ADITIVI ALIMENTARICodex Alimetarius OMS: aditivul este orice substan, chiar i de natur microbiologic, care nu este consumat n mod normal ca aliment i care nu este folosit n mod normal ca ingredient tipic al alimentului, chiar dac are sau nu valoare nutritiv, a crui adugare n produsul alimentar este legat de un scop tehnologic (i organoleptic) n fabricarea, ambalarea sau pstrarea produselor alimentare, cu efect cert sau de la care se ateapt efecte convenabile (directe sau indirecte) asupra proprietilor acestora

ClasificareColoraniindulcitoriiConservaniAntioxidaniSuporturiAcidulaniRegulatori de pHAgeni antiaglomeraniAgeni antispumEmulgatoriSruri de emulsionare (de topire)

Ageni de ntrirePotenatori de aromAgenii de spumareAgeni de gelificareAgeni de glazurareUmectaniAmidonuri modificateGaze de ambalareAgeni de afnare

SechestraniStabilizatoriSubstane de ngroareAgeni de tratare a finiiFolosire interzis dac:Doza prezint risc pentru sntateRezult diminuare a valorii nutritive a alimentuluiMascheaz defecte calitativeInducerea n eroare a consumatoruluiEfectul dorit poate fi obinut prin alte metode

NDULCITORI SINTETICI:

Prezentare generalndulcitorii artificiali au fost comercializai iniial ca substitueni ai zahrului la pacienii diabeticin prezent aceste substane sunt larg utilizate ca nlocuitori ai zahrului n produse dulci (buturi, bomboane, gume de mestecat) cu coninut caloric sczutCele mai des utilizate substane sunt: zaharina, ciclamatul, aspartamul i acesulfamul, singure sau n combinaiinc din anii 70 a fost observat posibilitatatea apariiei de efecte toxice la consum exagerat din aceste produse. Aceste observaii au dus la interzicerea utilizrii ciclamatului (n unele ri) n produse dieteticeOdat cu observarea unor posibile efecte toxice ale unor ndulcitori s-au stabilit i doze zilnice aceptate

CiclamatulFolosirea ca aditiv alimentar este interzis n: Canada, SUA, unele ri UE, India i Hong KongFolosit pe scar larg n Romnia E 952Absorbit din tractul GI, eliminat nemetabolizat n urin i fecaleTraverseaz placentaBacteriile din intestin pot converti ciclamatul la ciclohexilamin (compus cancerigen)Studiile retrospective la om nu au corelat administrarea de ciclamat cu risc crescut de dezvoltare al tumorilor maligne la nivel renalCapacitate de ndulcire: 30-50 ori mai dulce ca zahrulDZA initial 11mg/kg/zi; n prezent 9 mg/kg/ziacidul ciclohexilsulfamic

ZaharinaAbsorbit din tractul GI, nemetabolizat la om i obolan, metabolizat ns la maimueVd la om este 264 LTrece placentaUnele studii retrospective au corelat administrarea zaharinei cu risc crescut de apariie al cancerelor la nivel renal. Alte studii ns au infirmat aceste descopeririCapacitate de ndulcire: de 300 de ori mai dulce ca zahrul E 954DZA 5 mg/kg/zi1,1-dioxid-1,2-Benzotiazol-3-on

Mecanismul efectului cancerigen la nivelul vezicii urinareMecanism non genotoxic ce implic:Formarea precipitatului de fosfat de calciu la nivel urinarCitotoxicitateStimularea proliferrii celulareDiferenele interspecie (obolan om): probabil nu va duce la risc cancerigen n populaia uman (IARC)

AspartamDup absorbie se metabolizeaz complet n 2 aminoacizi (aspartam i fenilalanin) i metanolPosibile efecte negative asupra persoanelor ce sufer de fenilcetonurieStudii pe animale au artat posibile efecte cancerigene (creier) ale aspartamuluiCapacitate de ndulcire: de 180 de ori mai dulce ca zahrul E 951DZA 50 mg/kg/zi SUA, 40 mg/kg/zi UEl-aspartil-l-fenilalanin metil ester

Produs tip Cola

Produi de descompunereciclamatzaharinaspartam

Concentraia ndulcitorilor n produsele testatela Disciplina de Toxicologien nici un produs nu am gsit ndulcitori nelistai pe etichet

Ciclamat 0.00 mg/LZaharin 0.00 mg/LAspartam 296.82 mg/LCiclamat 230.39 mg/LZaharin 0.00 mg/LAspartam 91.35 mg/LCiclamat 183.02 mg/LZaharin 36.62 mg/LAspartam 9.94 mg/LCiclamat 220.45 mg/LZaharin 50.94 mg/LAspartam 47.19 mg/LCiclamat 113.14 mg/LZaharin 17.96 mg/LAspartam 31.55 mg/L

Ciclamat 175.72 mg/LZaharin 23.76 mg/LAspartam 40.74 mg/LCiclamat 239.15 mg/LZaharin 34.58 mg/LAspartam 60.30 mg/L

Chestionarea tinerilor referitor la consumul de ndulcitoriAm folosit un chestionar cu 33 de ntrebriAu fost chestionai 185 de tineri (15-19ani)90% le plac buturile rcoritoare i dulciurile96% consider c sntatea este influenat de alimentaie80% sunt interesai de consumul alimentelor sntoase25% consum 4-6 L sucuri/sptmn40% consider ndulcitorii sintetici mai sntoi ca zahrul75% consider c nu sunt informai asupra substanelor coninute n sucuriSingurul ndulcitor artificial de care au auzit este zaharina (25%)Pierderea de greutate corporal prin nlocuirea zahrului cu ndulcitori artificiali este considerat posibil de 1.6%90% consider c n sucuri pot fi prezente substane nesntoase90% dac ar afla c n produsul preferat exist substane duntoare sntii ei ar renuna la el

ACIDUL GLUTAMIC:

SUBSTAN TOXIC SAU ADITIV ALIMENTAR INOFENSIV?

