HOOFDSTUK II – TOXICOKINETIEK EN -DYNAMIEK
→ Intra- en interindividuele variabiliteit + ook tss species
↪ Respons op toxische stof bij eenzelfde species zal variabiliteit vertonen; maar is nog groter tussen de
species
↪ Opletten bij extrapolatie van dier naar mens: kan gevoeliger of minder gevoeliger zijn
→ Relatie tss hoeveelheid product & grootte effect of aantal getroffenen
↪ Bv mortaliteit of ernst van ontsteking neemt toe naarmate dosis van dodelijke of irriterende stof stijgt
TOXICO(FARMACO)DYNAMIEK
Terminologie
→ Farmacodynamiek
↪ = wat doet stof met lichaam?
↪ Effecten van stof op menselijke fysiologie; bepaald door interactie met molecules in patiënt
→ Toxicodynamiek
↪ Kwantitatief verband tss dosis/dosering van xenobioticum en grootte van biologisch effect bij
intoxicaties / vergiftingen
↪ Effecten = afh van blootstellingsduur en dosis/doserin
↪ Opstellen van dosis-resposncurve => relatie bestuderen
→ Dosis vs dosering
↪ Dosis = totale hoeveelheid stof waaraan organisme wordt blootgesteld
↪ Dosering = hoeveelheid materiaal per eenheid van gewicht, meer gebruiken (g/kg)
▪ Kan ook uitgedrukt worden per lichaamsoppv (bv chemotherapeutica)
= NIET rechtevenredig met gewicht (!!)
Dezelfde dosis geven aan kind en volwassene => verschillende concentratie
Dezelfde dosering geven aan kind en volwassene => dezelfde concentratie
Doserings-respons curve
→ Cumulatieve frequentie distributie curve ~ doserings-respons curve (log-normale curve)
↪ Interindividuele variabiliteit binnen bepaalde populatie op chemische stof
↪ Percentage waarbij effect optreedt uitgezet ifv dosering (logaritmisch)
↪ VAAK: sigmoïdale curve met log-normale distributie; symmetrisch tov middelpunt
▪ Gebruiken om bepaalde farmacologische parameters te bepalen
→ Voorwaarden
1. Respons is duidelijk te wijten aan toegediende stof
↪ Niet altijd duidelijk bv antipsychoticum of antidepressivum
↪ Andere stoffen waar ze ook aan blootgesteld worden (bv acyrolnitrile, secundair ° CN)
2. Verband tussen dosering & respons (+ concentration-respons relationship)
↪ Veronderstelt dat respons ~ met GM-[ ] thv receptor ~ dosering
3. Toxiciteit moet ‘kwantificeerbaar’ zijn (of parameter die duidelijk in verband staat ermee)
1
,→ Wat kun je afleiden uit de curve?
↪ Average respons = middelpunt van curve
▪ ED50 = mediaan effectieve dosis
▪ LD50 = mediaan lethale dosis; 50% van proefdieren zal sterven na acute toediening
↪ Major respons = rond middelpunt van curve; meeste individuen vertonen hier respons
↪ Hyperreactieven = linkse deel van de curve; reeds effect bij zeer lage dosering
▪ Bv door genetisch polymorfisme (< SNP’s)
SNP’s = Single Nucleotide Polymorfisms; 1 plaats in DNA met wijziging in sequentie
Bindingspocket van receptor kan anders zijn => sneller activeren
▪ Bv verandering van receptor in subpopulatie => sneller geactiveerd
↪ Hyporeactieven = rechtse deel van de curve; pas effect bij hogere dosering
▪ Bv door genetisch polymorfisme
↪ Rico / Slope = maat voor verandering van respons wanneer dosering verandert
▪ Steil? Meerderheid van populatie vertoont respons binnen beperkter doseringsinterval
