NOÇÕES BÁSICAS DE TOXICOLOGIA

Transcrição

1 NOÇÕES BÁSICAS DE TOXICOLOGIA

2 Intoxicações mais freqüentes em animais domésticos de acordo com o grupo de agente tóxico. FONTE: Centro de Informações Toxicológicas do RS (CIT-RS).

3 História da Toxicologia

4 Todas as substâncias são venenos. Não existe nenhuma que não o seja. É a dose que diferencia o veneno do remédio. Paracelsus( )

5 FUNDAMENTOS DE TOXICOLOGIA A Toxicologia é a ciência que tem como objeto de estudo o efeito nocivo decorrente da interação entre um agente tóxico e um sistema biológico, com a finalidade de prevenir o aparecimento desse efeito.

6 A toxicologia apóia-se em três elementos básicos: a existência de uma substância (agente tóxico) capaz de interagir com um sistema biológico e produzir uma resposta; o sistema biológico com o qual o agente tóxico interage para produzir o efeito; a resposta (efeito) que deverá ser considerada nociva ao sistema biológico com o qual interage.

7 Áreas da Toxicologia Toxicologia de Alimentos Toxicologia Ambiental e Ecotoxicologia Toxicologia de Medicamentos Toxicologia Ocupacional Toxicologia Veterinária Toxicologia Clínica ou Médica Toxicologia Analítica Toxicologia Experimental

8 Conceitos Básicos Agente tóxico, toxicante ou xenobiótico É uma substância química ou agente físico capaz de causar dano a um sistema biológico, alterando seriamente uma função ou levando-o à morte, sob certas condições de exposição. Toxina Veneno Fármaco Droga Qualquer substância pode atuar como toxicante

9 Classificação dos toxicantes 1.estruturas químicas gerais: aminas aromáticas, hidrocarbonetos alifáticos, hidrocarbonetos aromáticos, metais, etc. 2.estado físico: 3.estabilidade ou reatividade química: explosivo, inflamável, oxidante, radioativo. 4.órgãos-alvo: rim, fígado, sistema nervoso central, sistema hematopoiético, outros. 5.ação tóxica: local ou sistêmica. 6.efeitos tóxicos: carcinogênicos, mutagênicos, neurotóxicos, nefrotóxicos, hepatotóxicos,. 7.usos: agrotóxicos, solventes, aditivos alimentares. 8.mecanismo de toxicidade: anticolinesterásico, metemoglobinizante, entre outros. 9.potencial de toxicidade: extremamente tóxicos, moderadamente tóxicos, levemente tóxicos, pouco tóxicos.

10 Toxicidade É a capacidade inerente a uma substância de produzir danos aos organismos vivos, ou seja, é a medida relativa do potencial tóxico da substância sob certas condições controladas de exposição. Risco e segurança Probabilidade estatística de que se produzam efeitos adversos ou danos por exposição a um agente tóxico, em virtude das propriedades inerentes ao mesmo, bem como das condições de exposição. Efeito tóxico, adverso ou deletério É uma alteração anormal, indesejável ou nociva decorrente da exposição a substâncias potencialmente tóxicas. Todo efeito tóxico é indesejável e nocivo, mas, nem todos os efeitos indesejáveis são tóxicos. Diferença: Efeitos colaterais e toxicidade

11 Alvo Sítio ou local do organismo que interage com o agente tóxico e apresenta a resposta biológica correspondente. Pode ser uma molécula (DNA, proteína, etc.), um receptor ou um órgão (fígado, rim, cérebro, etc...). Antídoto e antagonista São substâncias capazes de neutralizar ou reduzir os efeitos de uma substância potencialmente tóxica. O antídoto é a substância que se opõe ao efeito tóxico atuando sobre o toxicante, enquanto o antagonista impede o toxicante de se ligar a seu alvo. Intoxicação É o conjunto de efeitos nocivos representados por manifestações clínicas (sinais e sintomas) ou laboratoriais que revelam o desequilíbrio orgânico produzido pela interação entre o agente tóxico com o sistema biológico.

12 Fases da Intoxicação EXPOSIÇÃO fase de contato das superfícies externas ou internas do organismo com o toxicante. TOXICOCINÉTICA inclui processos envolvidos desde a disponibilidade química até a concentração do toxicante nos órgãos-alvo. TOXICODINÂMICA compreende os mecanismos de interação entre o toxicante e os sítios de ação no organismo. CLÍNICA fase em que há evidências de sinais e sintomas ou alterações detectáveis por provas diagnósticas que caracterizam os efeitos deletérios causados ao organismo.

