toxicologie - note de curs (2)

Upload: gandac-ionut-daniel

Post on 14-Oct-2015

199 views

Category:

Documents


14 download

TRANSCRIPT

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    1/80

    TOXICOLOGIE-NOTE DE CURS

    Prof. dr. Gabi Drochioiu

    Facultatea de Chimie, Universitatea Al. I. Cuza din Iai

    Cursul nr. 1.

    Obiectul toxicologiei. Istoric. Noiunea de toxic

    Toxicologia are ca obiect de studiu substanele toxice: originea, proprietile fizice, chimice i

    biologice, izolarea, identificarea i dozarea, mecanismele lor de aciune i msurile de combatere a aciunilor

    nocive.

    Toxicii pot avea origine naturalsau sintetic . Acetia pot fi produi de plante (alcaloizi, glicozizi), de

    animale (ptomaine, veninuri), de mucegaiuri (micotoxine), etc.

    Cunoaterea proprietilor toxicilor este necesar pentru a n elege mecanismele de aciune toxiccare

    conduc la leziuni biochimice sau la alterri histologice i pentru stabilirea metodologiei de analiz. De

    asemenea, izolarea, identificarea i dozarea toxicilor sunt necesare att pentru supravegherea mediului (aer, ap,

    alimente), ct i pentru stabilirea circuitului toxicilor n organism.

    Combaterea nocivitii toxicilor presupune tratarea lor, precum i elaborarea de msuri profilactice i

    stabilirea concentraiilor maxime admisibile.

    n cursul evoluiei sale n mediul su natural de via, omul a cunoscut intuitiv sau prin observaie

    proprietile toxice ale unor substane de origine mineral, vegetal sau animal . Aceste cunotine au fost

    aplicate mai trziu, dupce omul a nceput s ucid animale, la fabricarea s geilor otrvite (curara). Totodat,

    omul a utilizat antidoturi mpotriva otrvurilor de origine vegetal i animal (veninuri). Printre primele c ri

    referitoare la antidoturi se cunosc Theriaca i Alexipharmaca, scrise de Nicandru din Colofan (sec. II . H.).

    Maimonide, filozof i medic evreu, a scris n sec. XII, un Tratat despre otrvuri i antidoturile lor.

    Din secolul al XVIII-lea dateazprimele lucr ri cu scop medico-legal despre otrvuri. Astfel, se cunosc

    lucrri precum Asupra otrvirilor cu arsen; cercetarea i determinarea lui pentru justiie, elaborat de

    Hahnemann n 1786 i Proprietile otrvurilor, un capitol din primul tratat de medicin judiciar scris deFodr (1798). Bazele toxicologiei ca tiinau fost puse de Orfila (1787-1853) prin tratatul s u Toxicologia

    general (1814).

    Importante contribuii la dezvoltarea toxicologiei au adus Marsh care, n 1836, a elaborat o tehnic

    pentru decelarea arsenului i Orfila care a artat ctoxicul trebuie c utat n diferite esuturi i organe. nainte de

    aceasta (1839), cercetrile se fceau numai n stomac, intestine i vomismente.

    Cercetrile au fost dezvoltate n secolul trecut n direc ia distrugerii materiei organice, izolrii i

    identificrii toxicilor din produsele biologice. S-au remarcat Fresenius, Babo, Stokes, Stas, Otto, Dragendorff,

    Tardieu, Roussin, Ogier, etc. n secolul nostru, Kohn-Abrest, Fabre, Truhaut, Boudne, Jaulmes, Le Moan,

    Stepanov, vaicova, Clarke, Curry, Sunshine, Mller, Heindrycks, t. Minovici, Ioanid, Galea i alii au

    elaborat metode valoroase de toxicologie analitic.Tot n secolul trecut s-au descoperit i cercetat compui de importan toxicologic : Sertrner (morfina,

    1805), Pelletier i Caventou (mai muli alcaloizi, 1817-1820), Selmi i Gauthier (ptomaine, 1870-1872), Ogier

    (glicozizi cadaverici, 1891) etc. n secolul XX s-a dezvoltat biologia molecularcare i-a pus amprenta i asupra

    studiilor de toxicologie.

    n ara noastr, primul toxicolog este considerat farmacistul i medicul C. Hepites care a avut, ncepnd

    cu anul 1833, un laborator de analize chimico-legale la Brila. Dup 1890 toxicologia a fost reprezentat de

    Mina Minovici, farmacist i medic, ntemeietorul Institutului de Medicin Legal din Bucure ti. Fratele su,

    tefan Minovici, dei chimist, a reorganizat nvmntului farmaceutic i a ntemeiat Facultatea de Farmacie

    din Bucureti (1923); a elaborat, printre altele, i un manual de toxicologie (1912). Printre colaboratorii i

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    2/80

    2

    urmaii si au fost Bacovescu, Vintilescu, Deleanu, Ionescu-Matiu. n Transilvania, medicul, chimistul i

    farmacistul J. Orient a publicat numeroase lucrri de toxicologie.

    La Bucureti, N. I. Ioanid public n 1965 un manual de referin n domeniu: Toxicologie. La Cluj

    activeazprof. V. Galea, autor a numeroase lucr ri de toxicologie teoretic i practic.

    Noiunea de toxicderiv din grecescul toxikon (otrav ), care, dupDioscoride (sec. I d. H.) deriv de

    la toxon(arc) i se refer la s geile otrvite. Se mai afirm c toxikon provine de la egipteanul tako

    (distrugere, moarte). DupPliniu (sec. I d.H.), termenul toxicus deriv de la taxus, o specie de conifer ale

    crui fructe erau folosite la nveninarea sgeilor i despre care se tie astzi c i datoresc toxicitateaalcaloidului taxin. Cuvntul otrav provine de la verbul slav otraviti (a mhni, a tulbura sntatea

    sufleteasc). Termenul de otrav se refer numai la toxicul folosit n scop criminal. De asemenea, exist

    noiunea de venin, derivat de la venenum (otrav); n accepiunea modern, prin venin se nelege curent

    toxina elaborat de unele specii de animale. No iunea de toxin se refer la substan ele organice produse de

    organismele animale sau vegetale, capabile s genereze intoxica ii. n cadrul toxicologiei intr numai

    micotoxinele, nu i toxinele bacteriene i helmintice.

    Prin toxic, Galenus (sec. II d.H.) nelegea orice lucru care poate altera organismul nostru. n sec.

    VIII Jabir ibn Hayyan (Geber) ar fi artat cotr vurile i manifestac iunea nu numai prin natura lor, ci i prin

    locul i timpul utilizrii, forma otrvii, caracteristicile individuale ale omului. Paracelsus (1493-1541)

    introduce noiunea de doz: Toate lucrurile sunt otrav i nimic altceva dect otrav; doar doza face un lucru snu fie otrav. n edictul dat de Ludovic al XIV-lea n 1682, referitor la afacerea otrvurilor, se arta c: Tot

    ceea ce provoaco moarte rapid sau afecteaz un timp s ntatea omului, indiferent daceste vorba de un corp

    simplu sau compus, trebuie privit ca o otravadev rat.

    DupOgier (1853-1913), toxicul se define te ca orice substan a c rei prezen n organism nu este

    nici normal, nici obinuit. Fabre i Truhaut consider c toxic este substan a care, dup p trunderea n

    organism n doz relativ ridicat (unic sau repetat la intervale scurte) sau n doze mici (repetate timp

    ndelungat) determin, imediat sau dupo perioad de laten , n mod trector sau persistent, alterarea uneia sau

    mai multor funcii ale organismului, putnd duce la moarte.

    Multe dintre medicamentele utilizate n prezent au un poten ial toxic. Asemnarea dintre toxic i

    medicament a fost observat nc din antichitate. Grecii foloseau termenul de pharmakon cu sensul att de

    medicament, ct i de otrav. Pentru degradarea i asimilarea produilor rezultai, corpul face un efort care-l

    fortific a a cum se ntresc muchii ca urmare al unui efort gradat continuu. Dac solicit rile depesc

    posibilitile organismului, acesta, dimpotriv, slbete. Aceste substane se comportatunci ca toxici.

    Dac substan ele chimice utilizate curent ajung n corp, acestea pot fi mai uor sau mai greu de

    degradat, n funcie de asemnarea lor cu substanele naturale cunoscute. De anumite substane organice, corpul

    nu se poate debarasa i acestea se depoziteaz, precum DDT n grsimi, afectndu-le funciile lor specifice. In

    corp, apar astfel structuri strine care perturbstructural organismul (Bott, 1976).

    O concepie asemntoare ntlnim i la arabi: Tot ceea ce se absoarbe scrie Al-Biruni (973-1048) n

    Cartea drogurilor se mparte n alimente i otrvuri, iar ntre cele doucategorii se situeaz medicamentele

    ele sunt vtmtoare n comparaie cu alimentele i curative n comparaie cu otrvurile, iar aciunea lor curativ

    se manifestnumai atunci cnd sunt utilizate de un medic priceput i scrupulos. De aceea, ntre ele i alimenteexist a a-numitele alimente medicamentoase, iar ntre ele i otrvuri, aa-numitele medicamente toxice.

    Relaia medicament-otrav este definit succint de Gerolamo Mercuriali (1530-1606): Otrava este un

    medicament mortal.

    Tipuri de toxice. Intoxicaii

    Toxicii se clasificdup urm toarele criterii:

    Origine: toxici minerali, animali vegetali sau sintetici;

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    3/80

    3

    Constituie chimic:toxici anorganici, organici etc.

    Comportare analitic: toxici gazoi, volatili, minerali, organici nevolatili, acizi, baze, oxidani etc;

    Comportare fiziopatologic: toxici cu aciune asupra: sistemului nervos central, sistemului nervos

    vegetativ, aparatului respirator, sistemului cardiovascular, sngelui i organelor hematopoietice.

    Domeniu de utilizare i provenien: toxici industriali, medicamente, plante toxice, pesticide,

    detergeni, materiale plastice, aditivi alimentari, toxine (zoo- i fitotoxine), substane toxice de luptetc.

    Intoxicaia reprezint ansamblul de semne i simptome constituind o stare patologic care se

    instaleaz dup p trunderea unui toxic n organism. Ca urmare se produce dereglarea, alterarea sau chiarabolirea unor funcii vitale, uneori cu sfrit letal. Hans Selye (1984) constat n cazul tuturor agresiunilor,

    inclusiv a intoxicaiilor, o reacie stereotip din partea organismului afectat. A numit-o sindrom general de

    adaptare, deoarece aceasta permite corpului s r spund activ factorilor din mediul extern. Sindromul general

    de adaptare cuprinde mai multe faze, i anume: o fazde alarm , o fazde adaptare i, n fine, una de epuizare,

    n care caz sistemele de protecie ale corpului sunt depite. n oricare din aceste etape de rspuns la agresiunea

    toxicului, n funcie de intensitatea acestuia, animalul sau omul pot muri. Toxicii cu aciune moderat, dar de

    lungdurat determin o a patra faz a sindromului general de adaptare: faza canceroas .

    Intoxicaia este un rspuns al organismului fa de agresiunea toxic i depinde, n primul rnd, de o

    proprietate caracteristica substan ei toxicitatea.

    n raport cu originea factorilor care determin intoxica iile, acestea se clasificn:Intoxicaii endogene, provocate de substane nocive eliberate n diferite stri patologice de ctre

    microorganisme, parazii, etc.; ele intereseaz patologia medical . Se mai pot aminti aici produsele de

    fermentaie din intestinul gros, produsele de degradare ale alimentelor i care sunt n mod normal detoxicate la

    nivelul ficatului.

    Intoxicaii exogene, provocate de toxicii ptruni n organism pe diferite ci; acestea fac obiectul

    toxicologiei.

    n cadrul intoxicaiilor exogene se disting:

    Intoxicaiile intenionate (voluntare): crime, sinucideri, toxicomanii;

    Intoxicaiile accidentale: accidentele propriu-zise, medicamentoase, profesionale, alimentare.

    Crimele prin otrvire (n continusc dere), utilizeazpesticide organofosforice, digitalice, taliu, etc.