Kleine verandering in dosering => grote verandering in aantal responders
Bv GammaHydroxyBoterzuur (GHB); fijne grens tussen CZS-depressie en coma
▪ Vlakker? Veel groter doseringsinterval vooraleer meerderheid van populatie respons of toxiciteit
vertoont
Bv afh van endogene factoren (verdedigings- en detoxificatiemechanismen)
↪ Sigmoïdale curve is afwijkend? Wijst op genetisch heterogene populatie
▪ Grote hoeveelheid hypergevoeligen? => subpopulatie met genetisch gedetermineerde
overgevoeligheid
↪ Threshold / drempelwaarde = minimale effectieve dosering; veroorzaakt nog juist respons
▪ Eronder? Geen respons => veilig contact
Frequentie Distributie Histogram
→ Met zelfde gegevens als van sigmoïdale doserings-respons curve
↪ Welk percentage van populatie vertoont respons bij elke dosering
↪ Links en rechts een lager aantal responders krijgen voor de hogere of lagere dosering
↪ Normal Equivalent Deviations (NED) => normale frequentie distributie / Gaussiaanse verdeling
▪ 1x SD = 68,3% (16 – 84) van de populatie
▪ 2x SD = 95.5%
▪ 3x SD = 99.7%
↪ Kun je ook omzetten naar een rechte => probit diagram (+- lineair verband) (log-log curve)
▪ = alternatieve manier om % proefdieren die respons vertoont bij dosering te plotten
▪ Werken met negatieve getallen = niet praktisch => NED + 5 = PROBIT (2 – 8)
▪ Probit = probability units
▪ ED50 of LD50 worden afgelezen op een probit diagram bij 5 (= midden van de grafiek)
→ Rekening houden met onzekerheidsfactor (SE = Standard Error)!! => betrouwbaarheidsinterval zal kleinste
zijn rond LD50; meer zekerheid dat deze waarde klopt, want groter deel van populatie zit hier
↪ Betrouwbaarheidsinterval neemt toe rond LD10 of LD90
2
,THERAPEUTISCHE INDEX (TI)
= LD50/ED50
→ Letaal vs effectief of gewenst effect
↪ Hoe groter deze waarde (= groter verschil tss beide waarden), hoe veiliger gebruik van GM
MAAR: zegt NIETS over rico van curve
→ Als therapeutische en toxische curve parallel verlopen => TI over gans verloop gelijk
niet parallel? (bv toxisch is vlakker) => TI (LDx/EDx) zal lager zijn voor lagere doseringen
Index geeft verkeerde inschatting van veiligheid …
Hyperreactieve groepen lopen hier verhoogd risico
VEILIGHEIDSMARGE
= LD1/ED99
→ Houdt rekening toe met verschil in rico’s
↪ Ratio >1 => anders vertoont al deel letaliteit, terwijl ander deel nog gewenste effecten krijgt
↪ Houden rekening met hyperreactieven; geen verkeerde inschatting zo
ACUTE LETALE TOXICITEIT
= berekening van LD5 en LD95 => beter inzicht over verloop van curve
→ Geeft idee van letale toxiciteit bij zeer lage en hoge dosering + [ ]-gebied van letale respons
↪ Kleiner verschil tss beiden? Stof zal gevaarlijker zijn tov stof met groter concentratiegebied
→ LD50 vaak bepaald in beperkt aantal proefdieren (ethische & economische redenen) => rekening houden met
probabiliteitsfactor (confidence interval) = nauwste rond LD50 waarde (populaire parameter)
MAAR: op zichzelf NIET voldoende
↪ LD50 + rekening houden met slope, 95% betrouwbaarheidsinterval, LD5 en LD95
Voorbeeld – 3 verschillende toxische stoffen
→ Verschil LD50 +overlapping van 95% betrouwbaarheids-interval?
