Μέση θανατηφόρος δόση

Στην τοξικολογία, η μέση θανατηφόρος δόση LD₅₀ (συντομογραφία για θανατηφόρα δόση, 50%") (θανατηφόρα συγκέντρωση, 50%), LC₅₀ (θανατηφόρος συγκέντρωση, 50%) ή LCt₅₀ είναι μια τοξική μονάδα που μετρά τη θανατηφόρα δόση μιας δεδομένης ουσίας. Οι αριθμοί LD₅₀ χρησιμοποιούνται συχνά ως ένας γενικός δείκτης οξείας τοξικότητας μιας ουσίας. Μια χαμηλή τιμή LD₅₀ είναι ένδειξη αυξημένης τοξικότητας.

Η δοκιμή δημιουργήθηκε από τον Τζων Γουίλιαμ Τρέβαν το 1927.^[1] Ο όρος ημιθανατηφόρος δόση χρησιμοποιείται κάποιες φορές με το ίδιο νόημα, αν και κάποιες φορές συγχέεται με τον όρο υποθανατηφόρος δόση. Το LD₅₀ καθορίζεται συνήθως από πειράματα σε ζώα όπως τα εργαστηριακά ποντίκια. Το 2011 η Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (Food and Drug Administration) ενέκρινε εναλλακτικές μεθόδους προς το LD₅₀ για τον έλεγχο του καλλυντικού φαρμάκου BOTOX (Αλλαντική τοξίνη) χωρίς πειράματα σε ζώα.^[2][3]

Συμβάσεις

Το LD₅₀ εκφράζεται συνήθως ως η μάζα της ουσίας που χορηγήθηκε ανά μονάδα μάζας του υποκειμένου του πειράματος, συνήθως ως χιλιοστογραμμάρια ουσίας ανά χιλιόγραμμο σωματικής μάζας, αλλά δηλώνεται ως νανογραμμάρια (κατάλληλα για αλλαντίαση), μικρογραμμάρια, χιλιοστογραμμάρια, ή γραμμάρια (κατάλληλα για παρακεταμόλη) ανά χιλιόγραμμο. Η δήλωση κατ' αυτόν τον τρόπο επιτρέπει στη σχετική τοξικότητα διαφορετικών ουσιών να συγκριθεί και κανονικοποιεί τη διακύμανση στο μέγεθος των εκτιθέμενων ζώων (αν και η τοξικότητα δεν κλιμακώνεται πάντα ανάλογα με τη σωματική μάζα).

Η επιλογή της κατά 50% θνησιμότητας ως σημείο αναφοράς αποφεύγει τη δυνατότητα ασάφειας κατά τη μέτρηση στα όρια και μειώνει τον αριθμό των απαιτούμενων πειραμάτων. Όμως, αυτό σημαίνει επίσης, ότι το LD₅₀ δεν είναι η θανατηφόρος δόση για όλα τα άτομα· αρκετά άτομα μπορεί να σκοτωθούν με πολύ λιγότερο, ενώ άλλα επιβιώνουν με δόσεις πολύ μεγαλύτερες από το LD₅₀. Μετρήσεις όπως οι "LD₁" και "LD₉₉" (η απαιτούμενη δόση για να σκοτώσει το 1% ή το 99%, αντίστοιχα, του ελεγχόμενου πληθυσμού) χρησιμοποιούνται ενίοτε για ειδικούς σκοπούς.^[4]

Η θανατηφόρος δόση διαφέρει συχνά ανάλογα με τη μέθοδο της Υπηρεσίας Φαρμάκων· παραδείγματος χάρη, πολλές ουσίες είναι λιγότερο τοξικές όταν χορηγούνται από το στόμα, παρά όταν χορηγούνται ενδοφλέβια. Για αυτόν τον λόγο, οι αριθμοί LD₅₀ επεξηγούνται συχνά με τον τρόπο χορήγησης, π.χ., "LD₅₀ i.v."

Οι σχετικές τιμές LD₅₀/30 ή LD₅₀/60 χρησιμοποιούνται για να αναφερθούν σε μια δόση που χωρίς θεραπεία θα είναι θανάσιμη στο 50% του πληθυσμού μέσα σε (αντίστοιχα) 30 ή 60 ημέρες. Αυτές οι μετρήσεις χρησιμοποιούνται πιο συχνά στην Ακτινοφυσική, επειδή επιβίωση για περισσότερες από 60 ημέρες καταλήγει συνήθως σε ανάκαμψη.

