CURSO DE TOXICOLOGIA
FUNDAMENTOS DE DE TOXICOLOGIA
CONCEIÇÃO A. TURINI
ESTEFÂNIA GASTALDELLO MOREIRA
[email protected]
FUNDAMENTOS DE TOXICOLOGIA
CONTEÚDO
• ÁREAS DA TOXICOLOGIA
• CONCEITOS BÁSICOS
• FASES DA INTOXICAÇÃO
- FASE I – Exposição
- FASE II – Toxicocinética
Absorção
Distribuição
Biotransformação
Excreção
- FASE III – Toxicodinâmica
- FASE IV - Clínica
FUNDAMENTOS DE TOXICOLOGIA
OBJETIVOS
• Caracterizar as condições de exposição ao
agente tóxico
• Identificar os processos envolvidos na
absorção, distribuição, biotransformação e
exceção dos agentes tóxico
• Reconhecer os principais mecanismos de
interação dos toxicantes com o sistema
biológico
• Reconhecer
o
espectro
de
efeitos
apresentados pelo organismo exposto
CONCEITO DE TOXICOLOGIA
É o estudo da interação entre agentes
químicos e sistemas biológicos com o
objetivo de determinar, quantitativamente,
o potencial dos agentes químicos em
produzir danos que resultam em efeitos
adversos em organismos vivos
(BALLANTYNE, 1999)
Áreas de Atuação
Toxicologia
de alimentos
Toxicologia
ambiental
Toxicologia de
medicamentos
Toxicologia
ocupacional
Toxicologia
social
ASPECTOS
Clínico
Analítico
Legislação
Investigação
Áreas de Atuação
Toxicologia Ambiental
Estuda os efeitos nocivos
causados pela interação entre os
agentes químicos contaminantes
do ambiente – água, solo, ar -
com o organismo
Áreas de Atuação
Toxicologia Ocupacional
Estuda os efeitos nocivos
produzidos pela interação
entre os agentes químicos e
os contaminantes do
ambiente de trabalho
com o indivíduo exposto
Áreas de Atuação
Toxicologia de Alimentos
Estuda as condições em que
os alimentos podem ser
ingeridos, sem causar danos
ao organismo
Áreas de Atuação
Toxicologia de Medicamentos
e Cosméticos
Estuda os efeitos nocivos
produzidos pela interação de
medicamentos ou cosméticos
com o organismo, decorrentes de
uso inadequado ou da
suscetibilidade individual
Áreas de Atuação
Toxicologia Social
Estuda os efeitos nocivos
decorrentes do uso não médico
de drogas ou fármacos,
causando prejuízo ao próprio
indivíduo e à sociedade
Farmacologia
Patologia
Medicina
Química
Biologia
Fisiologia
Ciências
Básicas
TOXICOLOGIA
Geral
Analítica
Áreas
fundamentais
Experimental
Clínica
Ambiental
Áreas
aplicadas
ENSINO
Social
Alimentos
ECOTOXICOLOGIA
Ocupacional
Medicamentos
TOXICOLOGIA REGULATÓRIA
Fonte: Repetto, 1997
CONCEITOS BÁSICOS EM TOXICOLOGIA
Agente tóxico ou toxicante
Substância química capaz de causar dano a um sistema
biológico, alterando uma função ou levando-o à morte,
sob certas condições de exposição.
Xenobiótico
Termo usado para designar substâncias químicas
estranhas ao organismo. Não possuem papel fisiológico
conhecido.
Toxina
Refere-se à substância tóxica produzida por um sistema
biológico (plantas, animais, fungos e bactérias).
CONCEITOS BÁSICOS EM TOXICOLOGIA
Veneno
Termo de uso popular utilizado para designar a
substância química, ou mistura de substâncias
químicas, que provoca a intoxicação ou a morte com
baixas doses.
Segundo alguns autores, é um termo utilizado
especificamente
para
designar
substâncias
provenientes de animais e plantas, nos quais teriam
importantes funções de autodefesa ou de predação.
Ex. animais: veneno de cobra, de abelha
plantas: comigo-ninguém-pode, saia branca
CONCEITOS BÁSICOS EM TOXICOLOGIA
Fármaco
Toda substância de estrutura química definida capaz de
modificar ou explorar o sistema fisiológico ou estado
patológico, em benefício do organismo receptor
Droga
Toda substância capaz de modificar ou explorar o
sistema fisiológico ou estado patológico, utilizada
com ou sem intenção de benefício do organismo
receptor. A palavra droga tem aceitação popular para
designar fármacos, medicamentos, matéria-prima de
medicamentos, alucinógenos e agentes tóxicos
CONCEITOS BÁSICOS EM TOXICOLOGIA
Toxicidade
Capacidade inerente a um agente tóxico
de
produzir
um
efeito
deletério
no
organismo. Ou seja, é a medida relativa
do potencial tóxico da substância.