= NIET significant verschillen qua letale toxiciteit
→ Overlap LD50, maar verschillende rico (LD5 en LD95)
↪ Vlakker verloop? Hyperreactieven vertonen sneller toxische
effecten bij lagere dosering
3
, EFFICAC) VS POTENCY
→ Mogelijk om doserings-responscurves onderling te vergelijken
↪ Efficacy = doeltreffendheid; mate waarin tot maximaal effect kan komen (= max aantal respons)
↪ Potency = kracht; hoe meer de curve naar links ligt => hoe krachtiger
▪ Reeds effecten bij lage dosering
Voorbeeld – curve A, B en C
→ Curve C = partieel agonist
↪ Lagere efficacy dan A en C; vanaf bepaalde dosering een plateau (onafh van sterkte van binding)
Overdosering? geen verdere toename van effect of toxiciteit
↪ Hogere potency dan A en C; want ligt linkser op de curve
Reeds effecten bij lagere doseringen
→ Curve A en B = zuiver agonisten ; bereiken +- 100 doeltreffendheid
↪ Curve B heeft lagere potency dan A
Voorbeeld – synthetische cannabinoïden
→ In-vitro farmacologie: micro-sampling + karakterisatie van New Psychoactive Substances (NPS’s)
↪ THC is tamelijk potent: bij lage [ ] al effect; maar geringe efficaciteit (niet overlijden)
Synthetische cannabinoïden zijn potenter dan THC: al effect bij nóg lagere [ ]
↪ Kijken naar receptor-activatie
▪ CB1 receptor = target voor recreationele effecten (~ weg zijn vd wereld)
↪ Kan afhangen van welk assay gebruikt wordt + referentie-component
▪ Bv responses hebben > 100% => ‘ultrapotent’ of ‘super agonists’
INTERPRETATIE DOSERINGS-RESPONSCURVE
→ LD50-waarde als grootte-orde van letale toxiciteit absolute, vaste waarden; is afh van:
↪ Biologische variabiliteit; bv ouderdom & gewicht proefdieren
↪ Aard voeding
↪ Manier van toediening + volume of aard van medium gebruikt bij toediening
→ Stof die sneller toxisch effect veroorzaakt = ‘toxischere stof’
↪ 2 stoffen met zelfde LD50 en gelijke rico, maar sneller letaliteit => acuut gevaarlijker
→ Kennis van juiste doodsoorzaak is belangrijk bij evaluatie van LD50 (acuut vs latent)
↪ Bv tert-butylnitriet (inhaleerbaar solvent) (~ poppers) => veroorzaken roes + dilatatie (gay-seks)
▪ Acuut overleiden < hoge dosering => sterft na 30 minuten < CV collaps + ° methhemoglobine
▪ Latent overlijden < lagere dosering => sterft na week < leverschade
4
→ Intra- en interindividuele variabiliteit + ook tss species
↪ Respons op toxische stof bij eenzelfde species zal variabiliteit vertonen; maar is nog groter tussen de
species
↪ Opletten bij extrapolatie van dier naar mens: kan gevoeliger of minder gevoeliger zijn
→ Relatie tss hoeveelheid product & grootte effect of aantal getroffenen
↪ Bv mortaliteit of ernst van ontsteking neemt toe naarmate dosis van dodelijke of irriterende stof stijgt
TOXICO(FARMACO)DYNAMIEK
Terminologie
→ Farmacodynamiek
↪ = wat doet stof met lichaam?
↪ Effecten van stof op menselijke fysiologie; bepaald door interactie met molecules in patiënt
→ Toxicodynamiek
↪ Kwantitatief verband tss dosis/dosering van xenobioticum en grootte van biologisch effect bij
intoxicaties / vergiftingen
↪ Effecten = afh van blootstellingsduur en dosis/doserin
↪ Opstellen van dosis-resposncurve => relatie bestuderen
→ Dosis vs dosering
↪ Dosis = totale hoeveelheid stof waaraan organisme wordt blootgesteld
↪ Dosering = hoeveelheid materiaal per eenheid van gewicht, meer gebruiken (g/kg)
▪ Kan ook uitgedrukt worden per lichaamsoppv (bv chemotherapeutica)
= NIET rechtevenredig met gewicht (!!)
