[1] Toxicologische basisbegrippen
Toxicologie = leer van de vergiften
- Basis voor toxicologie is kennis van dierlijke gifstoffen en plantenextracten gebruikt
voor jacht, oorlog en moord
o Toxicologie is dus eigenlijk al heel oud (1500 BC)
Voorbeelden van giftige stoffen
➢ Geneesmiddelen (bv. thalidomide)
o Bijwerkingen
➢ Industriechemicaliën (bv. dioxine, benzeen)
o Uitstoot of eindproduct
➢ Oplosmiddelen (bv. petroleumether)
➢ Bestrijdingsmiddelen = gewasbeschermingsmiddelen (bv. Roundup®)
o Gemaakt om giftig te zijn voor organismen, soms ook gevaar voor mens
➢ Additieven (bv. kleurstoffen, PFAS)
o In voeding
o In verpakkingsmateriaal van voedsel
➢ Stoffen uit de natuur (bv. tetrodotoxine)
o Planten/dieren
Intentionele vergiftigingen
- Chemische oorlogvoering (bv. mosterdgas)
- Verslavingen (bv. heroïne, cocaïne, XTC)
- (Zelf)moord
o Geneesmiddelen (bv. paracetamol) → overdosis
o Bestrijdingsmiddelen (bv. paraquat)
o Giftige metalen (bv. arsenicum)
o Natuurproducten (bv. ricine)
Paracelsus is grondlegger van toxicologie
- Was alchemist (soort chemicus) en dokter in Salzburg
- “Elke stof is giftig, alleen de dosis bepaald of er effecten optreden of niet”
o Legde de basis voor dosis-effectrelatie
Dosis-effectrelatie
- Prestatie (x-as) t.o.v. concentratie of dosis (y-as)
o Lage dosis: geen invloed op prestatie, bijv. overleving, groei, voortplanting
o Hoge dosis: prestatie neemt af → je zult effecten gaan zien
Uit dosis-effect relatie kun je informatie halen over hoe giftig een stof is
Toxicologische eindpunten afgeleid uit dosis-effect relatie
- LD50: mediane letale dosis → dosis waarbij 50% van proefpersonen doodgaat
, o Uitgedrukt in mg/kg lichaamsgewicht
- LC50: mediane letale concentratie → concentratie (bijv. in drinkwater, voeding,
bodem, lucht) waarbij 50% van proefpersonen doodgaat
o Uitgedrukt in mg/kg of 𝜇g/L of 𝜇g/m3
o Afhankelijk van ‘oplosmiddel’: bodem, lucht, water, voeding
- EC50: concentratie waarbij de parameter (bijv. groei) met 50% is geremd t.o.v. de
controle die niet is blootgesteld
o Belangrijk om aan te geven welk eindpunt je gebruikt: dood, groei,
voortplanting
- ED50: dosis waarbij de parameter (bijv. groei) met 50% is geremd t.o.v. de controle
o Belangrijk om aan te geven welk eindpunt je gebruikt: dood, groei,
voortplanting
- NOEC: No Observed Effect Concentration → concentratie die is getest en waarbij het
gemeten eindpunt niet significant verschilt van de controle. Biologische eindpunt is
niet verschillend tussen controle en persoon die aan bepaalde hoeveelheid van stof x is
blootgesteld.
o Belangrijk om aan te geven welk eindpunt je gebruikt: dood, groei,
voortplanting
o NOAEL = No Observed Adverse Effect Level: geen negatief effect gevonden
▪ Veelal in de humane toxicologie
▪ Bij effecten die niet negatief genoemd kunnen worden
▪ Bijv. lage concentratie van stof verbetert eindpunt juist iets t.o.v.
controle, zoals betere groei.
- NEL: No Effect Level
Met deze eindpunten kan de giftigheid van een stof worden gekwantificeerd en kun je stoffen
onderling met elkaar vergelijken.