CONCEITOS BÁSICOS EM TOXICOLOGIA
Dose Letal 50 (DL50)
Dose, obtida estatisticamente, em mg/kg, de uma
determinada substância, necessária para matar
50% de uma população de animais
AGENTE
DL50 (mg/kg)
Etanol
Cloreto de sódio
Sulfato ferroso
Morfina
Estricnina
Nicotina
Dioxina (TCDD)
Toxina botulínica
10.0002
4.000
1.500
900
2
1
0,001
0,00001
CONCEITOS BÁSICOS EM TOXICOLOGIA
TOXICIDADE AGUDA
CLASSIFICAÇÃO
Extremamente tóxica: DL50 < ou = 1 mg/kg
Altamente tóxica: DL50 > 1 a 50 mg/kg
Moderadamente tóxica: DL50 > 50 a 500 mg/kg
Levemente tóxica: DL50 > 0,5 a 5 g/kg
Relativamente não tóxica: DL50 acima de 5 g/kg
CONCEITOS BÁSICOS EM TOXICOLOGIA
Risco = Toxicidade X Exposição
Termo
que
traduz
a
probabilidade
estatística de uma substância química
provocar efeitos nocivos em condições
definidas de exposição
Substância com alta toxicidade mas baixa exposição 
baixa probabilidade de causar intoxicações
CONCEITOS BÁSICOS EM TOXICOLOGIA
Ação tóxica
Maneira pela qual um agente tóxico
atividade sobre as estruturas teciduais
exerce
sua
Efeito tóxico
Alteração anormal, indesejável ou nociva, decorrente da
exposição a substâncias potencialmente tóxicas
CONCEITOS BÁSICOS EM TOXICOLOGIA
Antídoto e Antagonista
Agente capaz de neutralizar ou reduzir os
efeitos de uma substância potencialmente
tóxica
Antídoto é a sustância que se opõe ao
efeito tóxico, atuando sobre o próprio
toxicante
PORTANTO
Antagonista é a substância que exerce
uma ação oposta à do agente tóxico
(agonista)
CONCEITOS BÁSICOS EM TOXICOLOGIA
Antídoto: mecanismos de ação
• neutralização
- antígeno-anticorpo
• impedir absorção
- adsorção (carvão ativado, Terra de Füller)
- ligação com proteína (albumina, clara de ovo)
• quelação
- metais (Pb-EDTA)
CLASSIFICAÇÃO DOS AGENTES TÓXICOS
•Características químicas:
aminas aromáticas, hidrocarbonetos halogenados,
álcoois
•Características físicas:
sólidos, líquidos, gases, vapores, partículas
• Estabilidade ou reatividade química:
explosivo, inflamável, oxidante, radioativo
CLASSIFICAÇÃO DOS AGENTES TÓXICOS
• Ação tóxica:
local - irritantes
sistêmica - asfixiantes, depressores,
hepatotóxicos, carcinogênicos
• Potencial de toxicidade:
extremamente tóxicos, moderadamente tóxicos
• Usos:
praguicidas, solventes, aditivos alimentares
CLASSIFICAÇÃO DOS AGENTES TÓXICOS
• Efeitos tóxicos:
carcinogênicos, mutagênicos, teratogênicos
hepatotóxicos, nefrotóxicos, neurotóxicos
• Mecanismo de ação:
anticolinesterásicos, metemoglobinizantes
COMPORTAMENTO CINÉTICO DO AGENTE TÓXICO
NO ORGANISMO
TOXICANTE
CINÉTICA
DINÂMICA
Vias de introdução
Absorção
DISTRIBUIÇÃO (SANGUE)
ACUMULAÇÃO
Combinado
Tóxico livre
Tóxico combinado
Livre
Produto de biotransformação
SÍTIO DE AÇÃO
(receptores)
Interação
Eliminação
Fonte: Azevedo; Lima, 2003
Biotransformação
Efeitos
FASES DA INTOXICAÇÃO
. absorção
. distribuição
. eliminação
. biotransformação
Fonte: Moraes et al., 1991
FASE I – EXPOSIÇÃO
Fase de contato das superfícies externas ou internas do
organismo que entram em contato com o toxicante
Depende:
 Dose ou concentração
 Vias de introdução
 Duração e freqüência da exposição
 Propriedades físico-químicas das substâncias
 Fatores relacionados à suscetibilidade individual
FASE I – EXPOSIÇÃO
 Dose: é a quantidade de um agente
administrado para um indivíduo e expressa em
unidades de massa por massa (mg de
toxicante/Kg de peso corpóreo)
• Dose efetiva 50 (DE50)
• Dose letal média (DL50)
FASE I – EXPOSIÇÃO
 Concentração: aplica-se à exposição do
indivíduo a uma determinada concentração de
um agente presente em um compartimento
(ex. solo, água e ar). É expressa em unidades
de massa por volume do meio (ex. mg de
toxicante/m3 de ar; mg de toxicante/L de
água; mg de toxicante/m3 de solo ou em ppm
e ppb)
• Concentração efetiva 50 (CE50)
• Concentração letal média (CL50)
FASE I – EXPOSIÇÃO
Intravenosa
 Via de introdução
... Via Respiratória
... Via Oral
... Via Dérmica
Respiratória
Intraperitonial
Intensidade do
Efeito Tóxico
X
Rapidez de Resposta
Sub-cutânea
Intramuscular
Intradérmica
Oral
= superior a
Dérmica
DURAÇÃO E FREQÜÊNCIA DA
EXPOSIÇÃO
Aguda
Sobreaguda
Subcrônica
Crônica
Administração
única
(repetida < 24 h)
Exposição repetida
< 1 mês
Exposição repetida
> 1 mês e < 3 meses
Exposição repetida
> 3 meses
FASE I – EXPOSIÇÃO
 Propriedades físico-químicas das substâncias
Solubilidade
Pressão de vapor
Constante de ionização
Tamanho da partícula
Reatividade química
Estabilidade
Coeficiente de partição
FASE I – EXPOSIÇÃO
 Fatores relacionados ao organismo
Absorção
Distribuição
Biotransformação
Espécie
Peso
Diferenças genéticas
Estado de saúde
Idade
Estado nutricional
Sexo
Condições metabólicas
FASE II – TOXICOCINÉTICA
Inclui todos os processos envolvidos na
relação entre a disponibilidade química e a
concentração do toxicante nos diferentes
tecidos do organismo
Intervêm nesta fase:
• Absorção
• Distribuição
• Biotransformação
• Excreção
PASSOS DA ABSORÇÃO
EXTERIOR
Membrana
pele
respiratória
mucosa
digestiva
FLUIDO INTERSTICIAL
ocular
Membrana capilar
PLASMA
Membrana capilar
FLUIDO INTERSTICIAL
Membrana capilar
FLUIDO INTRACELULAR
FATORES QUE INFLUENCIAM
Característica da membrana
Vias de introdução
Fatores relacionados ao
organismo
Fatores relacionados
à substância química
CARACTERÍSTICA DA MEMBRANA
Fonte: Repetto, 1997
TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
1.Transporte passivo
 Difusão simples
 Filtração
2. Transportes especializados
 Transporte ativo
 Difusão facilitada
 Endocitose
MECANISMOS DE TRANSPORTE
Transporte Passivo
Difusão simples
extracelular
Membrana
lipídica
intracelular
Toxicante       Toxicante
- contínuo movimento de moléculas e íons em líquidos ou gases
- depende da lipossolubilidade, gradiente de concentração,
coeficiente de partição óleo-água e grau de ionização
Ex: álcoois, medicamentos
MECANISMOS DE TRANSPORTE
Transporte Passivo
Filtração
extracelular
Toxicante
membrana
intracelular
     Toxicante
celular
• depende do tamanho, carga e forma das partículas
MECANISMOS DE TRANSPORTE
Transporte Especializado
Transporte Ativo
 Requer um “transportador”
 Realiza-se contra gradiente de concentração
 Implica gasto de energia (ATP)
 Utilizado apenas por substâncias de peso
molecular elevado, hidrossolúveis ou
ionizadas
 Mecanismo utilizado por ácidos e bases fortes
TRANSPORTE ATIVO
Líquido extra-celular
Sítios de
fixação
de K+
Bomba K+/ Na+
Sítios de
fixação
de Na+
Citoplasma
Fonte: http://sis.nlm.nih.gov/enviro/toxtutor/Tox2/index.html
MECANISMOS DE TRANSPORTE
Transporte Especializado
Difusão facilitada
• a favor de um gradiente de concentração,
• depende de transportador que torna a substância
a ser transposta solúvel em lipídios.
