CARTE_TOXICOLOGIE.ppt

ADITIVI ALIMENTARI • Codex Alimetarius OMS: aditivul este orice substanţă, chiar şi de natură microbiologică, care nu este consumată în mod normal ca aliment şi care nu este folosită în mod normal ca ingredient tipic al alimentului, chiar dacă are sau nu valoare nutritivă, a cărui adăugare în produsul alimentar este legată de un scop tehnologic (şi organoleptic) în fabricarea, ambalarea sau păstrarea produselor alimentare, cu efect cert sau de la care se aşteaptă efecte convenabile (directe sau indirecte) asupra proprietăţilor acestora

Clasificare • • • • • • • • • • •

Coloranţii Îndulcitorii Conservanţi Antioxidanţi Suporturi Acidulanţi Regulatori de pH Agenţi antiaglomeranţi Agenţi antispumă Emulgatori Săruri de emulsionare (de topire)

• • • • • • • • •

Agenţi de întărire Potenţatori de aromă Agenţii de spumare Agenţi de gelificare Agenţi de glazurare Umectanţi Amidonuri modificate Gaze de ambalare Agenţi de afânare

• • • •

Sechestranţi Stabilizatori Substanţe de îngroşare Agenţi de tratare a făinii Folosire interzisă dacă: -Doza prezintă risc pentru sănătate -Rezultă diminuare a valorii nutritive a alimentului -Maschează defecte calitative -Inducerea în eroare a consumatorului -Efectul dorit poate fi obţinut prin alte metode

ÎNDULCITORI SINTETICI:

Prezentare generală • Îndulcitorii artificiali au fost comercializaţi iniţial ca substituenţi ai zahărului la pacienţii diabetici • În prezent aceste substanţe sunt larg utilizate ca înlocuitori ai zahărului în produse dulci (băuturi, bomboane, gume de mestecat) cu conţinut caloric scăzut • Cele mai des utilizate substanţe sunt: zaharina, ciclamatul, aspartamul şi acesulfamul, singure sau în combinaţii • Încă din anii ’70 a fost observată posibilitatatea apariţiei de efecte toxice la consum exagerat din aceste produse. Aceste observaţii au dus la interzicerea utilizării ciclamatului (în unele ţări) în produse dietetice • Odată cu observarea unor posibile efecte toxice ale unor îndulcitori s-au stabilit şi doze zilnice aceptate

Ciclamatul acidul ciclohexilsulfamic

• Folosirea ca aditiv alimentar este interzisă în: Canada, SUA, unele ţări UE, India şi Hong Kong • Folosit pe scară largă în România E 952 • Absorbit din tractul GI, eliminat nemetabolizat în urină şi fecale • Traversează placenta • Bacteriile din intestin pot converti ciclamatul la ciclohexilamină (compus cancerigen) • Studiile retrospective la om nu au corelat administrarea de ciclamat cu risc crescut de dezvoltare al tumorilor maligne la nivel renal • Capacitate de îndulcire: 30-50 ori mai dulce ca zahărul • DZA initial 11mg/kg/zi; în prezent 9 mg/kg/zi

Zaharina 1,1-dioxid-1,2-Benzotiazol-3-onă

• Absorbită din tractul GI, nemetabolizată la om şi şobolan, metabolizată însă la maimuţe • Vd la om este 264 L • Trece placenta • Unele studii retrospective au corelat administrarea zaharinei cu risc crescut de apariţie al cancerelor la nivel renal. Alte studii însă au infirmat aceste descoperiri • Capacitate de îndulcire: de 300 de ori mai dulce ca zahărul E 954 • DZA 5 mg/kg/zi

Mecanismul efectului cancerigen la nivelul vezicii urinare • Mecanism non genotoxic ce implică: - Formarea precipitatului de fosfat de calciu la nivel urinar - Citotoxicitate - Stimularea proliferării celulare - Diferenţele interspecie (şobolan – om): probabil nu va duce la risc cancerigen în populaţia umană (IARC)

Aspartam l-aspartil-l-fenilalanină metil ester

• După absorbţie se metabolizează complet în 2 aminoacizi (aspartam şi fenilalanină) şi metanol • Posibile efecte negative asupra persoanelor ce suferă de fenilcetonurie • Studii pe animale au arătat posibile efecte cancerigene (creier) ale aspartamului • Capacitate de îndulcire: de 180 de ori mai dulce ca zahărul E 951 • DZA 50 mg/kg/zi SUA, 40 mg/kg/zi UE

ciclamat

???

Produs tip Cola

aspartam

zaharină

acesulfam

cafeină

ciclamat

Pr o

du ş

id e

de

sc

om

pu n

er

e

zaharină

aspartam

Concentraţia îndulcitorilor în produsele testate la Disciplina de Toxicologie

În nici un produs nu am găsit îndulcitori nelistaţi pe etichetă

! Ciclamat 0.00 mg/L Zaharină 0.00 mg/L Aspartam 296.82 mg/L

Ciclamat 230.39 mg/L Zaharină 0.00 mg/L Aspartam 91.35 mg/L

Ciclamat 280.07 mg/L Zaharină 0.00 mg/L Aspartam 107.73 mg/L

Ciclamat 183.02 mg/L Zaharină 36.62 mg/L Aspartam 9.94 mg/L

Ciclamat 215.26 mg/L Zaharină 0.00 mg/L Aspartam 115.86 mg/L

Ciclamat 220.45 mg/L Zaharină 50.94 mg/L Aspartam 47.19 mg/L Ciclamat 113.14 mg/L Zaharină 17.96 mg/L Aspartam 31.55 mg/L

Ciclamat 175.72 mg/L Zaharină 23.76 mg/L Aspartam 40.74 mg/L

Ciclamat 239.15 mg/L Zaharină 34.58 mg/L Aspartam 60.30 mg/L

Chestionarea tinerilor referitor la consumul de îndulcitori • • • • • • • • • • • •

Am folosit un chestionar cu 33 de întrebări Au fost chestionaţi 185 de tineri (15-19ani) 90% le plac băuturile răcoritoare şi dulciurile 96% consideră că sănătatea este influenţată de alimentaţie 80% sunt interesaţi de consumul alimentelor sănătoase 25% consumă 4-6 L sucuri/săptămână 40% consideră îndulcitorii sintetici mai sănătoşi ca zahărul 75% consideră că nu sunt informaţi asupra substanţelor conţinute în sucuri Singurul îndulcitor artificial de care au auzit este zaharina (25%) Pierderea de greutate corporală prin înlocuirea zahărului cu îndulcitori artificiali este considerată posibilă de 1.6% 90% consideră că în sucuri pot fi prezente substanţe nesănătoase 90% dacă ar afla că în produsul preferat există substanţe dăunătoare sănătăţii ei ar renunţa la el

ACIDUL GLUTAMIC: SUBSTANŢĂ TOXICĂ  SAU ADITIV ALIMENTAR INOFENSIV?

Prezentare generală • Cel mai răspândit amino acid în ţesuturile mamiferelor • Apare in cantităţi mari în alimente tradiţional utilizate pentru obţinerea unor mâncăruri gustoase: roşii, ciuperci, brânză • Cel mai utilizat dintre aditivii alimentari potenţiatori de gust (E620-625) • Asigură cel de-al cincilea gust: GUSTUL UMAMI (gust de proteine) • Neurotransmiţător in SNC • Absorbţie rapidă din intestin • Rapid metabolizat in mucoasa intestinală la alanină care se distribuie in ficat • În mod normal consumul de alimente bogate în glutamat nu duce la creşterea semnificativă a concentratiei plasmatice şi lactice a glutamatului

• Utilizând cantităţi mari (2L/zi, vara pe caniculă este o cantitate acceptabilă) din sucul cel mai concentrat în ciclamat găsit de noi (produs de o firmă internaţională foarte cunoscută şi mediatiatizată) este posibilă depăşirea dozei zilnice acceptate. • Dozele zilnice acceptate de zaharină şi aspartam pot fi depăşite doar la consum concomitent de alte produse cu îndulcitori (bomboane, gume de mestecat)

Posibile efecte toxice ale glutamatului -

Studiile efectuate pe animale de experienţă au evidenţiat următoarele: Leziuni cerebrale Leziuni hepatice şi renale Tulburarea capacităţii de învăţare Degenerarea retinei Excitotoxicitate Disfuncţii metabolice Creşterea consumului de alimente şi obezitate Nu există studii care să demonstreze apariţia acestor efecte la oameni. Implicarea glutamatului in sindromul restaurantului chinezesc a fost infirmată de studii clinice placebo controlate.

-

Prin studii pe voluntari s-a putut demonstra doar o creştere doză dependentă a secreţiei de insulină în urma administrării glutamatului

Categorii de risc la utilizarea glutamatului • Conform FDA: “generally recognised as safe” • Conform The Federation of American Societies for Experimental Biology există 2 categorii de risc: • Persoanele intolerante la cantităţi mari de glutamat • Persoanele astmatice

Doze maxime acceptate -European Commission (95/2/CE) on food additives a fixat ca limită a adăugării glutamatului in alimente finite 10 g/kg -Este interzisă, de asemenea, adăugarea glutamatului în alimente destinate sugarilor şi copiilor mici -La doza de 60 mg/kg unii autori descriu efecte adverse (ex. greaţă)

Rezultate

Salam porc 0.68 g/kg 18.05 RON/kg

Salam şuncă ţărănesc 1.66 g/kg 12.99 RON/kg

Salam porc+vită 0.73 g/kg 17.99 RON/kg

Şuncă de curcan 0.73 g/kg 17.65 RON/kg

Salam de proc 2.16 g/kg 21.00 RON/kg

3.32 g/kg 1.00 RON/buc

Parizer de pui 0.14 g/kg 10.00 RON/kg

88 g/kg 1.30 RON/buc

119.95 g/kg 0.25 RON/buc

79.95 g/kg 0.30 RON/buc

99.06 g/kg 0.25 RON/buc

102.17 g/kg 0.25 RON/buc

Estimarea obiceiurilor de consum • • • • • •

Au fost chestionaţi 200 de tineri (14-20 ani) 100% consumă mezeluri 40% preferă mezelurile cărnii 50% au auzit de glutamat 15% stiu că glutamatul este potenţiator de gust Aflând ca rolul lui este de a da gust unor alimente 73% consideră ca nu merită utilizat • Chiar dacă ar afla că glutamatul este periculos asupra sănătăţii 73% ar consuma în continuare mezeluri; motivul este gustul (50%), uşurinţa folosirii (42.5%), preţul scăzut al unor mezeluri (7.5%) • În cazul amestecurilor de legume 8.6% consideră că sunt adaosuri care dau gustul intens • În cazul produselor cu gust de carne 83.5% consideră că au adaosuri care intensifică gustul

Posibilitatea atingerii celei mai mici doze toxice (60 mg/kg sau 3 g pt o persoană de 50 kg)

100 g

100 g 3.3 g glutamat

100 g

Posibilitatea atingerii celei mai mici doze toxice (60 mg/kg sau 960 mg pt un copil de 16 kg)

1-1.3 g glutamat

Benzoatul de sodiu • Foarte des folosit la conservarea alimentelor lichide şi a produselor cosmetice E 211-213 • Apare spontan în vinul de mere 0,328-40 ppm • Prezent în fumul de ţigară şi gaze de eşapament • Unele fructe “berries” conţin 0,05% ac b • Ca şi conservant se foloseşte în concentraţii de 0,29 – 0,00001% • Cantitatea medie consumată este de 312 mg • A fost găsit în expiraţia a 1 din 12 persoane din New Jersey • 82 mil tone folosite în 1987