- Natuurlijke stoffen zijn over het algemeen de giftigste stoffen
Terminologie voor toxische effecten
- Acuut: snelwerkende stof. Eenmalige dosis kan al leiden tot grote schade. Vaak is dat
dan een eenmalige hoge dosis.
o LD50 wordt zo bepaald: acute test op proefdier
- Chronisch: effect van stof dat optreedt na lange tijd omdat stoffen niet in zo’n hoge
dosis in ons omgeving/voeding aanwezig is dat er een acute reactie ontstaat. Er vindt
langdurige blootstelling plaats met chronische effecten die optreden na lange tijd
o Chronisch = effecten over 90% van de levensduur
Waar grijpt een stof op aan?
- Hepatotoxisch: werkt op de lever
, o Paracetamol
- Nefrotoxisch: werkt op de nier
o Cadmium
- Neurotoxisch: op het zenuwstelsel
o Kwik
- Immunotoxisch: op het immuunsysteem
Soorten stoffen
- Allergeen: stof die allergieën veroorzaakt
o Nikkel
- Teratogeen: stoffen werken op vruchtbaarheid → veroorzaken m.n. schade aan
ongeboren kind = afwijkingen aan de vrucht, niet aan moeder
- Mutageen: stoffen die aangrijpen op het DNA en hier veranderingen in aan brengen
o Lichaam kan soms deze veranderingen weer repareren → niks aan de hand
o Geen reparatie → geeft mogelijk aanleiding tot kanker door ontsporing van
celdeling in weefsel
Hoe bepalen we giftigheid van stoffen?
Toxiciteitstesten met zoogdieren = proefdieren (als model voor mens)
- Acute test: zoogdier eenmalige dosis geven (oraal, dermaal, inhalatie) en kijken bij
welke dosis de dieren overlijden, om LD50 te bepalen. Erg kortdurende testen (bv. 8
uur of 24 uur) met een eenmalige blootstelling aan de stof. Er wordt dan gekeken
hoeveel dieren er dood gaan in die tijd.
o We willen van deze test af → zeer dieronvriendelijk
- Mutageniteit (Ames test): test met bacteriën, dus niet met proefdieren → simpeler
- Huid sensitisatie + huid- en oogirritatie
o Belangrijk voor cosmetica
o Steeds vaker niet meer met proefdieren
- 90-dagen toxiciteitstest: vaak orale blootstelling via voer, waarbij wordt gekeken naar
overleving en biochemische eindpunten (NOEC/NOAEL). Die biochemische
eindpunten geven informatie over het effect op het bloed, verschillende organen
o Geeft informatie over de semi-lange termijn blootstelling
o Hieruit kun je NOEC of NOAEL afleiden
- 2-jaar dieetstudie: onderzoekt bijv. carcinogeniteit
o Voor stoffen waarvan wordt aangenomen dat er grootschalige/langdurige
blootstelling plaats kan vinden bij zowel gebruikers als consumenten
o Vaak voor bestrijdingsmiddelen
o Rat/muis bijna hele leven blootgesteld aan stof
Thalidomide
Softenon-baby: zeer ernstige geboorteafwijkingen door gebruik van een teratogeen
slaapmiddel (thalidomide) tijdens de zwangerschap (1957-1961).
➢ Effecten van thalidomide m.n. bij inneming tussen dag 20-36 na conceptie
➢ Gevoeligheidsvenster in ontwikkeling: soort afwijking specifiek afhankelijk van
moment van blootstelling
➢ Effect kwam nooit naar voren uit proefdieronderzoek (ratten, muizen)
o Resultaten proefdieronderzoek nooit gebruiken zonder veiligheidsfactor →
rekening houden met vertaalslag van proefdier naar mens
Risicobeoordeling van giftige stoffen
Risicobeoordeling wordt uitgevoerd a.d.h.v. dit plaatje
, Rekening houden met ‘twee poten’ → je hebt informatie over de stof
- Links: kijken naar…
o De blootstelling, voor het milieu bijv. de voorspelde omgevingsconcentratie, of
een voorspelde concentratie in voedsel/drinkwater
- Rechts: kijken naar…
o De gevoeligheid (hazard genoemd in de toxicologie): hoe potentieel gevaarlijk
is een stof? Dit bepaal je door te kijken naar de giftigheid → toxiciteitstesten
▪ Hoe giftig is stof?