Dezelfde dosis geven aan kind en volwassene => verschillende concentratie
Dezelfde dosering geven aan kind en volwassene => dezelfde concentratie
Doserings-respons curve
→ Cumulatieve frequentie distributie curve ~ doserings-respons curve (log-normale curve)
↪ Interindividuele variabiliteit binnen bepaalde populatie op chemische stof
↪ Percentage waarbij effect optreedt uitgezet ifv dosering (logaritmisch)
↪ VAAK: sigmoïdale curve met log-normale distributie; symmetrisch tov middelpunt
▪ Gebruiken om bepaalde farmacologische parameters te bepalen
→ Voorwaarden
1. Respons is duidelijk te wijten aan toegediende stof
↪ Niet altijd duidelijk bv antipsychoticum of antidepressivum
↪ Andere stoffen waar ze ook aan blootgesteld worden (bv acyrolnitrile, secundair ° CN)
2. Verband tussen dosering & respons (+ concentration-respons relationship)
↪ Veronderstelt dat respons ~ met GM-[ ] thv receptor ~ dosering
3. Toxiciteit moet ‘kwantificeerbaar’ zijn (of parameter die duidelijk in verband staat ermee)
1
,→ Wat kun je afleiden uit de curve?
↪ Average respons = middelpunt van curve
▪ ED50 = mediaan effectieve dosis
▪ LD50 = mediaan lethale dosis; 50% van proefdieren zal sterven na acute toediening
↪ Major respons = rond middelpunt van curve; meeste individuen vertonen hier respons
↪ Hyperreactieven = linkse deel van de curve; reeds effect bij zeer lage dosering
▪ Bv door genetisch polymorfisme (< SNP’s)
SNP’s = Single Nucleotide Polymorfisms; 1 plaats in DNA met wijziging in sequentie
Bindingspocket van receptor kan anders zijn => sneller activeren
▪ Bv verandering van receptor in subpopulatie => sneller geactiveerd
↪ Hyporeactieven = rechtse deel van de curve; pas effect bij hogere dosering
▪ Bv door genetisch polymorfisme
↪ Rico / Slope = maat voor verandering van respons wanneer dosering verandert
▪ Steil? Meerderheid van populatie vertoont respons binnen beperkter doseringsinterval
Kleine verandering in dosering => grote verandering in aantal responders
Bv GammaHydroxyBoterzuur (GHB); fijne grens tussen CZS-depressie en coma
▪ Vlakker? Veel groter doseringsinterval vooraleer meerderheid van populatie respons of toxiciteit
vertoont
Bv afh van endogene factoren (verdedigings- en detoxificatiemechanismen)
↪ Sigmoïdale curve is afwijkend? Wijst op genetisch heterogene populatie
▪ Grote hoeveelheid hypergevoeligen? => subpopulatie met genetisch gedetermineerde
overgevoeligheid
↪ Threshold / drempelwaarde = minimale effectieve dosering; veroorzaakt nog juist respons
▪ Eronder? Geen respons => veilig contact
Frequentie Distributie Histogram
→ Met zelfde gegevens als van sigmoïdale doserings-respons curve
↪ Welk percentage van populatie vertoont respons bij elke dosering
↪ Links en rechts een lager aantal responders krijgen voor de hogere of lagere dosering
↪ Normal Equivalent Deviations (NED) => normale frequentie distributie / Gaussiaanse verdeling
▪ 1x SD = 68,3% (16 – 84) van de populatie
▪ 2x SD = 95.5%
▪ 3x SD = 99.7%
↪ Kun je ook omzetten naar een rechte => probit diagram (+- lineair verband) (log-log curve)
▪ = alternatieve manier om % proefdieren die respons vertoont bij dosering te plotten
▪ Werken met negatieve getallen = niet praktisch => NED + 5 = PROBIT (2 – 8)
▪ Probit = probability units
▪ ED50 of LD50 worden afgelezen op een probit diagram bij 5 (= midden van de grafiek)
→ Rekening houden met onzekerheidsfactor (SE = Standard Error)!! => betrouwbaarheidsinterval zal kleinste
zijn rond LD50; meer zekerheid dat deze waarde klopt, want groter deel van populatie zit hier
↪ Betrouwbaarheidsinterval neemt toe rond LD10 of LD90
2
,THERAPEUTISCHE INDEX (TI)
= LD50/ED50
