Toxicologia de contaminantes químicos Claudia Regina dos Santos crs@usp.br O que você entende por Toxicologia? Quais são possíveis causas de intoxicação no ambiente de trabalho?

INTRODUÇÃO À TOXICOLOGIA Objeto de Estudo Toxicologia Substância química - Organismo vivo Conceitos Agente tóxico, toxicante, xenobiótico Produz efeito nocivo Toxicidade Potencial de produzir efeito Intoxicação Sinais e sintomas

TOXICOLOGIA AGENTE TÓXICO ORGANISMO EFEITO

TOXICOLOGIA CIÊNCIA MULTIDISCIPLINAR Histopatologia Fisiologia Patologia Bioquímica Toxicologia Outras... Biologia Epidemiologia Químicas Ecologia

História da Toxicologia Idade Antiga Egito - Idéia divina de veneno Ebers papirus (1500aC) Grécia - Idéia Médica Legal Sócrates (470-399) Hipócrates (400aC) Theophrastus (Pai da Farmácia) Roma - Idéia Criminal, Política Midrídates - Combate individual Lex Cornelia (82aC) - Lei

História da Toxicologia Idade Média Homicídios Maimonídes (1135-1204) Venenos e seus antídotos (1198) Itália - Apogeu dos envenenamentos Cosméticos a base de arsênio França Teste em crianças Punição envenenadores profissionais (Luis XIV)

História da Toxicologia Idade Média Renascença Paracelsus (1493-1541) Idade médica científica Experimentação Propriedades terapêuticas e tóxicas Relação com a dose Revolução industrial (1775) Sinais iniciais de Doenças Ocupacionais

História da Toxicologia Idade Moderna / Contemporânea Fase Científica Orfila (1787-1853) Pai da Toxicologia (Traite de toxicologie) Toxicologia forense Análises Toxicológicas Estudos de mecanismos de ação Novos tóxicos e antídotos Após a Segunda Guerra Mundial Desenvolvimento extraordinário

Finalidades Avaliação de risco; Medidas de segurança; Prevenção Áreas Alimentos - aditivos e contaminantes Ambiental - macroambiente Medicamentos Social - drogas de abuso Ocupacional - ambiente de trabalho

Agentes causadores de doenças ocupacionais Físicos Biológicos Ergonômicos QUÍMICOS

Agentes Químicos Portaria 25 (alterou NR-9) “Substâncias, compostos ou produtos que possam penetrar no organismo pela via respiratória, nas formas de poeiras, fumos, névoas, neblinas, gases ou vapores, ou que pela natureza da atividade da exposição, possam ter contato ou serem absorvidos pelo organismo através da pele ou por ingestão”

“NÃO EXISTE SUBSTÂNCIA QUÍMICA INÓCUA “NÃO EXISTE SUBSTÂNCIA QUÍMICA INÓCUA. EXISTEM MANEIRAS SEGURAS DE UTILIZÁ-LAS, DENTRO DE CERTAS CONDIÇÕES DE EXPOSIÇÃO.”

Contaminantes atmosféricos Estado físico Gases e vapores Poeiras, fumos, fumaças e névoas Aerosóis Dispersão no estado gasoso, fase dispersa de partículas líquidas ou sólidas Atenção para TEMPO DE PERMANÊNCIA ORIGEM Dispersão - desintegração mecânica Condensação

Classificação dos aerosóis Poeiras diâmetro maior que 1m (até 100m); desintegração mecânica; manuseio nos processos industriais. Fumos diâmetro menor que 1m; a partir de reações de condensação, combustão, sublimação ou reações químicas; partícula formada é diferente do material de origem.

Fumaças diâmetro menor que 1m; combustão incompleta. Névoas diâmetro entre 0,1 e 100m; condensação de partículas líquidas.

Fases da intoxicação I. Exposição Dose Via de administração Tempo e freqüência Características físico-químicas Susceptibilidade individual II. Toxicocinética III. Toxicodinâmica IV. Clínica

CARACTERÍSTICAS DA EXPOSIÇÃO Aparecimento e intensidade da intoxicação Dose - relação direta Via de administração - diferenças na absorção Tempo e freqüência das exposição Benzeno - curto prazo - neurotóxico longo prazo - mielotóxico Características físico-químicas Lipossolubilidade, Volatilidade, Tamanho das partículas

Susceptibilidade individual Idade - idosos e crianças Sexo - hormônios Estado nutricional – obesos, deficientes em proteínas Características genéticas Patologias - nefropatias e hepatopatias Hábitos - fumar e ingerir bebidas alcoólicas Uso de medicamentos Cronicamente Esporadicamente

Medicamentos Uso esporádico Uso crônico Al urinário Antiácidos a base de alumínio Al urinário Complexos vitamínicos Analgésicos a base de fenil salicilatos Uso crônico Indução e inibição de biotransformação