Μια συγκρίσιμη μέτρηση είναι η LCt₅₀, που συσχετίζει τη θανατηφόρα δόση από έκθεση, όπου C είναι η συγκέντρωση και t ο χρόνος. Εκφράζεται συχνά ως mg-min/m³. Η LCt₅₀ είναι η δόση που θα προκαλέσει ανικανότητα παρά θάνατο. Αυτές οι μετρήσεις χρησιμοποιούνται συνήθως για να δείξουν μια συγκρίσιμη αποτελεσματικότητα των παραγόντων χημικού πολέμου και οι δόσεις συνήθως εκφράζονται από ρυθμούς αναπνοής (π.χ., ανάπαυση = 10 l/min) για εισπνοή, ή βαθμό ιματισμού για διείσδυση του δέρματος. Η έννοια του Ct πρωτοπροτάθηκε από τον Φριτς Χάμπερ (Fritz Haber) και αναφέρεται κάποιες φορές ως νόμος του Χάμπερ, που θεωρεί ότι η έκθεση για 1 λεπτό των 100 mg/m³ είναι ισοδύναμη με 10 λεπτά των 10 mg/m³ (1 × 100 = 100, όπως και το 10 × 10 = 100).

Κάποιες χημικές ουσίες, όπως το υδροκυάνιο, αποτοξινώνονται γρήγορα από το ανθρώπινο σώμα και δεν ακολουθούν τον νόμο Του Χάμπερ. Έτσι, σε αυτές τις περιπτώσεις, η θανατηφόρος συγκέντρωση μπορεί να δοθεί απλώς ως LC₅₀ και προσδιορίζονται από τη διάρκεια της έκθεσης (π.χ., 10 λεπτά). Τα Δελτία Δεδομένων Ασφάλειας Υλικού (Material Safety Data Sheet) για τοξικές ουσίες χρησιμοποιούν συχνά αυτή τη μορφή ορολογίας ακόμα κι αν η ουσία ακολουθεί τον νόμο του Χάμπερ.

Για παθογόνους οργανισμούς, υπάρχει επίσης μια μέτρηση γνωστή ως η μέση μολυσματική δόση. Η μέση μολυσματική δόση (ID₅₀) είναι ο αριθμός των οργανισμών που δέχτηκε ένα άτομο ή πειραματόζωο που προσδιορίζεται από την οδό της χορήγησης (π.χ., 1.200 οργανισμοί/άνθρωπο (org/man) από το στόμα). Λόγω των δυσκολιών στη μέτρηση των πραγματικών οργανισμών σε μια δόση, οι μολυσματικές δόσεις μπορεί να εκφράζονται με όρους βιολογικής ανάλυσης, όπως ο αριθμός των LD₅₀ σε κάποια πειραματόζωα. Στον βιολογικό πόλεμο ως μολυσματική δοσολογία λαμβάνεται ο αριθμός των μολυσματικών δόσεων ανά λεπτό για ένα κυβικό μέτρο (π.χ., ICt₅₀ είναι 100 μεσαίες δόσεις - min/m³).

Περιορισμοί

Ως μέτρο τοξικότητας, το LD₅₀ είναι κάπως αναξιόπιστο και τα αποτελέσματα μπορεί να διαφέρουν πολύ μεταξύ μεταξύ διαφορετικών πειραμάτων λόγω παραγόντων όπως γενετικά χαρακτηριστικά του πληθυσμού του δείγματος, των ειδών των πειραματοζώων, περιβαλλοντικών παραγόντων και τρόπου χορήγησης.^[5]

Μπορεί να υπάρχει μια πλατιά μεταβλητότητα μεταξύ των ειδών επίσης· αυτό που μπορεί να είναι ασφαλές για τα ποντίκια μπορεί να είναι εξόχως τοξικό για τον άνθρωπο (δείτε παρακεταμόλη) και αντίστροφα. Παραδείγματος χάρη, η σοκολάτα, σχετικά αβλαβής για τον άνθρωπο, είναι γνωστό ότι είναι τοξική σε πολλά ζώα. Όταν γίνονται πειράματα με δηλητήριο από δηλητηριώδεις οργανισμούς, όπως στα φίδια, τα αποτελέσματα του LD₅₀ μπορεί να παραπλανητικά λόγω των φυσιολογικών διαφορών μεταξύ ποντικιών, αρουραίων και ανθρώπων. Πολλά δηλητηριώδη φίδια είναι εξειδικευμένοι θηρευτές για ποντίκια και το δηλητήριο τους μπορεί να προσαρμόζεται ιδιαίτερα για να αποδυναμώσουν τα ποντίκια· ενώ οι μαγκούστες μπορεί να είναι ιδιαίτερα ανθεκτικές. Αν και τα περισσότερα θηλαστικά έχουν μια πολλή παρόμοια φυσιολογία, τα αποτελέσματα του LD₅₀ μπορεί να έχουν ή να μην έχουν ίδια συμπεριφορά με κάθε θηλαστικό, όπως ο άνθρωπος, κλπ.

