Toksikoloji Nedir?

Esranur KAYA | 25.04.2021

Bilim ve teknolojinin ilerlemesi sonucu bugün kullandığımız kimyasallar olmasaydı yaşamın daha zor şartlarda ve kısa süreli olacağı istatistiksel olarak tahmin edilmektedir/bilinmektedir[1]. Kimyasalların yaşamımızdaki yeri hakkında daha ayrıntılı bilgi için “Kemofobi Nedir?” yazısını inceleyebilirsiniz. Bunun yanında kimyasalların neden olduğu zararların bilinmediği dönemlerde, yoğun ve kontrolsüz bir şekilde kullanımının çevreye büyük zararlar verdiği bugünkü toksikoloji bilgisi ile söylenilebilmektedir[2]. Kısacası hem çevre hem de insan sağlığı için kimyasallara ve onların güvenli kullanımına ihtiyacımız olduğunu bilmeliyiz.

Kimyasalların güvenli kullanımının ne demek olduğunu kavrayabilmek için temel toksikoloji bilgisine sahip olmamız gerekmektedir. Toksikoloji en genel tanımıyla; kimyasalların zararsızlık limitlerini araştıran bilim dalıdır. İnsanlık var olduğu günden beri hayatta kalma gayesiyle bitkilerin veya hayvanların potansiyel tehlikelerinin anlaşılması üzerine çaba sarf etmektedir[3]. Toksikoloji biliminin bugünkü haline katkıda bulunan önemli gelişmelerden bazıları aşağıda yer alan görseldeki gibidir[4].


Toksikolojinin 3 Prensibi
Temel toksikoloji bilgisi birbiri içerisine geçmiş üç prensiple açıklanabilmektedir[5].

  • Doz-Cevap İlişkisi
  • Tehlike ve Risk İlişkisi
  • Bireysel Hassasiyet

1) Doz-Cevap İlişkisi: Vücuda alınan etken maddenin hangi reaksiyonu ürettiği, maruz kalınan miktara göre değişmektedir. Vücuda alınan etken maddenin hangi yolla alındığı; solunum, ağız veya temas ile gerçekleşmesi yani maruziyet* yolu, alınan dozu etkilemektedir[5]. Örneğin güneşe uzun süre maruz kalmak; güneş yanığına ve cilt kanserine sebebiyet verirken, günlük yarım saat güneş ışığı D vitamini üretimi gibi önemli bir biyolojik olaya vesile olur[6]. Burada maruziyet yolu güneş ve deri arasında temas ile olmaktadır. Başka bir örnek; sabahları içilen bir fincan kahvenin canlandırıcı etkisi, art arda üç fincan kahve içildiğinde görülen etkiyle aynı olmamasıdır[7]. Bu örnekte kahve, oral yol ile maruziyete örnek olarak verilebilir. Solunum yoluna ise nefes alırken maruz kalınan her türlü gaz örnek olabilir.

Gıdalar herhangi bir sağlık sorunu yoksa ağızdan alındığı için oral yol ile maruziyete örnektir. Doz, etken maddenin -genellikle- miligramının kişinin sahip olduğu vücut ağırlığına bölümüyle bulunur. Etken madde olarak kahvede bulunan kafein, alkollü içkilerde bulunan etil alkol, bisküvide bulunan katkı maddesi* veya şeker, işlenmiş et ürünlerinde nitrit ve nitrat gibi koruyucu maddeler* olarak düşünebiliriz. Bu maddelerin maruz kalınan dozu mg/kg yani milyonda bir (ppm) olarak ölçülmektedir[5].

Aynı kiloda iki bireyden birinin 3 fincan kahve ile alacağı kafein ile 1 fincan kahve ile alacağı kafein arasındaki fark, alınan kafein dozunu farklılaştıracaktır. Benzer bir mantık ile, 25 kg bir bireyin yani bir çocuğun 1 fincan kahve ile alacağı kafein ve 70 kg bir yetişkinin 1 fincan ile alacağı kafein aynı olsada maruz kalınan doz vücut ağırlıkları farkından dolayı farklı olacaktır[5]. 