Vias de introdução Via digestiva (oral ou gastrointestinal) Via cutânea Via pulmonar (ou respiratória) Via parenteral Via Ocular

Via Digestiva

Instestino / microvilosidades

Via Cutânea Contato com o agente tóxico Ação local (irritação queimadura) Penetrar (ação sistêmica)

Fatores que condicionam a penetração do agente na pele Ligados ao agente Solubilidade, grau de ionização, peso molecular, volatilidade e viscosidade Ligados ao indivíduo Região e integridade da pele, vascularização e pilosidade local Ligados às condições de trabalho Duração e tipo de exposição, umidade e temperatura local Exemplos: n-hexano - neuropatia periférica tetracloreto de carbono - dano hepático

“ELKINS” comparou pulmões - bombas captadoras Via pulmonar Contato com o agente tóxico Retenção no aparelho respiratório (ação local) Absorção (ação em diferentes sítios de ação) Fatores que facilitam a absorção Estado físico das substâncias (gases e vapores) Volume considerável de ar inalado (5-6L/min) Elevada vascularização “ELKINS” comparou pulmões - bombas captadoras

Vias áereas superiores Vias de passagem Partículas diâmetro, forma, número, densidade, composição e carga elétrica partículas de aproximadamente 1m partículas grandes Gases e vapores Retenção (total e parcial) - solubilidade Umidade - dissolvendo ou hidrolisando-o RETENÇÃO E ABSORÇÃO NÃO SÃO SINÔNIMOS DE PROTEÇÃO

Alvéolos pulmonares Comportamento da substância - características físico-químicas Partículas Tamanho e superfície - pneumoconioses Densidade (ex: amianto e metais) Outros fatores – Velocidade e intensidade de respiração Atividade física Temperatura

Destino das partículas Passagem do alvéolo para o sangue (1-3m) Remoção até os brônquios Fagocitose Passagem para o sistema linfático Retenção nos alvéolos - pneumoconioses

Gases e vapores nos alvéolos Alvéolo há o equilíbrio entre duas fases Fase gasosa - ar alveolar Fase líquida - sangue Absorção e eliminação a favor do gradiente Sangue composto por 3/4 de água Excelente solvente para compostos hidrossolúveis Pouco solúveis - FLUXO LIMITADO Muito solúveis - VENTILAÇÃO LIMITADA

TOXICOCINÉTICA

ABSORÇÃO Passagem da substância para a circulação sanguínea Barreiras biológicas - membranas celulares Fatores interferentes no transporte das membranas Solubilidade da substância Coeficiente de partição óleo/água Grau de ionização Tamanho Carga elétrica Estrutura da membrana Mecanismos de transporte

Transporte passivo Difusão passiva e filtração Não requer energia Mais frequentemente substâncias lipossolúveis Compostos hidrossolúveis passam pelos poros Difusão depende Solubilidade em lipídeos Da forma não ionizada das substâncias

Fatores que interferem na lipossolubilidade Ácidos e bases forma ionizada e não ionizada Constante de dissociação (pKa) Constante de ionização é o pH do meio Se pH da solução = pKa da substância, então 50% está na forma ionizada e 50% na não ionizada O pKa não indica se uma substância é ácida ou básica Grau de ionização depende pKa da substância pH do meio

EQUAÇÃO HENDERSON-HASSELBACH Para ácidos pKa - pH = log NI I Para bases pKa - pH = log I NI

Exemplo da aplicação do cálculo Verificar onde o Ácido Salicílico, cujo pKa é 3, é melhor absorvido, no estômago pH = 2, ou no intestino pH = 6. No estômago pH = 2 pKa - pH = log (NI / I) 3 - 2 = log (NI / I) 1 = log (NI / I) 10 = (NI / I) No intestino pH = 6 3 - 6 = log (NI / I) -3 = log (NI / I) 1000 = (I / NI)

EXERCÍCIO Uma substância X de pKa 2,0 (ácida) e outra substância Y de pKa 5,0 (básica), estão presentes no ambiente e serão hipoteticamente veiculadas aos trabalhadores. Aplicando a equação de Henderson-Hasselbach, para cada substância, explique onde haverá preferencialmente absorção considerando os seguintes compartimentos orgânicos: Estômago pH=1,0 Intestino pH=6,0

Resolução do exercício X pKa – pH = log (NI/I) Y pKa – pH = log (I/NI) Estômago pH=1 2,0 – 1,0 = log (NI/I) 5,0 – 1,0 = log (I/NI) 1,0 = log (NI/I) 4,0 = log (I/NI) 10 = NI/I 10000 = I/NI Intestino pH=6 2,0 – 6,0 = log (NI/I) 5,0 – 6,0 = log (I/NI) - 4,0 = log (NI/I) -1,0 = log (I/NI) 10000 = I/NI 10 = NI/I