Toxicinetică om • Absorbţie cutanată 1,2-1,4% (om). În unele cazuri poate ajunge la 30-40% • Oral: absorbţie rapidă • Transformare hepatică (posibil şi renală) la acid hipuric

• Posibilă alterare a conjugării cu glicină a altor compuşi (prin depleţie) • În 24 de ore 100% se excretă în urină (52 mg/kg)

Efecte toxice observate la animale de experienţă • • • • • • • •

Injectat intravenos la oi a dus la creşterea secreţiei de insulină şi glucagon Alterarea distribuţiei bilirubinei în ser, piele şi alte ţesuturi (şobolani) 630 mg/kg: agresivitate, colaps, deces 50% (pisică). Autopsie: modificări degenerative la nivel hepatic, renal şi pulmonar. Subcronic oral: 80 mg/kg/zi 10 sapt: scăderea greutăţii corporale, 32% decese Subcronic inhalator: fibroză interstiţială trahee şi plămâni, iritaţie la nivelul căilor respiratorii, modificări hepatice şi renale Lipsă efect carcinogen Doze peste 25 mg/kg afectează procesul de reproducere crescând numărul de resorbţii (şobolan); fără efect teratogen Lipsă efect genotoxic

Efecte toxice la om • Alergizant: urticarie, astm, rinită, şoc anafilactic (oral, dermal, inhalat) • 47% pacienţi cu astm au răspuns pozitiv la acidul benzoic • 0,7% responsabil de intoleranţa la produse cosmetice • 0,3-0,4 g/zi timp de 62 de zile: NOAEL • 35 g/20 de zile: stare de rau, greaţă, cefalee, stare de slăbiciune, irirtare şi arsuri esofagiene, senzaţie de foame, indigestie • 1-1,5 g pot cauza vomă (de obicei 6 g sunt tolerate) • ADI 0-5 mg/kg

Risc în utilizare • În produsele alimentare cu pH acid care conţin alături de acid benzoic şi acid ascorbic s-a observat formare de benzen • Concentraţii de peste 100 de ug/L au fost observate în produse de tip cola • Conc. Max benzen în apă 5 ug/l Canada şi 1 ug/L Europa

Grăsimi vegetale hidrogenate Acizii graşi nesaturaţi trans • Formate în urma hidrogenării parţiale a uleiurilor vegetale • Alte moduri de formare: biohidrogenare in stomacul rumegătoarelor, procesul de tratare termică a alimetelor • Uleiurile naturale sunt în configuraţie cis • Enzimele ce intervin în metabolismul lipidic au un mare grad de specificitate pentru forma cis • Modificarea compoziţiei grăsimilor va avea efecte asupra unor procese fiziologice pentru că numărul şi poziţia dublelor legături influenţează metabolizarea acizilor graşi, încorporarea acestora în fosfolipide, transformarea în prostaglandine şi alţi eicosanoizi

Surse de acizi graşi trans • Pe parcursul evoluţiei omului singura sursă de acizi graşi trans a fost consumul de specii de rumegătoare • La începutul secolului XX procesul de hidrogenare al grăsimilor a luat amploare în industria alimentară • În urma hidrogenării o parte din legăturile duble se saturează, o parte suferă transformare în izomer trans, iar o parte se transformă în izomeri de poziţie • Apar peste 20 de izomeri ai acidului oleic sau linoleic • În 1910 se produceau în SUA 4 kg/locuitor/an • În 1980 6% din grăsimile consumate în Germania erau trans (2.3% din necesarul caloric) • Consumul este în creştere în ţările în curs de dezvoltare (India) • În prezent se găsesc în: margarină, prajituri, îngheţate, alimente fast food, pop corn, cipsuri, etc

Acid linoleic

Efecte negative asupra sănătăţii • • • • • •

Acizii graşi trans seamănă structural cu acizii graşi cis dar lipseşte activitatea metabolică a acestora Izomerii de poziţie pod duce la sinteze de eicosanoizi “anormali” La nivel de 10% din necesarul energetic AT scad nivelul HDL şi cresc nivelul LDL (AG stauraţi cresc LDL dar nu scad HDL) Concentraţia colesterolului total scade în cazul AT comparativ cu AG saturaţi prin scăderea predominantă a HDL Creşte şi nivelul lipoproteinei(a) Cresc riscul bolilor coronariene (CAD), infarct miocardic, ateroscleroză (3.2% din calorii)

Efecte negative asupra sănătăţii • Peste 30.000 de decese în SUA sunt cauzate de AGT (aprox 7% CAD sunt cauzate de AGT) • Concentraţiile AGT nu sunt trecute pe etichete • Depunere în ţesutul adipos visceral • Risc crescut de diabet (creşte rezistenţa la insulină, adică raportul insulină:glicemie) • Risc crescut de obezitate • Risc de cancer de sân • Alzheimer? • Infertilitate ovulatorie la femei (creştere cu 2% a AGT creşte cu 73% riscul de infertilitate)?

COLORANŢII

Utilizări • Împreună cu aromatizanţii se folosesc pentru a obţine mâncăruri aspectuoase şi gustoase • Se crează astfel un sentiment fals de natural, sănătos • Obţinerea de efecte interesante în alimente: prăjituri multicolore, ketchup verde, etc. • Protecţia aromatizanţilor şi vitaminelor de efectele luminii

Efecte negative asupra sănătăţii • Amarant (E123), Sunset yellow (E110), curcumina (E100) în doze 10XADI influenţează negativ raspunsul imun celular (animale de exp) • Unii coloranţi în amestec cu benzoatul de sodiu pot duce la ADHD + eliminare non imunoglobulină E dependentă a histaminei din basofile • Posibil efect sinergic între coloranţi? ADI?

Curcumina • Colorant galben extras din Zingiberaceae • Efecte anticancer, anitiinflamatoare, antimumorale, anti Alzheimer dissease? • Posibil cancerigen, interferă cu metabolismul proteinelor, efecte negative asupra sarcinii??? • E100

Substanţă toxică • “Toxic este substanţa care, după pătrundere în organism în doză relativ ridicată (unică sau repetată în intervale scurte), sau în doze mici (repetate timp îndelungat), determină, imediat sau după o perioadă de latenţă, în mod trecător sau persistent, alterarea uneia sau mai multor funcţii ale organismului, putând duce la moarte”

Clasificarea toxicilor Origine: toxici minerali, vegetali, animali, sintetici. Constituţie chimică: toxici anorganici, organici. Analitică: toxici gazoşi, volatili, minerali, organici nevolatili Comportare fiziopatologică: toxici asupra SNC, SNV, aparat respirator, etc

• Clasificare după domeniu de utilizare şi provenienţă: – Toxici industriali – Medicamente – Plante toxice – Pesticide – Detergenţi – Materiale plastice – Aditivi alimentari – Fito şi zootoxine – Substanţe toxice de luptă

Intoxicaţiile • Definiţie: starea patologică reversibilă sau ireversibilă produsă de una sau mai multe xenobiotice după pătrunderea lor într-un organism viu. • Toxicitatea: proprietatea relativă a substanţelor, ce se caracterizează prin capacitatea lor de a produce un răspuns biologic (efect) după pătrunderea lor în organismul viu (excepţie radiaţiile). Ea depinde de mulţi factori.

Clasificarea intoxicaţiilor INTOXICAŢII ENDOGENE

INTOXICAŢII EXOGENE

INTOXICAŢII EXOGENE

INTOXICAŢII INTENŢIONATE (VOLUNTARE)

CRIME

SINUCIDERI

TOXICOMANII

INTOXICAŢII ACCIDENTALE

ACCIDENTALE PROPRIU-ZISE

PROFESIONALE

MEDICAMENTOASE ALIMENTARE

SINUCIDERI MEDICAMENTE

PESTICIDE

CO

TOXICOMANIA Starea de intoxicaţie, periodică sau cronică, determinată de de consumarea repetată a unui drog (medicament), natural sau sintetic

• Dorinţă de neînvins de a continua consumul drogului • Tendinţă de creştere progresivă a dozelor??? • Dependenţă psihică • Dependenţă fizică

FENOMENUL DE DOPING -nu este intoxicaţie propriu-zisă -reprezintă folosirea mijloacelor sau substanţelor naturale sau sintetice capabile să mărească performanţele -se folosesc pentru a obţine rezultate mai bune în anumite competiţii -se urmăreşte creşterea rezistenţei la efort prin creşterea masei musculare, a capacităţii de transport a oxigenului, sau diminuarea senzaţiei de oboseală TESTOSTERON, ALTE ANABOLIZANTE

ERITROPOIETINA

AMFETAMINE ŞI ALTE PSIHOSTIMULANTE

INTOXICAŢII ACCIDENTALE PROPRIU-ZISE

INTOXICAŢII MEDICAMENTOASE

EROAREA MEDICULUI

DOZA GREŞITĂ

EROAREA FARMACISTULUI EROAREA BOLNAVULUI

MEDICAMENT GREŞIT

INTERACŢIUNI MEDICAMENTOASE

CARACTERISTICI ALE BOLNAVULUI TOXICITATEA MEDICAMENTULUI

ASOCIERI DE MEDICAMENTE CU ALIMENTE

TOXICITATEA MEDICAMENTULUI • Există medicamente cu potenţial toxic cunoscut folosite în situaţii în care beneficiul terapeutic depăşeşte riscul – Antibiotice aminoglicozidice (gentamicină, streptomicină) – Citostatice

• Există medicamente noi sau de tip “me too” introduse pe piaţă în cazul cărora apar efecte toxice neaşteptate sau efecte toxice cunoscute dar mult mai intense decât în cazul produselor de la care s-a pornit dezvoltarea

EXEMPLE DE INTOXICAŢII MEDICAMENTOASE CU PRODUSE NOU INTRODUSE PE PIAŢĂ •

TALIDOMIDA: – Medicament cu efect sedativ folosit în anii 1950 retras de pe piaţă în 1961 – Frecvent folosit pentru ameliorarea “greţurilor matinale” – efect teratogen – Se estimează că există 10.000 – 20.000 de victime

•

ROFECOXIB: inhibitor COX-2 selectiv – Introdus pe piaţă de Merck in 1999, retras în 2004 – Este medicamentul cu cele mai mari vanzări care a fost retras de pe piaţă – Risc crescut de infarct sau atac vascular cerebral în utilizare îndelungată în doze mari – 80.000.000 oameni trataţi

•

CERIVASTATINA: – – – –

Statină introdusă pe piaţă de Bayer Retrasă rapid de pe piaţă Produce rabdomiolioză, insificienţă renală cu potenţial letal 52 de decese sunt atribuite cerivastatinei

Exemple de produse retrase dupa utilizare indelungată • piramidon (amidoporina) – retras de pe piaţă din cauza riscului de cancer gastric

• metamizolul sodic – retras de pe piaţă din foarte multe ţări datorită riscului apariţiei de tulburări sanguine letale

• ciclamat – retras din multe ţări datorită riscului de apariţie al cancerului la nivelul vezicii urinare

• bisfenol A – interzisă folosirea în recipiente utilizate de sugari

INTOXICAŢIA ALIMENTARĂ

PRODUSE ALIMENTARE TOXICE -Ciuperci otrăvitoare -Plante cianogenetice -Peşti otrăvitori

PRODUSE ALIMENTARE CONTAMINATE -mucegaiuri -pesticide -metale grele -poluanţi -substanţe cedate din ambalaje -îngrăşăminte