Vücut ağırlığının daha az olmasının dışında, çocukların gelişimini henüz tamamlamamış olması sebebiyle de yetişkin bireylerden ayrıldığını ve hassas grup olarak değerlendirilmesi gerektiğini vurgulamak da fayda var[8].

2) Tehlike ve Risk İlişkisi: Tehlike ve risk kavramları günlük hayatta birbiri yerine kullandığımız iki farklı kavramdır. Aralarındaki farkı anlamak kimyasalların yönetimini daha iyi anlamamıza yardımcı olacaktır. Şu an içerisinde bulunduğumuz pandemide COVID-19’a yakalanmak bir tehlikedir. Salgın hastalığa yakalanmamak için uygulayabileceğimiz şeyler; ellerimizi yıkamak, sosyal mesafeye dikkat etmek ve maske takmak olarak sıralanabilir[9]. 

Sosyal mesafeye dikkat etmeyip kalabalık ortamlarda bulunmak veya maske takmadan kapalı ortamlarda bulunmak hastalığa yakalanma riskini artırır[10]. Uzun lafın kısası; tehlike sabittir, risk ise maruz kalınan ortam/madde/süre’ye göre değişiklik göstermektedir[11].

Toksikolojide risk kavramı aşağıdaki denklem ile ifade edilebilir[12].

Risk= Tehlike × Maruz Kalma (maruziyet)

Bu noktada ilgili maddeye veya etkene maruz kalmanın (exposure) toksikolojideki diğer birçok terim gibi birden fazla değişkene bağlı olduğunu vurgulamakta fayda var. Bunlardan en önemlileri maruziyet yolu, maruziyet sıklığı, maruziyet süresi olarak söylenebilir. Ayrıca maruz kalma, etken maddenin organizmaya giriş süreci yani absorpsiyon ile de yakından ilişkilidir. Absorpsiyon ise maruziyet yolu ve etken maddenin özelliklerine bağlı olarak değişir. 

  • Maruziyet yolu; solunum ile akciğerlerin maruziyeti, deri veya dermal yol ile maruziyet, gastrointestinal* yol yani ağız yoluyla maruziyet ve dördüncü yol olarak ağızdan alınamayan ilaç veya aşı gibi maddelerin enjeksiyonu gibi farklı yollarla olabilir.
  • Maruziyet sıklığı; ilgili etkene maruz kalma sayısı yanında maruz kalınan süreler arasındaki zaman farkı da maruziyet sıklığını anlayabilmek için önem arz eder.
  • Maruziyet süresi; Toksikolojide maruziyet süresi akut*, sub-kronik* ve kronik maruziyet* olarak üçe ayrılır[5]. 

Absorpsiyon, etkenin vücut dışından vücuda giriş süreci olarak tanımlanabilir. Kahve içtiğimizde sadece kafein etkenine maruz kalmadığımız gibi günlük hayatta da soluduğumuz hava, yediğimiz sebze meyve her türlü yiyecek, cildimize sürdüğümüz kozmetik ürünleri gibi birçok farklı kimyasal maddeye maruz kalmaktayız. Vücudumuz kimyasal maddeleri metabolize etmek* işe yarar olanları kullanmak ve işe yaramayanları vücut dışına atmak veya elimine etmek için çok gelişmiş bir sisteme sahiptir[13]. 

Absorpsiyonun risk değerlendirmesindeki önemini vurgulamak için metalik civanın* solunmasının, civanın tüketilmesinden daha zararlı olması örnek olarak verilebilir. Çünkü metalik cıva oral yolla alındığında vücutta absorpsiyonu çok iyi olmadığı için çoğunluğu dışkı ile atılır. Fakat aynı miktarda metalik cıva aynı kişi tarafından solunduğu zaman çok ciddi sağlık sorunlarına yol açabilmektedir[14]. Bu örnekten absorpsiyon, metabolizma ve atılım süreçlerinin absorpsiyonu etkilediği sonucuna varılabilir.