    Sinuciderile prin otrvire, n numr din ce n ce mai mare, se realizeaz prin medicamente (opiacee,

    psihotrope), apoi prin pesticide, oxid de carbon, gaze naturale, alcaloizi, sodcaustic , mercur, etc.

    Toxicomania(gr. toxicon = otrav + mania= nebunie) este starea de intoxica ie, periodicsau cronic ,

    determinat de consumarea repetat a unui drog, natural sau sintetic. Caracteristicile sale sunt dorin a de

    nenvins sau necesitatea de a continua consumarea drogului i de a-l procura cu orice pre; tendina de a mri

    progresiv dozele, dependena de ordin psihic i, n general, dependena fizic fa de efectele drogului, cu

    apariia sindromului de abstinenla suprimarea lui, efecte nocive asupra individului, familiei i societii.

    Doparea nu este o intoxica ie propriu-zis, ci reprezint ntrebuin area mijloacelor i substanelor

    naturale sau sintetice ( n special psihoanaleptice) capabile s m reasc performan ele, n vederea unei

    competiii fizice sau intelectuale. n mod obinuit, senzaia de obosealdup un efort prelungit oblig subiectul

    s-i ntrerupactivitatea. Substan ele dopante nlturn mod artificial senza ia de oboseal i, implicit, eliminsemnalul de alarmindicnd nevoia de odihn . Oboseala este nsnumai mascat , necesitnd administrarea unei

    noi doze de substandopant . Doparea aduce prejudicii eticii sportive, precum i integritii fizice i psihice a

    sportivilor.

    Intoxicaiile accidentale propriu-zise se datoreaz neaten iei, netiinei sau imprudenei i sunt legate de

    pstrarea i folosirea improprie a pesticidelor, medicamentelor, substanelor chimice de uz casnic (sodcaustic ,

    detergeni, produse petroliere etc.), de defeciuni de tiraj ale sobelor (gaze naturale, crbune), de gazele de

    eapament ale automobilelor (n garaje).

    Intoxicaiile medicamentoaseau loc prin:

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    4/80

    4

    Eroarea medicului,prin prescrierea unor cantit i de substanactiv care dep ete dozele maxime

    terapeutice, a medicamentelor coninnd un principiu activ comun (efect cumulativ) sau sediu comun de aciune

    (efect sinergic), a principiilor active care, prin asociere, conduc la efecte toxice sau la potenare exageratetc

    Eroarea farmacistului, prin nedescifrarea corecta re etei, nesemnalrii erorii din reet, confuzie de

    substane, eliberarea unui preparat neomogen etc.

    Eroarea bolnavului prin supradozare, automedicaie, polipragmazie, confuzie de medicament sau de

    cale de administrare etc

    Caracteristici ale bolnavului: hipersensibilitate, deficiene n detoxicare sau eliminare.Reacii adverse ale medicamentului.

    Intoxicaiile profesionaleau loc n industria chimic , extractiv, agricultur, ateliere meteugreti etc.

    Aceste intoxicaii sunt produse de compuii unor metale i nemetale, pesticide, solveni organici, cancerigeni

    etc.

    Intoxicaiile alimentare se produc prin ngerarea din ignoran , impruden, confuzie a ciupercilor

    otrvitoare, plantelor cianogenetice, cerealelor parazitate sau toxice, petilor otrvitori, produselor alterate, a

    contaminanilor ca metale toxice, pesticide, detergeni, ngrminte azotate, substane cancerigene, substane

    din ambalaje, aditivilor alimentari etc

    n funcie de timpul instalrii intoxicaiei se cunosc:

    -Intoxicaia acut, toxicul fiind absorbit n doz relativ mare i unicsau n doze mai mici i repetate laintervale scurte, iar manifestrile toxice apar pe neateptate, sunt violente i pot fi urmate de moarte. Dup

    timpul de apariie i violena manifestrilor toxice, se disting: intoxicaia supraacut, acut i subacut;

    - Intoxicaia cronic numit i intoxicaia pe termen lung reprezint totalitatea efectelor toxice

    produse prin administrarea repetata unui toxic n aceea i doz, pe o perioadcorespunz toare, de obicei, la cea

    mai mare parte din viaa speciilor care triesc puin sau la viaa lor ntreag sau, n cazul n care se urm resc

    efecte mutagene, teratogene sau cancerigene, la mai multe genera ii. Leziunile biochimice i morfofuncionale

    apar lent, dar continuu.

    Intoxicaia pe termen lung prin absorbie repetat de doze mici are loc n cazul toxicilor cumulativi

    (metanol, digitalice, metale grele, fluor, derivai de arsen etc.) prin cumularea dozelor sau prin cumularea

    efectelor, n cazul substanelor cancerigene.

    Intoxicaia pe termen lung poate fi cauzatde o doz unic . Toxicitatea n formagravat se manifest ,

    de pild i la cteva sptmni dupingerarea unei doze unice de Paraquat. La fel se comport unele insecticide

    organofosforice cu aciune neurotropntrziat , nitrozaminele cancerigene etc.

    Intoxicaia acut reprezint totalitatea efectelor toxice produse prin administrarea unui toxic ntr-o

    singurdoz , putnd provoca moartea a 50% din animalele dintr-un lot n decurs de 24-48 ore (sau pn la 15

    zile pentru toxicii cu efect ntrziat).

    Intoxicaia subacut se exprim prin totalitatea efectelor toxice produse prin administrarea repetat a

    unui toxic n aceeai doz, pe o perioadegal cu 1/10 din durata medie de via a speciei.

    Doze toxice. Doze letale. Concentraii maxime admise

    Doza reprezint cantitatea din substan care, introdus n organism, provoac un efect terapeutic

    determinat. La medicamente se disting doze terapeutice, toxice i letale. Modul de exprimare a dozei variaz:

    doz/kg mascorporal ; doz/mascorporal global ; doz/unitate de suprafacorporal ; concentraie molar;

    unitate biologic etc. Pentru substan ele care au ptruns n organism pe cale oral se face distinc ie ntre doza

    ingerat i doza absorbit.

    Doza toxicse refer la cantitatea de substan capabil s determine efecte toxice.

    Doza letal (DL) exprim toxicitatea acut a substan elor care ptrund oral sau parenteral. Se exprim

    n mg/kg corp i se stabilete experimental pe loturi de animale. DL este urmat de un indice de la 1 la 100

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    5/80

    5

    exprimnd procentul de letalitate ntr-un timp dat. DL5 (DLM) este doza letal minim , DL50 (DML), doza

    medie letal, DL75 este doza fatal, iar DL100, doza maxim letal sau doza letal absolut . DLo , doza maxim

    tolerat(cnd se produc efecte toxice, dar nu letale) nu este o doz letal .

    n mod curent, pentru exprimarea toxicitii acute a unei substane se folosete categoria DL50 (mg/kg

    corp), deoarece la aceast doz diferen ele de reactivitate individual sunt mai reduse. n raport cu DL 50 se

    clasific i se comparsubstan ele toxice (tab. 1).

    Tabelul 1

    Scara toxicitii (dupHodge i Steaner)

    Calea de administrareGrupatoxici-tii

    Gradultoxici-tii

    DL50cutanatiepuri,mg/kg

    DL50(doz unic) oralobolan,mg/kg

    Inhalare de vapori(4 ore) mortalitate30-60% (obolan)

    ppm

    Doza letalprobabilla

    om (g)Substane

    1 Extrem detoxic

    1100

    Substane alimentare

    Aprecierea toxicitii acute pe baz de DL 50 are dezavantajul c nu ine seama de masa molecular,

    deoarece trebuie s se ia n considerare num rul de molecule implicate n mecanismele fiziopatologice. S-a

    introdus, de aceea, noiunea de potenial de toxicitate, pT = lg [T]. Valoarea T se calculeaz dup valoarea

    DL50i.p. la oareci i reprezintconcentra ia molartoxic a substan ei, exprimatn moli/kg.

    Concentraia letal n atmosfer (CL) exprim toxicitatea acut a substan elor care ptrund pe cale

    respiratorie i are aceeai semnificaie ca i DL. Exprimarea sa se face astfel:

    masa/volum (g/v);

    volum/volum (v/v), ca procente de volum (% vol.), p ri/milion (ppm), pri pe bilion (ppb; 1 ppm =

    1000 ppb).

    Concentraiile maxime admise (CMA) sunt caracteristice fiec rei substane din mediul industrial sau

    comunal, pentru a evita apariia manifestrilor toxice. Ele reprezint concentra iile medii ale substanelor din

    aer, care, cu excepia cazurilor de hipersensibilitate, nu provoac, la nici unul din muncitorii expui n mod

    continuu nici un semn sau simptom de boalsau de condi ie fizic rea, putnd fi pus n eviden prin cele mai

    sensibile teste acceptate pe scarinterna ional.n raport cu natura efectului toxic, substanele se mpart n mai multe grupe, mai importante fiind

    urmtoarele dou:

    - substane ale cror efecte principale se traduc prin fenomene de iritaie, sensibilizare sau intoxicaie

    acut, aprute imediat sau dupo faz de laten , n urma unei expuneri de scurtdurat la concentra ii curente

    (oxizi de azot, formaldehid, halogeni, mercaptani etc.). n acest caz CMA sunt denumite valori plafon, care nu

    trebuie depite nici chiar timp de 10-15 minute;

    - substane ale cror efecte principale se datoresc cumulrii lor, n urma expunerii repetate la

    concentraii curente (metale grele, solveni organici etc.). n acest caz, trebuie considerate drept CMA valorile

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    6/80

    6

    medii integrate n raport cu timpul, corespunznd noiunii depraguricare nu pot fi dep ite. Ca urmare, aceste

    concentraii pot fi depite n timp i spaiu, nseste obligatoriu ca, nsumate, s se compenseze i astfel snu

    depeasc CMA. De pild , pentru plumb, expunerea timp de o or la concentra ii de opt ori mai mari dect

    concentraia medie admis nu prezint risc de intoxica ie dac n celelalte apte ore de munc plumbul este

    absent; dimpotriv, pentru solvenii liposolubili cu aciune narcotic (dicloretan, CS 2 etc.), valoarea medie

    admisnu poate fi dect foarte pu in depit, pe o perioadextrem de scurt .

    Pentru amestecul de toxici existdou modalit i de exprimare a CMA, n raport cu modul de dozare:

    - dactoxicii se dozeaz global, CMA se exprim n toxicul cel mai agresiv. De exemplu, la amesteculde HCl, H2SO4 i HNO3, rezultatul se exprim n mg H 2SO4/m

    3de aer (CMA = 1,5 mg/m 3) fade ceilal i doi

    (CMA = 10 mg/m3).

    - dac toxicii se dozeaz individual, CMA se consider global dep itchiar atunci cnd concentra iile

    individuale (C1, C2, C3) sunt mai mici dect CMA respective (CMA1, CMA2, CMA3), nssuma rapoartelor

    este egalsau mai mare dect unitatea:

    C1/CMA1+ C 2/CMA2+ ..+ C n/CMAn 1

    De exemplu, la un amestec de aceton, alcool izopropilic, cloroform i alcool amilic, CMA globaleste

    depitde 1,5 ori, de i concentraiile fiecrui toxic n parte sunt inferioare CMA respective:

    300/1500 + 240/600 + 80/200 + 125/250 = 1,5 > 1

    Cnd suma rapoartelor este inferioarunit ii, nu existefect aditiv.Se considerc au efect sinergic de tip aditiv substan ele toxice care au ca inta agresivit ii lor acelai

    organ sau sistem al organismului ori care au acelai mecanism de aciune. n aceste locuri de muncaprecierea

    riscului, respectiv a nivelului noxelor n aer n raport cu concentraiile admisibile, se va face aplicnd

    urmtoarea formul:

    C1/CMA1+ C 2/CMA2+ + C n/CMAn< 1

    (C1, C2, Cn= concentra iile determinate n aer pentru fiecare nox)

    (CMA1, CMA2, CMAn= concentra iile maxime admise pentru noxele respective).

    n Romnia, normele de protecia muncii stabilesc urmtoarele:

    - concentraia maximadmis este concentra ia noxelor din zona de muncce nu trebuie dep itn nici

    un moment al zilei;

    - concentraia medie este concentraia noxelor rezultat dintr-un num r de determinri reprezentative

    pentru locul de muncales i care nu trebuie depitpe durata unui schimb de lucru;

    - n cazul medicamentelor se determin indicele terapeutic (IT) sau factorul relativ de securitate, prin

    raportarea dozei letale(DL 50) la doza medie eficace(DE 50) (cantitatea de substancapabil s determine efect

    terapeutic la 50% din subiecii folosii n experiment). Dac IT 10, utilizarea substan ei n terapeutic nu

    prezintpericol la doze uzuale; pentru IT < 10 securitatea tratamentului este sc zut.