ADITIVI ALIMENTARI

TIMPUL INSTALĂRII INTOXICAŢIEI

INTOXICAŢIE ACUTĂ

INTOXICAŢIE CRONICĂ

INTOXICAŢIE CRONICĂ PRIN ABSORBŢIA REPETATĂ DE DOZE MICI INTOXICAŢIE CRONICĂ PRIN ABSORBŢIA UNEI DOZE UNICE: -paraquat -IOP cu acţiune neurotropă întârziată -nitrozamine

REVERSIBILITATEA EFECTELOR

INTOXICAŢIE CU EFECTE REVERSIBILE

INTOXICAŢIE CU EFECTE IREVERSIBILE

FACTORI DE CARE DEPINDE TOXICITATEA

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ

DOZA

FACTORI FIZICO-CHIMICI

STRUCTURA CHIMICĂ

FACTORI DEPENDENŢI DE INDIVID

DOZA • Cantitatea de substanţă, care pătrunsă în organism într-un anumit interval de timp produce un anumit efect • Există 2 categorii de doze: – doză eficace: DE (doză terapeutică pt. medicament) – doză toxică: DT

Doze care caracterizează toxicitatea • doze letale: DL0, DL1, DL10, DL50, DL100 (mg/kg corp, mol/kg corp) • depinde de: – specia animalului – calea de administrare

• se menţionează alături de doza obţinută experiemental şi răspunsul toxic observat şi cauza decesului • dozele letale la om sunt în general mai mici decât cele determinate pe animale de experienţă • cea mai folosită doză letală este DL50 • utilă în special pentru determinarea organelor afectate într-o intoxicaţie acută • nu dă indicaţie asupra toxicităţii pe termen lung (DDT are DL50 similar cu aspirina)

Influenţa speciei animalului asupra DL50

Efectul căii de administrare asupra DL50

Doze toxice observate experimental la om • în cadrul activităţii de zi cu zi există o multitudine de intoxicaţii acute cu diferite substanţe toxice • se publică următoarele: – cea mai mică doză letală la om – cea mai mare doză căreia i-a supravieţuit o persoană

• alături de aceste doze se publică o serie de informaţii cu privire la modul de intoxicare a pesoanei, măsurile luate, simptomatologia observată • aceste doze sunt bune indicaţii referitoare la dozele letale pentru om pentru diverse substanţe uzuale: medicamente. pesticide, etc.

Doze toxice • NOAEL = no observed advers effect level – doza la care nu se observă efecte adverse – determinată prin experimente pe animale în studii de toxicitate cronică – uneori se determină pentru un efect singular – bază pentru determinarea dozelor acceptate pentru populaţia umană – în multe cazuri efecte toxice importante au trecut neobservate în cursul studiilor de toxicitate (DDT, Sb, metamizol, etc, etc, etc)

• LOAEL = lowest observed adverse effect level

Doze şi concentraţii toxice • ADI (accepted daily intake) – doza de substanţă care poate fi administrată zilinc unei persoane, pe toată durata vieţii, fără să apară efecte toxice – stabilită de organisme internaţionale OMS, CE – pentru mulţi toxici sau efecte toxice încă nu s-a stabilit ADI (ex Sb, glutamat) – în multe cazuri ADI a fost revizuit în scădere sau creştere – determinată prin împărţirea NOAEL cu factori de siguranţă: • 10 pt diferenţe între specii (excepţie microundele) • 10 pt diferenţe în populaţia umană • x factor de nesiguranţă (se aplică rar)

• TDI (tolerated daily intake) – determinată pentru contaminanţi

• TWI (tolerated weekly intake)

ADI fără CMA şi invers = O

– doza săptămânală tolerată – stabilită pentru poluanţi cu efect cumulativ

• CMA (concentraţia maximă admisă) – concentraţia maximă a unui toxic care poate fi prezentă în diverse medii (alimente, cosmetice, aer, apă, etc)

Bazele fiziologice ale utilizării factorilor de siguranţă la determinarea ADI

ADI = NOAEL*70/FS FS ≥ 50

normalizarea dozelor la animal în funcţie de suprafaţa corporală

formula utilizată pentru corelarea greutăţii cu suprafaţa corporală:

S = 10,5 x M(g)0,67 nu toate efectele toxice se corelează cu suprafaţa corporală letalitatea se corelează mai bine cu masa corporală

Relaţii doză - efect • cunoaşterea modificărilor de intensitate a răspunsului în funcţie de doză este deosebit de importantă în toxicologie • nu întotdeauna dublarea dozei = dublarea efectului toxic • dozele se exprimă în mg/kg corp, mol/kg corp • la stabilirea dozelor relevante la om se foloseşte suprafaţa corporală • există 2 tipuri de curbe doză efect: – curbele graduale (individuale) – curbele cuantale

Curbe doză – răspuns graduale • se obţin prin reprezentarea grafică a creşterii severităţii efectului în funcţie de doză clorpirifos: inhibiţia a 2 enzime în creierul de şobolan în funcţie de doză

Curbe doză – răspuns cuantale • răspunsul urmărit este de tipul totul sau nimic (ex: deces) • chiar şi răspunsuri continue pot fi transformate în răspuns de tip cuantal

prelucrarea răspunsului cuantal prin metoda probitului punct de pornire pt liniarizarea prin metoda probitului: Medie ± 1SD include 68,3% din populaţie, M ± 2 SD 95,5%, iar M ± 3 SD 99,7%; NED 1 = 84,1% raspuns răspuns cuantal

Tipuri de curbe doză - răspuns

un tip special de curbe de toxicitate sunt curbele de toxicitate în formă de U

in multe curbe doză – răspuns se observă existenţa unei doze prag

- se consideră că pentru majoritatea substanţelor carcinogene nu există doză prag

posibilităţi de extrapolare a efectului toxic sub capacitatea de detecţie experimentală (aprox 10%)

Evaluarea relaţiei doză - răspuns • paralelismul între ED şi LD sugerează că letalitatea este o simplă accentuare a efectului terapeutic • presupunerea nu întotdeaua este corectă

pentru a realiza o comparare a răspunsului în funcţie de doză şi a riscului toxic se folosesc: -indicele terapeutic -zona de siguranţă -factorul de cumulare -compararea potenţei cu eficacitatea maximă

Indicele terapeutic • introdus de Paul Erlich în 1913 • este raportul între doza care produce un efect toxic şi doza necesară pentru obţinerea unui efect benefic • se poate folosi o doză toxică (TD50) sau DL50 • este un parametru care nu ia în calcul forma curbei doză - răspuns Indicele terapeutic = TD50/ED50

Zona de siguranţă • ia în calcul ED99 şi TD1 • în acest mod se ia în considerare într-o oarecare măsură şi forma curbei de toxicitate Zona de siguranţă = TD1/ED99

Factorul de cumulare Factorul de cumulare = DL50/DL50c DL50c = doza letală în administrare de 90 de zile o valoare a FC sub 2 indică o substanţă fără efect de cumulare

Potenţă şi eficacitate maximă • compararea potenţei cu eficacitatea maximă se face pe baza curbelor doză răspuns

compararea potenţei şi a eficacităţii maxime

Factori fizico-chimici care influenţează toxicitatea • • • • • •

starea de agregare gradul de dispersie volatilitatea solubilitatea liposolubilitatea asemănarea structurală cu substanţe endogene: Ba, Pb, metil mercur legat de cisteină, medicamente • structura chimică • stabilitatea chimică (radicalii liberi) • izomeria

Toxicitate – structură chimică

Izomeria

importanţa enantiomeriei în legarea de receptor şi şi apariţia efectului toxic

Factori care influenţează toxicitatea

FACTORI DE CARE DEPINDE TOXICITATEA

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ

DOZA

FACTORI FIZICO-CHIMICI

STRUCTURA CHIMICĂ

FACTORI DEPENDENŢI DE INDIVID

Specia •

Răspunsul unor specii la anumite substanţe toxice este diferit; diferenţele pot fi: – cantitative – calitative

•

Cauze 1. Prezenţa/absenţa unor enzime de metabolizare – – – – –

atropină: om po. DL 2 mg/kg; iepure DL 1500 mg/kg colchicină – bovine, caprine - rezistenţă digitalice – unele specii de broaşte cantaridină – mistreţ aflatoxine: şoarecele este de zeci de mii de ori mai rezistent ca şobolanul pe efectul cancerigen la nivel hepatic – zaharină: şobolan – cancer de vezică urinară; om – specie rezistentă

2. Diferenţe în cantitatea şi/sau calitatea receptorilor – Histamina: cobai – bronhoconstricţie; câine – vasodilataţie; om – ambele efecte – TCDD: doza letală diferă de 1000 de ori între cobai şi hamster

Specia •

Diferenţe în enzimele de metabolizare (cantitativ/calitativ) – 2-naftilamină, anilină

iepure: non carcinogen

om, câine: cancer hepatic

iepure, cobai: non carcinogen

câine, pisică, om: cancerigen

Specia – Etilenglicol

iepure, şobolan, cobai

om, pisică

– Metanol: organismele inferioare nu degradează metanolul – Strofantina este de 300x mai toxică la pisică faţă de şobolan – Cianură: câinele este mai sensibil ca omul – Teobromină (ciocolată): câinele este o specie foarte sensibilă, omul specie rezistentă

Specia • diferenţe anatomice (caracteristici genetice) – Diferenţe între carnivore şi ierbivore – Ozon, benzen: câinele mai rezistent ca omul (lungimea căilor respiratorii) – Digoxină: DL50 cobai 1000x = DL50 hamster (organe ţintă diferite) – Substanţe cancerigene • aflatoxina B1 mult mai toxică la şobolan ca la şoarece: glutation-S-trensferaza este constitutivă la şoarece, inductibilă la şobolan • 2,3,5-timetil-pentan şi d-limonen – cancerigene renale (şoarece) • Clofibrat , tricloroetilenă – cancer hepatic (şoarece) • Formaldehida – cancer la nivelul mucoasei nazale (şoarece)

• Diferenţele constatate fac extrem de grea extrapolarea datelor experimentale obţinute pe animale de experienţă la om

Sensibilitatea individuală RĂSPUNSUL INDIVIDUAL LA ACŢIUNEA UNUI AGENT TOXIC

SENSIBILITATE REDUSĂ (HIPOSENSIBILITATE)

ÎNNĂSCUTĂ (CONGENITALĂ)

DOBÂNDITĂ

SENSIBILITATE CRESCUTĂ (HIPERSENSIBILITATE)

ÎNNĂSCUTĂ (IDIOSINCRAZIE)

DOBÂNDITĂ

HIPOSENSIBILITATE • Înnăscută: dependentă de specie, sau grupuri de indivizi din cadrul unei specii • Hiposensibilitate dobândită (toleranţă) – alcool, droguri, analgezice, sedative, etc – Efectul substanţei, la aceeaşi doză, scade în cursul administrării repetate; pentru menţinerea efectului este necesară creşterea dozei (se poate ajunge în unele cazuri la administrarea substanţei individului hiposensibilizat în doze letale indivizilor care nu folosesc substanţa) – În cazul substanţelor cu efecte multiple, hiposensibilitatea nu se dezvoltă în mod identic pentru fiecare efect – Mecanismele apariţiei hiposensibilităţii: • toleranţa farmacocinetică: scăderea absorbţiei, intensificarea metabolizării (inducţie enzimatică: alcool, nicotină, etc) • toleranţa farmacodinamică: – agonişti: down regulation (scăderea numărului de receptori) – antagonişti: up regulation

