نمط الفعل السام
نمط الفعل السام هو مجموعة شائعة من العلامات الفسيولوجية والسلوكية التي تميز نوعًا من الاستجابة البيولوجية الضارة.[1] لا ينبغي الخلط بين نمط الفعل وآلية العمل، والتي تشير إلى العمليات البيوكيميائية التي تكمن وراء نمط فعل معين.
تعد أنماط الفعل السام أدوات مهمة تُستخدم كثيرا في علم السموم البيئية وعلم السموم المائية لأنها تصنف السموم أو الملوثات وفقًا لنوع عملها السام.[2]
هناك نوعان رئيسيان من أنماط الفمل السام: السموم ذات التأثير غير النوعي والسموم ذات التأثير النوعي. السموم ذات التأثير غير النوعي هي تلك التي تسبب التخدير، بينما السموم ذات التأثير النوعي هي تلك التي لا تسبب التخدير وتنتج فعلًا محددًا في موقع مستهدف محدد.
أنواع نمط الفعل السام
غير محددة
تؤدي أنماط الفعل السامة غير النوعية إلى التخدير، وبالتالي، فإن التخدير هو نمط من أنماط الفعل السام. يُعرَّف التخدير بأنه انخفاض عام في النشاط البيولوجي بسبب وجود جزيئات سامة في الكائن الحي.
لا يزال موقع الهدف وآلية الفعل السام الذي يؤثر من خلاله التخدير على الكائنات الحية غير واضحين، ولكن هناك فرضيات تدعم حدوثه من خلال تغيرات في أغشية الخلايا في مواقع محددة من هذه الأغشية، مثل الطبقات الدهنية أو البروتينات المرتبطة بالأغشية.[1]
يمكن أن يكون التخدير عكسيًا إذا توقف التعرض للسم، مع مراعاة أن التعرض المستمر لسموم التخدير يمكن أن يؤدي إلى الموت.
محددة
للسموم التي تعدل أو تثبط بعض العمليات البيولوجية عند تركيزات منخفضة عن طريق الارتباط بموقع أو جزيء محدد، نمط فعل سام نوعي.[1] ومع ذلك، يمكن للسموم ذات أنماط العمل السام النوعي بتركيزات عالية كافية أن تسبب تخديرًا قد يكون أو لا يكون عكسيًا. ومع ذلك، فإن التأثير النوعي للسم يظهر دائمًا أولاً لأنه يتطلب تركيزات أقل.
هناك العديد من أنماط العمل السام النوعية، ومنها:
- فك ارتباط الفسفرة التأكسدية: يشتمل هذا النمط على السموم التي تفك ارتباط العمليتين اللتين تحدثان في الفسفرة التأكسدية: نقل الإلكترونات وإنتاج ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP).
- مثبطات أستيل كولين إستراز: أستيل كولين إستراز هو إنزيم مرتبط بالمشابك العصبية، وهو مصمم لتنظيم النبضات العصبية عن طريق تكسير الناقل العصبي أستيل كولين (ACh). عندما ترتبط السموم بإنزيم أستيل كولين إستراز، فإنها تثبط تكسير الأستيل كولين. يؤدي هذا إلى استمرار النبضات العصبية عبر المشابك العصبية، مما يتسبب في النهاية في تلف الجهاز العصبي. من الأمثلة على مثبطات أستيل كولين إستراز الأورغانوفوسفاتات والكربامات، وهي مكونات موجودة في المبيدات الحشرية.
- المهيجات: هي مواد كيميائية تسبب تأثيرًا التهابيًا في الأنسجة الحية من خلال فعل كيميائي في موقع التلامس. التأثير الناتج عن المهيجات هو زيادة في حجم الخلايا بسبب تغيير في الحجم (التضخم) أو زيادة في عدد الخلايا (التضخم الخلوي). من الأمثلة على المهيجات البنزالدهيد والأكرولين وكبريتات الزنك والكلور.
- العوامل المسببة للنوبات في الجهاز العصبي المركزي: تثبط العوامل المسببة للنوبات في الجهاز العصبي المركزي الإشارات الخلوية من خلال العمل كخصوم مستقبلات. ينتج عنها تثبيط الاستجابات البيولوجية. من الأمثلة على العوامل المسببة للنوبات في الجهاز العصبي المركزي المبيدات الحشرية العضوية الكلورية.
- حاصرات الجهاز التنفسي: هي سموم تؤثر على التنفس عن طريق التدخل في سلسلة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا. من الأمثلة على حاصرات الجهاز التنفسي روتينون والسيانيد.
تحديد نمط الفعل السام
أجرى باحثون من وكالة حماية البيئة الأمريكية العديد من الأبحاث لتحديد الأنماط الرئيسية للفعل السام في مختبر دولوث باستخدام الأسماك[1][3][4][5] وهي السبب في إطلاق اسم متلازمات السمية الحادة للأسماك (FATS) على هذه الفئات. كما اقترحوه من خلال تقييم الاستجابات السلوكية والفسيولوجية للأسماك عند إخضاعها لاختبارات السمية، مثل الأنشطة الحركية ولون الجسم وأنماط التهوية ومعدل السعال ومعدل ضربات القلب وغيرها.[2]
قدّر الباحثون أنه يمكن تقدير أنماط العمل السام عن طريق تطوير مجموعة بيانات من البقايا الجسمية الحرجة (CBR). وهي تركيز المادة الكيميائية في الجسم الكامل المرتبط باستجابة بيولوجية ضارة معينة، وتقدر باستخدام معامل تقسيم وعامل التركيز الحيوي.