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    7/80

    7

    Cursul nr. 2

    Ramurile toxicologiei

    Toxicologia chimico-legal (judiciar ) are drept obiect de activitate punerea n eviden a toxicilor i

    metaboliilor lor n organe, lichide biologice, corpuri delicte. Are rolul de a dovedi crimele prin otrvire,

    stabilirea sinuciderilor i, mai recent, urmrete activitatea laboratoarelor clandestine de sinteza unor droguri.

    Toxicologia clinicurm rete asigurarea diagnosticului corect i a tratamentului eficient n intoxicaiile

    acute, ca i msurile de prim ajutor n caz de accidente, sinucideri etc.

    Toxicologia medicamentelor are ca sarcini verificarea preclinic a securit ii noilor medicamente n

    condiii de supradozare ca i verificarea, prin experiment pe animal, a reaciilor adverse depistate la om, pentru

    medicamentele aflate deja n uz.

    Toxicologia metabolic (xenologia) studiaz procesele fiziologice i biochimice de transformare a

    xenobioticelor (substane strine organismului) nainte de apariia leziunilor. Prin stabilirea etapelor i sediilor

    de metabolizare, toxicologia metabolic permite prevenirea intoxica iilor i tratamentul lor eficient, mrind

    astfel aportul toxicologiei la medicin.

    Toxicologia industrial studiaz efectul nociv al toxicilor din mediul industrial, stabile te

    concentraiile maxime admise i msurile de profilaxie a intoxicaiilor. Sarcina actuala toxicologiei industriale

    de a urmri intoxicaiile profesionale cunoscute este completat cu studiul produ ilor noi, cu potenial toxic,depistarea zonelor cu ncrcturtoxic i stabilirea metodelor eficiente de detecie i profilaxie.

    Toxicologiapoluan ilor atmosferici are n vedere efectul nociv al acestor poluani, le stabilete limitele

    de toleran i msurile de combatere.

    Ecotoxicologia studiaz efectele nocive ale poluan ilor chimici asupra ecosistemelor vegetale i

    animale, terestre i acvatice. Totodat, studiaz trecerea toxicilor de-a lungul lan urilor alimentare cu

    posibilitatea de acumulare la anumite nivele ale acestora, ceea ce prezintpericol pentru om. Adesea toxicul este

    absorbit de o plant sau un animal, n organismul c rora se concentreaz f r a le provoca tulbur ri sensibile,

    datorit rezisten ei lor specifice. Apoi toxicul trece n organismul unui animal sau al omului, iar acetia se

    intoxic, dacsunt sensibili la doza respectiv . Cazul cel mai cunoscut este intoxicarea n mascu metilmercur

    provenit din compuii cu mercur existeni n apele uzate industriale din Japonia, Statele Unite, Suedia, Canada.Toxicologia alimentar studiaz modalit ile de introducere n organism a toxicilor prin alimente i

    ap, precum i posibilitatea de prevenire a intoxicaiilor pe aceste ci.In afara produselor toxice per se i de

    contaminani toxicologia alimentar are n vedere i intoxicaiile cu aditivi alimentari i, deci, prevenirea lor

    printr-o corectautorizare a acestora.

    Toxicologia pesticidelor studiaz riscul toxic al diferitelor pesticide i msurile de profilaxie n cursul

    utilizrii lor n agricultur i cerceteazreziduurile de pesticide n alimentele vegetale i animale.

    Toxicologia cosmeticelor i a produselor menajere studiaz efectele secundare ale componentelor

    cosmetice i stabilete msurile de protecie a populaiei mpotriva produselor chimice de uz casnic.

    Toxicologia de rzboi studiaz ob inerea i aciunea substanelor toxice de lupt i a antidoturilor

    acestora, precum i metodologia de detectare.

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    8/80

    8

    Toxicocinetica

    Intoxicaia comport trei faze: faza de expunere, faza toxicocinetic i faza toxicodinamic. Dup

    ptrunderea toxicului n mediul intern au loc urmtoarele procese:

    -Aciunea organismului asupra toxicului, corespunznd fazei toxicocinetice i care cuprinde absorbia,

    distribuia, depozitarea (eventual acumularea), biotransformarea, eliminarea;

    -Aciunea toxicului asupra organismului, corespunznd fazei toxicodinamice i cuprinznd ansamblul

    fenomenelor care au loc n organism la diferite nivele, conducnd, n final, la efectul toxic (fig.1).

    PTRUNDEREA I ABSORBIA TOXICILOR N CORPPtrunderea se poate realiza pe cale digestiv , respiratorie, transcutanat, transmucoas (ocular ,

    vaginaletc.), transplacentar , parenteral.

    Absorbia reprezint trecerea toxicului din mediul extern n mediul intern (snge i limf circulant ).

    Pentru a trece n mediul intern, toxicul trebuie straverseze una sau mai multe membrane: mucoasele tractului

    gastrointestinal, mucoasele cilor respiratorii, straturile superficiale ale tegumentelor etc. Traversarea

    membranelor este condiionat de: natura chimic i organizarea moleculelor constitutive ale membranei;

    proprietile fizico-chimice ale toxicului; structura fizico-chimic a mediului de o parte i de cealalt a

    membranei.

    Traversarea membraneise realizeaz n principal prin:

    Transport pasiv sau difuziune simpl, constnd din trecerea toxicului, n general fr consum deenergie, dintr-un compartiment cu concentraie mai mare spre un compartiment cu concentraie mai mic deci

    n sensul gradientului de concentraie. Viteza de difuziune este cu att mai mare cu ct toxicul are mas

    molecular mai mic i liposolubilitate mai mare. Difuziunea este principalul mijloc de traversare pentru

    medicamente i toxici gazoi i volatili anorganici cu mas molecular mic , toxici organici volatili, toxici

    organici acizi, alcaloizi, etc.

    Transportul activ, constnd din trecerea toxicului, cu consum de energie, dintr-un compartiment cu

    concentraia mai micspre unul cu o concentra ie mai mare. Este caracteristic ionilor minerali.

    Absorbia pe cale digestiv are loc preponderent n intestinul subire, datorit suprafe ei mari i

    vascularizrii intense. n gur i esofag contactul toxicului cu mucoasele este scurt, nct absorbia este redus.

    Totui, toxicii foarte hidrosolubili (nicotin, KCN) se absorb rapid prin mucoasa bucal, putnd generaintoxicaii mortale. Substanele corozive i caustice nu se absorb n esofag, nsi corodeaz peretele. n stomac

    se absorb toxicii foarte hidrosolubili, iar cei iritani pot determina spasm piloric (cu reinerea toxicului n

    stomac) sau vrsturi (cu eliminarea lui). Absorbia este diminuatde prezen a alimentelor n stomac. n colon,

    toxicul ajunge n cantiti foarte reduse, mai ales n caz de accelerare a tranzitului intestinal. Factorii care

    influeneazabsorb ia digestivdepind de toxic (lipo- sau hidrosolubilitate, grad de disociere, stabilitate chimic

    n tubul digestiv, mrimea moleculelor etc.) i de organism (motilitatea intestinal, debitul evacurii gastrice,

    interaciuni cu alimente sau cu alte xenobiotice).

    Absorbia pe cale respiratorieeste favorizat de suprafa a mare a alveolelor i de structura acestora care

    Doza

    toxic Contactul

    cutoxicul

    Absorbtie Distributie Depozitare (acumulare)Biotransformare Eliminare

    Actiunea toxiculuiasupra organismului la diferite nivele

    Toxicul estedisponibil pentru

    absorbtie

    Toxicul estedisponibilpe ntru ac tiu ne

    Efect toxic

    Faza de expunere Faza toxicocinetic Faza toxicodinamic

    Fig. 1. Cele trei faze ale actiunii toxicilor (dup Cotru, 1993)

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    9/80

    9

    permite trecerea rapidn circula ie a gazelor, vaporilor i aerosolilor toxici.

    Absorbia transcutanat se ntlne te n cazul toxicilor liposolubili, al mercurului i taliului, al gazelor

    i vaporilor i chiar al unor toxici hidrosolubili cnd tegumentele nu sunt intacte. Ptrunderea transcutanateste

    favorizatde masaj, umiditate, temperatur crescut .

    Absorbia transplacentar , cu implica ii grave pentru dezvoltarea fetusului are loc n cazul unor

    medicamente i al toxicilor volatili, gazoi sau al metalelor grele.

    Distribuia, depozitarea i acumulareaDup p trunderea n mediul intern, toxicii sunt vehiculai de snge i limfa circulant spre lichidul

    interstiial i apoi spre celule. n timpul transportului, o fraciune din toxic se leagde proteinele plasmatice, n

    special de albumine (vehicule plasmatice), formnd compleci inactivi, iar cealalt frac iune rmne liber;

    numai aceasta poate traversa membranele i deci este singura activ. ntre ambele fraciuni se stabilete un

    echilibru dinamic. Cantitatea de toxic legatdepinde de concentra ia sa sanguin, de afinitatea pentru situsurile

    de legare i de capacitatea proteinelor plasmatice de a le fixa (aceast capacitate este limitat ). n general,

    substanele liposolubile i slab acide sunt mai puternic legate dect cele neutre. Substanele cu capacitate mai

    mare de legare le deplaseazpe cele cu capacitate redus (competi ie de transport).

    Din lichidul interstiial, toxicii sunt distribuii, depozitai i/sau acumulai, nainte de a fi metabolizai.

    Exist i toxici care se metabolizeazn tubul digestiv, snge etc.Distribuia reprezint transferul toxicilor din snge n esuturi i organe. Unii toxici (de exemplu,

    etanolul) se distribuie uniform n toate esuturile. Majoritatea ns se distribuie electiv n anumite esuturi, n

    raport cu permeabilitatea membranelor celulare i cu proprietile fizico-chimice ale toxicului. n general, toxicii

    liposolubili strbat uor membranele i se distribuie n esuturi (organe) lipoide i bine vascularizate (creier,

    mduv osoas ). Toxicii liposolubili cu caracter bazic se distribuie n plmni, rinichi, suprarenale. Toxicii

    liposolubili cu caracter slab acid i cei excretabili prin bilse distribuie n ficat. Toxicii hidrosolubili cu caracter

    bazic se distribuie n ficat, rinichi, suprarenale.

    O fraciune din toxic ntlnete receptorii unde i exercitac iunea toxic, iar cealaltfrac iune se poate

    depozita provizoriu sau acumula n diferite esuturi.

    Depozitarea (localizarea) reprezint procesul de fixare electiv a toxicului n diferite esuturi sauorgane. Intensitatea i modul de depozitare depind n principal de vascularizarea esutului i de afinitatea

    chimic ntre toxic i constituenii acestuia. Astfel, Pb2+, Ba2+, F- se depoziteaz n esutul osos, As3+, Se2-, n

    fanere, Ag, n piele etc.

    Acumularea n esuturi se realizeaz prin p trunderea repetat sau continu n organism de doze

    subtoxice de xenobiotice, de obicei rezistente la metabolizare i cu grad redus de eliminare. Aciunea toxicse

    produce prin acumularea toxicului (ex. pesticidele organoclorurate).

    Biotransformarea (metabolizarea) toxicilor

    Metabolizarea presupune conversia enzimatica toxicilor n metaboli i mai polari, mai uor excretabili

    i, de regul, mai puin toxici.Organismele acvatice nu posed sisteme metabolizante pentru xenobiotice, deoarece ele excret

    compuii liposolubili direct n apprin toat suprafa a corporal. La organismele terestre ns, biotransformarea

    este indispensabil, deoarece substanele liposolubile sunt reabsorbite la nivelul tubular renal i, de aceea, fr

    intervenia metabolizrii, eliminarea lor ar fi de ordinul zilelor i chiar anilor (pentru eliminarea etanolului ar fi

    necesare 24 de zile).