Παραδείγματα

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Η σύγκριση ουσιών (ειδικά φαρμάκων) μεταξύ τους με το LD₅₀ μπορεί να είναι παραπλανητική σε πολλές περιπτώσεις λόγω (μερικώς) των διαφορών στην ενεργό δόση (ED₅₀). Συνεπώς, είναι πιο χρήσιμη η σύγκριση τέτοιων ουσιών με τον θεραπευτικό δείκτη, που είναι απλώς ο λόγος του LD₅₀ προς τον ED₅₀.

Τα παρακάτω παραδείγματα αναφέρονται, με φθίνουσα σειρά, ως προς τις τιμές LD₅₀ και συνοδεύονται από τιμές LC₅₀, {μέσα σε άγκιστρα}, όταν ενδείκνυται.

Ουσία	Ζώο, Οδός	LD50 {LC50}	LD50 : g/kg {LC50 : g/L} τυποποιημένο	Παραπομπή
Νερό	επίμυς, στοματικά	>700490000000000000090,000 mg/kg	>90	[6]
Σακχαρόζη (επιτραπέζια ζάχαρη)	επίμυς, στοματικά	700429700000000000029,700 mg/kg	29.7	[7]
Γλουταμινικό μονονάτριο (MSG)	επίμυς, στοματικά	700416600000000000016,600 mg/kg	16.6	[8]
Βιταμίνη C (ασκορβικό οξύ)	επίμυς, στοματικά	700411900000000000011,900 mg/kg	11.9	[9]
Κυανουρικό οξύ	επίμυς, στοματικά	70037700000000000007,700 mg/kg	7.7	[10]
Θειούχο κάδμιο	επίμυς, στοματικά	70037080000000000007,080 mg/kg	7.08	[11]
Αιθανόλη	επίμυς, στοματικά	70037060000000000007,060 mg/kg	7.06	[12]
Ισοπροπυλομεθυλοφωσφονικό οξύ του νατρίου (IMPA, μεταβολίτης του σαρίν)	επίμυς, στοματικά	70036860000000000006,860 mg/kg	6.86	[13]
Μελαμίνη	επίμυς, στοματικά	70036000000000000006,000 mg/kg	6	[10]
Κυανουρική μελαμίνη	επίμυς, στοματικά	70034100000000000004,100 mg/kg	4.1	[10]
Μολυβδαινικό νάτριο	επίμυς, στοματικά	4,000 mg/kg	4	[14]
Χλωριούχο νάτριο	επίμυς, στοματικά	3,000 mg/kg	3	[15]
Παρακεταμόλη	επίμυς, στοματικά	1,944 mg/kg	1.944	[16]
Τετραϋδροκανναβινόλη (THC)	επίμυς, στοματικά	1,270 mg/kg	1.270	[17]
Μεταλλικό αρσενικό	επίμυς, στοματικά	763 mg/kg	0.763	[18]
ADBAC(Alkyl dimethyl benzalkonium chloride)	επίμυς, στοματικά ψάρι, εμβάπτιση υδρόβια ασπόνδυλα, εμβάπτιση	304.5 mg/kg {0.28 mg/L} {0.059 mg/L}	0.3045 {0.00028} {0.000059}	[19]
Κουμαρίνη (βενζοπυρόνη)	επίμυς, στοματικά	293 mg/kg	0.293	[20]
Ασπιρίνη (ακετυλοσαλικυλικό οξύ)	επίμυς, στοματικά	200 mg/kg	0.2	[21]
Καφεΐνη	επίμυς, στοματικά	192 mg/kg	0.192	[22]
Τριθειούχο αρσενικό	επίμυς, στοματικά	185–6,400 mg/kg	0.185	[23]
Νιτρώδες νάτριο	επίμυς, στοματικά	180 mg/kg	0.18	[24]
Διένυδρο οξικό ουρανύλιο	ποντίκι, στοματικά	136 mg/kg	0.136	[25]
Βισοπρολόλη	ποντίκι, στοματικά	100 mg/kg	0.1	[26]
Διχλωριούχο κοβάλτιο	επίμυς, στοματικά	80 mg/kg	0.08	[27]
Οξείδιο του καδμίου	επίμυς, στοματικά	72 mg/kg	0.072	[28]
Φθοριούχο Νάτριο	επίμυς, στοματικά	52 mg/kg	0.052	[29]