3) Bireysel Hassasiyet: Toksik etkene maruz kalmak, bütün insanlarda aynı etkiye sebebiyet vermez. Bazı insanlar daha hassas olabilir. Hassasiyet; yaş, cinsiyet, sağlık durumu, kadınlar için hamilelik durumu ve genetik gibi birçok faktöre bağlıdır. Alerjik reaksiyonlar* spesifik hassasiyet olarak değerlendirilmektedir. Alerjik reaksiyonlar, kişinin özel durumundan dolayı başka biri için ölümcül reaksiyon göstermeyen bir durumun ilgili kişide ölümcül sonuçlar doğurması söz konusu olduğu için bireysel hassasiyetten ayrılır[15]. 

Bireysel hassasiyet için yaş söz konusu olduğunda çocuklar, bebekler ve yaşlılar hassas gruplar olarak değerlendirilir. Bebekler ve çocuklar gelişme çağında olduğundan, yaşlılar ise metabolizmanın yavaşlaması sonucu toksik maddenin metabolize edilme sürecinin değişmesi sebebiyle hassas gruplar arasında sayılmaktadır[16]. 

Cinsiyet hormonal etkiler ve farklılıklar dolayısıyla toksik etkene maruz kalmada önemli rol oynamaktadır. Sağlık durumu veya hastalık geçmişi, karaciğer veya bağışıklık sisteminin durumuna göre kişiden kişiye farklılık gösterebilmektedir. Örneğin diyabeti olan bir birey ile diyabeti olmayan birey arasında şekerin metabolize edilme durumu farklıdır. Son olarak genetik arka plan bireysel hassasiyete etki eden diğer bir faktör olarak söylenebilir. Bazı insanların yatmadan önce kahve içince uykusunun kaçmaması veya Asyalıların alkole karşı daha hassas olması gibi durumlar genetik faktörler ile açıklanabilmektedir[5].

Sonuç olarak; toksikoloji insanları ve çevreyi etkileyen kimyasal maddelerin zararsızlık limitlerini belirleyen bilim dalıdır. Bu limitler belirlenirken göz önünde bulundurulan en önemli şeylerden biri kimyasala maruz kalma dozdur. Her madde yeterli miktarda tüketildiğinde zehir etkisi gösterebilmektedir. İlgili dozun belirlenmesinde, maddeye maruz kalınan yol ve bireylerin sahip olduğu yaş, cinsiyet, genel sağlık gibi faktörler göz önünde bulundurulmaktadır. Temel toksikoloji prensipleri birbiri ile yakından ilişkili olan birçok farklı faktöre bağlıdır. Kimyasalların kullanımında yararlanılan en büyük faktörlerden biri bu birbiri içerisine geçmiş kavramların yardımıyla elde edilen bilimsel verilerdir.