    Organismul animal are posibilitatea de a metaboliza aproape toate structurile chimice cunoscute. To i

    compuii exogeni sufermetabolizare, cu excep ia compuilor puternic polari (acizii i bazele tari, minerali i

    organici) i unii compui nepolari (eter etilic, dieldrin etc.).

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    10/80

    10

    Metabolizarea se datore te funciunii vitale a organismelor de a se apra de compuii strini lui, ce

    ptrund separat sau odatcu substan ele nutritive (Voicu i Olinescu, 1977) i are loc, de regul, n doufaze:

    n prima faz, un compus, activ sau inactiv biologic, este transformat prin reacii de oxidare, reducere

    sau hidroliz, ntr-un alt compus, activ sau inactiv;

    n faza a doua, compusul iniial mpreun cu produsul s u de transformare trec, prin reacii de

    conjugare, ntr-un compus inactiv biologic. Astfel, benzenul trece, n prima faz, prin oxidare direct sau prin

    intermediul epoxidrii, n fenol, difenoli i trifenol, iar acetia sufer, n faza a doua, o conjugare, n principal cu

    acidul glucuronic i cu ionul sulfat. Unele produse se metabolizeazcomplet n prima faz (etanolul), n timp cealtele trec direct n faza a doua (fenolul).

    Prin metabolizare, n general, polaritatea compusului crete. Compusul iniial, de obicei liposolubil,

    devine polar n faza I i mai polar n faza a II-a, cnd este puternic acid (majoritatea metaboliilor) sau alcalin

    (ex. piridina). Fiind polari, aceti ultimi metabolii strbat mai greu barierele membranare lipoidice, iar

    reabsorbia tubulareste redus . Aceasta creaz impresia c biotransformarea are rolul de a m ri polaritatea i,

    indirect, de a reduce toxicitatea xenobioticelor.

    Eterul etilic i acidul ftalic sunt eliminai nemodificai, iar unele substane nepolare, cum ar fi HCH,

    insecticidele clorurate nu sunt uor metabolizate i nici excretate fiind depozitate n esuturile grase din

    organism.

    Tabelul 2Reacii de oxidare

    Reacia Formula general Exemple

    Hidroxilarea catenei alifatice R-(CH2)n-CH3R-(CH 2)-CH2OH Fenazona 3-hidroxi-fenazonaHidroxilarea aromatic Ar-X HO-Ar-X Benzenul fenoli

    N-oxidarea R3NR3NO Trimetilamina trimetilamino-N-oxid

    S-oxidareaR S R' R S R'

    +

    OH

    R S R'

    O Clorpromazina S-oxidul clorpromazinei

    O-dezalchilarea R-O-CH3 R-O-CH 2OH

    R-OH + HCHO

    Codeina morfin

    N-dezalchilarea R-NH-CH3R-NH-CH 2OH R-NH2+ HCHO

    Morfina normorfin

    S-dezalchilarea R-S-CH3 R-S-CH 2OH R-SH + HCHO

    Metiltiopurina tiopurin

    Dezaminarea oxidativR

    RCH NH2

    R

    RC

    NH2

    OH

    R

    RC = O + NH3

    Amfetamina fenilaceton

    Desulfurarea

    R

    R 'P

    S

    X

    R

    R 'P

    O

    X Parationul paraoxon

    Epoxidarea R - C H = C H - R ' R - C H - C H - R 'O

    Aldrinul dieldrin

    Oxidarea cu deschiderea ciclului R'

    N R

    CH3 R'

    NH R

    COOH

    Nicotina acid - (3 piridil)

    meti-amnobutiric

    Faptul c un singur toxic poate fi metabolizat la un num r imens de produi sugereaz c organismul

    nu-l recunoate i ca atare acesta doar interfer cu sistemele de metabolizare pe care corpul le utilizeaz de

    regul pentru transformarea unor compu i exogeni n compuii proprii. Cu substanele pe care corpul le

    recunoate, de exemplu proteinele, aminoacizii, grsimile etc. lucrurile stau cu totul altfel: cile metabolice sunt

    precise i transformarea lor se petrece de fiecare datla fel. Exogenul perturb buna func ionare a organismului

    sau doar a unor esuturi i organe i, prin aceasta, intr n reac ie chimic sau de alt natur (fiziologic ,

    mecanicetc.) cu componentele corpului. n cazul n care obiectul sau compusul introdus n corp nu afecteaz n

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    11/80

    11

    nici un fel structura i funciile organismului, acesta din urmse comport pasiv (proteze din argint sau material

    plastic implantate n corp).

    Reaciile din faza Iconstau din introducerea n molecul a grupelor reactive cu polaritate crescut : -OH,

    -NH2, -COOH, -SH. Cea mai frecventdintre reac iile acestei faze este oxidarea, nspentru unele xenobiotice

    reducerea este singura cale de metabolizare, iar altele se degradeaz prin hidroliz (tab. 2, 3, 4).

    Sediul metabolizrii poate fi orice esut sau organ, ns sediul principal este ficatul. Enzimele de

    metabolizare existns i n organele i esuturile care faciliteazintrarea i ieirea din organism (piele, rinichi,

    plmn, intestin), precum i n alte esuturi (ochi, plasmetc.). Sediul metaboliz rii nu corespunde totdeauna cusediul principal al aciunii toxice. Astfel, metanolul se metabolizeazn primul rnd n ficat, dar efectul toxic se

    exercit la nivelul retinei, SNC, rinichiului; hidroxilarea 2-naftilaminei are loc n ficat, dar efectul cancerigen

    apare n vezica urinar; tetraetilplumbul este transformat n trietilplumb n ficat, dar metabolitul este toxic n

    special pentru SNC; n cazul dimetilnitrozaminei, sediul metabolizrii ficatul corespunde cu sediul principal

    al aciunii toxice.

    Enzimelecorpului pot fi mp rite n doucategorii: enzime biochimice (parametabolice) i xenobiotice

    (xenometabolice).

    Enzimele biochimice catalizeaz biotransformarea substan elor endogene, precum i a substanelor

    (metaboliilor) care prezint asem nri structurale cu substanele endogene, deoarece, odat metabolizate i

    ajunse la locul de aciune a enzimelor, acestea nu le mai pot diferenia de substratele lor normale i lemetabolizeaz pe aceea i cale. Enzime ca: alcooldehidrogenaza, aldehiddehidrogenaza, DOPA-decarboxilaza,

    monoaminooxidaza, colinesterazele nespecifice plasmatice, guanaza, nucleotidazele, xantinoxidaza degradeaz

    deopotrivsubstratele naturale i pe cele strine, dar similare ca structur.

    Enzimele xenobiotice catalizeaz biotransformarea majorit ii xenobioticelor (substane chimice

    industriale, poluani, medicamente, cancerigeni, aditivi alimentari), care nu prezint, ca atare sau ca metabolii,

    asemnri structurale cu substratele normale. Aceste enzime au sediul n microzomi i realizeaz n special

    oxidrile. n 1955, Axelrod a pus n eviden un sistem de enzime ce necesit NADPH i oxigen molecular,

    oxidazele cu funcii mixte microzomiale (Microsomal Mixed Function Oxydases) sau OFMM. n microzomi se

    mai gsesc i unele reductaze i hidrolaze.

    Exist i substane metabolizate att pe cile normale, ct i pe cele caracteristice xenobioticelor. De

    exemplu, etanolul se oxideaz n citoplasm prin intermediul alcool-dehidrogenazei (enzim biochimic ) i n

    microzomi prin intermediul unui sistem enzimatic asemntor.

    Enzimele biochimice se mai deosebesc de OFMM prin localizarea, numrul, specificitatea i activitatea

    lor.

    Enzimele de oxido-reducere biochimic au sediul n special n mitocondrii, enzimele de hidroliz n

    lizozomi, citoplasm, plasmsangvin , iar OFMM se gsesc aproape exclusiv n microzomi.

    Enzimele biochimice sunt diversificate i n cantitate suficient pentru a satisface metabolizarea

    substratelor endo- i exogene; numrul OFMM este mic sau chiar redus la un sistem unic i universal de

    oxidaze.

    Cursul nr. 3

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    12/80

    12

    Enzimele OFMM sunt lipsite de specificitate, deoarece metabolizeaznumeroase substraturi cu structuri

    diferite, n timp ce enzimele biochimice sunt specifice.

    Enzimele biochimice sunt n stare activ, pe cnd OFMM se activeaz sub efectul direct al

    xenobioticelor, putnd metaboliza atunci compusul care le-a activat, precum i ali compui metabolizai pe

    aceeai cale. Proprietatea se numete inducie enzimatic.

    Oxidarea este realizat de oxidazele cu func ii mixte microzomiale (OFMM), un sistem enzimatic

    component al membranelor reticulului endoplasmatic neted (REN). Acest sistem este constituit din douhemoproteine (citocromul P450 i citocromul b5), dou flavoproteine (NADPH-citocrom P 450-reductaza iNADH-citocrom b5-reductaza), o fosfolipid(fosfatidilcolina). n reac ie sunt necesari: oxigenul molecular (O2),nicotinamidadenin-dinucleotidfosfatul, forma redus (NADPH) iar uneori i nicotinamidadenin-dinucleotidul,forma redus(NADH):

    R-H + O2+ 2H++ 2e - R-OH + H 2O

    Att disocierea moleculei de oxigen ct i desfacerea legturii R-H din substrat reclam aport crescut

    de energie de activare, de aceea organismul realizeazaceast oxidare n opt etape:

    Reacii n cadrul ciclului citocromului P4501. Citocromul P450(notat cu Fe

    3+) se unete cu substratul nepolar, R-H;

    2. Fierul heminic Fe3+se reduce la Fe 2+ prin transferul unui electron de la NADPH, prin intermediul

    NADPH-citocrom P450-reductazei;

    3. Oxigenul molecular formeazun complex ternar, (RH)Fe 2+(O2);

    4. Un al doilea electron se transfer de la NADPH (prin intermediul NADPH-reductazei) ori de la

    NADPH sau NADH (prin intermediul citocromului b5) cu formarea unui anion peroxidic;

    5. Anionul peroxidic leaghidrogenul, cu formare de ap i de complex RH(Fe-O)3+;

    6. Hidrogenul din substratul R-H se transferpe oxigen, cu formarea radicalului intermediar (R o)(Fe-

    Etapele activrii oxigenului n ciclul citocromului P450 n

    reactiile de hidroxilare microzomial (dup Cotru, 1993)

    Fe3+

    (RH)Fe3+

    (RH)Fe2+

    (RH)Fe2+(O2)

    (RH)Fe3+(O2-)

    (RH)Fe3+(O )2

    RH(Fe O)3+

    (R)(Fe OH)3+

    (ROH)Fe 3+

    H2O

    H+

    RH

    1

    2

    3

    45

    6

    7

    8

    e-

    O2

    e-

    ROH

    2-

    2

    XOH

    XOOH

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    13/80

    13

    OH)3+;

    7. Radicalul substratului se recombin cu oxidrilul din complex, cu formarea produsului de

    hidroxilare, R-OH;

    8. Produsul R-OH regenereazforma oxidat a citocromului P-450 i ciclul se nchide.

    n prezena unor oxidani puternici (hidroperoxizi, X-OOH), ciclul se unteaz.

    Hidroxilarea toxicilor se face n microzomii hepatici prin labilizarea moleculelor acestora datorit

    introducerii gruprilor adiionale, mai ales a grupei HO. Citocromul P450 constituie locul activit ii oxigenului,

    funcionnd ca o monooxigenaz n oxidarea unor substan e diverse (hidrocarburi policiclice, medicamente,steroizi, colesterol, acizi grai, , etc.

    Superoxid dismutaza catalizeaz descompunerea superoxidului printr-o reac ie de disproporionare n

    oxigen i peroxid de hidrogen:

    2O2+ 2H + H 2O2+ O 2

    Ea inhib reac ia de hidroxilare sau demetilare ale unor toxice, iar adugarea unui sitem generator de

    superoxid (xantin + xantin oxidaz ) stimuleaz hidroxilarea unor toxice de c tre sistemul enzimatic

    microzomial.