→ Letaal vs effectief of gewenst effect
↪ Hoe groter deze waarde (= groter verschil tss beide waarden), hoe veiliger gebruik van GM
MAAR: zegt NIETS over rico van curve
→ Als therapeutische en toxische curve parallel verlopen => TI over gans verloop gelijk
niet parallel? (bv toxisch is vlakker) => TI (LDx/EDx) zal lager zijn voor lagere doseringen
Index geeft verkeerde inschatting van veiligheid …
Hyperreactieve groepen lopen hier verhoogd risico
VEILIGHEIDSMARGE
= LD1/ED99
→ Houdt rekening toe met verschil in rico’s
↪ Ratio >1 => anders vertoont al deel letaliteit, terwijl ander deel nog gewenste effecten krijgt
↪ Houden rekening met hyperreactieven; geen verkeerde inschatting zo
ACUTE LETALE TOXICITEIT
= berekening van LD5 en LD95 => beter inzicht over verloop van curve
→ Geeft idee van letale toxiciteit bij zeer lage en hoge dosering + [ ]-gebied van letale respons
↪ Kleiner verschil tss beiden? Stof zal gevaarlijker zijn tov stof met groter concentratiegebied
→ LD50 vaak bepaald in beperkt aantal proefdieren (ethische & economische redenen) => rekening houden met
probabiliteitsfactor (confidence interval) = nauwste rond LD50 waarde (populaire parameter)
MAAR: op zichzelf NIET voldoende
↪ LD50 + rekening houden met slope, 95% betrouwbaarheidsinterval, LD5 en LD95
Voorbeeld – 3 verschillende toxische stoffen
→ Verschil LD50 +overlapping van 95% betrouwbaarheids-interval?
= NIET significant verschillen qua letale toxiciteit
→ Overlap LD50, maar verschillende rico (LD5 en LD95)
↪ Vlakker verloop? Hyperreactieven vertonen sneller toxische
effecten bij lagere dosering
3
, EFFICAC) VS POTENCY
→ Mogelijk om doserings-responscurves onderling te vergelijken
↪ Efficacy = doeltreffendheid; mate waarin tot maximaal effect kan komen (= max aantal respons)
↪ Potency = kracht; hoe meer de curve naar links ligt => hoe krachtiger
▪ Reeds effecten bij lage dosering
Voorbeeld – curve A, B en C
→ Curve C = partieel agonist
↪ Lagere efficacy dan A en C; vanaf bepaalde dosering een plateau (onafh van sterkte van binding)
Overdosering? geen verdere toename van effect of toxiciteit
↪ Hogere potency dan A en C; want ligt linkser op de curve
Reeds effecten bij lagere doseringen
→ Curve A en B = zuiver agonisten ; bereiken +- 100 doeltreffendheid
↪ Curve B heeft lagere potency dan A
Voorbeeld – synthetische cannabinoïden
→ In-vitro farmacologie: micro-sampling + karakterisatie van New Psychoactive Substances (NPS’s)
↪ THC is tamelijk potent: bij lage [ ] al effect; maar geringe efficaciteit (niet overlijden)
Synthetische cannabinoïden zijn potenter dan THC: al effect bij nóg lagere [ ]
↪ Kijken naar receptor-activatie
▪ CB1 receptor = target voor recreationele effecten (~ weg zijn vd wereld)
↪ Kan afhangen van welk assay gebruikt wordt + referentie-component
▪ Bv responses hebben > 100% => ‘ultrapotent’ of ‘super agonists’
INTERPRETATIE DOSERINGS-RESPONSCURVE
→ LD50-waarde als grootte-orde van letale toxiciteit absolute, vaste waarden; is afh van:
↪ Biologische variabiliteit; bv ouderdom & gewicht proefdieren
↪ Aard voeding
↪ Manier van toediening + volume of aard van medium gebruikt bij toediening
→ Stof die sneller toxisch effect veroorzaakt = ‘toxischere stof’
↪ 2 stoffen met zelfde LD50 en gelijke rico, maar sneller letaliteit => acuut gevaarlijker
→ Kennis van juiste doodsoorzaak is belangrijk bij evaluatie van LD50 (acuut vs latent)
↪ Bv tert-butylnitriet (inhaleerbaar solvent) (~ poppers) => veroorzaken roes + dilatatie (gay-seks)
▪ Acuut overleiden < hoge dosering => sterft na 30 minuten < CV collaps + ° methhemoglobine
▪ Latent overlijden < lagere dosering => sterft na week < leverschade
4