Πενταβοράνιο	άνθρωπος, στοματικά	<50 mg/kg	<0.05	[30]
Καψαϊκίνη	ποντίκι, στοματικά	47.2 mg/kg	0.0472	[31]
Χλωριούχος υδράργυρος(II)	επίμυς, δερματικά	41 mg/kg	0.041	[32]
Διαιθυλαμίδιο του λυσεργικού οξέος (LSD)	επίμυς, ενδοφλέβια	16.5 mg/kg	0.0165	[33]
Τριοξείδιο του αρσενικού	επίμυς, στοματικά	14 mg/kg	0.014	[34]
Μεταλλικό αρσενικό	επίμυς, ενδοπεριτοναϊκά	13 mg/kg	0.013	[35]
Κυανιούχο νάτριο	επίμυς, στοματικά	6.4 mg/kg	0.0064	[36]
Λευκός φωσφόρος	επίμυς, στοματικά	3.03 mg/kg	0.00303	[37]
Στρυχνίνη	άνθρωπος, στοματικά	1–2 mg/kg (εκτιμώμενο)	0.001	[38]
Νικοτίνη	άνθρωπος, στοματικά	0.5-1.0 mg/kg (εκτιμώμενο)	0.0005-0.001	[39]
Κανθαριδίνη	άνθρωπος, στοματικά	0.5 mg/kg	0.0005
Αφλατοξίνη B1 (από Aspergillus flavus)	επίμυς, στοματικά	0.48 mg/kg	0.00048	[40]
Δηλητήριο της βραζιλιάνικης περιπλανώμενης αράχνης	επίμυς, υποδόρια	7002134000000000000134 µg/kg	0.000134	[41]
Δηλητήριο του ταϊπάν της ενδοχώρας (Αυστραλιανό φίδι)	επίμυς, υποδόρια	700125000000000000025 µg/kg	0.000025	[42]
Ρικίνη	επίμυς, ενδοπεριτοναϊκά rat, oral	700122000000000000022 μg/kg 20–30 mg/kg	0.000022 0.02	[43]
2,3,7,8-Τετραχλωροδιβενζοδιοξίνη (TCDD, μια διοξίνη)	επίμυς, στοματικά	700020000000000000020 µg/kg	0.00002	[44]
Σαρίν	ποντίκι, υποδόρια εισαγωγή	700317230000000000017.23 µg/kg (εκτιμώμενο)	0.0000172	[45]
VX (νευρικός παράγοντας)	άνθρωπος, στοματικά, εισπνοή, απορρόφηση μέσω δέρματος/ματιών	70012300000000000002.3 µg/kg (εκτιμώμενο)	0.0000023	[46]
Βατραχοτοξίνη	άνθρωπος, υποδόρια έγχυση	70002000000000000002-7 µg/kg (εκτιμώμενο)	0.000002	[47]
Maitotoxin	ποντίκι, ενδοπεριτοναϊκά	70011300000000000000.13 µg/kg	0.00000013	[48]
Πολώνιο-210	άνθρωπος, εισπνοή	700010000000000000010 ng/kg (εκτιμώμενο)	0.00000001	[49]
Αλλαντική τοξίνη (Botulinum toxin) (Botox)	άνθρωπος, στοματικά, έγχυση, εισπνοή	70001000000000000001 ng/kg (εκτιμώμενο)	0.000000001	[50]
Ιονίζουσα ακτινοβολία	άνθρωπος, ακτινοβολία	6 Gy

Προβληματισμοί για τα δικαιώματα των ζώων

Οι ομάδες δικαιωμάτων και ευημερίας των ζώων, όπως η "Διεθνής ένωση δικαιωμάτων των ζώων",^[51] έχουν εκστρατεύσει κατά των πειραμάτων σε ζώα για το LD₅₀, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις που κάποιες ουσίες προκαλούν με αργό και επώδυνο τρόπο τον θάνατο των ζώων. Αρκετές χώρες, συμπεριλαμβανομένου του Ηνωμένου Βασιλείου, έχει κάνει βήματα για κατάργηση της στοματικής LD₅₀ και ο Οργανισμός Οικονομικής Συνεργασίας και Ανάπτυξης (OECD) κατάργησε την απαίτηση για στοματικά πειράματα το 2001.