Prezentare generalCel mai rspndit amino acid n esuturile mamiferelorApare in cantiti mari n alimente tradiional utilizate pentru obinerea unor mncruri gustoase: roii, ciuperci, brnzCel mai utilizat dintre aditivii alimentari poteniatori de gust (E620-625)Asigur cel de-al cincilea gust: GUSTUL UMAMI (gust de proteine)Neurotransmitor in SNCAbsorbie rapid din intestinRapid metabolizat in mucoasa intestinal la alanin care se distribuie in ficatn mod normal consumul de alimente bogate n glutamat nu duce la creterea semnificativ a concentratiei plasmatice i lactice a glutamatului

Utiliznd cantiti mari (2L/zi, vara pe canicul este o cantitate acceptabil) din sucul cel mai concentrat n ciclamat gsit de noi (produs de o firm internaional foarte cunoscut i mediatiatizat) este posibil depirea dozei zilnice acceptate.Dozele zilnice acceptate de zaharin i aspartam pot fi depite doar la consum concomitent de alte produse cu ndulcitori (bomboane, gume de mestecat)

Posibile efecte toxice ale glutamatului Studiile efectuate pe animale de experien au evideniat urmtoarele:Leziuni cerebraleLeziuni hepatice i renaleTulburarea capacitii de nvareDegenerarea retineiExcitotoxicitateDisfuncii metaboliceCreterea consumului de alimente i obezitate

Nu exist studii care s demonstreze apariia acestor efecte la oameni. Implicarea glutamatului in sindromul restaurantului chinezesc a fost infirmat de studii clinice placebo controlate.

Prin studii pe voluntari s-a putut demonstra doar o cretere doz dependent a secreiei de insulin n urma administrrii glutamatului

Categorii de risc la utilizarea glutamatuluiConform FDA: generally recognised as safeConform The Federation of American Societies for Experimental Biology exist 2 categorii de risc: Persoanele intolerante la cantiti mari de glutamatPersoanele astmaticeDoze maxime acceptateEuropean Commission (95/2/CE) on food additives a fixat ca limit a adugrii glutamatului in alimente finite 10 g/kg-Este interzis, de asemenea, adugarea glutamatului n alimentedestinate sugarilor i copiilor mici

-La doza de 60 mg/kg unii autori descriu efecte adverse (ex. grea)

Rezultate

Salam porc0.68 g/kg18.05 RON/kgunc de curcan0.73 g/kg17.65 RON/kgSalam unc rnesc1.66 g/kg12.99 RON/kgSalam porc+vit0.73 g/kg17.99 RON/kg

Salam de proc2.16 g/kg21.00 RON/kg88 g/kg1.30 RON/bucParizer de pui0.14 g/kg10.00 RON/kg3.32 g/kg1.00 RON/buc

79.95 g/kg0.30 RON/buc102.17 g/kg0.25 RON/buc99.06 g/kg0.25 RON/buc119.95 g/kg0.25 RON/buc

Estimarea obiceiurilor de consumAu fost chestionai 200 de tineri (14-20 ani)100% consum mezeluri40% prefer mezelurile crnii50% au auzit de glutamat15% stiu c glutamatul este poteniator de gustAflnd ca rolul lui este de a da gust unor alimente 73% consider ca nu merit utilizatChiar dac ar afla c glutamatul este periculos asupra sntii 73% ar consuma n continuare mezeluri; motivul este gustul (50%), uurina folosirii (42.5%), preul sczut al unor mezeluri (7.5%)n cazul amestecurilor de legume 8.6% consider c sunt adaosuri care dau gustul intensn cazul produselor cu gust de carne 83.5% consider c au adaosuri care intensific gustul

Posibilitatea atingerii celei mai mici doze toxice (60 mg/kg sau 3 g pt o persoan de 50 kg)100 g100 g100 g3.3 g glutamat

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 sodiuFoarte des folosit la conservarea alimentelor lichide i a produselor cosmetice E 211-213Apare spontan n vinul de mere 0,328-40 ppmPrezent n fumul de igar i gaze de eapamentUnele fructe berries conin 0,05% ac bCa i conservant se folosete n concentraii de 0,29 0,00001%Cantitatea medie consumat este de 312 mgA fost gsit n expiraia a 1 din 12 persoane din New Jersey82 mil tone folosite n 1987

Toxicinetic omAbsorbie cutanat 1,2-1,4% (om). n unele cazuri poate ajunge la 30-40%Oral: absorbie rapidTransformare hepatic (posibil i renal) la acid hipuric

Posibil alterare a conjugrii cu glicin a altor compui (prin depleie)n 24 de ore 100% se excret n urin (52 mg/kg)

Efecte toxice observate la animale de experienInjectat intravenos la oi a dus la creterea secreiei de insulin i glucagonAlterarea distribuiei bilirubinei n ser, piele i alte esuturi (obolani)630 mg/kg: agresivitate, colaps, deces 50% (pisic). Autopsie: modificri degenerative la nivel hepatic, renal i pulmonar.Subcronic oral: 80 mg/kg/zi 10 sapt: scderea greutii corporale, 32% deceseSubcronic inhalator: fibroz interstiial trahee i plmni, iritaie la nivelul cilor respiratorii, modificri hepatice i renaleLips efect carcinogenDoze peste 25 mg/kg afecteaz procesul de reproducere crescnd numrul de resorbii (obolan); fr efect teratogenLips efect genotoxic