▪ Hoe laag is LD50/ID50?
▪ Hoe laag is NOAEL?
o Bijv. LD50 achterhalen via proefdieronderzoek, met vervolgens een
veiligheidsfactor voor de vertaalslag naar mensen
- Vervolgens ga je de giftigheid vergelijken met de milieuconcentratie
o Milieuconcentratie > niveau waarbij stof effecten kan veroorzaken → groot
risico
o Geen effect niveau < milieuconcentratie → niks aan de hand
Risicoquotiënt = verhouding tussen voorspelde dosis/concentratie in het milieu (PEC) en het
geen-effect-niveau (PNEC)
- Margin of Safety
Door het toetsen van de hazard aan de blootstelling kom je tot een risicobeoordeling: is het
gebruik van de stof veilig of niet?
Normering van risico’s
Aan de hand van de risicobeoordeling kunnen normen van risico’s
worden bepaald.
1. Negligible risk = verwaarloosbaar risiconiveau (VR):
sterftekans per jaar is 1 op de 108 (honderdmiljoen) door
blootstelling aan de stof
2. Risico reductie vereist
3. Unacceptable risk = onacceptabel risiconiveau: maximaal
toelaatbaar risiconiveau (MTR): sterftekans per jaar is 1 op de
106 (miljoen) door blootstelling aan de stof
Tussen MTR en VR zit een veiligheidsfactor van 100 om rekening te
houden met dat je in het milieu te maken hebt met meerdere stoffen.
We worden blootgesteld aan een heel scala aan stoffen (in lucht,
water, bodem, voeding).
Toxicologie = leer van de vergiften
- Basis voor toxicologie is kennis van dierlijke gifstoffen en plantenextracten gebruikt
voor jacht, oorlog en moord
o Toxicologie is dus eigenlijk al heel oud (1500 BC)
Voorbeelden van giftige stoffen
➢ Geneesmiddelen (bv. thalidomide)
o Bijwerkingen
➢ Industriechemicaliën (bv. dioxine, benzeen)
o Uitstoot of eindproduct
➢ Oplosmiddelen (bv. petroleumether)
➢ Bestrijdingsmiddelen = gewasbeschermingsmiddelen (bv. Roundup®)
o Gemaakt om giftig te zijn voor organismen, soms ook gevaar voor mens
➢ Additieven (bv. kleurstoffen, PFAS)
o In voeding
o In verpakkingsmateriaal van voedsel
➢ Stoffen uit de natuur (bv. tetrodotoxine)
o Planten/dieren
Intentionele vergiftigingen
- Chemische oorlogvoering (bv. mosterdgas)
- Verslavingen (bv. heroïne, cocaïne, XTC)
- (Zelf)moord
o Geneesmiddelen (bv. paracetamol) → overdosis
o Bestrijdingsmiddelen (bv. paraquat)
o Giftige metalen (bv. arsenicum)
o Natuurproducten (bv. ricine)
Paracelsus is grondlegger van toxicologie
- Was alchemist (soort chemicus) en dokter in Salzburg
- “Elke stof is giftig, alleen de dosis bepaald of er effecten optreden of niet”
o Legde de basis voor dosis-effectrelatie
Dosis-effectrelatie
- Prestatie (x-as) t.o.v. concentratie of dosis (y-as)
o Lage dosis: geen invloed op prestatie, bijv. overleving, groei, voortplanting
o Hoge dosis: prestatie neemt af → je zult effecten gaan zien
Uit dosis-effect relatie kun je informatie halen over hoe giftig een stof is