DIFUSÃO FACILITADA
Líquido extra-celular
Partícula insolúvel em
lipídios
Proteína transportadora
Citoplasma
Fonte: http://sis.nlm.nih.gov/enviro/toxtutor/Tox2/index.html
MECANISMOS DE TRANSPORTE
Transportes Especializados
Endocitose
• ocorre por quebra da tensão superficial de
vacúolos e formação de vesículas fagocíticas
ou pinocíticas
Ex: proteínas de alto peso molecular
ENDOCITOSE
Líquido extra-celular
Membrana
Citoplasma
Fonte: http://sis.nlm.nih.gov/enviro/toxtutor/Tox2/index.html
FATORES RELACIONADOS À
SUBSTÂNCIA QUÍMICA
Solubilidade
 Hidrossolubilidade: OH, COOH, NH2 , SH, C=O
 Lipossolubilidade : alquílicos, fenílicos,
naftílicos, halogênios,
acetila (CH3COO-)
FATORES RELACIONADOS À
SUBSTÂNCIA QUÍMICA
Grau de ionização do toxicante
• valores de pKa (logaritmo negativo da constante
de dissociação) do toxicante
• pH do meio (plasma, estômago, intestino, urina
etc.)
determinarão a proporção entre formas Ionizadas (I)
e Não Ionizadas (NI) nos compartimentos
GRAU DE IONIZAÇÃO DO TOXICANTE
pH do meio
pKa do toxicante
EQUAÇÃO DE HANDERSON-HASSELBACH
para ácidos fracos:
para bases fracas:
RCOOH  RCOO-  H+
log NI
pKa - pH =
[I]
R NH3+  RNH2  H+
pKa - pH =
log  I 
NI
Onde:
I = forma
ionizada
NI = forma
não ionizada
Composto ácido: AAS (pKa = 3,4)
Plasma
Suco gástrico
(pH = 7,4)
(pH = 1,4)
R-COOH
M
E
R-COOH
M
B
R-COO- + H+
NI
I
10-4
R
A
N
A
R-COO- + H+
NI
I
102
PASSAGEM DE UM COMPARTIMENTO A
OUTRO SEGUNDO O pH
pH alto
BASES
Fonte: Repetto, 1997
pH baixo
M
E
M
B
R
A
N
A
ÁCIDOS
VALORES APROXIMADOS DE pKa DE ALGUNS ÁCIDOS E BASES
Fortes
ÁCIDOS
pKa
0
1
2
Penicilinas
Ácido salicílico
Ácido acetilsalicílico
Warfarina
Tolbutamida
Sulfadimetoxina
Fenobarbital
Tiopental
Fenitoína
Teofilina
Glutetimida
*Nitrazepan
*Oxazepan
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Fracos
Cafeína
14
BASES
Cafeína*
Dapsona
Oxazepan*
Nitrazepan*
Diazepan
Quinina
Quinidina
Clordiazepóxido
Profoxifeno
Reserpina
Kanamicina
Lidocaína
Quinina
Quinidina
Meperidina
Procainamida
Efedrina
Anfetamina
Tolazolina
Mecamilamina
Guanetidina
Fracos
Fortes
FASE II – TOXICOCINÉTICA
 ABSORÇÃO
Conceito: é o processo de transferência do
agente químico do local de administração
para a circulação geral. Esse processo se
dá através das membranas biológicas
VIAS DE INTRODUÇÃO
Barreira Biológica
Cutânea
Agente
tóxico
Gastrintestinal
Alveolar
Vascular
Hemato-encefálica
Placentária
Sistema
biológico
ABSORÇÃO GASTRINTESTINAL
• Fatores que influenciam
 Relacionados ao toxicante
- lipossolubilidade
- dissociação
- propriedades irritativas
e eméticas
- resistência ao pH estomacal,
enzimas digestivas e enzimas
da microflora intestinal
 Estado de plenitude ou vacuidade GI
 Interação físico-química entre compostos no conteúdo intestinal
EFEITO DA PRIMEIRA PASSAGEM
OU ELIMINAÇÃO PRÉ-SISTÊMICA
• 100% via oral
• 50% via retal
• 0% via
sublingual
ABSORÇÃO PULMONAR
• Extensa área de absorção
 área alveolar ~90 m2
• Rápida intoxicação
 pulmão  coração
• Absorção
 Gases
 Vapores
 Partículas
líquidas
sólidas
e
ABSORÇÃO PULMONAR
P ar alveolar > P sangue: absorção
P ar alveolar < P sangue: eliminação
ABSORÇÃO PULMONAR DE GASES E
VAPORES
• Solubilidade no sangue
 propriedades físicoquímicas do soluto
• Equilíbrio sangue-alvéolo
 rápido para substâncias
pouco solúveis no sangue
 lento para substâncias
muito solúveis no sangue
• Fatores limitantes da absorção
 circulação: equilíbrio rápido
 respiração: equilíbrio lento
ABSORÇÃO PULMONAR MATERIAL
PARTICULADO
Partículas > 5 m  remoção mecânica
Partículas 1-5 m  remoção mucociliar
Alvéolos Partículas < 1 m  absorção
ABSORÇÃO CUTÂNEA
• Dificultada pelo extrato córneo
ABSORÇÃO CUTÂNEA
Fatores que influenciam
 Ligados ao agente
 lipossolubilidade, grau de dissociação, peso
molecular, volatilidade, viscosidade
 Ligados ao indivíduo
 região da pele, integridade da pele,
pilosidades locais, vascularização