Efecte toxice la omAlergizant: urticarie, astm, rinit, oc anafilactic (oral, dermal, inhalat)47% pacieni cu astm au rspuns pozitiv la acidul benzoic0,7% responsabil de intolerana la produse cosmetice0,3-0,4 g/zi timp de 62 de zile: NOAEL35 g/20 de zile: stare de rau, grea, cefalee, stare de slbiciune, irirtare i arsuri esofagiene, senzaie de foame, indigestie1-1,5 g pot cauza vom (de obicei 6 g sunt tolerate)ADI 0-5 mg/kg

Risc n utilizaren produsele alimentare cu pH acid care conin alturi de acid benzoic i acid ascorbic s-a observat formare de benzenConcentraii de peste 100 de ug/L au fost observate n produse de tip colaConc. Max benzen n ap 5 ug/l Canada i 1 ug/L Europa

Grsimi vegetale hidrogenateAcizii grai nesaturai transFormate n urma hidrogenrii pariale a uleiurilor vegetaleAlte moduri de formare: biohidrogenare in stomacul rumegtoarelor, procesul de tratare termic a alimetelorUleiurile naturale sunt n configuraie cisEnzimele ce intervin n metabolismul lipidic au un mare grad de specificitate pentru forma cisModificarea compoziiei grsimilor va avea efecte asupra unor procese fiziologice pentru c numrul i poziia dublelor legturi influeneaz metabolizarea acizilor grai, ncorporarea acestora n fosfolipide, transformarea n prostaglandine i ali eicosanoizi

Surse de acizi grai transPe parcursul evoluiei omului singura surs de acizi grai trans a fost consumul de specii de rumegtoareLa nceputul secolului XX procesul de hidrogenare al grsimilor a luat amploare n industria alimentarn urma hidrogenrii o parte din legturile duble se satureaz, o parte sufer transformare n izomer trans, iar o parte se transform n izomeri de poziieApar peste 20 de izomeri ai acidului oleic sau linoleicn 1910 se produceau n SUA 4 kg/locuitor/ann 1980 6% din grsimile consumate n Germania erau trans (2.3% din necesarul caloric)Consumul este n cretere n rile n curs de dezvoltare (India)n prezent se gsesc n: margarin, prajituri, ngheate, alimente fast food, pop corn, cipsuri, etc

Acid linoleic

Efecte negative asupra sntiiAcizii grai trans seamn structural cu acizii grai cis dar lipsete activitatea metabolic a acestoraIzomerii de poziie pod duce la sinteze de eicosanoizi anormaliLa nivel de 10% din necesarul energetic AT scad nivelul HDL i cresc nivelul LDL (AG staurai cresc LDL dar nu scad HDL)Concentraia colesterolului total scade n cazul AT comparativ cu AG saturai prin scderea predominant a HDLCrete i nivelul lipoproteinei(a)Cresc riscul bolilor coronariene (CAD), infarct miocardic, ateroscleroz (3.2% din calorii)

Peste 30.000 de decese n SUA sunt cauzate de AGT (aprox 7% CAD sunt cauzate de AGT)Concentraiile AGT nu sunt trecute pe eticheteDepunere n esutul adipos visceralRisc crescut de diabet (crete rezistena la insulin, adic raportul insulin:glicemie)Risc crescut de obezitateRisc de cancer de snAlzheimer?Infertilitate ovulatorie la femei (cretere cu 2% a AGT crete cu 73% riscul de infertilitate)?Efecte negative asupra sntii

COLORANII

Utilizrimpreun cu aromatizanii se folosesc pentru a obine mncruri aspectuoase i gustoaseSe creaz astfel un sentiment fals de natural, sntosObinerea de efecte interesante n alimente: prjituri multicolore, ketchup verde, etc.Protecia aromatizanilor i vitaminelor de efectele luminii

Efecte negative asupra sntiiAmarant (E123), Sunset yellow (E110), curcumina (E100) n doze 10XADI influeneaz negativ raspunsul imun celular (animale de exp)Unii colorani n amestec cu benzoatul de sodiu pot duce la ADHD + eliminare non imunoglobulin E dependent a histaminei din basofilePosibil efect sinergic ntre colorani? ADI?

CurcuminaColorant galben extras din ZingiberaceaeEfecte anticancer, anitiinflamatoare, antimumorale, anti Alzheimer dissease?Posibil cancerigen, interfer cu metabolismul proteinelor, efecte negative asupra sarcinii???E100

Substan toxicToxic este substana care, dup ptrundere n organism n doz relativ ridicat (unic sau repetat n intervale scurte), sau n doze mici (repetate timp ndelungat), determin, imediat sau dup o perioad de laten, n mod trector sau persistent, alterarea uneia sau mai multor funcii ale organismului, putnd duce la moarte

Clasificarea toxicilorOrigine: toxici minerali, vegetali, animali, sintetici.Constituie chimic: toxici anorganici, organici.Analitic: toxici gazoi, volatili, minerali, organici nevolatiliComportare fiziopatologic: toxici asupra SNC, SNV, aparat respirator, etc

Clasificare dup domeniu de utilizare i provenien:Toxici industrialiMedicamentePlante toxicePesticideDetergeniMateriale plasticeAditivi alimentariFito i zootoxineSubstane toxice de lupt

IntoxicaiileDefiniie: starea patologic reversibil sau ireversibil produs de una sau mai multe xenobiotice dup ptrunderea lor ntr-un organism viu.Toxicitatea: proprietatea relativ a substanelor, ce se caracterizeaz prin capacitatea lor de a produce un rspuns biologic (efect) dup ptrunderea lor n organismul viu (excepie radiaiile). Ea depinde de muli factori.