    Deocamdatnu este bine l murit implicarea ramurii peroxidante din sistemul enzimatic microzomial.

    Exist un vast material experimental n favoarea peroxid rii lipidelor microzomiale n unele condiii n cursul

    metabolizrii medicamentelor. Vitezele reaciilor de peroxidare a lipidelor microzomiale i de hidroxilare amedicamentelor sunt invers proporionale, datorit probabil competi iei pentru O2necesar ambelor procese. n

    ambele procese se dezvoltforme active ale O 2cum sunt O 2 i 1O2(Auclair i Lecomte, 1978).

    Sistemul oxidazic cu funcii multiple este responsabil de procesul de detoxifiere hepatic, care ncepe

    prin introducerea unor grupri polare n structura substratului lipofil pentru a-l face mai hidrosolubil. Sistemul

    enzimatic microzomial cuprinde de asemenea un numr de reacii oxidative ca hidroxilri, O i N-dealchilri,

    sulfoxidri etc. (Voicu i Olinescu, 1977). Reacia principal de hidroxilare a unui substrat AH se datore te

    contactului direct cu citocromul P450redus datorit unui flux de electroni primit de la NADPH prin intermediul

    celorlali transportori intermediari.

    Peroxidarea este competitivcu desaturarea i cu N- i O-dealchilarea (OBrien, 1978). Bidlack i

    NADPH Citocrom C reductaza Citocrom P450(peroxidaza)

    Citocrom b5 (peroxidaza)

    Citocrom b5 (reductaza)

    NADH

    ROOH

    ROH + H2O

    ROHADP-Fe3+

    ADP-Fe2+

    O2

    ADP-Fe2+

    Lipide

    Lipide-OOH

    . O

    2

    Schema ipotetic a hidroxilrii prin capacitatea peroxidazic a citocromilor P 450 si b5

    ROOHRH

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    14/80

    14

    Hochstein (1975) menioneaznsu irile de peroxidazale hemoproteinelor din sistem (citocromii P 450 i b5), ct

    i condiiile n care apare peroxidarea lipidelor microzomiale: Fe3+ liber, dar mai ales complexat cu ADP sau

    pirofosfat.

    Cert este c, in vivo, poate aprea o peroxidare a lipidelor microzomiale din ficat. Mecanismul cel mai

    probabil se bazeazpe structura hemoproteinic a componen ilor sistemului microzomial, capacitii acestora de

    a aciona ca peroxidaz. Producerea unor specii reactive, fie prin activarea O2(1O2), ori prin peroxizi (H2O2sau

    lipidici), este sigurdatorit chemiluminiscen ei ce nsoete hidroxilarea microzomial in vitro. DupOBrien,

    O2 i citocromul P450sunt componentele ambelor procese i pot realiza hidroxilarea unor medicamente. Ramuraperoxidant, dei este mai simpldeoarece nu necesit prezen a celorlali citocromi, produce totui distrugerea

    citocromului P450. O dovad suplimentar a posibilit ii peroxidrii lipidelor microzomiale este furnizat de

    amplificarea acestui proces n urma aciunii radiaiilor ionizante (Wills i Daves, 1972).

    Peroxizii organici pot substitui NADPH i O2n unele hidroxil ri modificnd biosinteza hepatica unor

    compui cum ar fi acizii biliari. Modificri minore ale membranelor microzomiale, aa cum se produc in

    intoxicri cronice cu solveni organici sau metale grele, pot crea condiii pentru creterea ponderii ramurii

    peroxidante a sistemului de transport electronic microzomial.

    Peroxidarea lipidelor constituie un proces firesc al crui rol crete odat cu cre terea concentraiei

    toxicilor sau medicamentelor supuse metabolizrii. De aceea, n procesul detoxifierii crete semnificativ

    concentraia lipidelor peroxidate (Olinescu,1982).Peroxidarea lipidelor, cel puin n ficat, reprezint un fenomen fiziologic controlat de sistemele

    protectoare, care n anumite limite nu duce la pierderea de acizi grai polinesaturai. Pe baza acestei concluzii,

    peroxidarea lipidelor n ficat ar fi un rspuns nespecific la o agresiune chimic, explicnd astfel apariia

    peroxizilor lipidici i a produilor de descompunere (dialdehida malonic, etanul) n urma intoxicrii cu

    substane cu cu caracter lipofil ce sunt metabolizate prin sistemul hidroxilant microzomal dependent de

    NADPH. Astfel, peroxizii lipidici i produii lor de descompunere au fost detectai n urma intoxicrii cu CCl4,

    etanol, bromtriclormetan sau paraquat. O dovad suplimentar a implic rii peroxidrii n instalarea unei

    hepatotoxiciti este efectul protector al glutationului, dietilditiocarbamatului i cistaminei (erban i colab.,

    1979), compui ce elibereazgrup ri SH libere i cu aciune antioxidant. Totodat, n urma administrrii unor

    substane hepatotoxice se observsc derea coninutului de grupri SH.

    Intoxicarea cu DDT (p,p-diclordifeniltricloretan) i alte insecticide clorurate nrudite produce o

    stimulare a enzimelor metabolizante din microzomi, la un nivel redus de absorbie. La o concentraie mai nalt

    a toxicului, se instaleazo intoxica ie de tipul observat n cazul CCl4 (Olinescu, 1982).

    Concentraii crescute de peroxizi ai lipidelor n snge i ficat au fost gsite dupiradierea experimental

    a obolanilor (Olinescu i colab., 1984).

    Tabelul 3

    Reacii de reducere

    Reacia ExempleAldehide alcool primarCetone alcool secundarSaturarea dublei legturi

    Nitroderivat nitrozoderivat hidroxilamin amin

    Azoderivat hidrazoderivat amin Acid hidroxamic amid

    Disulfur sulfhidrolAs5+ As 3+

    R-CHO R-CH 2OHR-CO-R R-CHOH-R

    R-CH=CH-R R-CH 2-CH2-R R-NO2 R-NO R-NHOH R-NH 2

    R-N=N-R R-NH-NH-R R-NH2 + R

    -NH2R-CO-NHOH R-CO-NH 2R-S-S-R R-SH + R -SHR-AsO(OH)2 R-As=O

    Principala importanpractic a fenomenului de induc ie enzimaticrezid n faptul c c administrarea

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    15/80

    15

    cronic a unui medicament sau toxic cre te nivelul enzimelor implicate n metabolizarea proprie, iar datorit

    nespecificitii marcate, administrarea unui medicament induce o metabolizarea crescut a altor substan e

    (Voicu i Olinescu, 1977).

    Nicotina mrete activitatea enzimelor care metabolizeazo serie de medicamente i chiar metabolismul

    nicotinei este mai intens la fumtori dect la nefumtori probabil datorit efectului inductor al hidrocarburilor

    policiclice din igar.

    Metabolizarea microzomialinclude oxid ri, reduceri i hidrolize.

    Reaciile enzimatice de hidroxilare sunt n general de forma :RH + O2+ XH 2 ROH + H 2O + X,

    n care RH reprezint substratul, iar XH 2 un donor de electroni, respectiv NADPH 2 (Voicu, Olinescu,

    1977).

    Tabelul 4Reacii de hidroliz

    Reacia Formula general ExempleDezesterificare

    DezamidareR-COO-R R-COOH + R -OH

    R-CONH-R R-COOH + R -NH2Atropina acid tropic +tropanol

    Lidocaina etilenglicocol + xilin

    Reducereaeste realizat de reductaze (nitro- i azo-) NADH- sau NADPH- dependente, microzomiale.

    Oxidoreducerile microzomiale se realizeaz sub influen a dioxigenazelor, care ncorporeaz ambii

    atomi de oxigen n substrat,

    O2+ substrat SubstratO2a oxigenazelor, care reduc O2, fie la H2O2sau la dou molecule de H 2O, frncorporarea O 2n substrat:

    O2+ 2H+(4H +) + 2e H 2O2(2H 2O)

    sau a monooxidazelor, care ncorporeazun atom de oxigen n substrat i reduc cellalt oxigen la ap:

    O2+ substrat + DonorH2 SubstratOH + H2O + Donor

    Hidrolizaare loc sub ac iunea esterazelor i amidazelor microzomiale.

    Metabolizarea non-microzomial include, de asemenea, oxid ri (oxidarea alcoolilor primari, a aldehideloralifatice i aromatice, dezaminarea oxidativ a aminelor aromatice i aril-substituite), precum i reduceri

    (disulfuri, N-oxizi, S-oxizi) i hidrolize (esteri, amide), nsenzimele sunt localizate n mitocondrii, citoplasm ,

    plasmsangvin .

    Implicaiile toxicologice ale metabolizrii din faza I:

    metaboli ii sunt mai polari, dar nu neaprat mai puin toxici i nu se poate defini biotransformarea ca

    detoxifiere;

    apari ia metaboliilor mai toxici explicfaptul c unele xenobiotice sunt inactive in vitro, dar active in

    vivo (Parationul, Schradanul, glucozizii cianogenetici, cloralhidratul, fenacetina etc.);

    apari ia metaboliilor cu activitate diferitde a compusului ini ial este caracteristicunor xenobiotice

    (ex. primidona, trece parial n fenobarbital cu proprieti sedative, alturi de cele anticonvulsivante); activarea enzimelor microzomiale, respectiv inhibarea, sub ac iunea xenobioticelor administrate

    concomitent sau anterior dna tere la fenomenul de inducie, respectiv de inhibiie enzimatic.

    Reaciile din faza a II-a reprezint conjug ri: glucuronoconjugarea, sulfoconjugarea, acetilarea,

    glicocolconjugarea, glutaminconjugarea, metilarea, mercaptarea i sulfurizarea (tab. 5 i 6).

    Una dintre cele mai importante reacii este glucuronoconjugarea, deoarece acidul glucuronic,

    glucuronil-transferaza i nucleotidul de activare se gsesc n majoritatea esuturilor (ficat, rinichi, intestin) i, de

    asemenea, datorit variet ii de grupri (-OH, -SH, -NH2) pe care acidul glucuronic poate fi transferat.

    Glucuronil-transferaza este localizat n microzomi. Sulfoconjugarea se realizeaz asupra acelora i grupri ca

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    16/80

    16

    glucuronoconjugarea, prin transferul sulfatului provenit n special din aminoacizi sulfurai. Sulftransferaza se

    gsete n citoplasm, ndeosebi n ficat i intestin. Acetilarea are loc n ficat i n celulele sistemului reticulo-

    endotelial. Conjugarea cu glicocolul se realizeaz n ficat. Metilarea, cu sediul n ficat i rinichi, spoliaz

    organismul de grupri metil procurate de la metionin i de la bazele xantinice. Mercaptarea are sediul n

    rinichi, iar metaboliii rezultai sunt uneori mai toxici, nsmai rapid de eliminat. Sulfurizarea reprezint o real

    detoxifiere, deoarece toxicitatea sulfocianurii fade cianur este foarte slab , ns eficien a reaciei este redus,

    din cauza cantitilor limitate de rodanazdisponibil .

