La toxicidad aguda se puede definir como: los efectos adversos que se producen dentro de un corto plazo (hasta 14 días) después de la administración de una sola dosis (o exposición a una determinada concentración) de una sustancia de prueba o después de dosis múltiples (exposiciones), generalmente en un lapso de 24 horas. La vía más común es la oral, pero este efecto también se puede estudiar mediante la absorción a través de la piel o por inhalación.

Por lo general, se cuantifica al medir la concentración o dosis letal media (DL₅₀ o CL₅₀), es decir, la dosis o concentración derivada estadísticamente de un producto químico capaz de matar al 50% de los organismos de una determinada población en condiciones definidas.

Las especies más estudiadas son las ratas y los ratones, aunque a veces se usan otras especies como conejos y perros. En estos estudios además de la estimación de la dosis o concentración letal media también se consideran otros aspectos como los órganos diana (en los cuales se manifiesta la toxicidad), los efectos clínicos de la toxicidad y si la respuesta tóxica es o no reversible. Sin embargo, su principal utilidad quizás sea orientar el rango de concentración tóxica de la sustancia para otros estudios.

Las sustancias consideradas irritantes de la piel causan una inflamación significativa que puede persistir al menos durante 24 horas después de un período de exposición de hasta 4 horas, período comúnmente determinado en los estudios con conejos. La sustancia, líquido o sólido (0,5 mL o 0,5 g) normalmente se aplica en la piel con un parche de gasa que permanece en un área de 6 cm² durante 4 horas y el grado de irritación de la piel se "estima" en diferentes intervalos después de haber retirado el parche.

Para la prueba de irritación de los ojos, se introduce la sustancia en el ojo (0,1 mL o 100 mg) y se clasifica como irritante si se producen lesiones oculares significativas en un lapso de 72 horas después de la exposición y persisten durante al menos 24 horas.

La evidencia de una grave irritación en el sistema respiratorio generalmente se basa en la observación práctica en seres humanos y en pruebas con animales, que pueden incluir datos obtenidos en una prueba general de toxicidad, por ejemplo, los datos histopatológicos del sistema respiratorio.

Una sustancia se considera corrosiva cuando al aplicarse a la piel animal intacta y sana, destruye totalmente el tejido cutáneo al menos en un animal durante la prueba de irritación de la piel. Es probable que no se requieran pruebas si se puede predecir el resultado, por ejemplo, si se usa un ácido fuerte (pH £ 2) o sumamente alcalino (pH ³ 11,5).

Este término se aplica a los procesos de inmunización que hacen que los individuos se tornen hipersensibles a sustancias como el polen, caspa o sustancias químicas que desarrollan una alergia potencialmente dañina al estar expuestos a la sustancia sensibilizadora (alergeno).

Esta sensibilización puede surgir tanto por material inhalado como por contacto cutáneo.

La experiencia tanto con humanos como con animales puede servir para identificar una sustancia como un sensibilizador potencial. Por lo general, los experimentos con animales se realizan en tres etapas: una exposición por inducción, en la que se usa un nivel de no irritación de la sustancia de prueba; un período de inducción, usualmente de dos a tres semanas; y una exposición desafiante, nuevamente con una concentración no irritante de la sustancia de prueba. Luego, se puede evaluar el desarrollo de cualquier respuesta a esta última exposición.

La dosis repetida por un período prolongado de una sustancia, que probablemente no tenga ningún efecto si se tiene una única exposición, puede causar un grave trastorno funcional o cambio morfológico. Se realizan pruebas de toxicidad de dosis repetidas o subagudas que se prolongan por más de 14 ó 28 días para obtener información sobre la toxicidad de una sustancia química y para ayudar a establecer un régimen apropiado de dosis para un periodo mayor, subcrónico, se hacen pruebas que duran aproximadamente 10% de la vida del animal, por lo general 90 días. Aunque los estudios de toxicidad crónica o de largo plazo se prolongan a lo largo de la vida del animal de laboratorio (generalmente 2 años en la rata) y se consideran apropiados para sustancias como aditivos alimentarios con un potencial de uso en el ser humano; en la práctica, no se dispone de muchos estudios de este tipo por razones de costo.