Clasificarea intoxicaiilorINTOXICAII ENDOGENEINTOXICAII EXOGENE

INTOXICAII EXOGENEINTOXICAII INTENIONATE(VOLUNTARE)INTOXICAII ACCIDENTALECRIMESINUCIDERITOXICOMANIIACCIDENTALEPROPRIU-ZISEMEDICAMENTOASEPROFESIONALEALIMENTARE

SINUCIDERIMEDICAMENTEPESTICIDECO

TOXICOMANIA Starea de intoxicaie, periodic sau cronic, determinat de deconsumarea repetat a unui drog (medicament), natural sau sinteticDorin de nenvins de a continua consumul droguluiTendin de cretere progresiv a dozelor???Dependen psihicDependen fizic

FENOMENUL DE DOPING-nu este intoxicaie propriu-zis-reprezint folosirea mijloacelor sau substanelor naturale sausintetice capabile s mreasc performanele-se folosesc pentru a obine rezultate mai bune n anumite competiii-se urmrete creterea rezistenei la efort prin creterea maseimusculare, a capacitii de transport a oxigenului, sau diminuareasenzaiei de obosealTESTOSTERON,ALTE ANABOLIZANTEERITROPOIETINAAMFETAMINE IALTE PSIHOSTIMULANTE

INTOXICAII ACCIDENTALE PROPRIU-ZISE

INTOXICAII MEDICAMENTOASEEROAREA MEDICULUIDOZA GREITMEDICAMENT GREITINTERACIUNI MEDICAMENTOASEEROAREA FARMACISTULUIEROAREA BOLNAVULUICARACTERISTICI ALEBOLNAVULUITOXICITATEAMEDICAMENTULUIASOCIERI DE MEDICAMENTECU ALIMENTE

TOXICITATEA MEDICAMENTULUIExist medicamente cu potenial toxic cunoscut folosite n situaii n care beneficiul terapeutic depete risculAntibiotice aminoglicozidice (gentamicin, streptomicin)Citostatice Exist medicamente noi sau de tip me too introduse pe pia n cazul crora apar efecte toxice neateptate sau efecte toxice cunoscute dar mult mai intense dect n cazul produselor de la care s-a pornit dezvoltarea

EXEMPLE DE INTOXICAII MEDICAMENTOASE CU PRODUSE NOU INTRODUSE PE PIATALIDOMIDA: Medicament cu efect sedativ folosit n anii 1950 retras de pe pia n 1961Frecvent folosit pentru ameliorarea greurilor matinaleefect teratogenSe estimeaz c exist 10.000 20.000 de victimeROFECOXIB: inhibitor COX-2 selectivIntrodus pe pia de Merck in 1999, retras n 2004Este medicamentul cu cele mai mari vanzri care a fost retras de pe piaRisc crescut de infarct sau atac vascular cerebral n utilizare ndelungat n doze mari80.000.000 oameni trataiCERIVASTATINA:Statin introdus pe pia de BayerRetras rapid de pe piaProduce rabdomiolioz, insificien renal cu potenial letal52 de decese sunt atribuite cerivastatinei

Exemple de produse retrase dupa utilizare indelungatpiramidon (amidoporina)retras de pe pia din cauza riscului de cancer gastricmetamizolul sodicretras de pe pia din foarte multe ri datorit riscului apariiei de tulburri sanguine letaleciclamatretras din multe ri datorit riscului de apariie al cancerului la nivelul vezicii urinarebisfenol Ainterzis folosirea n recipiente utilizate de sugari

INTOXICAIA ALIMENTARPRODUSE ALIMENTARE TOXICECiuperci otrvitoarePlante cianogeneticePeti otrvitoriPRODUSE ALIMENTARE CONTAMINATE-mucegaiuri-pesticide-metale grele-poluani-substane cedate din ambalaje-ngrminteADITIVI ALIMENTARI

TIMPUL INSTALRII INTOXICAIEIINTOXICAIE ACUTINTOXICAIE CRONICINTOXICAIE CRONICPRIN ABSORBIAREPETAT DE DOZE MICIINTOXICAIE CRONICPRIN ABSORBIAUNEI DOZE UNICE:-paraquat-IOP cu aciune neurotrop ntrziat-nitrozamine

REVERSIBILITATEA EFECTELORINTOXICAIE CUEFECTE REVERSIBILEINTOXICAIE CUEFECTE IREVERSIBILE

DOZACantitatea de substan, care ptruns n organism ntr-un anumit interval de timp produce un anumit efectExist 2 categorii de doze:doz eficace: DE (doz terapeutic pt. medicament)doz toxic: DT

Doze care caracterizeaz toxicitateadoze letale: DL0, DL1, DL10, DL50, DL100 (mg/kg corp, mol/kg corp)depinde de:specia animaluluicalea de administrarese menioneaz alturi de doza obinut experiemental i rspunsul toxic observat i cauza decesuluidozele letale la om sunt n general mai mici dect cele determinate pe animale de experiencea mai folosit doz letal este DL50util n special pentru determinarea organelor afectate ntr-o intoxicaie acutnu d indicaie asupra toxicitii pe termen lung (DDT are DL50 similar cu aspirina)

Influena speciei animalului asupra DL50

Efectul cii de administrare asupra DL50

Doze toxice observate experimental la omn cadrul activitii de zi cu zi exist o multitudine de intoxicaii acute cu diferite substane toxicese public urmtoarele:cea mai mic doz letal la omcea mai mare doz creia i-a supravieuit o persoanalturi de aceste doze se public o serie de informaii cu privire la modul de intoxicare a pesoanei, msurile luate, simptomatologia observataceste doze sunt bune indicaii referitoare la dozele letale pentru om pentru diverse substane uzuale: medicamente. pesticide, etc.