 Ligados às condições de contato ou da exposição
 duração e tipo do contato, temperatura local
da pele e do ambiente
FASE II – TOXICOCINÉTICA
 DISTRIBUIÇÃO
FATORES LIGADOS AO AGENTE TÓXICO
•
lipossolubilidade - quanto maior a lipossolubilidade  mais
rápida a chegada aos órgãos-alvo
• grau de ionização – quanto menor a ionização  maior a
absorção
• afinidade com moléculas orgânicas – quanto maior a afinidade
 mais lenta a distribuição aos órgãos-alvo
Ex: CO e Hb, chumbo e ossos, clorados e tecido adiposo,
metais e grupos SH
• grau de oxidação do toxicante
Ex: As3+ (cumulativo) e As5+ (eliminado)
FASE II – TOXICOCINÉTICA
 DISTRIBUIÇÃO
FATORES LIGADOS AO ORGANISMO
•
Fluxo sangüíneo (fígado, baço, rins, pulmões)
•
Conteúdo hídrico (rins) ou lipídico (SNC) do órgão
•
Capacidade de biotransformação
•
integridade do órgão
FASE II – TOXICOCINÉTICA
 SÍTIOS DE ARMAZENAMENTO
1 - AFINIDADE POR DIFERENTES TECIDOS
• Ligação às proteínas plasmáticas
 competição entre toxicantes
 condições patológicas
 concentração do agente
 concentração protéica
 pH
 idade
FASE II – TOXICOCINÉTICA
 SÍTIOS DE ARMAZENAMENTO
1 - AFINIDADE POR DIFERENTES TECIDOS
• Ligações celulares
 tecido adiposo
 tecido ósseo
 leite materno
COMPLEXAÇÃO DE AGENTES TÓXICOS COM
PROTEÍNAS
Fonte: Repetto, 1997
FASE II – TOXICOCINÉTICA
 SÍTIOS DE ARMAZENAMENTO
2- PRESENÇA DE MEMBRANAS OU BARREIRAS
DE EXCLUSÃO
• Barreira hematoencefálica
• Barreira placentária
FASE II – TOXICOCINÉTICA
 PRINCIPAIS SÍTIOS DE ARMAZENAMENTO
• fígado
• rins
• SNC
• ossos
• cabelos
• leite materno, etc.
FASE
FaseIIII––TOXICOCINÉTICA
Toxicocinética
 BIOTRANSFORMAÇÃO
Conceito:
Conjunto
de
alterações
químicas
(ou
estruturais) que as substâncias sofrem no
organismo,
geralmente
por
processos
enzimáticos, para
formar derivados mais
polares e mais hidrossolúveis, e facilitando a
excreção renal.
BIOTRANSFORMAÇÃO
XENOBIÓTICO
METABÓLITOS
INATIVOS
(destoxificação)
ATIVOS
(bioativação)
METABÓLITOS TÓXICOS
• Natureza química
eletrofílicos
nucleofílicos
radicais livres
• Moléculas celulares alvos
DNA
proteínas
lipídios
METABÓLITOS TÓXICOS
BIOATIVAÇÃO E DESTOXIFICAÇÃO DO
PARACETAMOL
Glicunonidação
Paracetamol
Sulfatação
Citocromo P450
Metabólito eletrofílico
reativo
Glutationa
Destoxificação
Proteínas hepáticas
Morte celular
REAÇÕES DE BIOTRANSFORMAÇÃO
• Etapas sucessivas
• Diferentes enzimas
estrutura química do substrato
• Classificação das reações
Reações de fase I (não sintéticas)
Reações de fase II (sintéticas)
FASES DA BIOTRANSFORMAÇÃO
FASE I
FASE II
-OH
BENZENO
FENOL
-OSO3H
FENIL SULFATO
FASES DA BIOTRANSFORMAÇÃO
FASES DA BIOTRANSFORMAÇÃO
• Fase I
 grupo funcional inserido ou exposto
(-OH, -NH2, -SH, -COOH)
 pequeno aumento da hidrofilicidade
 metabólito quimicamente mais reativo
 substrato para a fase II
• Fase II
 combinação com um doador endógeno
 grande aumento da hidrofilicidade
REAÇÕES DE FASE I
• Oxidação (perda de e-)
 Adição de oxigênio
• Redução
 Azo-redução
 hidroxilação
 Nitro-redução
 epoxidação
 Desalogenação
redutora
 sulfoxidação
 Desidrogenação
 Desaminação
 Dessulfuração
 Desalquilação
 Redução de
carbonila
• Hidrólise
ENZIMAS OXIDATIVAS
• Citocromo P-450
• Álcool desidrogenase
• Aldeído desidrogenase
• Xantina oxidase
• Monoamina oxidase
• Diamina oxidase
• Flavina monooxigenases
CITOCROMO P-450
• Conjunto
de
cerca
de
50
enzimas
(hemeproteínas) no homem localizadas nos
microssomos
• CYP 2D6 (família, subfamília, gene)
• Metabolizam a
lipossolúveis
maioria
dos
xenobióticos
• Várias reações enzimáticas distintas
epoxidação, hidroxilação, desalquilação,
oxidação, dessulfuração, desalogenação,
desaminação
CICLO OXIDATIVO DO CITOCROMO P-450
1. Cit P450 oxidado + xenobiótico
2. Doação de um e- pelo NADPH para
a
flavoproteína,
que
reduz
o
complexo cit P-450 + xenobiótico
3. Complexo citP-450 + xenobiótico
liga-se ao O2 e capta mais um e-.