Transporte especializado (substâncias insolúveis nos lipídeos ou grandes) Transporte ativo Contra o gradiente de concentração Depende de carreadores Há consumo de energia Características do Transporte Ativo Seletividade Natureza química do transportador Natureza das enzimas Saturabilidade do transportador

Difusão Facilitada Requer proteína carreadora Podem ser inibidas Ocorre a favor do gradiente de concentração Não há gasto de energia

Pinocitose e fagocitose Remoção de material particulado dos alvéolos Remoção de substâncias tóxicas do sangue

Distribuição Fluxo sanguíneo Facilidade da substância atravessar a rede capilar Molécula pequenas, hidrossolúveis e íons - canais aquosos e poros Moléculas lipossolúveis – membranas Moléculas hidrossolúveis e íons maiores - mecanismos especiais de transporte

Distribuição cont. Distribuição restrita ou total Acúmulo de substâncias Sítio de ação Outros tecidos Fração livre - Efeito Tóxico

Volume de distribuição Conceito “Volume hipotético de fluido necessário para dissolver a quantidade total do agente na mesma concentração daquela encontrada no sangue”

Volume de distribuição Extensão da distribuição Relação dependente Concentração sanguínea - volume de distribuição Proteínas plasmáticas Grande Volume de distribuição Várias partes do organismo Pequeno Volume de distribuição Substância no plasma

Armazenamento Órgãos ou tecidos a fins Órgãos alvo Locais de armazenamento - proteção Há o equilíbrio Substância armazenada - fração livre no plasma Armazenamento pode aumentar t1/2

t1/2 ou meia vida Conceito “Tempo necessário para reduzir a concentração plasmática do agente à metade”

Locais de armazenamento Proteínas plasmáticas Albumina b1 Globulina Ceruloplasmina a, b lipoproteínas Fígado e rins Eliminação de agentes do organismo Tecido Adiposo Glândulas endócrinas, nervos (bainha de mielina)

Locais de armazenamento cont. Ossos Afinidade com minerais Cabelos e unhas Afinidade em se conjugar com grupos -SH da queratina

Outras formas de proteção Barreira hemato-encefálica Menos permeável Passagem do agente livre Não está completamente desenvolvida em recém-nascidos Ex: organoclorados, sulfeto de carbono, tetracloreto de carbono Barreira placentária Transporte de xenobióticos por difusão passiva Não ionizadas e com elevada solubilidade, atigem mais rapidamente o equilíbrio Redistribuição de agentes tóxicos Passagem do sítio de ação para o local de armazenamento Ex:. Redistribuição do chumbo

Biotransformação Reações que facilitam a excreção renal Principais locais Fígado Pulmões, intestino, sistema nervoso central e plasma Fases da biotransformação Pré-sintética Reações de oxidação, redução ou hidrólise Aumentam hidrossolubilidade Adicionam grupos funcionais (-OH, -SH, NH2,-COOH)

Sintética Formação de novas substâncias Ex:. Tolueno Ácido benzóico (62%) glicina Benzoilglicuronídeo Ácido Hipúrico

É possível destoxificar ou biotoxificar Principais reações: Ativação Paration Paraoxon b-nitrofenol Codeína Morfina Inativação Com intermediários Fenobarbital r-hidroxifenob. o-hidroxifenobarbital Sem intermediários Sulfanilamida N’acetilsulfanilamida

Excreção Via de excreção depende de propriedades físico-químicas Principais vias Via Renal Filtração glomerular passiva Difusão tubular passiva Secreção tubular ativa Reabsorção tubular (hidrossolubilidade e forma não ionizada)

Excreção Benzeno e Tolueno Alta lipossolubilidade Absorção Tolueno Oxidação Ácido benzóico Oxidação Fenol Conjugação Gilicina Ácido Hipúrico Conjugação UDPGA Glicuronídeo Alta hidrossolubilidade Eliminação (urina) pKa = 3,4 (NI) = 0,1% (I) = 99,9% pKa = 3,8 (NI) = 0,25% (I) = 99,75%

Via pulmonar Gases, vapores e partículas Difusão simples Intensidade da ventilação pulmonar Solubilidade plasmática Tensão de vapor

Diferença na eliminação de gases e vapores sob forma inalterada Anilina = 1% Sulfeto de Carbono = 10% Tolueno = 18% Benzeno = 40% Clorofórmio = 90% Tetracloreto de Carbono = 98%

Suor e Saliva Difusão passiva Saliva - eliminação incompleta Ex:. Estricnina, álcool etílico, atropina Leite Mãe - recém nascido Leite de animais

Fezes Substâncias pouco absorvidas pelo TGI Substâncias hidrosolúveis Substâncias lipossolúveis - ciclo entero-hepático Substâncias excretadas pelo TGI