– Tahifilaxia: toleranţă acută; efectul poate să dispară complet indiferent de doza administrată; caracteristică substanţelor ce necesită componente endogene în metabolizare sau acţiune pe receptor (nitroglicerină) – Toleranţă încrucişată: apariţia toleranţei pentru o substanţă poate duce la scăderea efectului altor compuşi (interacţiune)

Creşterea sensibilităţii – idiosincrazie • la administrarea de doze uzuale dintr-o substanţă apar efecte mult mai intense ca în populaţia normală (uneori necaracteristice substanţei) • Are baze genetice şi se moşteneşte • Cea mai des întâlnită formă este enzimopatia (lipsă sau cantitate scăzută din anumite enzime de metabolizare) sau polimorfismul enzimatic (modificări în structura şi funcţionarea enzimei) • Caracteristicile reacţiilor de tip idiosincratic: – – – –

sunt independente de doză apar efecte nedorite apare la indivizii dintr-o specie sau la grupuri din specia respectivă simptomatologie diferită de cea cunoscută

Reacţii idiosincrazice Glucozo-6-fosfat dehidrogenaza (G6PD) • • • • •

•

Polimorfism enzimatic documentat din antichitate (consum de Vicia faba) Problema poate rămâne mult timp neobservată Sunt afectaţi aproximativ 400 milioane de oameni Frecvenţa mare la populaţia mediteraneană Apare la contactul cu alimente bogate in nitriţi, Vicia faba, radiaţie ionizantă, viruşi, medicamente (aspirină, fenacetină, cloramfenicol, sulfonamide, trimetoprim, chinolone) Simptome: hemoliză, anemie hemolitică

importanţa G-6-PD

• gravitatea deficienţei: – deficienţa severă (activitate sub 10%): anemie hemolitică – deficienţă severă (activitate sub 10%): hemoliză intermitentă – deficienţă medie (activitate 10-60%): hemoliză în anumite condiţii – fără deficit – activitate crescută: fără manifestări clinice

Tratamentul deficienţei de G-6PD • evitarea agenţilor care declaşează hemoliza • în faza acută: transfuzie de sânge, dializă în insuf renală acută • antioxidanţi ca vit E şi Se nu reduc severitatea afecţiunii

posibilităţi de afectare a G-6-PD Table 1. Descriptive mutations and variants Variants or mutations Isofor m G6PDProtein

Gene

Protein

OMIMCode

Type

Su bty pe

Pos itio n

Pos itio n

G6PD A

+30590 0.0001

Polymorphism nucleotide

A→ G

376 (Ex on 5)

Gd-A(-)

G6PD A

+30590 0.0002

Substitution nucleotide

G→ A

G6PDMediterran

GdMed

G6PD B

+30590 0.0006

Substitution nucleotide

G6PDCanton

GdCanton

G6PD B

+30590 0.0021

G6PDChatham

GdChatha m

G6PD

G6PDCosenza

GdCosenz a

G6PDMahidol

Designati on

Short name

G6PD-A(+)

GdA(+)

G6PD-A(-)

Structure change

Function change

126

Asparagine→Aspartic acid (ASN126ASP)

No enzyme defect (variant)

376 (Ex on 5) and 202

68 and 126

Valine→Methionine (VAL68MET) Asparagine→Aspartic acid (ASN126ASP)

C→ T

563 (Ex on 6)

188

Serine→Phenylalanine (SER188PHE)

Class II

Substitution nucleotide

G→ T

137 6

459

Arginine→Leucine (ARG459LEU)

Class II

+30590 0.0003

Substitution nucleotide

G→ A

100 3

335

Alanine→Threonine (ALA335THR)

Class II

G6PD B

+30590 0.0059

Substitution nucleotide

G→ A

137 6

459

Arginine→Proline (ARG459PRO)

G6PD-activity 70 Deces tratament: evitarea substanţelor oxidante; administrare de albastru de metilen (inficient în lipsa NADH)

Deficitul de pseudocolinesterază • Pseudocolinesteraza realizează metabolizarea succinil colinei şi a altor esteri • La adinistrare de succinil colină apare apnea • Frecventa în India este de 4000 de ori mai mare ca în Europa (toţi membrii anmitei caste din India suferă de aceasta deficienţă) • Înainte de intervenţia chirurgicală se recomandă testarea activităţii pseudocolin esterazei

Deficitul de glutation-S-transferază M1 • • • •

apare la 50% din populaţia caucaziană fără funcţie fiziologică importantă (aparent) asigură conjugări cu glutation lipsa duce la creşterea moderată a riscului de cancer pulmonar la fumători

Modificări în cantitatea/calitatea enzimelor de metabolizare a citocromului P450 • Metabolizatori rapizi şi lenţi (PMs, EMs, IMs, UMs) • Sistemul de enzime CYP metabolizează medicamente, substanţe toxice (PAH, aflatoxine, benzen) • Reacţiile care apar: oxidări → radicali liberi sau alţi intermediari reactivi în multe cazuri • CYP2D6, CYP3A4, CYP2C19, etc implicate cel mai des în metabolizări • test pentru activitatea CYP2D6: debrisoquina • Frecvenţa mutaţiilor – 6-10% • Medicamente substrat pentru CYP2D6: antidepresive, opioide, antipsihotice. beta-blocante, antiaritmice • CYP2A6 – nicotină (metabolizatorii lenţi fumează mai puţin)

Modificări în cantitatea/calitatea enzimelor de metabolizare a citocromului P450 • UMs – metabolizatori ultrarapizi • PMs – metabolizatori lenti (poor) • ADR – reacţii adverse

Pilimorfismul N-acetil-transferazei (NAT-2)

• Există metabolizatori rapizi şi metabolizatori lenţi • Enzima acetilează izoniazida şi alte amine aromatice • Metabolizatori rapizi: hepatotoxicitate (acetilhidrazina, acetilizoniazida • Metabolizatori lenţi: neuropatie periferică (+vit.B6 – hidrazonă)

Polimorfismul N-acetil-transferazei (NAT-2) % de metabolizatori lenţi bimodală

distribuţie în unele

populaţii

Polimorfism enzimatic • Paraoxonaza – hidrolizează compuşi organofosforici, lactone • Deficitul de paraoxonază (lipsă/PMs) : ateroscleroză (se intensifică oxidarea colesterolului) • Catalaza – lipsa enzimei (acatalază) – globule roşii, celule secretoare de insulină din pancreas

• Hemoliză, diabet de tip 2

Polimorfism enzimatic • Polimorfismul glucuronil – transferazei PMs – sindromul Gilbert (nivele crescute de bilirubină) • Polimorfismul ALA sintetazei – porfirie – anemie sideroblastică

Polimorfismul alcool dehidrogenazei • ADH – alcool dehidrogenaza • ALDH – aldehid dehidrogenaza

• ADH cu activitate crescută şi/sau iactivitate a ALDH = „flushing response” (acumulare de acetaldehidă) • China, Japonia • număr redus de alcoolici

Evaluarea riscului în toxicologie

Importanţa evaluării riscului în toxicologie • practic orice substanţă poate prezenta un pericol în anumite condiţii • este necesară evaluarea probabilităţii ca un compus chimic să producă efecte nedorite în populaţia umană • pot să apără două cazuri extreme: – substanţe extrem de toxice (poloniu) care nu sunt în contact cu populaţia umană în mod normal – substanţe cu toxicitate moderată cu care intrăm permanent în contact (medicamente, aditivi alimentari, diverşi contaminanţi)

• evaluarea riscului este evaluarea sistematică ştiinţifică a efectelor asupra sănătăţii produse de un eveniment • riscul în toxicologie R = P x H – P: probabilitatea de a intra în contact cu substanţa – H: intensitatea efectului toxic

• risc acceptat în general = 1:100.000 • 1:1.000.000 = “eveniment Divin”

paşii managementului riscului

moduri de a intra în contact în mod inconştient cu un agent nociv

tipuri de activităţi riscante şi percepţia riscului

Dificultăţi în evaluarea riscului • dificultatea majoră în evaluarea riscului este posibilitatea de eroare la extrapolarea datelor experimentale (animal de experienţă) la om • imposibilitatea logistică în unele cazuri de a face măsurători exacte ale prezenţei unui toxic în diferite medii (dioxine, pesticide, aflatoxine, etc)

MECANISMELE TOXICITĂŢII Există mai multe etape necesare pentru apariţia efectului toxic

1. LIVRAREA DE LA LOCUL DE EXPUNERE LA ŢINTĂ • Teoretic intensitatea efectului toxic depinde de concentraţia şi persistenţa toxicului la locul de acţiune • Factorii care alterează concentraţia toxicului final (“ultimate toxicant”) influenţează intensitatea şi/sau durata efectului toxic • Toxicul final este specia chimică care reacţionează cu ţintele moleculare sau care alterează micromediul biologic iniţiind alterări structurale sau funcţionale • Toxicul final poate fi molecula ca atare, un metabolit al acesteia sau o specie reactivă (oxigen, azot) apărută în urma metabolizării

Absorbţia • Absorbţia: transferul compusului chimic de la locul de expunere în circulaţia sistemică • Majoritatea compuşilor toxici trec în circulaţie prin difuziune simplă prin celulele epiteliale (plamâni, sistem GI, etc): absorbţie pasivă • Există compuşi care nu pot trece membrana intestinală prin difuziune simplă şi necesită transport activ: – – – –

transportorii pentru acizi monocarboxilici (salicilaţi, acid valproic) transportori pentru peptide (peniciline, inhibitori ACE) transportorul pentru metale bivalente (Fe2+, Cd2+) transportorul pentru fosfat (arseniatul), etc

• Rata procesului de absorbţie depinde de: – – – –

concentraţia substanţei la locul de absorbţie caracteristicile locului de absorbţie suprafaţa locului de absorbţie liposolubilitatea compusului

Eliminarea presistemică • în timpul transferului de la locul de absorbţie la locul acţiunii toxicul poate fi eliminat • este un fenomen obişnuit pentru substanţe toxice pentru că ele trebuie să traverseze celulele intestinale, ficatul şi plămânii inainte de a intra în circulaţia sistemică • Exemple: – etanolul este oxidat de alcool dehidrogenază în mucoasa gastrică – ciclosporina este eliminată din enterocite în lumenul intestinal de către P-glicoproteină, este hidroxilată de CYP3A4 în enterocite – morfina este glucuronidată în mucoasa intestinală şi în ficat – manganul este eliminat din circulaţia portală prin bilă

• Eliminarea presistemică scade cantitatea toxicului din circulaţia sistemică • Nu întotdeauna eliminarea presistemică este măsură de reducere a toxicităţii (ficatul, plămânii şi mucoasa digestivă pot fi afectate de etanol, săruri de fier, alfaamanitină, paraquat, etc)

Distribuţia de la şi spre locul de acţiune • în timpul fazei de distribuţie toxicii trec din sânge în spaţiul extracelular sau chiar în celule • în această fază toxicul ajunge la locul acţiunii • traversarea endoteliului capilar poate fi realizată prin: – spaţii intercelulare – pori transcelulari – prin membrana celulară

• compuşii liposolubili pătrund în celule prin difuziune • compuşii hidrosolubili sunt reţinuţi în spaţiul extracelular (excepţie toxicii substrat pentru transportori activi)

