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: RCOOH 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 eaceptores 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
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