Doze toxiceNOAEL = no observed advers effect leveldoza la care nu se observ efecte adversedeterminat prin experimente pe animale n studii de toxicitate cronicuneori se determin pentru un efect singularbaz pentru determinarea dozelor acceptate pentru populaia umann multe cazuri efecte toxice importante au trecut neobservate n cursul studiilor de toxicitate (DDT, Sb, metamizol, etc, etc, etc)LOAEL = lowest observed adverse effect level

Doze i concentraii toxiceADI (accepted daily intake)doza de substan care poate fi administrat zilinc unei persoane, pe toat durata vieii, fr s apar efecte toxicestabilit de organisme internaionale OMS, CEpentru muli toxici sau efecte toxice nc nu s-a stabilit ADI (ex Sb, glutamat)n multe cazuri ADI a fost revizuit n scdere sau creteredeterminat prin mprirea NOAEL cu factori de siguran:10 pt diferene ntre specii (excepie microundele)10 pt diferene n populaia umanx factor de nesiguran (se aplic rar)TDI (tolerated daily intake)determinat pentru contaminaniTWI (tolerated weekly intake)doza sptmnal toleratstabilit pentru poluani cu efect cumulativCMA (concentraia maxim admis)concentraia maxim a unui toxic care poate fi prezent n diverse medii (alimente, cosmetice, aer, ap, etc)ADI fr CMA i invers = O

Bazele fiziologice ale utilizrii factorilorde siguran la determinarea ADIADI = NOAEL*70/FSFS 50

normalizarea dozelor la animal n funcie de suprafaa corporalformula utilizat pentru corelarea greutii cu suprafaa corporal: S = 10,5 x M(g)0,67nu toate efectele toxice se coreleaz cu suprafaa corporalletalitatea se coreleaz mai bine cu masa corporal

Relaii doz - efect cunoaterea modificrilor de intensitate a rspunsului n funcie de doz este deosebit de important n toxicologienu ntotdeauna dublarea dozei = dublarea efectului toxicdozele se exprim n mg/kg corp, mol/kg corpla stabilirea dozelor relevante la om se folosete suprafaa corporalexist 2 tipuri de curbe doz efect:curbele graduale (individuale)curbele cuantale

Curbe doz rspuns gradualese obin prin reprezentarea grafic a creterii severitii efectului n funcie de dozclorpirifos: inhibiia a 2 enzime n creierul deobolan n funcie dedoz

Curbe doz rspuns cuantalerspunsul urmrit este de tipul totul sau nimic (ex: deces)chiar i rspunsuri continue pot fi transformate n rspuns de tip cuantal

rspuns cuantalprelucrarea rspunsului cuantalprin metoda probituluipunct de pornire pt liniarizarea prin metoda probitului: Medie 1SD include 68,3% din populaie, M 2 SD 95,5%, iar M 3 SD 99,7%; NED 1 = 84,1% raspuns

Tipuri de curbe doz - rspuns

un tip special de curbe de toxicitate sunt curbele de toxicitate n form de U

in multe curbe doz rspuns se observ existena unei doze prag- se consider c pentru majoritatea substanelor carcinogene nuexist doz prag

posibiliti de extrapolare a efectului toxic subcapacitatea de detecie experimental (aprox 10%)

Evaluarea relaiei doz - rspunsparalelismul ntre ED i LD sugereaz c letalitatea este o simpl accentuare a efectului terapeuticpresupunerea nu ntotdeaua este corectpentru a realiza o comparare a rspunsului n funcie de dozi a riscului toxic se folosesc:indicele terapeuticzona de siguranfactorul de cumularecompararea potenei cu eficacitatea maxim

Indicele terapeuticintrodus de Paul Erlich n 1913este raportul ntre doza care produce un efect toxic i doza necesar pentru obinerea unui efect beneficse poate folosi o doz toxic (TD50) sau DL50este un parametru care nu ia n calcul forma curbei doz - rspunsIndicele terapeutic = TD50/ED50

Zona de sigurania n calcul ED99 i TD1n acest mod se ia n considerare ntr-o oarecare msur i forma curbei de toxicitate

Zona de siguran = TD1/ED99Factorul de cumulareFactorul de cumulare = DL50/DL50cDL50c = doza letal n administrare de 90 de zileo valoare a FC sub 2 indic o substan fr efect de cumulare

Poten i eficacitate maximcompararea potenei cu eficacitatea maxim se face pe baza curbelor doz - rspunscompararea potenei i a eficacitii maxime

Factori fizico-chimici care influeneaz toxicitateastarea de agregaregradul de dispersievolatilitateasolubilitatealiposolubilitateaasemnarea structural cu substane endogene: Ba, Pb, metil mercur legat de cistein, medicamentestructura chimicstabilitatea chimic (radicalii liberi)izomeria

Toxicitate structur chimic

Izomeria

importana enantiomeriei n legarea de receptor ii apariia efectului toxic

Factori care influeneaz toxicitatea

SpeciaRspunsul unor specii la anumite substane toxice este diferit; diferenele pot fi:cantitativecalitativeCauze1. Prezena/absena unor enzime de metabolizareatropin: om po. DL 2 mg/kg; iepure DL 1500 mg/kgcolchicin bovine, caprine - rezistendigitalice unele specii de broatecantaridin mistreaflatoxine: oarecele este de zeci de mii de ori mai rezistent ca obolanul pe efectul cancerigen la nivel hepaticzaharin: obolan cancer de vezic urinar; om specie rezistent2. Diferene n cantitatea i/sau calitatea receptorilorHistamina: cobai bronhoconstricie; cine vasodilataie; om ambele efecteTCDD: doza letal difer de 1000 de ori ntre cobai i hamster

SpeciaDiferene n enzimele de metabolizare (cantitativ/calitativ)2-naftilamin, aniliniepure: non carcinogenom, cine: cancer hepaticiepure, cobai: non carcinogencine, pisic, om: cancerigen