Mecanisme care facilitează distribuţia la ţintă • porozitatea endoteliului capilar (în rinichi şi ficat porii transcelulari sunt de dimensiuni mari facilitând distribuţia toxicilor în rinichi şi ficat) • mecanisme de transport activ din membrana celulară – canalele de Ca2+ voltaj dependente permit intrarea Ba2+ şi Pb2+ – amanitina pătrunde în hepatocite prin intermediul transportorului pentru acizi biliari dependent de Na şi polipeptida transportoare a anionilor organici (OATP1B3) – ocratoxina şi Hg sunt transportate în tubii renali de către transportorii pentru anioni organici OAT1 şi OAT3 – MPP+ pătrunde în neuronii dopaminergici extrapiramidali prin transportorul pentru dopamină – reciclarea membranei celulare poate internaliza aminoglicozide cationice legate de fosfolipide anionice

• acumularea în organitele celulare – compuşi lipofili cu caracter bazic se pot acumula în interiorul acid al lizozomilor (amiodaronă, amitriptilină, etc) blocând fosfolipazele lizozomale – acumularea în mitocondrii ale loc electroforetic. Aminele vor fi protonate în mediul acid din spaţiul intermembranar iar apoi vor fi atrase electrostatic în interior unde vor bloca fosforilarea oxidativă şi beta oxidarea (MPP+ în mitocondriile neuronale, tetracaina şi bupivacaina în mitocondriile cardiace, amiodarona în mitocondriile hepatice) – transportorul pentru nucleozide (ENT1) transportă activ fialuridina în mitocondriile hepatice (la şobolan transportorul lipseşte)

• legare irevesribilă intracelulară – legarea de melanină permite cationilor organici şi anorganici, PAH să se acumuleze în retină, substantia nigra şi piele. Efecte: clorpromazina: toxicitate pentru retină, mangan: toxic pentru substanţia nigra, PAH: melanom – legarea metalelor de keratină: arsen: toxicitate dermică

Mecanisme care impedimentează distribuţia la ţintă • legarea de proteinele plasmatice blochează posibilitatea trecerii peretelui capilar prin difuziune (întârzierea, scăderii intensităţii, prelungirea efectului) • bariere specializate: capilarele din creier nu au pori transcelulari, celulele sunt strâns lipite, are o multitudine de transportori inverşi (BHE); bariera sânge – testicul • distribuţia spre locuri de depozitare (pesticide organoclorurate stocate în adipocite, Pb2+ stocat în oase) de unde pot fi mobilizate în anumite condiţii • asocierea cu proteine intracelulare (metalotioneina reţine temporar cadmiul) • eliminare din celule: transportori inverşi MDR1, Pglicoproteina, BCRP

Excreţia

• constă în procesul de îndepărtare a xenobioticelor din sânge • pentru compuşii nevolatili principalele căi de eliminare sunt rinichiul şi ficatul M>400 Manionici>neionici traversează cornea şi ajută trecerea altor substanţe (clorură de benzalconiu)

Cristalinul • cataracta (opacifierea cristalinului) este una dintre principalele efecte nedorite la nivelul cristalinului • 30-40 mil oameni afectaţi • factori de risc: vârstă, diabet, nivele scăzute de antioxidanţi, factori de mediu • factori toxici: radiaţie UV/VIS, traumatism, fumat, substanţe chimice (topic, sistemic) • mecanisme toxice: alterarea metabolismului energetic, echilibrului hidro-electrolitic, stres oxidativ (generare de radicali liberi, scăderea capacităţii antioxidante: glutation, vit C, vit E, catalază, SOD) • radicalii liberi prin oxidarea grupărilor tiolice formează punţi disulfidice → agregate proteice (împrăştierea luminii)

Cristalinul •

fototoxicitate – – – – –

•

UVA (320-400 nm), UVB (290-320 nm), UVC (100-290 nm) alte forme de REM are loc absorbţia luminii pe domeniul 300-400 nm şi transparenţa peste 400 nm expunere la ir, microunde → cataractă prin efect termic structuri triciclice, heterociclice, cu inel porfirinic cresc formarea de radicali liberi în mod obişnuit radiaţia UV → fotoliza apei → radical HO

corticosteroizi – pot cauza cataractă în tratament sistemic – depinde de susceptibilitatea individului – apare la aproximativ 22% din pacienţii trataţi pentru imunosupresie în transplantul renal – tratamentul inhalator în astm de asemenea creşte riscul apariţiei cataractei – mecanisme posibile: inhibarea Na+, K+-ATPazei, formarea de baze Schiff cu proteinele – se recomandă control oftalmologic în timpul tratamentului

•

naftalina – cataractă (produsul oxidat) şi degenerări ale retinei

•

fenotiazine – depozite pigmentate la nivel ocular (schizofrenici) – mecanism toxic: combinarea cu melanina şi formarea de compuşi fotosensibili

Retina • •

9 straturi, 10 tipuri de neuroni, 3 tipuri de celule gliale susceptibilă la efecte toxice datorită: – – – – – – – – – –

•

prezenţa coriocapilarelor cu pori rată crescută de metabolizare mitocondrială în special în fotoreceptori “turnover” crescut susceptibilitate crescută a conurilor şi bastonaşelor la degenerare (genetic, probleme metabolice) prezenţa sinapselor rapide prezenţa în cantităţi mari a receptorilor glutamatergici, GABAergici şi glicinergici prezenţa conexiunilor directe în transmiterea semnalului (gap junctions) prezenţa melaninei în RPE (retinal pigment epithelium) debit sanguin crescut efect aditiv sau sinergic cu lumina

rezultatul afectării retinei – – – – – –

scăderea câmpului vizual pierderea vederii pe timp de noapte daltonism scăderea acuităţii vizuale edeme, hemoragii, vasoconstricţie modificări de pigmentare

gap juntions între celule

Retina •

agenţi terapeutici, toxici la nivelul retinei: – anticanceroase • agenţi alchilanţi (cisplatin, camustină), antimetaboliţi (5-fluorouracil, metotrexat, citozinarabinozida), inhibitori ai mitozei (docetaxel) • înceţoşarea vederii, diplopie, scăderea capacităţii de percepere a culorilor, scăderea acuităţii vizuale, nevrită optică, orbire temporară, demielinizarea nervului optic • efecte doză dependente • ireversibile dacă problema nu de detectează la timp

– clorochina şi hidroxiclorochina • • • • • • •

afinitate crescută pentru melanină agenţi antimalarie, antiinflamatori terapia antimalarică cu doze mici nu pune probleme de toxicitate oculară tratamentul artritei reumatoide, a lupusului poate duce la disfuncţii retinale ireversibile pacienţi trataţi cu doze mari: 20-30% anomalii retinale, 5-10% modificări severe modificări iniţiale: modificări în pigmentare, ↓ acuităţii vizuale (litere) modificări întârziate: scotom, îngustarea arterei retinale, daltonism, pierderea vederii nocturne (ireversibile) • hidroxiclorochina este mai puţin toxică (400 mg/zi)

– digoxina • vedere înceţoşată, scotom, alterarea perceperii culorilor, senzaţie de lumină intermitentă, spoturi colorate cu halou strălucitor • 20-60% din pacienţii cu nivele serice terapeutice pot fi afectaţi (2 sapt după începerea tratam) • fără modificări structurale • fotoreceptorii sunt ţinta digoxinei (conuri>bastonaşe) • mecanism toxic: blocarea Na +, K+-ATPazei

Retina • agenţi terapeutici toxici la nivelul retinei – indometacin • 50-200 mg/zi timp de 1-2 ani: opacifierea corneei, modificarea pigmentării retinei, scăderea câmpului vizual şi acuităţii vizuale, deficit de vizualizare albastru-galben, tulburări în vederea nocturnă • tulburările sunt reversibile aproape în totalitate, excepţie modificările de pigmentare

– sildenafil citrat • inhibitor al cGMP fosfodiesterazei (cGMP PDE tip 6 este prezentă în celulele cu conuri şi bastonaşe) • simptome reversibile: “albăstrirea vederii”, creşterea strălucirii zonelor iluminate, tulburarea vederii • în pacienţii cu risc: neuropatie optică ischemică (frecvenţă extrem de redusă)

– tamoxifen • • • •

retinopatie (180-240 mg/zi 2 ani) degenerarea axonilor scădere permanentă a acuităţii vizuale, câmp vizual anormal rar keratopatie (20 mg/zi)

Retina •

substanţe neurotoxice – plumbul anorganic • otrăvire cu plumb: ambliopie, orbire, nevrită optică (sau atrofia nervului optic), scotom, paralizia muşchilor oculari, etc • doze moderat/mari în timpul gestaţiei: deficienţe retinale ireversibile • modificările retinale şi ale centrului vizual induse de plumb pot afecta auzul, memoria şi parametrii cognitivi ai copiilor

– metanol • absorbit oral, dermal, inhalator • concentraţii mari: sânge, umoare apoasă şi vitroasă, bilă, SNC, rinichi, plămâni, splină • oxidat la niv hepatic la formaldehidă, acid formic şi in final CO2 şi H2O • metaboliţi toxici: acidul formic, formaldehida • simptomatologie: deprimare SNC, 12-24 ore perioadă de latenţă, ulterior: acidoză metabolică, toxicitate oculară şi vizuală, comă, moarte • tratament: prevenirea oxidării metanolului şi combaterea acidozei • apar alterări structurale în retină şi nervul optic: vedere înceţoşată, scăderea acuităţii vizuale, sensibilitate la lumină, orbire • peste 7 mM formiat în sânge → efecte ireversibile • metabolizarea intraretinală este importantă pt apariţia efectului toxic • mecanism toxic: reducerea formării de ATP (reducerea fosforilării oxidative în mitocondrii)

Retina • substanţe neurotoxice – solvenţi organici (hexan, stiren, toluen, tricloretilenă, xilen, tetraclor etenă, amestecuri) • alterări structurale în conuri şi bastonaşe: discromatopsie (albastru-galben + roşu-verde), scăderea sensibilităţii de contrast, scăderea performanţelor vizual-motorii • tertacloretenă: alterări vizuale în zonele învecinate cu curăţătoriile chimice; expunerea prenatală: discromatopsie roşu-verde • efecte toxice la nivel ocular se constată uneori la concentraţii cu mult sub cele admise (stiren) • mecanism toxic: neelucidat

– organofosfaţi • substanţe neurotoxice • degenerare a retinei

Nervul optic •

tulburările la nivelul nervului optic pot fi – – –

•

simptomatologie: – – –

• •

nevrită optică (inflamaţie) neuropatie optică (lezare) atrofia nervului optic (degenerare) scăderea acuităţii vizuale scăderea sensibilităţii la contrast afectarea perceperii culorilor

deficienţe nutritive (tiamină, ciancobalamină, zinc) pot accentua efectele substanţelor toxice fumatul şi consumul de alcool pot avea efecte negative prin inducerea de deficienţe nutritive (ambliopia alcool-tabagică)

Nervul optic •

acrilamida – axonopatie distală – deficit de percepere a stimulilor vizuali

•

sulfura de carbon – afectare a SN periferic şi central – mecanism toxic: reacţie cu grupările sulfhidrice ale proteinelor neuronale → cross linking → edem al neuronilor – pierderea vederii + modificări în vascularizaţia retinei (microanevrisme) – scotom, atrofia nervului optic, afectarea pupilei, vedere înceţoşată, discromatopsie