Ambos os e- são transferidos ao O2
desmembrando-o
4. Um O liga-se ao substrato e o
outro entra na produção de uma H2O.
Enzima se oxida novamente
REAÇÕES DE OXIDAÇÃO: ADIÇÃO DE O2
hidroxilação
sulfoxidação
OXIDAÇÃO POR ADIÇÃO DE O2
REAÇÕES DE OXIDAÇÃO
desaminação
REAÇÕES DE OXIDAÇÃO
dessulfuração
desalquilação
REAÇÕES DE REDUÇÃO
• Substrato ganha elétrons
• Enzimas do citocromo P-450 são mais
importantes, mas também existem enzimas
citosólicas e da microflora intestinal
• Citocromo P-450 transfere e- direto ao
substrato ao invés de ativar o O2
• Geralmente são reações de bioativação
REAÇÕES DE REDUÇÃO
REAÇÕES DE HIDRÓLISE
• Adição de uma molécula de água
• Grupo -OH inserido em um metabólito e -H
em outro
• Xenobióticos que apresentem ligação éster
ou amida
• Biotransformação de moléculas grandes
(ésteres, amidas, hidrazinas, carbamatos)
• Enzimas não microssomais
REAÇÕES DE HIDRÓLISE
REAÇÕES DE FASE II
• Enzimas citosólicas (principalmente)
sintetases
transferases
• Doadores
ác. glicurônico (glicuronidação)
sulfato (sulfatação)
acetil-CoA (acetilação)
S-adenosilmetionina (metilação)
glicina (conjugação com glicina)
glutationa (conjugação com glutationa)
FASE II: glicuronidação
• Ocorre no RE
• Reação mais importante
em mamíferos
• Substratos contendo
-OH, -SH, -NH2, -COOH,
-CH
• Excreção biliar
-glicuronidase
(microflora)
reabsorção
FASE II: sulfatação
• Ocorre no citosol
• Importante em
mamíferos
• Substratos
contendo
-OH aromático,
-NH2 aromático,
álcoois
• Excreção renal
FASE II: conjugação peptídica
• Reação entre um
aminoácido
endógeno
(glicina) e um
ácido carboxílico
aromático
FASE II: conjugação com glutationa
• Citoplasma e RE
• Importante para metabólitos eletrofílicos
(epóxidos, oxiarenos, hidroxilaminas)
Glutationa S-transferase
Glutâmico, cisteína, glicina
CONSEQÜÊNCIAS DA BIOTRANSFORMAÇÃO
 Favorecer a excreção por formação de
compostos mais polares
 Reduzir a toxicidade do agente tóxico (caso
mais freqüente)
• Transformar o produto original em compostos
mais ativos
FATORES QUE MODIFICAM A
BIOTRANSFORMAÇÃO
constitucionais: espécie, gênero,
variabilidade genética, idade
•FATORES
INTERNOS
condicionais: dieta e estado
nutricional, estado patológico
FATORES QUE MODIFICAM A
BIOTRANSFORMAÇÃO
indução enzimática
• FATORES EXTERNOS
inibição enzimática
FASE II – TOXICOCINÉTICA
 EXCREÇÃO / ELIMINAÇÃO
Conceito:
Excreção - processo pelo qual uma substância é
expulsa do organismo

Eliminação por biotransformação - processo
pelo qual as substâncias mudam de estrutura,
mas continuam no organismo sob a forma de
metabólitos
FASE II – TOXICOCINÉTICA
 EXCREÇÃO / ELIMINAÇÃO
VIAS:







Renal (através da urina)
Pulmonar (através do ar expirado)
Biliar (através da bile)
Suor
Saliva
Leite
Gastrintestinal (pelas fezes)
EFEITO DO pH URINÁRIO SOBRE A REABSORÇÃO
E EXCREÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA IONIZADA
Á
F
C
R
I
A
D
C
O
O
S
S
Plasma
Parede
tubular
Urina pH
ácido
HX
Urina pH
básico
Parede
tubular
 H+ + X-
Plasma
X- + H+  HX
Fonte: Repetto, 1997
Ativação
metabólica
Forma de
transporte
Degradação
metabólica
Forma
ativa
Fluido extracelular
Ligado a proteínas
Absorção
Drogas em forma
ativa
Drogas em forma de
transporte
Produtos inativos
Fonte: Repetto, 1997
Forma
ativa
PRODUTOS
NOCIVOS
Efeito
terapêutico
ou tóxico
Relação
Local de ação Estímulo estímulo
principal
efeito
Local de ação
secundário
Relação
Estímulo estímulo
efeito
Efeitos
colaterais
FASE III – TOXICODINÂMICA
Compreende
os
mecanismos
de
interação entre as moléculas do
toxicante e os sítios de ação,
específicos ou não, dos órgãos e,
conseqüentemente, o aparecimento
de desequilíbrio homeostático
Efeito tóxico
Dose administrada
do toxicante
Organismo
Alterações bioquímicas
e fisiológicas
Concentração
adequada
Bioativação
Organismo
Sítio de Ação
DESENCADEADORES DO EFEITO TÓXICO
• Xenobiótico original
 chumbo, tetrodotoxina, cianeto
• Metabólito do xenobiótico
 fluoroacitrato (fluoracetato), ácido oxálico
(etilenoglicol)
• Espécies reativas de oxigênio ou de nitrogênio
 OH (diquate, doxorubicina)
• Compostos endógenos
 bilirrubina deslocada da albumina pela
sulfonamida
CLASSIFICAÇÃO DOS TÓXICOS QUANTO
AOS SEUS MODOS DE AÇÃO
• Inespecíficos
efeito depende de suas propriedades
físico-químicas
ácidos ou bases que são irritantes e
corrosivos nos tecidos de contato
• Específicos
efeito mais seletivo pois atuam em uma
“estrutura-alvo” (enzimas, moléculas
transportadoras, canais iônicos, ácidos
nucleicos, etc)
FATORES QUE DETERMINAM A
SELETIVIDADE DE AÇÃO DE UM TÓXICO
• Ligação seletiva do tóxico a um
determinado componente celular ou