Etilenglicol

Metanol: organismele inferioare nu degradeaz metanolul

Strofantina este de 300x mai toxic la pisic fa de obolanCianur: cinele este mai sensibil ca omulTeobromin (ciocolat): cinele este o specie foarte sensibil, omul specie rezistentSpeciaom, pisiciepure, obolan, cobai

diferene anatomice (caracteristici genetice)Diferene ntre carnivore i ierbivoreOzon, benzen: cinele mai rezistent ca omul (lungimea cilor respiratorii)Digoxin: DL50 cobai 1000x = DL50 hamster (organe int diferite)Substane cancerigeneaflatoxina B1 mult mai toxic la obolan ca la oarece: glutation-S-trensferaza este constitutiv la oarece, inductibil la obolan2,3,5-timetil-pentan i d-limonen cancerigene renale (oarece)Clofibrat , tricloroetilen cancer hepatic (oarece)Formaldehida cancer la nivelul mucoasei nazale (oarece)Diferenele constatate fac extrem de grea extrapolarea datelor experimentale obinute pe animale de experien la omSpecia

Sensibilitatea individualRSPUNSUL INDIVIDUAL LA ACIUNEA UNUI AGENT TOXICSENSIBILITATE REDUS(HIPOSENSIBILITATE)SENSIBILITATE CRESCUT(HIPERSENSIBILITATE)NNSCUT(CONGENITAL)DOBNDITNNSCUT(IDIOSINCRAZIE)DOBNDIT

HIPOSENSIBILITATEnnscut: dependent de specie, sau grupuri de indivizi din cadrul unei speciiHiposensibilitate dobndit (toleran) alcool, droguri, analgezice, sedative, etcEfectul substanei, la aceeai doz, scade n cursul administrrii repetate; pentru meninerea efectului este necesar creterea dozei (se poate ajunge n unele cazuri la administrarea substanei individului hiposensibilizat n doze letale indivizilor care nu folosesc substana)n cazul substanelor cu efecte multiple, hiposensibilitatea nu se dezvolt n mod identic pentru fiecare efectMecanismele apariiei hiposensibilitii:tolerana farmacocinetic: scderea absorbiei, intensificarea metabolizrii (inducie enzimatic: alcool, nicotin, etc)tolerana farmacodinamic:agoniti: down regulation (scderea numrului de receptori)antagoniti: up regulationTahifilaxia: toleran acut; efectul poate s dispar complet indiferent de doza administrat; caracteristic substanelor ce necesit componente endogene n metabolizare sau aciune pe receptor (nitroglicerin)Toleran ncruciat: apariia toleranei pentru o substan poate duce la scderea efectului altor compui (interaciune)

Creterea sensibilitii idiosincraziela administrarea de doze uzuale dintr-o substan apar efecte mult mai intense ca n populaia normal (uneori necaracteristice substanei)Are baze genetice i se moteneteCea mai des ntlnit form este enzimopatia (lips sau cantitate sczut din anumite enzime de metabolizare) sau polimorfismul enzimatic (modificri n structura i funcionarea enzimei)Caracteristicile reaciilor de tip idiosincratic:sunt independente de dozapar efecte nedoriteapare la indivizii dintr-o specie sau la grupuri din specia respectivsimptomatologie diferit de cea cunoscut

Reacii idiosincraziceGlucozo-6-fosfat dehidrogenaza (G6PD)Polimorfism enzimatic documentat din antichitate (consum de Vicia faba)Problema poate rmne mult timp neobservatSunt afectai aproximativ 400 milioane de oameniFrecvena mare la populaia mediteraneanApare la contactul cu alimente bogate in nitrii, Vicia faba, radiaie ionizant, virui, medicamente (aspirin, fenacetin, cloramfenicol, sulfonamide, trimetoprim, chinolone)Simptome: hemoliz, anemie hemolitic

importana G-6-PDgravitatea deficienei:deficiena sever (activitate sub 10%): anemie hemoliticdeficien sever (activitate sub 10%): hemoliz intermitentdeficien medie (activitate 10-60%): hemoliz n anumite condiiifr deficitactivitate crescut: fr manifestri clinice

Tratamentul deficienei de G-6-PDevitarea agenilor care declaeaz hemolizan faza acut: transfuzie de snge, dializ n insuf renal acutantioxidani ca vit E i Se nu reduc severitatea afeciunii

posibiliti de afectare a G-6-PD

Table 1. Descriptive mutations and variantsVariants or mutationsGeneProteinDesignationShort nameIsoform G6PD-ProteinOMIM-CodeTypeSubtypePositionPositionStructure changeFunction changeG6PD-A(+)Gd-A(+)G6PD A+305900.0001Polymorphism nucleotideAG376 (Exon 5)126AsparagineAspartic acid (ASN126ASP)No enzyme defect (variant)G6PD-A(-)Gd-A(-)G6PD A+305900.0002Substitution nucleotideGA376 (Exon 5) and 20268 and 126ValineMethionine (VAL68MET) AsparagineAspartic acid (ASN126ASP)G6PD-MediterranGd-MedG6PD B+305900.0006Substitution nucleotideCT563 (Exon 6)188SerinePhenylalanine (SER188PHE)Class IIG6PD-CantonGd-CantonG6PD B+305900.0021Substitution nucleotideGT1376459ArginineLeucine (ARG459LEU)Class IIG6PD-ChathamGd-ChathamG6PD+305900.0003Substitution nucleotideGA1003335AlanineThreonine (ALA335THR)Class IIG6PD-CosenzaGd-CosenzaG6PD B+305900.0059Substitution nucleotideGA1376459ArginineProline (ARG459PRO)G6PD-activity