•

epidemia cubaneză de neuropatie optică – 1992-1993 50.000 de oameni afectaţi – neuropatie optică, neuropatie periferică senzorială, pierderea auzului, mielopatie – scăderea acuităţii vizuale, discromatopsie, scăderea sensibilităţii de contrast, neurodegenerare – deficit senzorial tip mănuşă-şosetă, crampe musculare, ataxie, refelxe alterate, pierderea memoriei – complexul vit B, acid folic a dus la îmbunătăţirea stării celor afectaţi – cauze posibile: deficit nutriţional, fumat, cassava, rom cu 1% metanol? → ↓ATP

Nervul optic • etambutol – produce doză dependent: • • • •

discromatopsie albastu-galben şi verde-roşu scăderea sensibilităţii de contrast scăderea acuităţii vizuale scăderea câmpului vizual

– simptomele pot apărea în câteva săptămâni la doze de 20 mg/kg – mecanism toxic: nevrită optică (probabil sensibilizarea celulelor retinale ganglionare la glutamat)

Centrul văzului • plumbul – pe lângă efectele asupra retinei produce şi alterări structurale, biochimice şi funcţionale în cortexul vizual – mecanism toxic: inducerea apotozei

• metil mercur – produce în special tulburări vizuale + senzoriale, de mers, motorii, cognitive – efecte vizuale • îngustarea câmpului vizual → senzaţie de tunel; pierderea vederii pe timp de noapte • degenerări focale în cortexul vizual + alte zone

Toxicitate organ direcţionata Pielea

Pielea • prima linie de apărare împotriva factorilor externi • posibil poartă de intrare pentru unii compuşi • incidenţa problemelor la nivel cutanat este sever subestimată • formată din epiderm şi derm separate de o membrană bazală • în timpul unei băi se pot extrage din apă prin piele cantităţi de substanţe echivalente cu ingerearea de 2 L apă • unele substanţe pot da toxicitate sistemică în urma absorbţiei prin piele (pesticide organofosforice, culesul tutunului, nou-născuţi decedaţi în urma impurificării cu hexaclorofen a talcului 1982, nou-născuţi decedaţi în urma folosirii la nivelul pielii a mentolului şi camforului) • pielea este şi sediu de metabolizare pentru mulţi compuşi

Efecte nedorite la nivelul pielii • dermatita de contact – 80% la nivelul mâinilor, 10% la nivelul feţei – cele mai frecvente şi periculoase: nichel, cromat, formaldehidă, latex – două forme importante: • iritantă • alergică

– apar procese inflamatoare: eritem, îngroşare, exfoliere, apariţia de vezici, fisuri – în biopsii apare un număr crescut de limfocite şi eozinofile

Dermatita de contact • dermatita iritativă – 80% din cazurile de dermatită – apare la aplicare directă pe piele – diverse subst chimice produc iritatie directă (arsură chimică de gradul 2) – mai des apare efectul cumulativ al expunerilor la subst moderat iritante: săpun, detergenţi, solvenţi, lubrefianţi

• arsuri chimice – arsuri chimice de gradul 3 – nu apare iritarea primară

• dermatita alergică de contact

Dermatita alergică de contact • reacţie alergică întârziată (timp de latenţă 0.5 – 2 zile) mediată de celulele T • celulele Langerhans asigură procesarea antigenelor şi “prezentarea” acestora celulelor T • se încearcă eliminarea din uz a substanţelor ce pot duce la dermatită alergică de contact • există cazuri de substanţe care în testele iniţiale sunt nealergizante însă la utilizare pe scară largă efectul alergizant devine evident (metilizotiazolinona înlocuită în cosmetice cu metildibromo glutaronitril) • spre deosebire de iritanţii locali, substanţele alergene locale pot acţiona în doze f mici • relaţia doză-efect în cazul alergenilor locali este sigmoidală

Diagnoza şi testarea în dermatita alergică de contact • identificarea agentului cauzal are loc prin folosirea de plasturi ce conţin alergeni • substanţele cu risc crescut de a induce sensibilizare nu se testează (Be) • evaluarea se face după o expunere de 2-3 zile • utilizarea de corticosteroizi sau alţi agenţi imunosupresivi face inutil testul • testele efectuate pe animale identifică în general doar alergenii ce induc sensibilizare în procent mare

- incidenţa raspunsului pozitiv la anumiţi alergeni în populaţia umană (dermatită alergică de contact)

Granulomatoza la nivelul pielii • acest tip de răspuns la corpi străini apare rar în organismul uman • este un răspuns la agenţi insolubili introduşi în piele prin injectare sau abraziune • bioxid de siliciu, talc: apare după o perioadă de latenţă (luni, ani) • amidon legat de epiclorhidrină (mănuşi chirurgicale) • injectare de parafină sau uleiuri minerale • vopsele pentru tatuaje

Fototoxicologie • • • •

domeniul de lungimi de undă capabile a duce la efecte toxice cutanate este 290-700 nm melanina aboasrbe în domeniul UVB-vizibil alţi cromofori la nivelul pielii: triptofan, tirozină, produşi de degradare ai acestora efecte toxice ale radiaţiei UV: – doza minimă ce produce eritem variază în funcţie de sensibilitatea individuală – vasodilataţia este responsabilă de eritem – keratinocitele şi celulele cu rol proinflamator sunt responsabile de efectele sistemice ale arsurilor solare: febră, frisoane, stare de rău – UVB este de 100 de ori mai activ ca UVA – implicată în inducerea cancerului de piele (melanom, alte tipuri) – bronzarea pielii este factor de protecţie însă protecţia oferită nu depăşeşte întotdeauna daunele provocate înainte de închiderea culorii pielii – UVA pătrunde mai bine în piele: pigmentarea, atrofia, ridarea pielii, scăderea nr de celule Langerhans. – radiaţia UV mimează procesul de îmbătrânire (faţă, gât, partea superioară a pieptului, mâini)

Fotosensibilizare • fototoxicitate – pot apărea la administrare/expunere sitemică sau topică – substanţele fototoxice absorb lumină UV în domeniul 320-400 nm activându-se sau reducându-se la radicali liberi – în cazul revenirii din starea excitată pot transfera energia oxigenului tranformându-l în oxigen singlet – chiar şi compuşi uzuali (psoralene: lime, ţelină) pot induce fotodermatită – şi unghiile pot fi afectate de substanţele administrate sistemic (antibiotice: tetracilcine; psoralene)

antipsihotice (fenotiazine) antidepresive (desipramina) anxiolitice (alprazolam, tetrazepam) antifungice (griseofulvină) diuretice tiazidice pigmenţi (albastru de metil, eosină) chimioterapice (5-fluorouracil, vinblastină) retinoizi AINS (piroxicam) gudron de cărbune

Fotosensibilizare • fotoalergie – fotoalergen: se transformă în antigen după absorbţia luminii – apar reacţii întârziate de tip IV – domeniu de absorbţie 320-400 nm – efectul poate dura săptămâni dacă substanţa este reţinută la nivelul pielii – foarte rar apare reacţie alergică la lumină chiar şi după eliminarea compusului – parfumurile şi conservaţii din cosmetice sunt des implicaţi în astfel de reacţii

Acneea • afectare a unităţilor pilosebacee la nivelul feţei, pieptului şi a spatelui • apare datorită blocării eliminării secreţiilor sebacee → retenţie de sebum → mărirea glandei • stimularea androgenă este una din principalele cauze (exces de sebum + modificări la nivelul celulelor ductului (blocarea acestuia) + inflamaţie + proliferarea bacteriilor • acizii graşi cu catenă lungă, parafinele, uleiurile industriale de răcire pot induce acneea • steroizii anabolizanţi pot induce formarea acneei (steroid back)

formă severă de steroid back

Acnea de clor (cloracneea) • cea mai desfigurantă formă de acnee • cauzată de hidrocarburi aromate halogenate (PCB, dioxine, dibenzofurani policloruraţi, etc) • boală rară dar extrem de periculoasă • 1953 Ludwigshafen: 2,4,5-triclor fenol, 1976 Seveso Italia: TCDD (t1/2 8 ani), 1968, 1979 Japonia şi Taiwan: ulei de orez contaminat cu PCB: cloracneea a apărut la luni de la expunere putând să persiste zeci de ani după epunere

exemple de acnee de clor

?????

Tulburări în pigmentarea pielii • multe substanţe chimice pot creşte sau reduce concetraţia melaninei în piele • depigmentare – vitiligo (pierdere a pigmentării) are baze genetice dar este declanşată de factori de mediu – imatinib: depigmentare – în Africa şi Asia se folosesc produse cosmetice cu conţinut de hidrochinonă, corticosteroizi sau mercur pentru albirea pielii

• hiperpigmentare – gudron de cărbune, derivaţi cumarinici din parfumuri, limes, pătrunjel, ţelină, coloranţi din cosmetice, Pb, Bi, As

vitiligo

hiperpigmentare

agenţi capabili a produce de- şi hiperpigmentare

Urticaria • pentru alergenii împotriva cărora există deja un răspuns IgE apare urticaria în timp de minute după contact prin reacţie de tip I • apare şi la expunere sistemică • urticaria = zone circulare de culoare roşie ce dau senzaţia de mâncărime sau înţepare • condiţia dispare de obicei în căteva ore (rar durează 1-2 zile) • substanţe chimice, medicamente, alergeni alimentari sunt frecvent cauza acestei condiţii patologice • există substanţe capabile a elimina direct histamină (fără mediere prin anticorpi): opiate sau prin intervenţie în metabolismul acidului arahidonic: AINS • răspunsul prelungit (6 săpt) poate fi de tip autoimun • extrem de gravă, posibil letală, este alergia la latex

urticaria

Necroliza epidermală toxică • • • • • • • • • • •

boală extrem de rară (1:1.000.000/an) reacţie de hipersensibilitate la unele medicamente impică detaşarea epidermei de derm (≥30%) + eroziuni ale mucoaselor la nivel pulmonar, intestinal, ocular letalitate aprox 30% datorată infecţiilor şi a tulburărilor pulmonare sindromul Stevens-Johnson (Lyell) similar TEN dar cu mortalitate mai redusă şi afectare mai puţin intensă (10%) aceste condiţii patologice mimează o infecţie a căilor respiratorii în primele zile (febră, tuse, stare de rău) se întrerupe imediat administrarea substanţei şi se instituie tratament similar cu cel pentru arsuri 100 de medicamente sunt responsabile de 70% din cazuri sulfonamide şi alte antibiotice, anticonvulsivante, AINS, alopurinol, nevirapina caracteristică: apoptoza pe scară largă a keratinocitelor epidermale (TNF, FAS, celule T) tratament: ciclosporină, imunoglobuline intravenos (blocarea receptorilor pro-apoptotici)

necroliză epidermală toxică

Cancerul de piele • radiaţiile – – – – –

1/3 din totalul cazurilor de cancer (locul I) 500.000 cazuri noi în SUA/an agent cauzal lumina solară p53 tumor suppresor gene este ţinta majoră cancerele de piele altele decât melanomul (zona capului şi a gâtului) au frecvenţă crescută la tropice şi la persoanele cu ten deschis la culoare – persoanele cu xerodermă pigmentară (genetic: incapacitate de a repara leziunile produse de lumina solară) au risc crescut de cancer de piele – radiaţia X este sursă de cancer de piele

cancer cu celule scuamoase

melanom malign

ABCD: Asimetrie, Bordură neregulată, Culori diverse, Diametrul>6mm

Cancerul de piele • hidrocarburile policiclice aromate (PAH) – 1775: hornari → cancer la nivelul scrotului – compuşi recunoscuţi ca şi cancerigeni umani la nivelul pielii – oxidate la nivelul celulelor epidermale de către CYP1A1 şi CYP1B1, ulterior conjugate – epoxizii şi fenolii (metaboliţi) oxidaţi la chinone sunt cancerigeni – lumina solară acţionează sinergic – gudronul de cărbune + UV se foloseşte în tratamentul psoriazisului sever → risc crescut de melanom – alternativa: psoraleni + UVA → risc crescut de cancer de piele – AhR are rol important în activitatea PAH – pe lângă PAH în gudronul de cărbune există şi substanţe non cancerigene dar care intensifică acţiunea PAH (promotori) – efectul carcinogen la nivelul pielii nu este în relaţie liniară cu concentraţia compusului, promotorii însă tind să liniarizeze această dependenţă

produse cosmetice cu gudron de cărbune

produs comercializat în România sub denumirea de săpun natural botanic recomandat şi pentru alte acţiuni la nivelul pielii