13 Fases da Intoxicação EXPOSIÇÃO Dose ou Concentração Dose efetiva 50 (DE 50 ) Dose letal média (DL 50 ) Categoriadetoxidadeaguda DL 50 oralpararatos Extremamente tóxica Altamente tóxica Moderadamente tóxica Levemente tóxica Praticamente não tóxica < ou = 1mg/kg > 1 a 50 mg/kg > 50 a 500 mg/kg > 0,5 a 5 g/kg > 5 g/kg

14 Vias ou locais de exposição - Trato gastrointestinal (ingestão) - Pulmões (inalação) - Pele (tópica, percutânea, ou dérmica) - Outras vias parentais (que não envolvem o intestino) Sequência aproximada de eficiência decrescente: Intravenosa > inalação> intraperitoneal > subcutânea > intramuscular > intradérmica> oral > dérmica

15 Duração e freqüência da exposição INTOXICAÇÃO AGUDA a exposição é de curta duração e a absorção do agente tóxico é rápida. A dose administrada poderá ser única ou múltipla, num período que não ultrapasse 24 horas. INTOXICAÇÃO SOBRE-AGUDA; SUB-CRÔNICA exposições freqüentes ou repetidas num período de vários dias, semanas ou meses antes que os sintomas apareçam. INTOXICAÇÃO CRÔNICA quando exposições repetidas durante um longo período de tempo precisam ocorrer para se dar a intoxicação. Os sinais clínicos desta intoxicação se manifestam por dois mecanismos distintos: - acumulação do tóxico no organismo; - adição dos efeitos causados por exposições repetidas.

16 Fases da Intoxicação TOXICOCINÉTICA Absorção Distribuição Metabolismo Excreção Principais vias de absorção Trato gastrointestinal Pele Pulmões Intraperitoneal (i.p) Intramuscular (i.m.) Subcutânea (s.c) Intravenosa (i.v)

17 A movimentação do agente tóxico no organismo, desde a sua entrada até a sua eliminação, envolve a transposição de membranas celulares.

18 Fatores que influenciam o transporte das substâncias químicas pelas membranas. Fatores relacionados com a membrana Transporte passivo Difusão simples Filtração Transportes especializados Transporte ativo Difusão facilitada Endocitose

19 Representação esquemática de fármacos atravessando a membrana celular de uma célula epitelial do trato gastrintestinal.

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21 Fatores relacionados com a substância química Solubilidade Substâncias químicas lipossolúveis, apolares. Coeficiente de partição óleo/água clorpromazina = 79,7 ácido acetil salicílico = 11,7 paracetamol = 1,79 Grau de ionização ou de dissociação Forma não ionizada = atravessa mais facilmente Forma ionizada = não atravessa facilmente Tamanho e carga da partícula(molécula ou íon) Partículas hidrossolúveis menores que 8 Å Cátions = mais difícil Ânions = mais fácil

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23 ABSORÇÃO Vias de absorção Via oral, digestiva ou trato gastrintestinal (TGI) Uma vez no TGI, um agente tóxico poderá sofrer absorção desde a boca até o reto principalmente por difusão passiva; Algumas substâncias serão absorvidas por processos especiais. Fatores que interferem na absorção pelo TGI Estado de plenitude ou vacuidade gastrintestinal: Concentração enzimática e acidez: Motilidade intestinal: Efeito de primeira passagem pelo fígado:

24 A biotransformação de primeira passagem pode ocorrer com substâncias ingeridas por via oral.

25 Absorção transepidérmica Vias de absorção Via cutânea É o tipo de absorção cutânea mais freqüente, devido ao elevado número de células epidérmicas existente, embora não seja uma penetração muito fácil para os toxicantes. Limitada pelo estrato córneo. Absorção transfolicular Qualquer tipo de substância química, seja ela lipo ou hidrossolúvel, ionizada ou não, gás ou vapor, ácida ou básica, pode penetrar pelos folículos. Menos significativa que a transepidérmica.

26 Fatores que interferem na absorção cutânea Fatores relacionados ao organismo superfície corpórea: abrasão da pele: fluxo sangüíneo através da pele: queimaduras químicas e/ou térmicas: pilosidade: Fatores relacionados ao agente químico Fatores ligados à presença de outras substâncias na pele vasoconstritores: veículos: solventes orgânicos: Fatores ligados às condições de exposição tempo de exposição; temperatura do local de trabalho:

27 Vias de absorção Via respiratória, pulmonar ou inalatória Absorção de gases e vapores Pelas vias aéreas superiores (VAS) Pelos alvéolos Absorção de material particulado ou aerodispersóides

28 DISTRIBUIÇÃO Distribuição é o processo pelo qual uma substância reversivelmente abandona o leito vascular e entra no interstício (líquido extracelular) e/ou nas células dos tecidos. A passagem da subst. do plasma ao interstício depende: fluxo sangüíneo, permeabilidade capilar, grau de ligação do fármaco às proteínas plasmáticas e tissulares hidrofobicidade relativa do fármaco.