Apare methemoglobinemie (oxidarea Fe bivalent la Fe trivalet n molecula de hemoglobin) la utilizarea unor substane oxidante: nitrii, nitrai, sulfonamide, PASDeficitul de methemoglobin reductaz (cyt b5 reductaza)

substane care declaneaz methemoglobinemia: nitrit, nitrat, nitroglicerin, anilin, nitrobenzen, fenacetin, benzocain, lidocain, pilocarpin, metoclopramid, etctratament: evitarea substanelor oxidante; administrare de albastru de metilenSimptomatologie:

tratament: evitarea substanelor oxidante; administrare de albastru de metilen (inficient n lipsa NADH)Deficitul de methemoglobin reductaz (cyt b5 reductaza)

% methemoglobinSimptome< 10Asimptomatic10-20Cianoz: blue-baby syndrome20-30Cefalee, dificulti de concentrare30-50Oboseal, dezorientare, tahicardie50-70Convulsii, com, acidoz>70Deces

Pseudocolinesteraza realizeaz metabolizarea succinil colinei i a altor esteriLa adinistrare de succinil colin apare apneaFrecventa n India este de 4000 de ori mai mare ca n Europa (toi membrii anmitei caste din India sufer de aceasta deficien)nainte de intervenia chirurgical se recomand testarea activitii pseudocolin esterazeiDeficitul de pseudocolinesteraz

apare la 50% din populaia caucazianfr funcie fiziologic important (aparent)asigur conjugri cu glutationlipsa duce la creterea moderat a riscului de cancer pulmonar la fumtoriDeficitul de glutation-S-transferaz M1

Metabolizatori rapizi i leni (PMs, EMs, IMs, UMs)Sistemul de enzime CYP metabolizeaz medicamente, substane toxice (PAH, aflatoxine, benzen)Reaciile care apar: oxidri radicali liberi sau ali intermediari reactivi n multe cazuriCYP2D6, CYP3A4, CYP2C19, etc implicate cel mai des n metabolizritest pentru activitatea CYP2D6: debrisoquinaFrecvena mutaiilor 6-10%Medicamente substrat pentru CYP2D6: antidepresive, opioide, antipsihotice. beta-blocante, antiaritmiceCYP2A6 nicotin (metabolizatorii leni fumeaz mai puin)Modificri n cantitatea/calitatea enzimelor de metabolizare a citocromului P450

UMs metabolizatori ultrarapiziPMs metabolizatori lenti (poor)ADR reacii adverseModificri n cantitatea/calitatea enzimelor de metabolizare a citocromului P450

Exist metabolizatori rapizi i metabolizatori leniEnzima acetileaz izoniazida i alte amine aromaticeMetabolizatori rapizi: hepatotoxicitate (acetilhidrazina, acetilizoniazidaMetabolizatori leni: neuropatie periferic (+vit.B6 hidrazon)Pilimorfismul N-acetil-transferazei (NAT-2)

% de metabolizatori leni distribuie bimodal n unele populaiiPolimorfismul N-acetil-transferazei (NAT-2)

Paraoxonaza hidrolizeaz compui organofosforici, lactoneDeficitul de paraoxonaz (lips/PMs) : ateroscleroz (se intensific oxidarea colesterolului)

Catalaza lipsa enzimei (acatalaz) globule roii, celule secretoare de insulin din pancreas

Hemoliz, diabet de tip 2Polimorfism enzimatic

Polimorfismul glucuronil transferazei PMs sindromul Gilbert (nivele crescute de bilirubin)

Polimorfismul ALA sintetazei porfirie anemie sideroblasticPolimorfism enzimatic

ADH alcool dehidrogenazaALDH aldehid dehidrogenaza

ADH cu activitate crescut i/sau iactivitate a ALDH = flushing response (acumulare de acetaldehid)China, Japonianumr redus de alcooliciPolimorfismul alcool dehidrogenazei

Evaluarea riscului n toxicologie

Importana evalurii riscului n toxicologiepractic orice substan poate prezenta un pericol n anumite condiiieste necesar evaluarea probabilitii ca un compus chimic s produc efecte nedorite n populaia umanpot s apr dou cazuri extreme:substane extrem de toxice (poloniu) care nu sunt n contact cu populaia uman n mod normalsubstane cu toxicitate moderat cu care intrm permanent n contact (medicamente, aditivi alimentari, diveri contaminani)evaluarea riscului este evaluarea sistematic tiinific a efectelor asupra sntii produse de un evenimentriscul n toxicologie R = P x H P: probabilitatea de a intra n contact cu substanaH: intensitatea efectului toxicrisc acceptat n general = 1:100.0001:1.000.000 = eveniment Divin

paii managementului riscului

moduri de a intra n contact n mod incontient cu un agent nociv

tipuri de activiti riscante i percepia riscului

Dificulti n evaluarea risculuidificultatea major n evaluarea riscului este posibilitatea de eroare la extrapolarea datelor experimentale (animal de experien) la omimposibilitatea logistic n unele cazuri de a face msurtori exacte ale prezenei unui toxic n diferite medii (dioxine, pesticide, aflatoxine, etc)

MECANISMELETOXICITIIExist mai multe etape necesarepentru apariia efectului toxic

1. LIVRAREA DE LA LOCUL DE EXPUNERE LA INTTeoretic intensitatea efectului toxic depinde de concentraia i persistena toxicului la locul de aciuneFactorii care altereaz concentraia toxicului final (ultimate toxicant) influeneaz intensitatea i/sau durata efectului toxicToxicul final este specia chimic care reacioneaz cu intele moleculare sau care altereaz micromediul biologic iniiind alterri structurale sau funcionaleToxicul final poate fi molecula ca atare, un metabolit al acesteia sau o specie reactiv (oxigen, azot) aprut n urma metabolizrii