Cancerul de piele • arsenul – prezent în aer, apă, alimente – în unele zone încă se folosesc pesticide pe bază de arsen în agricultură – Bangladesh, India zeci de mil de persoane sunt expuse prin apa de băut – Taiwan: prezenţa arsenului corelată la niv pielii cu hipercheratoză, carcinom – 50 ppb (India): hiperpigmentare şi hipercheratoză – conc. max. admisă în apă în SUA 10 ppb (2006) – este promotor al cancerului indus de lumina UV – creşte toxicitatea nitrozaminelor – stimularea formării ROS prin afectarea unor organite celulare pare a fi un posibil mecanism de acţiune

Toxicitate organ direcţionată Rinichiul

Rinichiul • organ vital pentru homeostaza organismului • sintetizează renina şi eritropoietina • activează prin metabolizare vit D3 • rinichii au mecanisme de detoxifiere şi capacitate de regenerare • efectarea renală poate merge până la necesitatea dializei sau transplantului

Afectare renală acută (insuficienţă renală acută) • • •

scădere bruscă a funcţiilor rinichiului datorită unor modificări structurale şi funcţionale la nivel renal extreme: creştere a nivelului creatininei → anurie scăderea ratei de filtrare glomerulară: – factori prerenali (vasoconstricţie, insuf cardiacă, etc) 50-60% – factori postrenali (obstrucţie ureterală, etc) 5% – factori intrarenali (glomerulonefrită, afectarea celulelor tubulare, afectarea vascularizaţiei renale, nefrită interstiţială) 35-40% (90% ischemie/reperfuzie sau nefrotoxicitate)

• • • •

afectarea toxică a tubilor renali → obstrucţie tubulară, distrugerea celulelor epiteliale afectarea vaselor de sânge → hipoxie medulară → afectare tubulară, scăderea presiunii de perfuzare, scăderea filtrării glomerulare inflamaţie → afectare tubulară şi vasculară blocarea funcţiei glomerulare

mecanismele prin care este redusă rata de filtrare glomerulară

-mecanisme responsabile de scăderea ratei de filtrare glomerulară în insuficienţa renală acută

procesul afectării toxice a tubilor renali

Adaptarea consecutivă afectării renale • rinichiul are o importantă capacitate de compensare a pierderilor funcţionale • extirparea unui rinichi duce la cresterea în rinichiul rămas a ratei de filtrare glomerulară cu 40-60% • afectarea toxică renală poate trece neobservată până la distrugerea/afectarea unui număr semnificativ de nefroni • administrarea unor factori de creştere (EGF, HB-EGF, IGF1) accelerează recuperarea renală în urma administrării de gentamicină, HgCl2 • un mecanism de adaptare important este inducerea metalotioneinei şi a proteinelor de stres (Hsp) • Hsp sunt induse de: gentamicină, conjugaţi ai haloalcanilor cu cisteina, şi HgCl2 • HSP sunt ţinte moleculare pentru metaboliţii reactivi ai conjugaţilor haloalcanilor cu cisteina • HSP70 protejează de mecanisme apoptotice pre mitocondriale

soarta celulelor renale în urma unei leziuni toxice

Insuficienţa renală cronică • deteriorarea progresivă a funcţiilor renale poate să apară în urma expunerii îndelungate la unii agenţi toxici (analgezice, litiu, ciclosporină) • sunt implicate şi procese secundare patofiziologice • mecanismele compensatorii vor pune presiune pe nefronii rămaşi ducând în timp la agravarea afecţiunii • în timp apar: glomeruloscleroză, atrofie tubulară, fibroză interstiţială

Susceptibilitatea rinichiului la afectarea toxică • medicamene cu risc deosebit: antibiotice, inhibitorii ACE, blocanţii receptorilor angiotensinici, analgezice, AINS, substanţe de contrast în radiologie, anticanceroase • 70% dintre pacienţii afectaţi pot fi nonoligurici, 60% necroză tubulară acută, 50% recuperare completă • există şi factori individuali agravanţi • litiu, ciclosporină, AINS, plumb, cadmiu → nefropatie tubulointerstiţială cronică

Factori care cresc riscul de afectare renală • 0,5% din masa corporală – 20-25% din debitul cardiac (cantităţi crescute de toxic) • concentrarea urinii: concentraţii crescute de substanţe toxice • concentraţii netoxice în plasmă → concentraţii toxice la nivel renal • concentrarea urinii: risc de precipitare a unor compuşi • metabolismul renal • ↑ substanţele vasopresoare (AT II) → ↑PG vasodialtatoare → AINS ↓ debitul sanguin • inhibitoarele ACE pot ↓ rata de filtrare la pacienţi cu hipertensiune severă

Selectivitatea acţiunii toxice • mulţi toxici au regiuni bine stabilite în nefron unde acţionează • motivele: – diferenţe de flux sanguin – transport, acumularea unor toxici – proprietăţile epiteliului – reactivitatea ţintelor moleculare – procese de bioactivare/detoxifiere – procese de regenerare-reparare

Afectare glomerulară • puromicina, doxorubicina au ca ţintă celulele epiteliale glomerulare → modificări în dimensiunea şi sarcina electrică a porilor (modificări structurale) • ciclosporina (vasoconstricţie, toxic pt cel endoteliale), gentamicina (interacţionează cu situsurile anionice ale celulelor endoteliale), amfotericina B (vasoconstricţie): scad filtrarea glomerulară (fără modificări structurale) • complexe imune circulante pot fi blocate în glomeruli (Hg, Au, Cd, hidrocarburi, penicilamină, captopril)

Afectarea tubului contort proximal • acumulare selectivă la acest nivel → situsul cel mai afectat • aminoglicozide, antib beta-lactamice, cisplatină, ocratoxină, S-conjugaţii haloalcanilor, d-limonen, 2,4,4-trimetilpentan, cadmiu, mercur, cefaloridină, cefaloglicină • doar transportul şi cumularea nu explică pe deplin toxicitatea (cefaloglicina şi cefalexina = concentraţii similare), cefaloridina (netoxică 2080 ug/ml) • celulele tubului proximal sunt mai sensibile ca cele ale tubului distal

Afectarea ansei lui Henle, tubului distal, tubilor colectori • apare rar • amfotericina B, cisplatina, metoxifluranul • apare poliurie ADH rezistentă Afectarea papilelor renale • target initial: celule medulare interstiţiale • ulterior: modificări degenerative în capilarele medulare, ansa lui Henle, tubii colectori

mecanismele inducerii insuficienţei renale

Substanţe nefrotoxice • metale grele (cadmiu, crom, plumb, mercur, platină, uraniu) – mercur • mecanism: legarea de S • 50% dintr-o doză netoxică de Hg se regăseşte în rinichi în decurs de câteva ore • cotransport cu liganzi endogeni • necroză tubulară proximală (24-48 ore de la expunere) • scade reabsorbţia urinară (glucoză, aminoacizi, proteine) • ↓ filtrarea glomerulară: afectare glomerulară, tubulară + vasoconstricţie • antidot: dimercaptosucinat

– cadmiu (fumat, alimente) • timp de înjumătăţire 10 ani • 50% se găseşte în rinichi, ↑ 50 ug/g ţesut → toxicitate • disfuncţie tubulară proximală, posibil cronicizare

• nefropatia α2u-globulină – toxine: benzină, 1,4-diclorbenzen, tetraclor etilenă, lindan, decalină – sursă de cancere renale non-genotoxice – omul: specie rezistentă

• hidrocarburi halogenate – cloroform • tintă: tubul renal proximal • mecanism: formare de radicali liberi în urma metabolizării • toxicitate dependentă de sex

– tetrafluoroetilena • necroză tubulară proximală

• micotoxine nefrotoxice: aflatoxina B1, citrinina, ocratoxina, fumonisinele, patulina

Medicamente nefrotoxice •

paracetamol – necroză proximală tubulară (pierdere de apă, sodiu, potasiu, glucoză, proteine, enzime), scăderea ratei de filtrare glomerulară – administrarea uzuală în doze terapeutice la om nu a fost asociată cu probleme renale

•

AINS (aspirină, ibuprofen, naproxen, indometacin, inhibitori selectivi COX-2) – insuficienţă renală la câteva ore după supradozare (reversibilă): ↓ debitul sanguin renal, ↓ GFR, oligurie – condiţii patologice care facilitează toxicitatea: insuficienţă cardiacă congestivă, ciroză hepatică, hemoragii, hipertensiune, infecţii, diabet) – consumul cronic al AINS si/sau paracetamol (peste 3 ani): nefropatie dată de analgezice uneori ireversibilă (2% Canada, SUA , 20% Australia, Suedia din totalul cazurilor de probleme renale în fază terminală) – primele semne: imposibilitatea concentrării urinii + acidifierea acesteia – mecanism probabil: ischemie prelungită, stres oxidativ – leziuni primare: necroză papilară + nefrită interstiţială cronică, ulterior: degenerarea ansei lui Henle şi a capilarelor medulare – nefrită interstiţială (5 luni după expunere) – edem interstiţial difuz cu infiltrare moderată de celule pro-inflmatoare – reversibilă în 1-3 luni

Medicamente nefrotoxice •

aminoglicozide – – – – –

•

incidenţa disfuncţiilor renale 5-25%, rar letale insuficienţă renală non oligurică: ↓ GFR, ↑ creatinina serică şi BUN în 24 ore: ↑ enzime renale, glucozurie, proteinurie mecanism: inhibiţia unor enzime lizozomale → fosfolipidoză microscopic: alterări lizozomale urmate de cele ale epiteliului “de tip perie”, RE, mitocondriilor şi citoplasmei → necroză tubulară

amfotericina B: – ↓ debitul sanguin renal şi GFR datorită vasoconstricţiei arteriolare renale sau activării TGF (feedback tubulo-glomerular) – poliurie ADH rezistentă, acidoză tubulară renală, hipokaliemie, IR acută sau cronică – toxicitate este neobişnuită: afectarea glomerulului şi a porţiunii distale a nefronului – mecaism toxic: legare de colesterolul membranar şi formare de pori hidrofili → imposibilitatea excreţiei protonilor: acidoză tubulară

mecanismul afectării renale de către aminoglicozide

Medicamente nefrotoxice • ciclosporina – nefrotoxicitatea apare aproape la toţi pacienţii trataţi • disfuncţie renală acută, reversibilă – ↓ debitul sangui renal, GFR; ↑ BUN (efect doză dependent datorat vasoconstricţiei) – evitare: scăderea dozei sau renunţare la trat.