29 Mucosa gastrointestinal: células muito unidas, com bloqueio de espaços intercelulares ; difusão através das membranas celulares. Barreiras epiteliais da pele, córnea e bexiga: células também muito unidas; difusão de substâncias apolares. Barreira Hematoencefálica: células endoteliais unidas por junções íntimas; impede que subst. polares ou de peso molecular elevado penetrem no SNC. Barreira placentária: Independente do tipo de placenta; subst. com baixo peso molecular e lipossolúveis atravessam as camadas celulares.

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33 Após a absorção a subst. química estará disponível para ser transportada pelo organismo com diferentes destinos: sítio de ação um ou vários sítios de armazenamento diversos órgãos para sua biotransformação Somente a molécula na forma livre é distribuída para os tecidos.

34 Compartimentos de distribuição.

35 Compartimentos celulares de distribuição Ligados à membranas celulares Ligados à membranas de organelas intracelulares Estocados dentro de organelas

36 Fatores que afetam a distribuição Fatores ligados a substância lipossolubilidade e grau de ionização afinidade química do agente Fatores ligados ao organismo fluxo sangüíneo conteúdo de água ou lipídio de órgãos e tecidos biotransformação do agente tóxico integridade do órgão

37 Ligação a proteínas plasmáticas albumina é a principal; ligações não-covalentes ligam os xenobióticos a albumina. Esta ligação atua graduando a distribuição dos xenobióticos e, consequentemente, a chegada ao sítio de ação. Fatores que afetam esta ligação: competição entre substâncias - Ex.: sulfonamidas e bilirrubina competem pelo mesmo sítio; a varfarina é deslocada pelo ácido acetil-salicílico. condições patológicas - hipoalbuminemia ph - idade -

38 Importância da ligação à proteínas plasmáticas para a intensidade e duração do efeito.

39 Conjunto de alterações químicas (ou estruturais) que as substâncias sofrem no organismo, geralmente, ocasionadas por processos enzimáticos, com o objetivo de formar derivados mais polares e mais hidrossolúveis, visando favorecer sua eliminação.

40 Fases da Biotransformação

41 Fases da Biotransformação Fase I Modificação química -Oxidação envolvendo o citodromo P450 -Oxidação - outros -Redução -Hidrólise -Hidratação -Isomerização -Miscelâneas Fase II- Conjugação - Glicuronidação/Glicosidação - Sulfatação - Metilação - Acetilação -Conjugação com aminoácidos - Conjugacão com a glutationa -Conjugação com ácidos graxos - Condensação Locais Fígado Retículo endoplasmático Citosol Rim Pulmões Trato gastrointestinal

42 Exemplos de reações químicas durante a biotransformação de drogas (Hidroxilação alifática e aromática)

43 Exemplos de reações químicas durante a biotransformação de drogas (Desalquilação, desulfuração e metilação)

44 Exemplos de reações químicas durante a biotransformação de drogas (Redução e Oxidação)

45 Exemplos de reações químicas durante a biotransformação de drogas (Hidrólise)

46 Via de reação da oxidase de função mista catalisada pelo sistema citocromo P450

47 A maior parte das reações de FASE I são catalisadas pelo sistema enzimático citocromo P450 (CYP) 40 genes para proteínas CYP450 já foram identificados em humanos As famílias proteicas CYP1, CYP2 e CYP3 estão envolvidas no metabolismo de drogas As enzimas CYP450 são encontradas no fígado e nas vilosidades intestinais As enzimas CYP possuem substratos, indutores e inibidores.

48 Substratos, indutores e inibidores do sistema citocromo P450

49 Interações Medicamentosas e o sistema citocromo P450

50 Exemplos de reações químicas durante a biotransformação de drogas. FASE II Glicorunidação (conjugação com ácido glicurônico)

51 Exemplos de reações químicas durante a biotransformação de drogas. FASE II conjugação com GSH (glutationa)

52 Diferenças entre espécies durante a biotransformação. FASE I hidroxilação aromática da anilina

53 Diferenças entre espécies durante a biotransformação. FASE II conjugação do fenol com ácido glicurônico ou com sulfato

54 Órgãos responsáveis pela excreção de substâncias: Rins: excreção de medicamentos hidrossolúveis Fígado: excreção pela bile de medicamentos biotransformados Pulmões: excreção de substâncias voláteis Sudorípara, lacrimal, salivar, láctea...

