toksykologia analityczna (analytical toxicology) – dział toksykologii eksperymentalnej zajmujący się zastosowaniem analityki (m.in. chemii analitycznej, diagnostyki laboratoryjnej) w rozwiązywaniu problemów toksykologicznych.

Toksykologia sądowa (sądowo-lekarska) (forensic toxicology) – stanowi najstarszy dział toksykologii, który zajmuje się truciznami i zatruciami z punktu widzenia wymiaru sprawiedliwości oraz organów ścigania – zwłaszcza w zakresie analizy toksykologiczno-chemicznej o charakterze ekspertyzowym oraz badania wpływu substancji odurzających i uzależniających na kierowców, a także badań związanych z dopingiem oraz badań kontrolnych w miejscu pracy.

Toksykologia kliniczna (clinical toxicology) – dziedzina toksykologii zajmująca się zapobieganiem (prewencją), diagnozą i leczeniem ostrych zatruć wśród ludzi; w kręgu zainteresowań toksykologii klinicznej pozostają również problemy lekarskie i społeczne związane z lekomanią, narkomanią, alkoholizmem oraz możliwości ich rozwiązywania.

Toksykologia środowiska (environmental toxicology) – dotyczy skażenia powietrza atmosferycznego, wody i gleby i wpływu tego skażenia na zdrowie człowieka; zadania swoje realizuje, opierając się na normach zawartości zanieczyszczeń chemicznych w różnych elementach środowiska oraz wykorzystując warsztat chemii i analityki środowiskowej oraz ekologii.

Ekotoksykologia (ecotoxicology) – zajmuje się szkodliwym wpływem substancji chemicznych występujących w środowisku na organizmy inne niż człowiek oraz na całe ekosystemy.

Toksykologia żywności (food toxicology) – dyscyplina toksykologii zajmująca się badaniem obecności w żywności substancji szkodliwych pochodzenia naturalnego lub znajdujących się w niej w wyniku produkcji (uprawy, hodowli, procesów technologicznych, przechowywania, zanieczyszczenia środowiska), a także substancjami celowo dodawanymi do żywności.

Toksykologia kosmetyków (cosmetics toxicology/toxicology of cosmetics) – dyscyplina toksykologii zajmująca się badaniem, przewidywaniem i oceną bezpieczeństwa stosowania substancji w produktach kosmetycznych oraz badaniami kontrolnymi opartymi na aktualnych aktach prawnych.

Piśmiennictwo

1. Bloch E.: Hemlock poisoning and the death of Socrates: did Plato tell the truth? Journal of the International Plato Society 2001, 1: 1–8.

2. Bowden P.: Graham Young (1947–90); the St Albans poisoner: his life and times. Criminal Behaviour and Mental Health 1996, 6(S1): 17–24.

3. Gross A.: Samobójstwa słynnych ludzi – Sokrates i cykuta. Archiwum Medycyny Sądowej i Kryminologii 2000, 4, http://www.amsik.pl/index.php?option=com_content&task=view&id=81.

4. Harada M.: Minamata disease: methylmercury poisoning in Japan caused by environmental pollution. Critical reviews in toxicology 1995, 25(1): 1–24.

5. Holt M., Campbell R.J., Nikitin M.B.: Fukushima nuclear disaster. Congressional Research Service 2012, 7–700, 1–15, https://fas.org/sgp/crs/nuke/R41694.pdf.

6. Levchenko V.F., Kazansky A.B., Sabirov M.A. i wsp.: Early Biosphere: Origin and Evolution. W: The Biosphere. InTech 2012.

7. Lomonte B., Rey-Suárez P., Fernández J. i wsp.: Venoms of Micrurus coral snakes: Evolutionary trends in compositional patterns emerging from proteomic analyses. Toxicon 2016, 122: 7–25.

8. Macinnis P.: Fasolka z Kalabaru – o truciznach i trucicielach prawie wszystko. Wydawnictwo Książkowe Twój Styl, Warszawa 2005.

9. Mark K.C.: Russia-United Kingdom Diplomatic Crisis over Salisbury Nerve Agent Attack: An Analysis. International Journal of Law and Public Administration 2018, 1(1): 58–67.

10. Molenda J.: Historia używek. Bellona, Warszawa 2016.

11. Muńoz Páez A.: Historia trucizny – od cykuty do polonu. Bellona, Warszawa 2015.

12. Timbrell J.: Paradoks trucizn – substancje chemiczne przyjazne i wrogie. WNT, Warszawa 2008.

13. Tsuchiya K.: Causation of Ouch-ouch disease (Itai-Itai Byo) – an introductory review. The Keio Journal of Medicine 1969, 18(4): 195–211.

14. Wiernikowski A., Groszek B.: Toksykologia kliniczna w Krakowie – XXXV lat działalności Kliniki Toksykologii. Przegląd Lekarski, 2001.

15. Winslow R.M.: Oxygen: the poison is in the dose. Transfusion 2013, 53(2): 424–437.