    Tabelul 5Reacii de conjugare

    Reacia Compuii iniiali Compuii finali Exemple(Tabelul)

    Enzima Activareprin

    Glucurono-conjugarea

    Derivai hidroxilici, tiolici,carboxilici, aminici

    O-gluconoride detip eter

    S-gluconoride detip tioeter

    O- gluconoride detip ester

    N- gluconoride

    6/1 Gluconoril-transferaza

    UTP

    Sulfo-conjugarea Derivai hidroxilici, tiolici,

    aminici

    Esteri sulfurici,

    tiosulfurici,sulfamai

    6/2 Sulfo-transferaza ATP

    AcetilareaAmine aromatice, sulfonamide,hidrazine, acid p-aminobenzoic Derivai N-

    acetilai6/3 N-acetil-

    transferazaCoA

    Glicocol-conjugarea

    Derivai carboxilici (COOH fixatdirect pe ciclul aromatic sau prinintermediul unei catene laterale)

    Derivai ai aril-glicocolului

    6/4 Glicocol-N-acilaza CoA

    Glutamin-conjugarea

    Unii acizi aril-acetici Derivai ai fenil-acetil-glutaminei

    6/5 CoA

    MetilareaDerivai N-heterociclici, amine

    aromatice endogene, fenoli, tioli,As (Se, Te)

    Derivai N, O, S-metilai

    6/6Metil-transferaza ATP

    Mercaptare

    (cistein sauglutation-conjugare)

    Hidrocarburi aromatice, derivaihalogenai aromatici Acizi aril-mercapturici 6/7

    Cistein-

    (glutation)-transferaza

    Sulfurizare Acid cianhidric, cianuri, nitrili Sulfocianuri(tiocianai)

    6/8Rodanaza

    (tiosulfat: cianuri-sulf-transferaza

    Conjugarea are loc cu consum de energie, de aceea este necesar o activare prealabil . Aceste reacii

    presupun fie activarea agentului de conjugare, fie activarea toxicului.

    n urma reaciilor de conjugare rezult compu i hidrosolubili, mai puin toxici dect metabolitul din

    prima faz. Astfel, benzenul, se transform n prima faz n fenol, toxic, iar acesta, n faza a doua trece n acid

    fenilglucuronic, mai puin toxic i mai hidrosolubil.Un numr mic de xenobiotice pot lua parte la reacii de sintez denumite sinteze letale din care

    rezultcompu i toxici.

    Biotransformarea este influenat de factori endogeni i exogeni: specie, ras, vrst, sex, stri

    patologice, starea de nutriie, bioritmul, factorii de mediu, interaciunile cu alte xenobiotice sau cu factorii

    nutritivi.

    Biotransformarea reprezintcalea major de debarasare a organismului de toxici. Sistemele enzimatice

    pot fi ns dep ite, avnd drept consecin spolierea organismului n grup ri acetil, metil, sulfat, tiol, etc.

    necesare reaciilor din faza a II-a; creterea cerinei de NADPH implicat n OFMM, cu consecine asupra unor

    metabolisme.

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    17/80

    17

    Eliminarea toxicilor din corp

    Nocivitatea unui toxic este cu att mai mare cu ct eliminarea sa este mai lent. In principal, eliminarea

    se realizeazpe cale renal , digestiv, pulmonar i transcutanat.

    Calea renal este cea mai important modalitate de eliminare a toxicilor din corp. Pe aceast cale se

    elimintoxicii cu mase moleculare sub 400.

    Eliminarea renalse realizeaz prin trei mecanisme: filtrarea glomerular , secreia activ i reabsorbia

    tubular. Viteza eliminrii depinde de:

    debitul urinar, dependent de parametrii interni i externi;

    rata de fixare a proteinelor plasmatice ( legarea ntr-un procent mai ridicat a toxicului conduce la

    eliminarea sa mai lent);

    pH-ul urinar: o parte din toxicul filtrat glomerular poate fi reabsorbit tubular, n func ie de

    caracteristicile fizico-chimice. Compuii liposolubili se reabsorb pn la metabolizare complet n compu i

    hidrosolubili, eliminabili renal; electroliii slabi se elimin n raport cu pH-ul urinei tubulare (pH-ul alcalin

    favorizeaz eliminarea compusului acid ionizat, deoarece reabsorb ia tubular este mpiedicat , iar pH-ul acid

    favorizeazeliminarea compusului bazic); electroli ii tari se elimin rapid, indiferent de pH-ul urinar deoarece

    sunt complet disociai.

    induc ia (sau inhibiia) enzimaticmodific ritmul excre iei;vrsta i integritatea funciei renale: la vrstnici i tarai renal eliminarea toxicului este redus;

    interac iuni: toxicii care se elimin prin secre ia activ tubular pot intra n competi ie pentru

    mecanismele de transport.

    Calea digestiv(sucurile digestive i bila) este caracteristicpentru toxicii cu mase moleculare de 400-

    500. Rolul ficatului este important n eliminarea toxicilor din organism, dar efectul su este modificat de

    reabsorbia toxicului de intestin prin circuitul enterohepatic. De aceea, se elimin prin tubul digestiv (fecale)

    acei toxici care sunt concentrai n bil, dar nu sunt reabsorbii din intestin.

    Calea pulmonar este caracteristic gazelor i substanelor volatile care strbat membrana

    alveolocapilar i, ajungnd la alveole sunt evacuate prin expiraie.

    Alte ci de eliminare: prin tegumente, fanere, glande sudoripare se elimin metale grele, arsen,halogenuri, unele substane volatile; prin glanda mamarse elimin o serie de medicamente i toxici.

    Tabelul 6

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    18/80

    18

    Tipuri de reacii de conjugare

    1. Glucuronoconjugarea:

    R - OH(R - SH)

    + HOHO

    O

    H

    H

    H OH

    COOHOH

    H

    H

    (RS)ROHO

    O

    H

    H

    H OH

    COOHOH

    H

    H

    O (sau S) - glucuronid de tip eter(tioeter)Acid D-glucuronic

    Ar - COOH + HOO

    - H2OAr - COO

    O

    O - glucuronid de tip ester

    Ar - NH2+O

    - H2OAr - NH

    O

    N - glucuronid2. Sulfoconjugarea:

    C6H5 OH(SH)Sulfat

    activatC6H5 O SO3H

    (S)Fenilsulfat (feniltiosulfat)

    C6H5-NH2Sulfatactivat

    C6H5-NH-SO3H

    Sulfamat

    3. Acetilarea

    H2N-C6H4-SO2NH2+ CH 3-CO SCoA HS CoSCH3CONH-C6H4-SO2NH2

    Sulfanilamida Acetil-CoA N-4-acetilsulfanilamida 4. Glicocolconjugarea:

    C6H5-CO~SCoA + H2N-CH2-COOH HS-CoA C6H5-CO-HN-CH2-COOHBenzoil-CoA Glicocol Acid hipuric

    5.Glutamincojugarea:

    C6H5-CH2CO~SCoA + H2N-CH-(CH2)2-CONH2Fenil-acetil-CoA COOH

    HS-CoAC6H5-CH2COHN-CH-(CH2)2-CONH2

    Fenil-acetil- lutaminaCOOH

    Glutamina

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    19/80

    19

    CH3

    N N(+)

    Metil

    activat

    Piridina

    N-metil-piridiu

    N

    N

    H N

    N

    CH3

    Nornicotina Nicotina

    HO

    HO

    CH CH2 NH CH3

    OH

    Metil

    activat

    CH CH2 NH CH3H3C

    HO

    O

    OH

    Adrenalina Metnefrina

    Metil activat

    C2H5 SH C2H5 CH3S

    Etilmercaptan Etilmercaptan metilat

    6. Metilarea:

    X_

    Metil

    activat

    7. Mercaptarea:

    Ar-H + HS-CH2-CH(NH2)-COOH 2H Ar-S-CH2-CH(NH2)-COOHcisteina Arilcisteina (acid mercapturic)

    Ar-X + HOOC-CH-CH2-CH2-CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOH

    NH2 CH2-SHHX

    NH2 CH2-S-Ar

    HOOC-CH-CH 2-CH2-CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOH

    Glutation

    Aril-glutation 8 . S u l fu r iz a r e a :

    N a C NS u lf d in t io a m in o a c iz i

    N a S C N

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    20/80

    20

    Cursul nr. 4.

    TOXICODINAMIA(Aciunea toxicilor asupra organismului)

    Efectele nocive ale toxicilor se resimt la nivel de esut, organ, aparat i sistem. Totalitatea proceselor

    biochimice i fizico-chimice care au loc n cadrul interaciunii toxic-organism constituie aciunea

    toxicodinamic.

    Toxicii provoac modific ri rapide i adesea reversibile care au loc la nivel celular i subcelular,

    observabile prin microscopie optic i electronic. Modificrile patologice din esuturi sunt precedate de

    modificri n biochimia lor.

    n toate leziunile biochimice, la baza procesului se afl ( i) o reacie molecular. Interaciunea toxic-

    organism a fost explicat prin impactul ntre toxic i/sau metabolii i anumite molecule ale organismului.

    Situsul primar de aciune toxic s-ar afla a adar la nivel molecular. Mai mult, numai anumite grupri din

    molecul (-COOH, -NH 2, -OH, -SH) ar fi reactive, iar restul moleculei doar moduleaz reacia, nct

    majoritatea reaciilor au loc la nivel submolecular.

    n toate leziunile biochimice, la baza procesului se afl ( i) o reacie molecular. Interaciunea toxic-organism a fost explicat prin impactul ntre toxic i/sau metabolii i anumite molecule ale organismului.

    Situsul primar de aciune toxic s-ar afla a adar la nivel molecular. Mai mult, numai anumite grupri din

    molecul (-COOH, -NH 2, -OH, -SH) ar fi reactive, iar restul moleculei doar moduleaz reacia, nct

    majoritatea reaciilor au loc la nivel submolecular.

    Aciunea toxicilor la nivel de esut, organ, aparat, sistem

    Sistemul nervos poate fi afectat de toxici n toate sectoarele sale: central, periferic, vegetativ, prin

    aciune direct (la nivelul centrilor nervo i, al sistemelor neuroefectoare i al sistemelor aferente

    neuroacceptoare) i indirect(ca urmare a hipoxiei, hipercapniei, modific rilor hidroelectrolitice i acidobazice,

    colapsului vascular). Principalele tulburri neurologice i psihice din intoxicaiile acute sunt:Coma toxic apare n intoxica iile acute, n special medicamentoase i prezintvaria ii simptomatice

    n funcie de toxic;

    Convulsiile sunt consecin a hiperexcitabilitii zonelor motorii din scoar sau a unor centri nervo i

    motori i medulari;

    Tulbur rile motorii (pareze, paralizii) i senzitive (neuromialgii, anestezii, parestezii) au diferite

    substraturi;

    Midriaza, mioza, rigiditatea pupilar pot ap rea direct, generate de toxicprin stimuleni vegetativi, ca

    i prin blocarea sistemelor enzimatice vegetative sau prin stri hipoxice;

    Delirul, cu sau f rhalucina ii, apare n intoxicaii acute cu febrsau cu insuficien renal acut , cu

    tulburri circulatorii i anemie grav;Cefaleea, insomnia, somnolen a, apatia, anxietatea, iritabilitatea sunt tulburri neuropsihice.

    Leziunile histopatologice la nivelul sistemului nervos central mbrac diferite forme, n raport cu

    specificul toxicului. n intoxicaiile acute i n unele cronice (ex. saturnism) se observdegenerescen mielinic

    a nervilor periferici.

    Sistemul cardiovascular este afectat de toxici, direct sau indirect, prin ac iune asupra principalelor

    verigi ale circulaiei: contractibilitatea miocardului, frecvena cardiac, volumul sangvin circulant,

    vasomotricitatea.

    Tulbur rile de contractibilitate survin prin aciune direct asupra miocardului sau printr-un regim

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    21/80

    21

    circulator coronarian inadecvat sau ca urmare a hipoxiei;

    Tulbur rile de ritm apar prin aciune asupra sistemului nervos periferic, ca i asupra fasciculelor

    excitoconductoare ale miocardului;

    Sc derea volumului sangvin circulant are loc, n principal, prin creterea permeabilitii capilare cu

    extravazare de plasmn esuturi, caviti seroase, lumen gastrointestinal;

    Alter rile vasomotricitii sunt vasodilataia (prin deprimarea SNC) i vasoconstricia.

    Dintre manifestrile clinice ale tulburrilor cardiovasculare din intoxicaiile acute, insuficiena

    circulatorie acutperiferic ( ocul toxic sau colapsul toxic) i stopul cardiac sunt modalitile cele mai frecventede letalitate.

    Aparatul respiratorpoate fi afectat pe urm toarele ci:

    Inflama ia acuta mucoasei tractului respirator care poate conduce la asfixie, prin lips de aer;

    Alterarea permeabilit ii membranei alveolocapilare, urmat, imediat sau tardiv, de edem pulmonar

    acut toxic;

    Excitarea sau deprimarea centrilor respiratori poate conduce la stop respirator;

    Blocarea hemoglobinei circulante (cazul CO) sau a respira iei celulare (cazul CN) conduce la asfixie

    prin incapacitatea de fixare a oxigenului pe hemoglobin, respectiv prin anoxie tisular;

    Paralizia mu chilor respiratori determinasfixie.