bioquímico
bloqueador de canais de Na+ influenciará
células excitáveis
FATORES QUE DETERMINAM A
SELETIVIDADE DE AÇÃO DE UM TÓXICO
• Distribuição seletiva
Porosidade do endotélio capilar
 favorece acúmulo e ação de xenobióticos nos
rins e fígado
Transporte de membrana especializado
 paraquate entra no pneumócito através de uma
proteína carreadora
Ligação a compostos intracelulares
 ligação do MPTP
substância negra
à
melanina
presente
na
"SOMENTE A DOSE
CORRETA DIFERENCIA
O VENENO DO
REMÉDIO.”
Paracelsus (1493-1541)
RELAÇÃO DOSE-RESPOSTA OU
CONCENTRAÇÃO-RESPOSTA
• Quanto maior a dose, maiores são os efeitos
• Existem níveis de exposição seguros para a
saúde humana (exceção para substâncias
mutagênicas)
Morte
Resposta
100
Efeito grave
80
Efeito moderado
60
40
20 Sem efeito
0
Efeito pequeno
Dose
RELAÇÕES DOSE-RESPOSTA
• Quantitativa
Maior a dose, mais intenso o efeito
Ex: hipertrofia hepática, freqüência
cardíaca
• Quantal
Maior a dose, maior o número de
indivíduos que respondem
Ex: morte, convulsão
CURVAS DOSE-RESPOSTA
• Para efeitos que
apresentam limiar
de segurança
(threshold)
• Para efeitos que
não apresentam
limiar de
segurança
100
90
80
% resposta
% resposta
100
80
60
40
Threshold
70
60
50
40
30
20
20
10
0
0
log dose
log dose
MECANISMOS DE TOXICIDADE
• Alteração da expressão gênica
• Alteração química de proteínas
específicas
• Alteração do funcionamento de
células excitáveis
• Prejuízo da síntese de ATP
• Aumento de Ca2+ intracelular
• Estresse oxidativo
EXPRESSÃO GÊNICA
EXPRESSÃO GÊNICA
Genes
Cromossomo
Região
estrutural
Região
reguladora
Codifica
aa
Modula
expressão
Alteração
Alteração
Alteração
estrutura
protéica
Níveis
inadequados
proteínas
EXPRESSÃO GÊNICA
Sinal externo (ligantes)
Extracelular
(fatores de crescimento, citocinas, hormônios)
Receptores de membrana
Ativação de proteínaquinases
Citoplasma
Núcleo
Ativação da cascata
de fosforilação proteica
Ativação de fator
de transcrição
Ligação à região
reguladora do gene
Transcrição gênica
Citoplasma
Síntese proteica
Ligante
(hormônios)
ALTERAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA
Sinal externo
Receptores de membrana
• Influência na produção de sinais externos
herbicida amitrole  TSH  tumores tireoidenanos
• Influência na transdução de sinais
Ativação de proteínaquinase
estímulo de PK  efeito proliferativo
 forbolester mimetiza diacilglicerol
Ativação da cascata
de fosforilação proteica
inibição de fosfatase  efeito proliferativo
 arsenito
inibição de PK  efeito anti-proliferativo
 estaurosporina induz apoptose
Ligante
Ativação de fator
de transcrição
Ligação à região
reguladora do gene
Transcrição gênica
Síntese proteica
• Alteração da transcrição
interação com fatores de transcrição
 Cd substitui Zn no fator MTF1
 dietilestibestrol substitui estrógeno na ligação ao
receptor de estrógeno
interação com a região reguladora
 compostos genotóxicos que se ligam à região
alterando transcrição
ALTERAÇÃO QUÍMICA DE
PROTEÍNAS ESPECÍFICAS
• Metais complexam-se com -SH 
inibição
 Hg + proteínas do citoesqueleto  prejuízo
da migração neuronal durante o
desenvolvimento  desalinhamento de
neurônios corticais
 Pb + proteínas envolvidas na síntese do
heme  anemia
• Organofosforados fosforilam
enzima acetilcolinesterase
CÉLULAS EXCITÁVEIS E CONTROLE
M. liso e
cardíaco
Junção
neuro-efetora
M. esquelético
Junção
neuromuscular
Neurônio
Sinapse
NEUROTRANSMISSÃO
Liberação do
neurotransmissor
(NT)
Término da ação do NT
1) Recaptura
2) Metabolização
3) Difusão sangüínea
1
3
2
Fonte: Silverthorn D. U. Fisiologia Humana – uma abordagem integrada. SP:
Manole, 2003
ALTERAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DE
CÉLULAS EXCITÁVEIS
• Alteração da disponibilidade do NT
 alteração da liberação
 toxina botulínica  Ach
 anfetamina  DA, 5-HT, NA
 alteração da metabolização
 organofosforados inibem AChE
 alteração da recaptura
 cocaína inibe recaptura de DA, 5-HT, NA
ALTERAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DE
CÉLULAS EXCITÁVEIS
• Interação com o receptor
 Agonista
 LSD em receptores 5HT2A
 THC em receptores canabinóides
 Antagonista
 curare em receptores nicotínicos
 estricnina em receptores glicinérgicos
 aldrin em receptores GABA-A
ALTERAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DE
CÉLULAS EXCITÁVEIS
• Ação em canais iônicos
 bloqueio
 tetrodotoxina em canais de Na+ no músculo
esquelético
 antidepressivos tricíclicos em canais de Na+
cardíaco
 abertura
 batracotoxina e organoclorados em canais de
Na+
• Alteração da fluidez da membrana
 solventes
SÍNTESE DE ATP
Citoplasma
Matriz mitocondrial
Fonte: Lehninger A.L. et al.