Sözlük
*Maruziyet: (Exposure) Belirli bir süre boyunca belirli bir frekansta hedef organizmaya, sisteme veya (alt) popülasyona ulaşan belirli bir ajanın konsantrasyonu veya miktarı olarak tanımlanır[17].
*Katkı Maddesi: Gıda ürünlerine -genellikle- miligram düzeyinde eklenen doğal, yarı sentetik veya sentetik maddeler ya da biyoteknolojik ürünlerdir. Gıdanın işlenmesi, paketlenmesi, taşınması, depolanması veya raf ömrünün uzatılması, tatlandırılması, tadının iyileştirilmesi, renginin korunması, kıvamının ayarlanması gibi teknolojik amaçlarla kullanılmaktadır. Gıda katkı maddelerinin güvenli dozları, Kabul Edilebilir Günlük Alım Miktarı (Acceptable Daily Intake; ADI) üzerinden hesaplanır. ADI, bir bireyin bütün hayatı boyunca her gün düzenli olarak tükettiğinde herhangi bir sağlık sorunu yaşamayacağı miktar olarak tanımlanır. Birimi günde bireyin vücut ağırlığının kilogramına karşılık mg olarak ifade edilir(mg/kg vücut ağırlığı/ gün)[18].
*İşlenmiş Et Ürünlerinde Bulunan Koruyucu Madde: En öldürücü zehir olan botulinum toksininin oluşturan Clostridium botulinum bakterisinin gelişmesini engellemek amaçlı sodyum klorür, sodyum nitrat ve sodyum nitrit eklenmesiyle ürünlerin tüketiciye ulaşıncaya dek raf ömrünü korumasına yardımcı olan koruyuculardır. Nitrat vücuda girdikten sonra nitrite, nitrit ise karsinojenik etkileri olan nitrozaminlere dönüşmektedir. Fakat insanların günlük aldığı nitratın %5 kadarı işlenmiş et ürünlerinde konulan nitrat kaynaklıdır. Vücuda alınan nitratın %90’ı yaprak ve kök sebzeler gibi bitkisel kaynaklardan gelmektedir[19].
*Gastrointestinal Sistem: Gıdaların yutulduğunda, sindirildiğinde, emildiğinde içinden geçtiği ve dışkı olarak vücudu terk ettiği organların oluşturduğu sistemdir. Bu organlar arasında ağız, yutak (boğaz), yemek borusu, mide, ince bağırsak, kalın bağırsak, rektum ve anüs bulunur. Gastrointestinal sistem, sindirim sisteminin bir parçasıdır[20].
*Akut Maruziyet: Akut maruziyet genellikle tek bir doz veya 24 saatlik bir süre içinde alınan bir dizi dozdur. Akut maruziyet durumlarında ölüm büyük bir endişe kaynağı olarak değerlendirilir[21].
*Sub-Kronik Maruziyet: Subkronik toksisite, birkaç hafta veya ay boyunca tekrarlanan maruziyetten kaynaklanır. Bazı ilaçlar ve çevresel ajanlar için yaygın bir maruziyet modelidir[21].
*Kronik Maruziyet: Tekrarlanan maruziyetler veya uzun süreli sürekli maruz kalma ile bu tür maruziyetten kaynaklanan hasar, kronik toksisite eşiğini aşana kadar yavaşça artar (kümülatif hasar). Kronik toksisitenin oluşabilmesi için birkaç aydan daha uzun genellikle yılları kapsayan bir zaman diliminde akut ve subkronik toksisite göstermeyecek dozda maruz kalınması sonucu ortaya çıkar[21].
*Metabolize Etmek: Metabolizma veya metabolik dönüşümler, biyotransformasyon süreci için sıklıkla kullanılan terimlerdir. Biyotransformasyon ise bir maddenin vücut içindeki bir kimyasal reaksiyonla bir kimyasaldan diğerine değiştiği (dönüştürüldüğü) süreçtir. Biyotransformasyon yaşamın devamı için hayati önem taşır çünkü emilen besinleri (gıda, oksijen vb.) normal vücut fonksiyonları için gerekli maddelere dönüştürür. Örnek olarak bir ilacın etkisi genellikle ilacın kendisi değil, ilacın metabolitidir. Ayrıca biyotransformasyon, toksik yabancı maddeleri ve vücut atıklarını vücuttan atılabilecek daha az zararlı maddelere dönüştürmesi sebebiyle önemli bir savunma mekanizması olarak görev yapar[22].
*Metalik Cıva: Cıva, elemental (metalik), inorganik (mesleki sebeplerle insanların maruz kalabileceği) ve organik (yiyecekler ile vücuda alınabilen) gibi birçok formda bulunabilmektedir. Her bir formun toksisite derecesi; sinir, sindirim ve bağışıklık sistemi üzerindeki etkileri farklılık göstermektedir[23].
*Alerjik Reaksiyon: Alerjiler, vücudun bağışıklık sisteminin polen veya belirli yiyecekler gibi çoğu insanda genellikle zararsız olan yabancı maddelere (alerjenler) aşırı tepki vermesi sonucu ortaya çıkar. Alerjik reaksiyonlar en sık ciltte, solunum yollarında ve mukoza zarında meydana gelir. Semptomlar genellikle alerjenle temastan hemen sonra başlar, ancak bunların ortaya çıkması da birkaç saat veya gün sürebilir[24].