    Ficatulpoate fi lezat prin ac iune toxicdirect asupra hepatocitului sau prin ac iune trofopatic, cndse produce carena n unii factori indispensabili hepatocitului. Se pot produce hepatopatii i prin

    hipersensibilitate individualsau prin imaturitate hepatic (perioada neonatal ) sau prin deficit enzimatic. Toate

    formele de hepatopatii implicsc derea circulaiei intrahepatice.

    Toxicii liposolubili afecteazpredominant hepatocitele, iar toxicii hidrosolubili, celulele tubulorenale.

    Leziunile hepatice intereseaz att parenchimul (hepatocitele), ct i mezenchimul. Iniial se produce

    degenerescena hepatocitelor, urmat de inflamarea mezenchimului. Aceasta din urm nu are loc dac lezarea

    hepatocitelor este fie uoar i reversibil, fie masiv, cu evoluie rapid fatal. Leziunile parenchimatoase sunt

    de tip necroz, steatoz(nc rcare gras) i colestaz, iar leziunea mezenchimului constn scleroz .

    n funcie de durata i intensitatea expunerii la toxic, precum i cu sensibilitatea individual, afectarea

    ficatului se exprim prin: atrofie galben acut (hepatonecroz ntins , ireversibil), hepatit acut

    (hepatonecroz limitat cu regenerare n timp), hepatit subacut sau cronic (hepatonecroz progresiv , cu

    reparaie mezenchimal), ciroz(scleroz ntins , cu sfrit letal).

    Rinichiul este afectat de acei toxici i/sau metabolii care se eliminn principal la acest nivel. Lezarea

    se produce prin mecanism direct sau alergic sau ca o consecin a hipoxiei din starea de oc:

    Nefropatia acut tubular toxic se produce prin ac iunea nefrotoxic direct . Poriunea cea mai

    sensibil este tubul contort proximal unde au loc concentrarea i reabsorbia afectarea exprimndu-se prin

    procese degenerative de diferite grade. Leziunile nefrotice se nsoesc, cnd intoxicaia este grav, de leziuni

    determinate de ischemie (deficit circulator local). Tabloul clinic este de insuficienrenal acut toxic ;

    Rinichiul n stare de oc este consecina aciunii toxice indirecte, cnd n cadrul ocului toxic, alturi

    de alte organe i sisteme, este afectat i rinichiul, datorit anoxiei ischemice, cu instalarea oliguriei (anuriei).

    Dac ischemia este prelungit , diureza nu este reluat dup nl turarea strii de oc a intoxicatului i aparesindromul de insuficienrenal acut toxic ;

    Nefropatia cronic , profesional sau medicamentoas , poate fi primar sau secundar cronic cnd

    rezultdin evolu ia unei nefropatii acute.

    Aparatul digestiv este afectat de majoritatea toxicilor introdu i pe cale oral. Acetia acioneaz fie

    direct pe diferite structuri, fie indirect, prin intermediul sistemului nervos central sau vegetativ sau al unor

    reacii imunoalergice. Leziunile organice sau funcionale sunt exprimate prin diferite manifestri.

    Sngele i mduva hematogen pot fi atacate de toxici care provoac hemopatii induse prin atacarea

    mduvei hematogene (hemopatii mielotoxice sau imunopatogene), hemopatii induse prin atacarea elementelor

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    22/80

    22

    sngelui circulant, hemopatii induse prin combinarea ambelor mecanisme, aciunea prevalnd fie pe mduv, fie

    pe elementele sngelui.

    Tulburrile hidroelectrolitice i de echilibru acido-bazicpot fi deosebit de grave n intoxica iile severe

    i se realizeaz prin urm toarele mecanisme: vrsturi i diaree; hipersudoraie i hipersecreie glandular;

    scderea (abolirea) funciei renale; ntreruperea aportului oral sau aport exagerat parenteral; formarea de exces

    de acizi prin metabolizarea toxicului; aport de acizi i baze exogene (intoxicaii acute cu acizi i baze, unde

    crete sau scade pH-ul sangvin).

    Aciunea toxic direct este caracteristic unui num r limitat de toxici care determin inflama ia saunecroza esutului cu care vin n contact: tegumentele (substane vezicante, acizi i baze tari), conjunctivele

    bulbare (substane lacrimogene), mucoasele tractului respirator (gaze iritante), mucoasele bucal, esofagian i

    gastric(substan e iritante, caustice, corozive etc.).

    Aciunea toxicilor la nivel celular

    Membrana celular regleaz p trunderea i eliminarea substanelor spre interior i spre exterior,

    meninnd constant compozi ia mediului intern. Toxicul poate influena fluxul ionic prin membran prin

    micorarea canalelor ionice, cnd se produce stabilizarea membranei i blocarea conducerii nervoase prin

    ntreruperea fluxului ionic (cazul cocainei). Deoarece exist canale separate pentru Na

    +

    i pentru K

    +

    , uniitoxici(tetrodoxina) blocheazfluxul de sodiu, al ii (clorura de tetraetilamoniu), fluxul de potasiu;

    De asemenea, unii toxici (DDT, alcaloizii din veratrum) favorizeaz l rgirea canalelor ionice, cnd se

    produce labilizarea membranei. Totodat, printr-o aciune anti-ATP-azic (ouabain ) se produce inhibarea

    pompei cationice.

    Nucleul este afectat de toxici prin:

    inhibarea precursorilor acizilor nucleici;

    ncorporarea n acizii nucleici;

    legarea covalent cu acizii nucleici;

    formarea complec ilor reversibili cu AND;

    interferarea cu AND- i ARN-polimeraza.

    Inhibarea precursorilor acizilor nucleici este realizatde antagoni tii acidului folic i de antimetaboliii

    bazelor purinice (adenina, guanina, hipoxantina, xantina) sau pirimidinice (uracilul, citozina, timina), care, dei

    analogi chimici ai acestor baze, formeaz compu i inutilizabili de ctre celul . Astfel, 6-tiopurina, analog

    chimic al hipoxantinei, mpiedic intrarea acesteia n celul , deoarece hipoxantina formeaz acid inozinic, n

    timp ce 6-tiopurina sintetizeazacid tioinozinic, respins de celul . Asemntor reacioneaz i 5-fluorouracilul,

    analog chimic al uracilului.

    6-Tioguanina, inhib biosinteza acizilor nucleici, dar se poate ncorpora n ace tia n locul bazelor

    naturale.

    Legtura covalentcu acizii nucleici se refer la substan ele antitumorale i la cancerigeni.

    Compleci reversibili cu AND pot forma LSD i unele antibiotice (antracilina, rubidomicina) care

    afecteaz replicarea i transcrierea; legturile fiind electrostatice, modificarea pH-ului mediului determindesfacerea complecilor.

    Interferena cu AND- i ARN-polimeraza este cazul sarcomicinei care inhib AND-polimeraza,

    blocndu-I gruprile SH, sau al rifamicinei i rifampicinei, care inhibARN-polimeraza la microorganisme

    nu nsla mamifere fapt pe care se bazeaz utilizarea lor clinic .

    Mitocondriile sunt sediul lanului respirator (transportor de electroni) i al cuplrii acestui proces cu

    fosforilarea oxidativ, avnd ca rezultat sinteza de ATP. Transportul electronilor este de asemenea cuplat cu

    ciclul Krebs. Aciunea toxicilor poate avea loc la urmtoarele nivele:

    Ciclul Krebs este blocat de diferi i toxici (inhibitori) la oricare din secvenele sale; astfel, acidul

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    23/80

    23

    fluoracetic realizeaz sinteza letal unele fenotiazine inhib dehidrogenazele NAD-dependente, cu oprirea

    ciclului la nivelele respective;

    Lan ul respirator este blocat prin inhibarea flavinnucleotidelor (barbiturice, unele fenotiazine), a

    citocromilor (CN, H2S, actinomicin), a enzimei Q (dicumarinice) etc.;

    Sinteza ATP este mic oratde unele xenobiotice (CCl 4, tetracicline, digitalice); ali toxici mpiedic

    fosforilarea oxidativprin ac iune mixtasupra lan ului respirator i a sintezei ATP; decuplarea transportului de

    electroni cu fosforilarea oxidativeste modul de ac iune al dinitrofenolilor;

    Modificarea permeabilit ii membranei mitocondriale are loc prin diferite mecanisme (de pild, prininteraciune cu SH);

    Influen a sintezei proteinelor mitocondriale are loc prin inhibare (actinomicina D blocheaz ARN-

    polimeraza) sau prin activare (hormonul tiroidian stimuleazcaptarea unor aminoacizi).

    Reticulul endoplasmatic este format din membrane de separare aranjate ntr-un sistem de canalicule

    care ating nucleul i nconjoarmitocondriile. Unele por iuni ale reticului endoplasmatic sunt netede (REN), n

    timp ce altele poartgranule de ribozomi (reticul endoplasmatic rugos, RER). Reticulul endoplasmatic are rolul

    de a concentra i transporta proteinele sintetizate de ribozomi. Prin centrifugare difereniatse ob in fragmente

    de RER bogate n fosfolipide i n ribozomi, i de REN, denumite microzomi, n care se gsete manjoritatea

    OFMM. Principalele mecanisme de aciune a toxicilor asupra reticulului endoplasmatic sunt:

    Modificarea structurii reticulului prin sc derea sintezei lipoproteinelor, consecina sc derii sintezeiATP n mitocondrii. Astfel, tetraciclinele determinsteatoz hepatic cu vacuolizarea reticulului endoplasmatic

    i creterea cantitii de membrane netede (REN), concomitent cu scderea cantitii de membrane rugoase

    (RER). Tetraclorura de carbon determin dilatarea RER cu desprinderea ribozomilor i scderea sintezei

    proteice;

    Hipertrofia reticulului prin stimularea activit ii OFMM ca urmare a induciei enzimatice;

    Inhibi ia direct a enzimelor (novobiocina inhib glucuronil-transferaza hepatic , cu eliberare de

    bilirubin i apariia hepatitei toxice);

    Ribozomii sunt granulele dispuse de-a lungul reticulului endoplasmatic i reprezint locul de sintez a

    proteinelor dup modelul dat de ARN-mesager. Sinteza proteic poate fi afectat de unii toxici. Astfel,

    purotonina, un antitumoral asemntor structural cu poriunea din ARN de transfer (t-ARN) la care se fixeaz

    aminoacizii activai (aminoacil-t-ARN). Puromicina poate forma o legturpeptidic cu un aminoacid anterior

    legat de lanul peptidic (prin gruparea NH2), ns mpiedic legarea aminoacidului urm tor, oprind creterea

    lanului peptidic.

    Lizozomii, cu rol n activitatea digestiva celulei, pot fi afecta i de toxici prin urmtoarele mecanisme:

    Afectarea permeabilit ii membranelor: lizozomii conin enzime hidrolitice cu pH optim acid care, n

    mod obinuit, sunt separate de substratele lor din citoplasm prin membrana fosfolipidic a lizozomilor. Dac

    permeabilitatea membranareste u or afectat, se produc dereglri n trecerea apei i a electroliilor. n cazul n

    care alterarea este profund sau membrana rupt , enzimele hidrolitice sunt eliberate i atac constituen ii

    celulari de baz(nucleotide, proteine, lipide, glucide). n final se produce dereglarea organitelor (mitocondrii i

    reticul endoplasmatic), urmatde citoliz .

    Principala cauz a modific rii permeabilitii membranare este anoxia, iar aceasta este consecinadereglrii respiraiei celulare i a producerii de energie. Modificarea permeabilitii membranare este produsde

    hepatotoxici (CCl4), sulfat de streptomicin, digitalice, DNOC etc.;

    Intervenirea n fagocitoz , de pild, cu formare de vacuole;

    Modificarea reac iilor din interiorul lizozomilor, ca n cazul detergenilor neionici.