البقايا الجسمية الكاملة هي تقريبات أولية معقولة لكمية المادة الكيميائية الموجودة في موقع(أ مواقع) الفعل السام.[3] يمكن بعد ذلك تقسيم أنماط الفعل السام إلى فئات نظرًا لأن أنماط الفعل السام المختلفة مرتبطة عمومًا بمديات مختلفة من البقايا الجسمية.
ومع ذلك، فإنه غير المحتمل أن يكون لكل مادة كيميائية نفس نمط الفعل السام على كل كائن حي، لذلك يجب مراعاة هذا الاختلاف.[3]
كما يجب أيضًا مراعاة آثار سمية الخليط، على الرغم من أن سمية الخليط عادةً ما تكون مضافة، فقد تساهم المواد الكيميائية ذات أكثر من نمط فعل سام في السمية.[4]
أصبحت النمذجة أداة شائعة الاستخدام للتنبؤ بأنماط الفعل السام في العقد الماضي. تستند النماذج إلى العلاقة الكمية بين البنية والفعالية (QSARs)، وهي نماذج رياضية تربط النشاط البيولوجي للجزيئات ببنياتها الكيميائية وخصائصها الكيميائية والفيزيائية المقابلة.[1]
يمكن لـ علاقات الكمية-النشاط بعد ذلك التنبؤ بأنماط الفعل السام للمركبات غير المعروفة من خلال مقارنة ملف سميتها المميز وبنيتها الكيميائية بالمركبات المرجعية ذات ملفات السمية والتركيبات الكيميائية المعروفة.[2]
يعتبر روسوم وزملاؤه[6] من بين أولى مجموعات الباحثين القادرين على تصنيف أنماط الفعل السام باستخدام العلاقة الكمية بين البنية والفعالية؛ وصنفوا 600 مادة كيميائية على أنها مواد مخدرة.
على الرغم من أن علاقات الكمية-النشاط هي أداة مفيدة للتنبؤ بأنماط الفعل السام، إلا أن المواد الكيميائية التي لها أنماط فعل سام متعددة يمكنها إخفاء تحليلات علاقاتها. لذلك، تطور هذه النماذج باستمرار.
تطبيقات نمط الفعل السام
تقييم المخاطر البيئية
يواصل الباحثون تطوير نماذج العلاقة الكمية بين البنية والفعالية يهدف تقييم المخاطر البيئية إلى حماية البيئة من الآثار الضارة.[2] مع الهدف النهائي لتوفير نظرة واضحة حول نمط الفعل السام، وحول ما هو موقع الهدف الفعلي، وتركيز المادة الكيميائية في موقع الهدف هذا، والتفاعل الذي يحدث في موقع الهدف،[2] وكذلك للتنبؤ بأنماط العمل السام في المخاليط.
تعتبر المعلومات حول نمط العمل السام أمرًا بالغ الأهمية ليس فقط لفهم التأثيرات السامة المشتركة والتفاعلات المحتملة بين المواد الكيميائية في المخاليط، ولكن أيضًا لتطوير الاختبارات لتقييم المخاليط المعقدة في الميدان.
التنظيم
يمكن أن يكون الجمع بين الاستجابات السلوكية والفسيولوجية وتقديرات البقايا الجسمية الحرجة ونماذج العلاقة الكمية بين البنية والفعالية والتراكم الحيوي أداة تنظيمية قوية للتعامل مع التلوث والسمية في المناطق التي تصرف فيها المخلفات.[3]
المراجع
- ↑ 1٫0 1٫1 1٫2 1٫3 1٫4 Rand G (1995). Fundamentals of Aquatic Toxicology: Effects, Environmental Fate, and Risk Assessment. Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN:1-56032-091-5.
- ↑ 2٫0 2٫1 2٫2 2٫3 2٫4 Escher BI، Hermens JL (أكتوبر 2002). "Modes of action in ecotoxicology: their role in body burdens, species sensitivity, QSARs, and mixture effects". Environ. Sci. Technol. ج. 36 ع. 20: 4201–17. Bibcode:2002EnST...36.4201E. DOI:10.1021/es015848h. PMID:12387389.
- ↑ 3٫0 3٫1 3٫2 3٫3 McCarty LS، McCarty D (1993). "Enhancing ecotoxicological modeling and assessment: body residues and modes of toxic action". Environmental Science & Technology. ج. 27 ع. 9: 1719–1728. Bibcode:1993EnST...27.1718M. DOI:10.1021/es00046a001.
- ↑ 4٫0 4٫1 Escher BI، Ashauer R، Dyer S، Hermens JL، Lee JH، Leslie HA، Mayer P، Meador JP، Warne MS (يناير 2011). "Crucial role of mechanisms and modes of toxic action for understanding tissue residue toxicity and internal effect concentrations of organic chemicals". Integr Environ Assess Manag. ج. 7 ع. 1: 28–49. DOI:10.1002/ieam.100. PMID:21184568.
- ↑ McKim JM، Schmieder PK، Carlson RW، Hunt EP (1987). "Use of respiratory-cardiovascular responses of rainbow trout (Salmo gairdneri) in identifying acute toxicity syndromes in fish: Part 1. Pentachlorophenol, 2,4-dinitrophenol, tricaine methanesulfonate and 1-octanol". Environmental Toxicology and Chemistry. ج. 6 ع. 4: 295–312. DOI:10.1002/etc.5620060407.
- ↑ Russom CL، Bradbury SP، Broderius SJ، Hammermeister DE، Drummond RA (1997). "Predicting modes of toxic action from chemical structure: acute toxicity in the fathead minnow (Pimephales promelas)". Environmental Toxicology and Chemistry. ج. 16 ع. 5: 948–967. DOI:10.1002/etc.5620160514.