Kaynakça
[1] Karakaya, A. E. (2019). Kimyasaldan Gıdaya Doz ve Risk. (ss. 21). The Kitap Yayıncılık
[2] Klaassen, C. D. (2019). Casarett and Doull's toxicology: The basic science of poisons. In Casarett and Doull's toxicology: The basic science of poisons (7th ed., pp. 3-9). New York: McGraw-Hill Education. doi:10.1036/0071470514
[3] Still, K. R., Watson, K. D., & Wexler, P. (2020). History of toxicology. In Information Resources in Toxicology (pp. 11-32). Academic Press
[4] Hayes, A. N., & Gilbert, S. G. (2009). Historical milestones and discoveries that shaped the toxicology sciences. Molecular, Clinical and Environmental Toxicology, 25-26, doi:10.1007/978-3-7643-8336-7_1.
[5] Gilbert, S. G. (2004). A small dose of toxicology: The health effects of common chemicals. In Chapter 2 of Third Edition of A Small Dose of Toxicology - The Health Effects of Common Chemicals (pp. 24-47). Boca Raton: CRC Press.
[6] Wacker, M., & Holick, M. F. (2013). Sunlight and Vitamin D: A global perspective for health. Dermato-endocrinology, 5(1), 51–108. https://doi.org/10.4161/derm.24494
[7] Denaro, C. P., Brown, C. R., Wilson, M., Jacob, P., 3rd, & Benowitz, N. L. (1990). Dose-dependency of caffeine metabolism with repeated dosing. Clinical pharmacology and therapeutics, 48(3), 277–285. https://doi.org/10.1038/clpt.1990.150.
[8] Bruckner J. V. (2000). Differences in sensitivity of children and adults to chemical toxicity: the NAS panel report. Regulatory toxicology and pharmacology : RTP, 31(3), 280–285. https://doi.org/10.1006/rtph.2000.1393.
[9] World Health Organization, Coronavirus disease (COVID-19) advice for the public, https://www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019/advice-for-public.
[10] Centers for Disease Control and Prevention (2021) Guidance for Organizing Large Events and Gatherings, https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/community/large-events/considerations-for-events-gatherings.html.
[11] American Chemical Society, Hazard Versus Risk, https://www.acs.org/content/acs/en/chemical-safety/basics/hazard-vs-risk.html
[12] Bradley, L. J. N. (2017). Coal ash in context. Coal Combustion Products (CCP’s), 423. doi:10.1016/b978-0-08-100945-1.00018-6.
[13] Timbrell, J. A. (2001). Introduction to toxicology. In Introduction to toxicology (pp. 21-27). CRC Press.
[14] Bernhoft, R. A. (2012). Mercury Toxicity and Treatment: A Review of the Literature. Journal of Environmental and Public Health, 2012, 2–3. doi:10.1155/2012/460508.
[15] Grandjean P. (1992). Individual susceptibility to toxicity. Toxicology letters, 64-65 Spec No, 43–51. https://doi.org/10.1016/0378-4274(92)90171-f.
[16] Hines, R. N., et. al. (2010). Approaches for assessing risks to sensitive populations: lessons learned from evaluating risks in the pediatric population. Toxicological sciences : an official journal of the Society of Toxicology, 113(1), 4–26. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfp217.
[17] WHO/IPCS (World Health Organization, International Programme of Chemical Safety) (2004) IPCS Risk assessment terminology. Part 2. IPCS Glossary of key exposure assessment terminology. IPCS harmonization project document Nr. 1, Geneva, pp.12
[18] Blekas, G. A. (2016). Food Additives: Classification, Uses and Regulation. Encyclopedia of Food and Health, 731-732. doi:10.1016/b978-0-12-384947-2.00304-4.
[19] EFSA (2008). Nitrate in vegetables - Scientific Opinion of the Panel on Contaminants in the Food chain. EFSA Journal, 6(6), 689, 77-79. doi:10.2903/j.efsa.2008.689 .
[20] NCI Dictionary of Cancer Terms, https://www.cancer.gov/publications/dictionaries/cancer-terms/def/gastrointestinal-tract
[21] Toxtutor, Systemic Toxic Effects, https://toxtutor.nlm.nih.gov/03-003.html#Two
[22] Toxtutor, Introduction to Biotransformation, https://toxtutor.nlm.nih.gov/12-001.html
[23] Ye, B. J., et al. (2016). Evaluation of mercury exposure level, clinical diagnosis and treatment for mercury intoxication. Annals of occupational and environmental medicine, 28, 5. https://doi.org/10.1186/s40557-015-0086-8
[24] Galli, S. J., Tsai, M., & Piliponsky, A. M. (2008). The development of allergic inflammation. Nature, 454(7203), 445–454. https://doi.org/10.1038/nature07204