En estos estudios, a los animales generalmente se les suministra la dosificación con su dieta, con tres niveles de la sustancia: una dosis alta cercana a la máxima dosis tolerable (MTD); una dosis baja que no produce efecto tóxico evidente y una dosis intermedia. La química clínica y la histopatología se realizan antes, durante y al final de la exposición.

Se dispone de varias pruebas tanto in vivo como in vitro para detectar la mutagénesis. En algunos casos las alteraciones genéticas pueden ser visibles a través de un microscopio. Otra técnica es el ensayo letal dominante que usa la incompatibilidad de algunas mutaciones con el desarrollo normal; las ratas machos expuestas a una dosis de una sustancia de prueba se aparean con ratas hembras no expuestas. Las hembras se matan antes del plazo y se determina el número de pérdidas de implantaciones muertas o pre-implantaciones en las hembras preñadas. Finalmente, una de las pruebas más usadas es el test de Ames. Esta es una prueba in vitro que usa cepas mutantes de la bacteria Salmonella typhimurium que no puede crecer en un medio deficiente de histidina. Después que el organismo ha sido tratado con un mutágeno, pueden haber mutaciones inversas que permiten que la bacteria crezca en el medio. La prueba también se puede realizar con una fracción microsomal del hígado de la rata ("S-9") para permitir la transformación metabólica de un precursor mutágeno a mutágeno activo.

Aunque los estudios epidemiológicos han sido la principal fuente de información sobre los carcinógenos humanos potenciales y presentan la ventaja de estudiar la especie de principal interés –el ser humano- muchas veces esos estudios presentan problemas porque la exposición está mal definida y porque hay variables de confusión que pueden distorsionar cualquier asociación estadística.

La ventaja de los estudios realizados con animales es que se realizan en condiciones de laboratorio mucho más controladas. Sin embargo, se llevan a cabo con especies diferentes al hombre, durante un período que cubre la vida del animal y con un nivel de dosis cercano a la máxima dosis tolerable (MTD) para maximizar la probabilidad de detectar cualquier carcinogenicidad.

La dosificación de animales con dosis casi tóxicas durante su vida, da lugar a una posible sobrecarga de largo plazo de sus mecanismos de destoxificación y reparación, y es una situación muy diferente a la humana en donde las dosis son mucho más bajas.

Aunque muchos carcinógenos son mutágenos y se consideran causantes de mutaciones que provocan cáncer (carcinógenos genotóxicos), otros no parecen ser mutágenos y actúan mediante mecanismos diferentes (carcinógenos no genotóxicos o epigenéticos).

Este término incluye la deficiencia de las funciones de reproducción masculinas y femeninas o la capacidad e inducción de efectos dañinos no transmisibles a la progenie.

Para examinar el peligro potencial de una sustancia sobre la reproducción se usan cuatro tipos de pruebas en animales:

Funcionamiento general de la fecundidad y reproducción

Teratogenicidad

Pruebas de toxicidad perinatal y posnatal

Estudio multigeneracional

Antes del apareamiento y durante el periodo de gestación y lactancia, se suministran dos o tres dosis diferentes de la sustancia de prueba a las ratas machos y hembras. Se compara el porcentaje de hembras preñadas, el número de mortinatos y crías vivas y el peso, crecimiento, supervivencia y estado general de la especie en las tres primeras semanas de vida comparados con los controles.

Las sustancias teratogénicas tienen el potencial de causar malformaciones o defectos estructurales en el embrión o feto.

Para detectar este efecto, los animales preñados (conejos y ratas o ratones) se exponen a una de las tres dosificaciones diarias durante la organogénesis en el feto. Los fetos se eliminan mediante una cesárea un día antes del tiempo previsto del parto y se examinan para detectar las anormalidades.

La sustancia de prueba se administra a las ratas al final de la gestación y durante el parto y lactancia, y se monitorea el peso al nacer, la supervivencia y el crecimiento durante las tres primeras semanas de vida.

Este tipo de prueba se lleva a cabo para determinar los efectos de las sustancias químicas en el sistema reproductivo.