Toxicologische eindpunten afgeleid uit dosis-effect relatie
- LD50: mediane letale dosis → dosis waarbij 50% van proefpersonen doodgaat
, o Uitgedrukt in mg/kg lichaamsgewicht
- LC50: mediane letale concentratie → concentratie (bijv. in drinkwater, voeding,
bodem, lucht) waarbij 50% van proefpersonen doodgaat
o Uitgedrukt in mg/kg of 𝜇g/L of 𝜇g/m3
o Afhankelijk van ‘oplosmiddel’: bodem, lucht, water, voeding
- EC50: concentratie waarbij de parameter (bijv. groei) met 50% is geremd t.o.v. de
controle die niet is blootgesteld
o Belangrijk om aan te geven welk eindpunt je gebruikt: dood, groei,
voortplanting
- ED50: dosis waarbij de parameter (bijv. groei) met 50% is geremd t.o.v. de controle
o Belangrijk om aan te geven welk eindpunt je gebruikt: dood, groei,
voortplanting
- NOEC: No Observed Effect Concentration → concentratie die is getest en waarbij het
gemeten eindpunt niet significant verschilt van de controle. Biologische eindpunt is
niet verschillend tussen controle en persoon die aan bepaalde hoeveelheid van stof x is
blootgesteld.
o Belangrijk om aan te geven welk eindpunt je gebruikt: dood, groei,
voortplanting
o NOAEL = No Observed Adverse Effect Level: geen negatief effect gevonden
▪ Veelal in de humane toxicologie
▪ Bij effecten die niet negatief genoemd kunnen worden
▪ Bijv. lage concentratie van stof verbetert eindpunt juist iets t.o.v.
controle, zoals betere groei.
- NEL: No Effect Level
Met deze eindpunten kan de giftigheid van een stof worden gekwantificeerd en kun je stoffen
onderling met elkaar vergelijken.
- Natuurlijke stoffen zijn over het algemeen de giftigste stoffen
Terminologie voor toxische effecten
- Acuut: snelwerkende stof. Eenmalige dosis kan al leiden tot grote schade. Vaak is dat
dan een eenmalige hoge dosis.
o LD50 wordt zo bepaald: acute test op proefdier
- Chronisch: effect van stof dat optreedt na lange tijd omdat stoffen niet in zo’n hoge
dosis in ons omgeving/voeding aanwezig is dat er een acute reactie ontstaat. Er vindt
langdurige blootstelling plaats met chronische effecten die optreden na lange tijd
o Chronisch = effecten over 90% van de levensduur
Waar grijpt een stof op aan?
- Hepatotoxisch: werkt op de lever
, o Paracetamol
- Nefrotoxisch: werkt op de nier
o Cadmium
- Neurotoxisch: op het zenuwstelsel
o Kwik
- Immunotoxisch: op het immuunsysteem
Soorten stoffen
- Allergeen: stof die allergieën veroorzaakt
o Nikkel
- Teratogeen: stoffen werken op vruchtbaarheid → veroorzaken m.n. schade aan
ongeboren kind = afwijkingen aan de vrucht, niet aan moeder
- Mutageen: stoffen die aangrijpen op het DNA en hier veranderingen in aan brengen
o Lichaam kan soms deze veranderingen weer repareren → niks aan de hand
o Geen reparatie → geeft mogelijk aanleiding tot kanker door ontsporing van
celdeling in weefsel
Hoe bepalen we giftigheid van stoffen?
