CONCEIÇÃO A. TURINI ESTEFÂNIA GASTALDELLO MOREIRA cci@uel.br CURSO DE TOXICOLOGIA FUNDAMENTOS DE DE TOXICOLOGIA CONCEIÇÃO A. TURINI ESTEFÂNIA GASTALDELLO MOREIRA cci@uel.br

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 ASPECTOS Toxicologia de alimentos ambiental medicamentos ocupacional 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

TOXICOLOGIA TOXICOLOGIA REGULATÓRIA Farmacologia Química Patologia Ciências Básicas Química Biologia Fisiologia Farmacologia Patologia Medicina TOXICOLOGIA Geral Áreas fundamentais Analítica Experimental aplicadas ENSINO Social TOXICOLOGIA REGULATÓRIA Alimentos Medicamentos Clínica Ambiental ECOTOXICOLOGIA Ocupacional 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 10.0002 Cloreto de sódio 4.000 Sulfato ferroso 1.500 Morfina 900 Estricnina 2 Nicotina 1 Dioxina (TCDD) 0,001 Toxina botulínica 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 exerce sua atividade sobre as estruturas teciduais 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 Antagonista é a substância que exerce uma ação oposta à do agente tóxico (agonista) PORTANTO

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 DINÂMICA CINÉTICA Vias de introdução Absorção DISTRIBUIÇÃO (SANGUE) Tóxico livre Tóxico combinado Produto de biotransformação SÍTIO DE AÇÃO (receptores) ACUMULAÇÃO Combinado Livre Interação Eliminação Biotransformação Efeitos Fonte: Azevedo; Lima, 2003

FASES DA INTOXICAÇÃO Fonte: Moraes et al., 1991 . absorção . distribuição . eliminação . biotransformação Fonte: Moraes et al., 1991

FASE I – EXPOSIÇÃO Depende: Dose ou concentração 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 Via de introdução Intensidade do Efeito Tóxico X Intravenosa Respiratória Dérmica Intraperitonial Sub-cutânea Intramuscular Intradérmica Oral Intensidade do Efeito Tóxico X Rapidez de Resposta Via de introdução ... Via Respiratória ... Via Oral ... Via Dérmica = superior a

DURAÇÃO E FREQÜÊNCIA DA EXPOSIÇÃO Aguda Sobreaguda Subcrônica Crônica Administração única (repetida < 24 h) Exposição repetida < 1 mês Exposição repetida > 3 meses Exposição repetida > 1 mês e < 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 Peso Absorção Diferenças genéticas Estado de saúde Estado nutricional Condições metabólicas Absorção Distribuição Biotransformação Espécie Idade Sexo

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 pele respiratória mucosa digestiva ocular pele mucosa Membrana FLUIDO INTERSTICIAL 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 Membrana lipídica intracelular extracelular 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 intracelular Toxicante      Toxicante membrana 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 Citoplasma Sítios de fixação de K+ Bomba K+/ Na+ Sítios de fixação de Na+ 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 Citoplasma 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

Líquido extra-celular ENDOCITOSE Líquido extra-celular Citoplasma Membrana 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

EQUAÇÃO DE HANDERSON-HASSELBACH GRAU DE IONIZAÇÃO DO TOXICANTE pH do meio pKa do toxicante para ácidos fracos: RCOOH  RCOO-  H+ pKa - pH = para bases fracas: R NH3+  RNH2  H+ log  I  NI log NI [I] Onde: I = forma ionizada NI = forma não ionizada

Composto ácido: AAS (pKa = 3,4) Plasma (pH = 7,4) R-COOH R-COO- + H+ NI I Suco gástrico (pH = 1,4) R-COOH R-COO- + H+ NI I M E B RA N A 102 10-4

PASSAGEM DE UM COMPARTIMENTO A OUTRO SEGUNDO O pH pH alto pH baixo M E B R A N BASES ÁCIDOS Fonte: Repetto, 1997

VALORES APROXIMADOS DE pKa DE ALGUNS ÁCIDOS E BASES Fortes ÁCIDOS pKa BASES Fracos Cafeína* Dapsona Oxazepan* Nitrazepan* Diazepan Quinina Quinidina Clordiazepóxido Profoxifeno Reserpina Kanamicina Lidocaína Meperidina Procainamida Efedrina Anfetamina Tolazolina Mecamilamina Guanetidina 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Penicilinas Ácido salicílico Ácido acetilsalicílico Warfarina Tolbutamida Sulfadimetoxina Fenobarbital Tiopental Fenitoína Teofilina Glutetimida *Nitrazepan *Oxazepan Cafeína 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 Gastrintestinal Alveolar Agente tóxico Barreira Biológica Sistema biológico Cutânea Gastrintestinal Alveolar Vascular Hemato-encefálica Placentária

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 sólidas e líquidas

ABSORÇÃO PULMONAR P ar alveolar > P sangue: absorção P ar alveolar < P sangue: eliminação