Princípios de Bioquímica. SP:
Sarvier, 1996.
Cristas mitocondriais
Esta figura ilustra a força próton-motora. Note que, à medida que evão passando pelas proteínas da cadeia respiratória, H+ vão sendo
colocados para fora. Como a membrana mitocondrial interna é
impermeável aos íons H+, cria-se um gradiente eletroquímico no
espaço intramembrana. A proteína ATP-sintase permite a passagem
desses íons H+ e, quando os mesmos atravessam por ela, a energia
eletroquímica impulsiona esta proteína a catalisar a incorporação de
um fosfato ao ADP, formando o ATP.
Fonte: Silverthorn D. U. Fisiologia Humana – uma abordagem integrada. SP: Manole,
2003
ALTERAÇÃO DA SÍNTESE DE ATP
• Inibição da formação de acetil-CoA
depletores da Co-A
 etanol
inibidores da glicólise
 iodoacetato
inibidores da oxidação de
ácidos graxos
 ácido 4-pentenóico
inibidores da piruvato desidrogenase
 arsenito
ALTERAÇÃO DA SÍNTESE DE ATP
• Inibição do ciclo do ácido cítrico
 inibidores da aconitase
 fluoroaceato
 inibidores da isocitrato
desidrogenase
 diclorovinilcisteína
 inibidores da -cetoglutarato
desidrogenase
 etanol
 inibidores da succinato
desidrogenase
 diclorovinilcisteína,
fungicidas
Acetil-CoA
Oxaloacetato
Malato
desidrogenase
Malato
Fumarase
Fumarato
Citrato sintase
Citrato
Aconitase
Isocitrato
Isocitrato
desidrogenase
-cetoglutarato
Succinato
-cetoglutarato
desidrogenase
desidrogenase
Succinato
Succinil-CoA
Succinil-CoA
sintetase
ALTERAÇÃO DA SÍNTESE DE ATP
•
Inibição do transporte de eaceptores de e CCl4, doxorrubicina
inibidores dos complexos
transportadores
 I: rotenona, paraquate
 III: antimicina-A
 IV: cianeto, CO
 inibidores de múltiplos
locais: MPP+, dinitroanilina
Fonte: Lehninger A.L. et al. Princípios de Bioquímica. SP: Sarvier, 1996.
ALTERAÇÃO DA SÍNTESE DE ATP
• Inibição da chegada de oxigênio à cadeia
transportadora
agentes que causam paralisia respiratória
 depressores SNC, convulsivantes
agentes que causam isquemia
 alcalóides do ergot, cocaína
agentes que inibem o transporte de
oxigênio pela hemoglobina
 CO, agentes metemoglobinizantes
(nitrito)
ALTERAÇÃO DA SÍNTESE DE ATP
• Inibidores da fosforilação do ADP
Inibidores da ATP sintase
 oligomicina, DDT, clordecona
Inibidores do transportador de fosfato
 p-benzoquinona
Desacopladores (prejudicam potencial
de membrana mitocondrial)
 ionóforos: pentaclorofenol,
herbicidas, amiodarona
CÁLCIO INTRACELULAR
• Importante para várias funções celulares
• Excesso  citotoxicidade
• Mecanismos de controle dos níveis
intracelulares de Ca2+
Bomba de Ca2+ e Ca2+/Na+
Seqüestro pelo retículo endoplasmático e
pelas mitocôndrias
AUMENTO DO CA2+ INTRACELULAR
• Aumento do influxo
 Abertura de canais iônicos
 glutamato
 Dano à membrana plasmática
 ionóforos: clordecona, metilmercúrio
 enzimas hidrolíticas: fosfolipases ofídicas
 peroxidação lipídica: CCl4
• Diminuição do efluxo
 Inibição dos transportadores de Ca2+ na membrana
celular, retículo ou mitocôndria
 ligantes covalentes: paracetamol, clorofórmio, CCl4
 diminuição da síntese de ATP: cianeto
AUMENTO DO CA2+ INTRACELULAR
• Mobilização de reservatórios
intracelulares
 Dano à membrana mitocondrial
 hidroperóxidos, MPP+, ROS
 Ação no retículo endoplasmático
 lindano (agonista de receptor IP3)
ESTRESSE OXIDATIVO
RL, ROS
ou RNS
Sistema
antioxidante
Injúria celular
RL: radicais livres; ROS: espécie reativa de oxigênio; RNS: espécie reativa de nitrogênio
INDUÇÃO DE ESTRESSE OXIDATIVO POR
AGENTES TÓXICOS
• Geração de radicais livres
paracetamol, paraquate, doxorrubicina,
Cr, Pb
• Redução da atividade do sistema de
defesa antioxidante
inibição da atividade dos componentes
 Pb, Hg
depleção dos componentes por excesso
de produção de RL
ALVOS DOS RADICAIS LIVRES
Radicais livres
Lipídeos
insaturados
Ácidos
nucleicos
Proteínas
Polissacarídeos
Peroxidação
lipídica
Modificação
de bases
Inativação
Despolimerização
Alterações das
membranas
Mutações
Alterações estruturais
e metabólicas
MECANISMOS DE TOXICIDADE
CONSIDERAÇÕES FINAIS