55 Re-absorção passiva dos medicamentos hidrófobos novamente para a circulação através das células tubulares. Filtração Glomerular permite que medicamentos com ~60 kda passem para a urina - Reduzida pela ligação a proteínas do plasma - Apenas uma porção do plasma é filtrado

56 Secreção Tubular processo que envolve um transporte ativo para cátions e ânions.

57 Efeito do ph: uma molécula que for base fraca será excretada em maior quantidade (i.é não reabsorvido) para valores mais baixos de ph da urina uma molécula que for ácido fraco será excretada em maior quantidade (i.é não reabsorvido) para valores mais altos de ph da urina

58 Excreção de substâncias lipossolúveis e com peso molecular elevado Excreção de cátions e ânions orgânicos Excreção de substâncias conjugadas com moléculas endógenas. Ciclo êntero-hepático: excreção hepática seguida de reabsorção intestinal retarda a eliminação.

59 Excreção pelo Leite - Resíduos de medicamentos ou compostos tóxicos podem passar da mãe para o filhote durante a amamentação - Os compostos tóxicos podem passar das vacas para os humanos através dos lacticínios - Substâncias químicas são excretados para o leite por difusão simples - Leite (~ph 6,5) mais acídico que o plasma Compostos básicos concentram-se no leite - Leite contém 3-4% de lípidos Produtos hidrófobos difundem-se através dos lípidos para a glândula mamária e são excretados para o leite durante a lactação DDT Dibenzo p-dioxinas Furanos

60 Insuficiência Renal ou hepática Indução enzimática ou modificação do ph urinário

61 Fases da Intoxicação TOXICODINÂMICA Estuda a ação dos agentes químicos no órgão-alvo. Enquanto a Toxicocinética relaciona a dose externa à quantidade que alcança o órgão-alvo, a Toxicodinâmica relaciona a quantidade liberada no sítio ativo em condições efetivas de agir. DESENVOLVIMENTO DA TOXICIDADE Para atingir o sítio ativo, o xenobiótico precisa atravessar várias barreiras. Esse caminho depende de vários fatores: Absorção X eliminação pré-sistêmica Distribuição para o alvo X Longe do alvo - Excreção X Reabsorção - Toxificação X Destoxificação

62 Mecanismos de ação tóxica Alteração da expressão gênica; Alteração química de proteínas específicas; Alteração do funcionamento de células excitáveis; Prejuízo da síntese de ATP; Aumento de cálcio intracelular; Indução de estresse oxidativo.

63 MECANISMOS DE AÇÃO TÓXICA Inibição Enzimática: - Inibição da acetilcolinesterase inseticidas OF e carbamatos; - Inibição da biossíntese do heme chumbo; - Afinidade por SH de enzimas mercúrio. Mecanismos de Transdução: - Receptores ionotrópicos ligados a canais iônicos. Nicotínico de acetilcolina; GABA e glutamato. - Receptores metabotrópicos - acoplados à proteína G; Muscarínicos de acetilcolina e adrenérgicos. - Receptores ligados à quinase fosforilação de proteínas intracelulares. - Receptores ligados à transcrição de genes receptores nucleares p/ hormônios esteróides.

64 Canais iônicos disparados por ligantes

65 Receptores acoplados à proteína G 2º mensageiro

66 Receptores ligados a enzimas

67 Receptores intracelulares Devido à modificação da expressão gênica e da síntese proteica. As respostas celulares não são observadas até que decorra tempo suficiente (30 minutos ou mais) e a duração da resposta (horas ou dias). Receptores para hormônios esteróides.

68 Receptores intracelulares

69 Fosforilação Oxidativa: Vários agentes químicos podem interferir na síntese do ATP mitocondrial. Essas substâncias são divididas em quatro grupos: - Grupo I interferem na liberação de hidrogênio para CMTE. O monofluoracetato inibe o ciclo do ácido cítrico e a produção dos cofatores reduzidos. - Grupo II inibem o transporte de elétrons pela CMTE. Rotenona e cianeto. - Grupo III inibem a liberação de O2 na citocromo oxidase. CO e os agentes metemoglobinizantes. - Grupo IV inibem a atividade da ATPsintase. - inibição direta da ATPsintase: Oligomicina - interferência na liberação de ADP: DDT - interferência na liberação de Pi: p-benzoquinona - desacopladores da fosforilação oxidativa: dinitrofenol

70 Bloqueio da Fosforilação Oxidativa Citoplasma Espaço Intermembrana NADH + H + NAD+ G 1 Matriz G 2 Succinato Fumarato ½ O 2 + 2H + H 2 O ADP + Pi ATP G 3 G 4

71 Estresse Oxidativo