ABSORÇÃO PULMONAR DE GASES E VAPORES Solubilidade no sangue propriedades físico-químicas 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

Fatores que influenciam 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 II – Toxicocinética FASE II – 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

METABÓLITOS TÓXICOS Natureza química eletrofílicos nucleofílicos radicais livres Moléculas celulares alvos DNA proteínas lipídios

METABÓLITOS TÓXICOS

BIOATIVAÇÃO E DESTOXIFICAÇÃO DO PARACETAMOL Glicunonidação Paracetamol Sulfatação Metabólito eletrofílico reativo Glutationa Proteínas hepáticas Destoxificação Morte celular Citocromo P450

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 -OSO3H BENZENO FENOL 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 hidroxilação epoxidação sulfoxidação Desidrogenação Desaminação Dessulfuração Desalquilação Redução Azo-redução Nitro-redução Desalogenação redutora 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 maioria dos xenobióticos lipossolúveis 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 epoxidação

REAÇÕES DE OXIDAÇÃO desidrogenação 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 Parede Urina pH Plasma tubular ácido HX  H+ + X- Á C I D O S F R A C O S Urina pH Parede básico tubular Plasma X- + H+  HX Fonte: Repetto, 1997

Drogas em forma de transporte Ativação metabólica Degradação metabólica Efeito terapêutico ou tóxico PRODUTOS NOCIVOS Forma de transporte Forma ativa Forma ativa XENOBIÓTICO Fluido extracelular Drogas em forma ativa Drogas em forma de transporte Produtos inativos Relação estímulo efeito Local de ação principal Estímulo Ligado a proteínas Relação estímulo efeito Absorção Local de ação secundário Estímulo Efeitos colaterais Fonte: Repetto, 1997

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

Alterações bioquímicas Organismo Sítio de Ação Efeito tóxico Dose administrada do toxicante Concentração adequada Alterações bioquímicas e fisiológicas Bioativação

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 à melanina presente na substância negra

"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) Sem efeito Efeito pequeno Efeito moderado Efeito grave Morte

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 Threshold

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 Região estrutural Região reguladora Codifica aa 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 Ativação da cascata de fosforilação proteica Ativação de fator de transcrição Ligação à região reguladora do gene Transcrição gênica Síntese proteica Extracelular Citoplasma Ligante (hormônios) Núcleo Citoplasma

ALTERAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA Sinal externo Receptores de membrana Ativação de proteínaquinase Ativação da cascata de fosforilação proteica Ativação de fator de transcrição Ligação à região reguladora do gene Transcrição gênica Síntese proteica Ligante Influência na produção de sinais externos herbicida amitrole  TSH  tumores tireoidenanos Influência na transdução de sinais estímulo de PK  efeito proliferativo forbolester mimetiza diacilglicerol inibição de fosfatase  efeito proliferativo arsenito inibição de PK  efeito anti-proliferativo estaurosporina induz apoptose 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 Junção neuromuscular Sinapse neuro-efetora M. liso e cardíaco M. esquelético Neurônio

neurotransmissor (NT) Liberação do neurotransmissor (NT) Término da ação do NT 1 2 3 1) Recaptura 2) Metabolização 3) Difusão sangüínea 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 Cristas mitocondriais Fonte: Lehninger A.L. et al. Princípios de Bioquímica. SP: Sarvier, 1996.

Esta figura ilustra a força próton-motora Esta figura ilustra a força próton-motora. Note que, à medida que e- vão 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 Citrato Isocitrato a-cetoglutarato Succinil-CoA Succinato Fumarato Malato Oxaloacetato Citrato sintase Aconitase desidrogenase -cetoglutarato sintetase Fumarase

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 Injúria celular RL, ROS ou RNS Sistema antioxidante 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

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 Sinergismo Diminuição do efeito Antagonismo Aumento do efeito Adição Potenciação Farmacológico Funcional Fisiológico Químico Competitivo Não Competitivo

ILUSTRAÇÃO DOS DIFERENTES TIPOS DE INTERAÇÕES Interação Efeito do agente A Efeito do agente B Efeito de A + B Adição 20% 30% 50% Sinergismo 100% Potenciação 0% Antagonismo 5% Fonte: modificado de http://www.sis.nlm.nih.gov/enviro/toxtutor/Tox1/a42.htm

ANTAGONISMO FARMACOLÓGICO COMPETITIVO Antagonista competitivo Agonista O antagonista compete com o agonista pelo receptor O antagonismo pode ser revertido aumentando-se a concentração do agonista

ANTAGONISMO FARMACOLÓGICO NÃO COMPETITIVO Antagonista não competitivo Agonista 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 Eliminação pré-sistêmica Distribuição longe do alvo Excreção Destoxificação Molécula-alvo (proteína, lipídio, ácido nucléico e macromolécula) ou sítio-alvo de ação Toxicante final 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 ABSORÇÃO SUBSTÂNCIA TÓXICA PELE OU MUCOSA TECIDO CELULAR ÓRGÃO TOXICIDADE LOCAL 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