• vasculopatie acută – afectarea arteriolelor şi capilarului glomerular (agregare plachetară) fără ef. inflamator

• nefropatie cronică cu fibroză interstiţială – potenţial ireversibilă – experimental antioxidanţii scad acest efect toxic

• tacrolimus – efecte nefrotoxice similare cu ciclosporina

• cisplatin – – – – –

insuf renală cronică sau acută pierdere de magneziu poliurie pacienţii pierd de obicei 10-30% din funcţia renală inhibă sinteza ADN şi funcţia de transport, inducere de stres oxidativ

• substanţe de radiocontrast – mecanism toxic: vasoconstricţie, afectare tubulară (ROS), osmolaritate crescută – toxicitatea apare la pacienţi susceptibili

Sistemul respirator

Sistemul respirator • poate fi efectat de toxici inhalatori dar si de către cei sistemici • sediu important de metabolizare ce poate bioactiva anumite substanţe • toxicitatea gazelor depinde de hidrosolubilitatea lor • toxicitatea particulelor depinde de dimensiunile acestora • nanotoxicologia – toxicologia particulelor sub 100 nm – probleme toxicologice: • suprafaţă specifică foarte mare: adsorbţia copoluanţilor • nanotuburile comerciale (toxicitate crescută faţă de sfere) • soarta lor în organism (sistem imunitar?)

– expunerea crescută la nanoparticule creşte rata de mortalitate

• există un echilibru intre depozitare (depunere) şi clearance – !!!clearance la nivel pulmonar nu însemnă neapărat eliminarea particulei din organism

Afectarea acută toxică a sistemului respirator • gazele iritante duc la edem pulmonar tardiv • ozonul produce ozonoliza acizilor graşi şi ROS • stres oxidativ: radicali liberi, ozon, NO 2, fum de ţigară, celule imunocompetente • reacţii de sensibilizare

Afectarea cronică toxică a sistemului respirator •

emfizemul pulmonar – agent cauzal principal: fumul de ţigară – factor declanşator: inflamaţia cronică + deficienţă ereditară de globulin alfa1-antitripsină

• •

fibroza astm – în unele zone: 40% copii astmatici în zona centrului oraşelor

•

cancer pulmonar – – – –

aproape inexistent la începutul sec XX cauză principală de deces în bolile canceroase 80-90% cauzat de fumat alţi agenţi: fum metalic, azbest, radon, formaldehidă, bioxid de siliciu, fum de sudură, ?fum diesel – latenţă în apariţie 20-40 ani – expunerea în uter la diverse substanţe toxice (benzo[a]piren) poate duce la dezoltare de cancer pulmonar ulterior

Substanţe uzuale şi medicamente ce pot afecta negativ plămânul • • • • • •

azbest: fibroză, cancer pulmonar bioxid de siliciu: silicoză acută / cronică (noduli la nivel pulmonar) talc: fibroză oxizi de azot: bronhiolită obliterantă amoniac: bronşită cronică bleomicină: – fibroză pulmonară letală: • necroza celulelor endoteliale capilare şi a celulelor alveolare tip I • întârziat (1-2 săpt) proliferarea celulelor endoteliale de tip II • modificări fibrotice ale peretelui alveolar

•

ciclofosfamida: – inflamare hemoragică, fibroză pulmonară – împreună cu acroleina: peroxidare lipidică

•

carmustina: – scăderea capacităţii de difuzie a gazelor, fibroză pulmonară (posibil fatală) – inhibă glutation reductaza: stres oxidativ

Toxicitate organ direcţionată Sistemul circulator

Efecte toxice la nivelul capilarelor • vasodilataţie – vasoconstricţie • afectarea coronarelor: afectare miocardică • alterarea capilarelor (afectează în special SNC) • afectarea musculaturii netede a venelor: afectarea rezervorului de capacitate • afectarea sistemului limfatic: presiune interstiţială crescută + edeme

Mecanismele toxicităţii vasculare • răspunsul celulelor endoteliale vasculare la stimuli toxici – afectarea celulelor endoteliale este punctul de pornire în toxicitatea vasculară – NO şi ROS cresc în celulele endoteliale ca răspuns la substanţe toxice – NFkappaB, MAPK, NO şi ROS duc la sinteza de substanţe cu efect citoprotector – angiogeneza: răspuns adaptativ – afectarea EC poate duce la eliminare de endotelină-1: vasocnstrictor puternic (marker al insuficienţei cardiace; mediator al cardio-toxicităţii PM)

Mecanismele toxicităţii vasculare • răspunsul muşchilor netezi vasculari la stimuli toxici – afectarea musculaturii netede a vaselor de sânge: ateroscleroză şi alterarea tonusului vascular – targeturi pentru toxici: proteine ce leagă Ca, proteine reglatoare ale homeostaziei Ca, proteine activate de Ca (calcineurina), procese de stocare şi eliberare a Ca – proliferarea şi modificarea structurii celulelor musculaturii endoteliale (pierderea contractilităţii, sinteză de colagen, acumulare de LDL) este responsabilă de procesul aterosclerotic

Mecanismele toxicităţii vasculare • stresul oxidativ şi afectarea vasculară – există un număr impresionant de xenobiotice capabile a genera radicali liberi în urma metabolizării (CYP, reacţia Fenton) – formare de ROS (EC şi musculatura netedă) poate fi indusă şi de angiotensina II, citokine, etc – principalii radicali liberi formaţi: NO şi anion superoxid – poate să apară şi inactivarea mecanismelor antioxidante

• leziuni inflamatoare (vasculită)

Răspuns toxic al vaselor de sânge • hipertensiunea şi hipotensiunea – hipertensiunea: vasoconstricţie sau creşterea rezistenţei periferice – efect tranzitoriu sau prelungit

• ateroscleroza – cea mai frecventă afectare vasculară – problema majoră: ocluzia vaselor de sânge – are loc migrarea, proliferarea şi transformarea celulelor musculare netede cu acumulare de colagen şi sinteză de citokine proinflamatoare – prima etapă în procesul aterogen este acumularea de lipide – substanţele care afectează celulele musculare netede pot duce la un proces aterosclerotic diferit de cel pornit de acumularea de lipide

Răspuns toxic al sistemului vascular • hemoragia – apaere prin: • afectarea capilarelor • afectarea mecanismelor procoagulante

– veninurile de şarpe (metaloproteinaze Zn dependente): hidrolizează integrine şi alte proteine ce intervin în adeziune celulă-celulă sau celulă matrice → pierderea integrităţii peretelui vascular → ruperea capilarului cu hemoragie

• edemul – afectarea permeabilităţii vasculare – afectarea reabsorbţiei apei din ţesuturi – afectarea sistemului limfatic

Substante toxice la nivelul sistemului vascular •

medicamente – amine simpatomimetice • doze mari de noradrenalină: modificări degenerative în aortă (receptorii alfa adr)

– nicotina • factor agravant al infarctului mioc si cerebral, gangrenei şi anevrismelor

– cocaina • vasoconstricţie, hipertensiune, atac vascular cerebral, avort la gravide • stimulează migrarea leucocitelor în SNC (citokine proinflam, molecule de adeziune)

– agenţi antipsihotici (trifluoperazina, clorpromazina) • acumulare intracelulară de colesterol în celulele aortice (in vitro) • hipotensiune ortostatică

– enalapril • angioedem

– agenţi antineoplazici • 5-fluorouracil, doxorubicină, mitomicină: boală venoocluzivă pulmonară • ciclofosfamida: leziuni vasculare (creier, viscere): sângerări

– NSAIDs • afectarea endoteliului

– contraceptive orale • tulburări tromboembolice (risc crescut de infarct în special la fumători, tromboză cerebrală, hemoragii, tromboză venoasă, embolism pulmonar)

gangrena asociata cu nicotina angioedem

Produse naturale • endotoxine bacteriene – ficat: edemul celulelor endoteliale şi adeziunea plachetelor la peretele sinusoidelor – plămâni: creşterea permeabilităţii vasculare, hipertensiune pulmonară – coagulare diseminată intravasculară – la anim de exp Vit E previne coagularea diseminată intravsculară → stresul oxidativ este implicat în mecanismul de acţiune

• homocisteina – ateroscleroză şi tromboză venoasă – mecanism toxic: leziuni oxidative ale celulelor endoteliale şi ale musculaturii netede

• acidul hidrazinobenzoic – prezent în ciupercile de cultură (Agaricus bisporus) – experimental: tumori derivate din celulele musculare netede în aortă şi arterele mari – perforarea vasculară precede leziunile neoplazice

Produse naturale • toxina T-2 – una din principalele toxine care contaminează alimentele – distrugere extinsă a capilarelor din miocard – cronic: îngroşarea arterelor coronare principale

• vitamina D – similară structural cu 25-hidroxicolesterolul (toxină vasculară) – hipervitaminoza D: degenerare vasculară, calcefierea arterelor coronare, proliferarea celulelor musculare netede (experimental)

• beta-amiloid – moleculă endogenă – prezenţa ei se corelează cu apariţia bolii Alzheimer – apare: distrugere vasculară, adeziunea şi migrarea leukocitelor

Elemente din mediu • monoxidul de carbon – 180 ppm experimental: lezarea vaselor de sânge, edem – CO: hipoxie, vasodilataţie coronariană – fumul de ţigară: efect aterogen direct (lezarea endoteliului, modificări în lipidele sanguine, proliferarea celulelor musculare netede) + tromboză (plachete) + spasm vascular

• sulfura de carbon – afectarea endoteliului, hipotiroidism, modificări LDL: efect aterogen

• 1,3-butadiena – creşterea incidenţei hemangiosarcomului (tumori de origine endotelială) la nivelul: ficatului, plămânilor, rinichiului, inimii – efectul depinde de activarea metabolică a substanţei

Elemente din mediu •

metale şi metaloizi – apă şi alimente: seleniu, crom, cupru, zinc, cadmiu, plumb, mercur); aer: vanadiu, plumb – mecanism toxic: legarea de grupări sulfihidril, carboxyl, fosfat – cobalt, magneziu, mangan, nichel, cadmiu, plumb blochează canalele de Ca – CaM este target pentru metale grele – cadmiu: • • • •

localizat în zonele elastice ale arterelor mari (în special zonele de bifurcaţie) experimental, doze mici: ateroscleroză şi hipertensiune fără alte ef. toxice Se şi Zn inhibă Pb accentuează efectele Cd; Ca ef antagonist pe HTA indusă de Cd mecanism toxic: creşte retenţia de Na, creşte debitul cardiac, vasoconstricţie, hiperreninemie

– plumbul • hipertensiune, activarea sist. renină-angiotensină-aldosteron + afectare directă a eendoteliului vascular şi a celulelor musculare netede • neuropatia indusă de Pb: disfuncţia capilarelor cerebrale • nefropatia indusă de Pb: alterarea elasticităţii arteriale, scleroza vaselor de sânge

– mercurul • vasoconstricţia vaselor preglomerulare, alterarea barierei hematoencefalice • protrombotic (in vitro)

– arsen • vasodialtaţie şi dilatare capilară cu extravazarea plasmei • ateroscleroză, boala “blackfoot” • hipertensiune portală noncirotică

boala piciorului negru

Elemente din mediu • hidrocarburi aromatice, PAH, produşi cloruraţi – experimental: efect proaterogen – creste intensitatea dar nu şi frecvenţa leziunilor aterosclerotice (PAH) – mecanism toxic: activare CYP, legare de lipidele plasmatice

• particule fine – inhalare: disfuncţie endotelială + inducerea aterosclerozei → eliberare de citokine proinflamatoare care agravează leziunile