Todas as substâncias são venenos.

NOÇÕES BÁSICAS

DE TOXICOLOGIA

Intoxicações mais freqüentes em animais domésticos de acordo com o grupo de agente

tóxico.

FONTE: Centro de Informações Toxicológicas do RS (CIT-RS).

História da Toxicologia

Todas as substâncias são venenos.

Não existe nenhuma que não o seja. É a dose que diferencia o veneno do remédio.

Paracelsus (1493-1541)

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.

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.

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

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

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.

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

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.

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.

Fases da Intoxicação

EXPOSIÇÃO

Dose ou Concentração

Dose efetiva 50 (DE₅₀) Dose letal média (DL₅₀)

Categoria de toxidade aguda DL₅₀ oral para ratos

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

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

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.

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)

A movimentação do agente tóxico no organismo, desde a sua entrada até a sua

eliminação, envolve a transposição de

membranas celulares.

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

Representação esquemática de

fármacos atravessando a membrana celular de uma célula epitelial do

trato gastrintestinal.

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

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:

A

biotransformação de primeira

passagem pode ocorrer com

substâncias ingeridas por via

oral.

Vias de absorção

Via cutânea

Absorção transepidérmica

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.

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:

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

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.

DISTRIBUIÇÃO

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.

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.

Compartimentos de distribuição.

Compartimentos celulares de distribuição

Ligados à membranas

celulares

Ligados à membranas de

organelas intracelulares

Estocados dentro de organelas

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 –

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 -

Importância da ligação à proteínas

plasmáticas para a intensidade e duração

do efeito.

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.

Fases da

Biotransformação

Fases da Biotransformação

Fase I – Modificação química -Oxidação envolvendo o

citodromo P450 -Oxidação - outros -Redução

-Hidrólise -Hidratação -Isomerização -Miscelâneas

Locais Fígado

• Retículo endoplasmático

• Citosol Rim Pulmões

Trato gastrointestinal

Fase II- Conjugação

- Glicuronidação/Glicosidação - Sulfatação

- Metilação - Acetilação

-Conjugação com aminoácidos - Conjugacão com a glutationa -Conjugação com ácidos graxos - Condensação

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

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

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

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

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

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.

Substratos, indutores e inibidores do sistema citocromo P450

Interações Medicamentosas e o sistema citocromo P450

Exemplos de reações químicas durante a biotransformação de drogas.

FASE II – Glicorunidação (conjugação com ácido glicurônico)

Exemplos de reações químicas durante a biotransformação de drogas.

FASE II – conjugação com GSH (glutationa)

Diferenças entre espécies durante a biotransformação.

FASE I – hidroxilação aromática da anilina

Diferenças entre espécies durante a biotransformação.

FASE II – conjugação do fenol com ácido glicurônico ou com sulfato

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...

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

Re-absorção passiva dos medicamentos hidrófobos

novamente para a circulação através das células tubulares.

Secreção

Tubular –

processo que

envolve um

transporte ativo

para cátions e

ânions.

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

• 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.

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

•Indução

enzimática ou modificação do pH

urinário

•Insuficiência Renal ou

hepática

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 –

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.

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.

Canais iônicos disparados por

ligantes

Receptores acoplados à proteína G

2º mensa- geiro

Receptores ligados a

enzimas

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.

Receptores intracelulares

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 co- fatores 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

Bloqueio da Fosforilação Oxidativa

Matriz

Espaço

Intermembrana Citoplasma

NADH + H⁺ NAD+

Succinato Fumarato ½ O₂ + 2H⁺ H₂O ADP + Pi

G 1

ATP

G 2 G 3

G 4

Estresse Oxidativo