Toxiciteitstesten met zoogdieren = proefdieren (als model voor mens)
- Acute test: zoogdier eenmalige dosis geven (oraal, dermaal, inhalatie) en kijken bij
welke dosis de dieren overlijden, om LD50 te bepalen. Erg kortdurende testen (bv. 8
uur of 24 uur) met een eenmalige blootstelling aan de stof. Er wordt dan gekeken
hoeveel dieren er dood gaan in die tijd.
o We willen van deze test af → zeer dieronvriendelijk
- Mutageniteit (Ames test): test met bacteriën, dus niet met proefdieren → simpeler
- Huid sensitisatie + huid- en oogirritatie
o Belangrijk voor cosmetica
o Steeds vaker niet meer met proefdieren
- 90-dagen toxiciteitstest: vaak orale blootstelling via voer, waarbij wordt gekeken naar
overleving en biochemische eindpunten (NOEC/NOAEL). Die biochemische
eindpunten geven informatie over het effect op het bloed, verschillende organen
o Geeft informatie over de semi-lange termijn blootstelling
o Hieruit kun je NOEC of NOAEL afleiden
- 2-jaar dieetstudie: onderzoekt bijv. carcinogeniteit
o Voor stoffen waarvan wordt aangenomen dat er grootschalige/langdurige
blootstelling plaats kan vinden bij zowel gebruikers als consumenten
o Vaak voor bestrijdingsmiddelen
o Rat/muis bijna hele leven blootgesteld aan stof
Thalidomide
Softenon-baby: zeer ernstige geboorteafwijkingen door gebruik van een teratogeen
slaapmiddel (thalidomide) tijdens de zwangerschap (1957-1961).
➢ Effecten van thalidomide m.n. bij inneming tussen dag 20-36 na conceptie
➢ Gevoeligheidsvenster in ontwikkeling: soort afwijking specifiek afhankelijk van
moment van blootstelling
➢ Effect kwam nooit naar voren uit proefdieronderzoek (ratten, muizen)
o Resultaten proefdieronderzoek nooit gebruiken zonder veiligheidsfactor →
rekening houden met vertaalslag van proefdier naar mens
Risicobeoordeling van giftige stoffen
Risicobeoordeling wordt uitgevoerd a.d.h.v. dit plaatje
, Rekening houden met ‘twee poten’ → je hebt informatie over de stof
- Links: kijken naar…
o De blootstelling, voor het milieu bijv. de voorspelde omgevingsconcentratie, of
een voorspelde concentratie in voedsel/drinkwater
- Rechts: kijken naar…
o De gevoeligheid (hazard genoemd in de toxicologie): hoe potentieel gevaarlijk
is een stof? Dit bepaal je door te kijken naar de giftigheid → toxiciteitstesten
▪ Hoe giftig is stof?
▪ Hoe laag is LD50/ID50?
▪ Hoe laag is NOAEL?
o Bijv. LD50 achterhalen via proefdieronderzoek, met vervolgens een
veiligheidsfactor voor de vertaalslag naar mensen
- Vervolgens ga je de giftigheid vergelijken met de milieuconcentratie
o Milieuconcentratie > niveau waarbij stof effecten kan veroorzaken → groot
risico
o Geen effect niveau < milieuconcentratie → niks aan de hand
Risicoquotiënt = verhouding tussen voorspelde dosis/concentratie in het milieu (PEC) en het
geen-effect-niveau (PNEC)
- Margin of Safety
Door het toetsen van de hazard aan de blootstelling kom je tot een risicobeoordeling: is het
gebruik van de stof veilig of niet?
Normering van risico’s
Aan de hand van de risicobeoordeling kunnen normen van risico’s
worden bepaald.
1. Negligible risk = verwaarloosbaar risiconiveau (VR):
sterftekans per jaar is 1 op de 108 (honderdmiljoen) door
blootstelling aan de stof
2. Risico reductie vereist
3. Unacceptable risk = onacceptabel risiconiveau: maximaal
toelaatbaar risiconiveau (MTR): sterftekans per jaar is 1 op de
106 (miljoen) door blootstelling aan de stof
Tussen MTR en VR zit een veiligheidsfactor van 100 om rekening te
houden met dat je in het milieu te maken hebt met meerdere stoffen.
We worden blootgesteld aan een heel scala aan stoffen (in lucht,
water, bodem, voeding).