• Muitos são os mecanismos de toxicidade e
eles podem ocorrer
Concomitantemente
 Pb altera quimicamente proteínas
específicas, mobiliza Ca2+ intracelular,
leva a estresse oxidativo
Seqüencialmente
 geração de RL pelo paraquate lesará
membrana e então haverá  de Ca2+
intracelular
MECANISMOS DE TOXICIDADE
CONSIDERAÇÕES FINAIS
• Existem agentes com mecanismos mais seletivos e,
portanto, efeito mais localizado
 curare
• Outros têm múltiplos mecanismos e induzem
múltiplos efeitos
 Pb
 efeitos hematológicos por inibir enzimas com
grupamento -SH
 efeitos centrais por alterar neurotransmissão
 hipertensão por estresse oxidativo e alteração
de Ca2+
MECANISMOS DE TOXICIDADE
CONSIDERAÇÕES FINAIS
• Alguns efeitos resultam de múltiplos
mecanismos
 hipertensão induzida pelo Pb
 ROS são vasoconstritores
 Inibição da NO sintase  NO, que é
vasodilatador
  Ca2+ na musculatura lisa  tônus vascular
  Ca2+ nas células justaglomerulares libera
renina
INTERAÇÕES
MECANISMOS DE INTERAÇÕES
• Toxicocinético
 fenilbutazona e varfarina
 bicarbonato e barbituratos
• Toxicodinâmico
 álcool e benzodiazepínicos
 opióides e naloxona
• Químico
 metais e quelantes
Resultado da interação
Diminuição do efeito
Aumento do efeito
Sinergismo
Adição
Potenciação
Farmacológico
Competitivo
Antagonismo
Funcional
Fisiológico
Não Competitivo
Químico
ILUSTRAÇÃO DOS DIFERENTES TIPOS DE
INTERAÇÕES
Efeito do
agente A
Efeito do
agente B
Efeito de
A+B
Adição
20%
30%
50%
Sinergismo
20%
30%
100%
Potenciação
0%
30%
50%
20%
30%
5%
Interação
Antagonismo
Fonte: modificado de
http://www.sis.nlm.nih.gov/enviro/toxtutor/Tox1/a42.htm
ANTAGONISMO FARMACOLÓGICO
COMPETITIVO
Agonista
Antagonista competitivo
• O antagonista compete com o agonista pelo
receptor
• O antagonismo pode ser revertido
aumentando-se a concentração do agonista
ANTAGONISMO FARMACOLÓGICO
NÃO COMPETITIVO
Agonista
Antagonista não
competitivo
 A ligação do antagonista altera o sítio de
ligação do agonista, impedindo-o de se ligar
 O antagonismo não pode ser revertido
aumentando-se a concentração do agonista
ANTAGONISMO FISIOLÓGICO
FUNCIONAL
• Agentes atuam em diferentes receptores
produzindo efeitos opostos que se
contrabalançam
DDT e benzodiazepínicos
 DDT  fechamento canais Na+ 
hiperexcitabilidade neuronal
 Benzodiazepínicos  ação do GABA 
depressão neuronal
ANTAGONISMO QUÍMICO
• Interação química direta entre dois
agentes
metais e quelantes
FASE IV – CLÍNICA
É a fase em que há evidências de sinais e
sintomas, ou ainda alterações patológicas
detectáveis mediante provas diagnósticas,
caracterizando
os
efeitos
nocivos
provocados pela interação do toxicante
com o organismo
INTOXICAÇÃO
Processo patológico causado por substâncias
químicas e caracterizado por desequilíbrio
fisiológico
secundários
a
modificações
bioquímicas no organismo.
Processo evidenciado por sinais e sintomas
ou mediante exames laboratoriais
PROCESSO DE ALCANCE DO SÍTIO
DE AÇÃO PELO TOXICANTE
Local de exposição: pele, trato GI, trato respiratório, placenta
Toxicante
Absorção
Distribuição para o alvo
Reabsorção
Ativação
X
X
X
X
Eliminação pré-sistêmica
Distribuição longe do alvo
Excreção
Destoxificação
Toxicante final
Molécula-alvo (proteína, lipídio, ácido nucléico e
macromolécula) ou sítio-alvo de ação
Fonte: Gregus; Klaassen (2001)
ESPECTRO DOS EFEITOS TÓXICOS
Efeito local
 Efeito sistêmico
 efeito reversível
 efeito irreversível



Efeito imediato
Efeito tardio
 alterações genéticas
 mutagênicos
 carcinogênicos
 teratogênicos
FIGURA-BASE PARA A CLASSIFICAÇÃO GERAL
DOS EFEITOS TÓXICOS
VIA DE EXPOSIÇÃO
SUBSTÂNCIA
TÓXICA
ABSORÇÃO
PELE OU MUCOSA
TOXICIDADE LOCAL
TECIDO CELULAR
ÓRGÃO
TOXICIDADE SISTÊMICA
Fonte: Ballantyne et al., 1999 apud Paoliello, 2003
CLASSIFICAÇÃO E EVOLUÇÃO DA INTOXICAÇÃO
EM FUNÇÃO DO TEMPO
Fonte: Repetto, 1997
INTOXICAÇÃO A LONGO PRAZO:
ACUMULAÇÃO DO TOXICANTE NO ORGANISMO
Fonte: Lauwerys & Lauenne apud Chasin; Azevedo, 2003
INTOXICAÇÃO A LONGO PRAZO:
SOMA DOS EFEITOS DO TOXICANTE
Fonte: Lauwerys & Lauenne apud Chasin; Azevedo, 2003