    Aciunea toxicilor la nivel molecular

    O mare parte din efectele toxice sunt consecina inhibiiei enzimatice. Aceasta poate fi:

    Competitiv , cnd inhibitorii, fiind analogi chimici ai substratului, intrn competi ie cu acesta pentru

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    24/80

    24

    ocuparea centrilor activi ai enzimei, formnd complexul inhibitor-enzim. Cu ct concentraia substratului este

    mai mare, cu att capacitatea inhibitorului de a forma complexul cu enzima este mai mic;

    Necompetitiv , cnd inhibitorii nu au structuranalog substratului, deci nu concureaz pentru centrii

    activi enzimatici, iar concentraia substratului nu influeneaz efectul inhibitorilor. Exist inhibitori

    necompetitivi reversibili, care induc doar o ncetinire a reaciei enzimatice, i inhibitori necompetitivi repetitivi

    ireversibili, care determininactivarea enzimei.

    Untip aparte de competiie enzimaticeste competi ia alosteric, cu rol important n reglarea activitii

    enzimatice. Numeroase enzime poseddoi centri capabili s fixeze substan ele: un centru izosteric (activ) careleagsubstratul i compuii nrudii structural, realiznd cataliza; un centru alosteric, care leagcompu ii diferii

    structural de substrat, cu rol de inhibitori sau activatori. Fixarea unui inhibitor de exemplu citratul din ciclul

    Krebs pe centrul alosteric al fosfokinazei determin modific ri conformaionale ale enzimei la nivelul

    centrului activ, sczndu-i afinitatea fade substrat cu limitarea, n exemplul dat, a glicolizei (fig. 5).

    Principalele mecanisme din interaciunea toxic-enzimsunt:

    Denaturarea protein-enzimei (apoenzimei), prin acizi i baze tari, fenol, formaldehid, metale grele;

    Blocarea grup rilor reactivate ale apoenzimei (-SH, -OH, -NH2, -COOH); de exemplu, gruprile SH

    sunt blocate de ageni oxidani (fericianur), compui de arsen, metale grele (Pb, Hg), ageni alchilani

    (iodacetat, iodamid);

    Modificarea conforma ional a enzimei: anumi i toxici ngusteaz, de exemplu, laalcooldehidrogenaz, calea de acces a etanolului spre centrul activ;

    Competi ia cu gruparea prostetic: CNcomplexeaz Fe 3+din citocromoxidaz ;

    Competi ia cu coenzima: acidul piridin-3-sulfonic i acetil-3-piridina acioneaz ca antimetaboli i ai

    nicotinamidei din compoziia coenzimelor NAD i NADP;

    Complexarea metalului activator: fluorul complexeaz Mg din enolaz ; sulfura de carbon,

    disulfiramul, ditiocarbamaii complexeazCu din citocromoxidaz , aldehiddehidrogenaz, monoaminooxidaz,

    tirozinaz i Zn din anhidrida carbonic, lactic dehidrogenaz, alcooldehidrogenaz; chelatanii (ex. srurile

    acidului edeticEDTA) spoliaz organismul de unele metale bivalente;

    Competi ia cu substratul;

    Sustragerea substratului (H 3AsO3reac ioneazcu gliceraldehida cu formare de acid fosfoarsengliceric

    i priveazetapa urm toare a glicolizei de acidul difosfogliceric, substratul normal).

    Sinteza letaleste procesul prin care o substan exogen netoxic este transformat n organism ntr-

    una toxic. Este cazul fluoracetatului care in vitro nu este toxic pentru enzimele ciclului Krebs; in vivo, din

    fluoracetat activ i oxaloacetat se sintetizeaz fluorcitrat. Acesta inhib aconitaza (enzima din etapa citrat-

    oxaloacetat), blocnd ciclul Krebs. Ca urmare a leziunii biochimice la acest nivel, organismul este privat de

    energie, iar citratul se acumuleazn esuturi, legnd Ca2+, spoliind organismul de acest element.

    Alterarea metabolismului celular. Unii antimetabolii, fiind analogi chimici ai metabolitului normal,

    acioneaz prin nlocuirea acestuia, determinnd fie oprirea reac iei, fie formarea unui nou metabolit care

    ncetinete sau oprete reacia urmtoare din lanul metabolic. De pild, sulfanilamida se substituie n bacterii

    acidului p-aminobenzoic, mpiedicnd sinteza acidului folic; dicumarolul se substituie vitaminei K, determinnd

    hemoragii; acidul piridin-3-sulfonic nlocuiete nicotinamida din NAD i NADP i de asemenea, careneazorganismul n nicotinamid; etionina, analog metioninei, induce o leziune biochimicprin formarea S-adenozil-

    etioninei n locul S-adenozil-metioninei, cu implicaii n procesul de metilare i n sinteza proteic; 6-tiopurina

    i 5-fluorouracilul interfercu bazele normale ale acizilor nucleici, realiznd o ncorporare letal etc.

    Efecte nocive asupra acizilor nucleici.Bazele azotate con in perechi de electroni neparticipani i pot

    accepta structuri electrofile. Cancerigenii sunt substane cu structur foarte variat , ns majoritatea lor sunt

    reactani electrofili. Unii cancerigeni i ageni antitumorali ioni metalici, agen i alchilani sunt electrofili

    per se. Alii, hidrocarburi policiclice condensate, nitrozamine, amine aromatice policiclice, sunt de fapt

    precancerigeni i necesit o prealabil activare metabolic cnd se formeaz precursori cancerigeni i n final

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    25/80

    25

    metabolitul ultim, cancerigen, puternic electrofil. Acesta se poate detoxica prin metabolizare sau se poate fixa

    covalent pe AND, macromolecula int, sau pe alte molecule proteice. Ali cancerigeni determinperturb ri n

    proprietile AND frinterven ia legturii covalente, prin simplintercalare n dubla elice a acestuia.

    Interaciunea xenobiotic-receptor. Receptorii farmacologici sunt forma iuni infrastructurale ale

    celulei, avnd proprietatea de a lega, mai mult sau mai puin specific, anumite molecule endogene i exogene

    (medicamente i toxici). Majoritatea receptorilor sunt poriuni ale membranei. Alii se gsesc n citoplasmsau

    n subuniti ale unei molecule de enzim.

    Inhibitorul (toxic, chimioterapic) are afinitate pentru receptor cu care poate forma un complex.Interferena n neurotransmisie poate avea loc prin diferite mecanisme i la diverse nivele ale

    sistemului nervos, datorit: agenilor blocani ai receptorilor colinergici sau adrenergici la sinapsele

    interneuronale sau la jonciunile neuroefectoare; unor inhibitori ai sintezei i eliberrii neurotransmitorilor;

    unor substituieni ai neurotransmitorilor, cu aciune proprie colinergicsau adrenergic .

    Efecte toxice asupra transportului, difuzrii i utilizrii oxigenului, ca i asupra stocrii energiei:

    blocarea transportului de oxigen: CO intr n competi ie cu O2 pentru Hb i formeaz

    carboxihemoglobina, blocnd transportul de oxigen la esuturi. Nitriii nitro- i aminoderivaii aromatici, precum

    i alte methemoglobinizante transform Hb (Fe 2+) n MetHb (Fe3+) care nu transport oxigenul. Totu i, mici

    cantiti de MetHb sunt reduse la Hb n hematii. DacMetHb este n cantitate mare sau n deficit de glucozo-6-

    fosfat-dehidrogenaz, reducerea spontan nu se mai realizeaz . Sulfonamidele n prezenamethemoglobinizantelor transform Hb n sulfhemoglobin , netransportoare de oxigen. Derivaii de hidrazin

    lezeaz membrana eritrocitar cu eliberarea Hb din eritrocit (hemoliz ), iar hemoglobina plasmatic nu

    transportoxigenul;

    mpiedicarea difuzrii oxigenului: unii anestezici (eter, halotan) i solveni organici nepoleri se

    acumuleazn lipidele membranare i mpiedicdifuzarea oxigenului i glucozei n interiorul celulei. Neuronul

    este deosebit de sensibil la lipsa acestor substane;

    mpiedicarea utilizrii oxigenului: cianurile complexeaz Fe 3+ din citocromoxidaz ; tranferul de

    electroni pe lanul mitocondrial poate fi blocat la diferite nivele; acidul fluoracetic blocheaz ciclul Krebs la

    nivelul aconitazei;

    risipirea energiei sub form de cldur: dinitrofenolul i dinitroortocrezolul produc decuplarea

    fosforilrii oxidative, cnd oxigenul este bine utilizat, ns energia nu se acumuleaz n fosfa ii macroergici

    (ATP) putnd fi apoi utilizatde celule, ci se pierde sub form de c ldur.

    Antagonismul ntre ioni: Cd 2+este antagonistul Zn 2+ i Cu2+, probabil prin competiie pentru situsurile

    de transport.

    Inducerea reaciilor de sensibilizare: unii toxici (izocianai, formaldehid, anhidrid ftalic etc.) i

    medicamente (antibiotice, sulfamide, antipiretice-analgezice, etc.) induc sensibilizare datorit propriet ii de a

    juca rol de hapten. Aceasta se unete n organism cu o macromolecul, realiznd antigene care determin, ca

    rspuns, sintezde anticorpi.

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    26/80

    26

    Cursul nr. 5.

    FACTORII DETERMINANI AI TOXICITII

    Factori dependeni de substan

    Toxicitatea unei substane depinde de doza, structura chimic, puritatea, modul de administrare i

    interaciunile sale cu ali compui.

    Structura chimic

    Gruprile chimice confercaracterul hidro- sau liposolubil i, deci, i tipul de aciune biologic.

    Gruprile toxofore: =C=, =S,NO2,N=C

  • 5/24/2018 Toxicologie - Note de Curs (2)

    27/80

    27

    n cazul p trunderii transcutanate, riscul intoxica iei depinde deopotriv de liposolubilitate i de

    hidrosolubilitate. De aceea, substanele cu coeficient lipide/apmediu eterulprezint un risc cutanat crescut.

    Calea digestiv, este aplicabil att substan elor hidrosolubile, ct i celor liposolubile. Absorbia

    substanelor disociabile este influenatde pH-ul segmentului digestiv respectiv.

    Ionizare, pH-pK: acizii slabi (barbituric, salicilic), neionizabili n mediu acid, sunt absorbii n stomac,

    pe cnd bazele slabe (alcaloizi, amfetamin, imipramin), puternic ionizate n mediu acid, sunt absorbite n

    duoden, al crui mediu este alcalin.

    Puritatea, degradarea, condiiile de recoltare i condiionare, concentraia din produs. Aciunea toxicpoate fi influenat de prezen a impuritilor. Conservarea necorespunztoare este capabil s modifice

    toxicitatea (acizii pstrai n recipiente de plumb, dizolvmetalul devenind toxici). Perioada de recoltare, aria

    geografic, condiiile meteorologice influeneazcon inutul n principii active al plantelor. Operaiile de splare,

    fierbere, etc., pot micora toxicitatea ciupercilor. Concentraia din produs determin, de regul, creterea

    toxicitii; n unele cazuri ns, concentraiile mari micoreaz permeabilitatea mucoasei reducnd apreciabil

    absorbia toxicului la acel nivel (ex. HCl conc.).

    Calea i viteza de administrare. Calea de administrare influeneazintensitatea ac iunii toxice, perioada

    de latenpn la apari ia efectului toxic, precum i durata aciunii toxice. De asemenea, poate fi modificat tipul

    de aciune (MgSO4administrat oral este purgativ, iar parenteral, este deprimant al SNC). n raport cu calea de

    administrare, absorbia se realizeaz cu viteze diferite i poate interveni sau nu detoxicarea hepatic nainteaptrunderii toxicului n circulaia general. Toxicitatea este influenat, de asemenea, de viteza de administrare a

    toxicului.

    Interaciuni

    Dousau mai multe xenobiotice pot interac iona ntre ele sau cu anumii constitueni ai alimentelor.

    Efectul interaciuniipoate fi:

    Sinergic, cnd cele dou substan e au acelai sens de aciune. Dac suma efectelor este egal sau mai

    micdect efectele celor dou substan e considerate separat (ex. bromuri alcaline) se obinesumare sauadiie.

    Dacsuma lor este mai mare, efectul reprezint o potenare(barbiturice + etanol, mo