AbsorbiaAbsorbia: transferul compusului chimic de la locul de expunere n circulaia sistemicMajoritatea compuilor toxici trec n circulaie prin difuziune simpl prin celulele epiteliale (plamni, sistem GI, etc): absorbie pasivExist compui care nu pot trece membrana intestinal prin difuziune simpl i necesit transport activ: transportorii pentru acizi monocarboxilici (salicilai, acid valproic)transportori pentru peptide (peniciline, inhibitori ACE)transportorul pentru metale bivalente (Fe2+, Cd2+)transportorul pentru fosfat (arseniatul), etcRata procesului de absorbie depinde de: concentraia substanei la locul de absorbiecaracteristicile locului de absorbiesuprafaa locului de absorbieliposolubilitatea compusului

Eliminarea presistemicn timpul transferului de la locul de absorbie la locul aciunii toxicul poate fi eliminateste un fenomen obinuit pentru substane toxice pentru c ele trebuie s traverseze celulele intestinale, ficatul i plmnii inainte de a intra n circulaia sistemicExemple:etanolul este oxidat de alcool dehidrogenaz n mucoasa gastricciclosporina este eliminat din enterocite n lumenul intestinal de ctre P-glicoprotein, este hidroxilat de CYP3A4 n enterocitemorfina este glucuronidat n mucoasa intestinal i n ficatmanganul este eliminat din circulaia portal prin bilEliminarea presistemic scade cantitatea toxicului din circulaia sistemicNu ntotdeauna eliminarea presistemic este msur de reducere a toxicitii (ficatul, plmnii i mucoasa digestiv pot fi afectate de etanol, sruri de fier, alfa-amanitin, paraquat, etc)

Distribuia de la i spre locul de aciunen timpul fazei de distribuie toxicii trec din snge n spaiul extracelular sau chiar n celulen aceast faz toxicul ajunge la locul aciuniitraversarea endoteliului capilar poate fi realizat prin: spaii intercelularepori transcelulariprin membrana celularcompuii liposolubili ptrund n celule prin difuziunecompuii hidrosolubili sunt reinui n spaiul extracelular (excepie toxicii substrat pentru transportori activi)

Mecanisme care faciliteaz distribuia la intporozitatea endoteliului capilar (n rinichi i ficat porii transcelulari sunt de dimensiuni mari facilitnd distribuia toxicilor n rinichi i ficat)mecanisme de transport activ din membrana celularcanalele de Ca2+ voltaj dependente permit intrarea Ba2+ i Pb2+amanitina ptrunde n hepatocite prin intermediul transportorului pentru acizi biliari dependent de Na i polipeptida transportoare a anionilor organici (OATP1B3)ocratoxina i Hg sunt transportate n tubii renali de ctre transportorii pentru anioni organici OAT1 i OAT3MPP+ ptrunde n neuronii dopaminergici extrapiramidali prin transportorul pentru dopaminreciclarea membranei celulare poate internaliza aminoglicozide cationice legate de fosfolipide anionice

acumularea n organitele celularecompui lipofili cu caracter bazic se pot acumula n interiorul acid al lizozomilor (amiodaron, amitriptilin, etc) blocnd fosfolipazele lizozomaleacumularea n mitocondrii ale loc electroforetic. Aminele vor fi protonate n mediul acid din spaiul intermembranar iar apoi vor fi atrase electrostatic n interior unde vor bloca fosforilarea oxidativ i beta oxidarea (MPP+ n mitocondriile neuronale, tetracaina i bupivacaina n mitocondriile cardiace, amiodarona n mitocondriile hepatice)transportorul pentru nucleozide (ENT1) transport activ fialuridina n mitocondriile hepatice (la obolan transportorul lipsete)legare irevesribil intracelularlegarea de melanin permite cationilor organici i anorganici, PAH s se acumuleze n retin, substantia nigra i piele. Efecte: clorpromazina: toxicitate pentru retin, mangan: toxic pentru substania nigra, PAH: melanomlegarea metalelor de keratin: arsen: toxicitate dermic

Mecanisme care impedimenteaz distribuia la intlegarea de proteinele plasmatice blocheaz posibilitatea trecerii peretelui capilar prin difuziune (ntrzierea, scderii intensitii, prelungirea efectului)bariere specializate: capilarele din creier nu au pori transcelulari, celulele sunt strns lipite, are o multitudine de transportori inveri (BHE); bariera snge testiculdistribuia spre locuri de depozitare (pesticide organoclorurate stocate n adipocite, Pb2+ stocat n oase) de unde pot fi mobilizate n anumite condiiiasocierea cu proteine intracelulare (metalotioneina reine temporar cadmiul)eliminare din celule: transportori inveri MDR1, P-glicoproteina, BCRP

const n procesul de ndeprtare a xenobioticelor din sngepentru compuii nevolatili principalele ci de eliminare sunt rinichiul i ficatul

alte ci: morfina se elimin prin lapte, amfetaminele n sucul gastricnu exist ci de eliminare eficiente pentru compui nevolatili liposolubili

Excreiafiltraretransport activM400

Reabsorbiasubstane eliminate n urina primar pot fi reabsorbite tubular prin difuziune simpl (uneori pH dependent)unii compui se pot reabsorbi prin transport activpeniciline: transportorul pentru peptidecromat i molibdat: transportorul pentru sulfatarseniat: trasportorul pentru fosfatcompuii eliminai prin bil se pot reabsorbi n intestinconjugaii cu acid glucuronic sau glutation pot fi descompui de ctre flora intestinal i agliconii absorbii

Creterea toxicitii versus detoxifiereunele substane (nicotin, aminoglicozide, metale grele, etilen oxid, HCN, CO) sunt toxice ca atareali compui i datoreaz toxicitatea unor metaboliimetabolizarea cu formare de compui toxici se numete activare metabolicExemple:etilen glicolul este oxidat la acid oxalicparaoxon este transformat n parationmetoxifluranul elibereaz fluorurcefoperazona formeaz un compus ce blocheaz vitamina K epoxid reductazafialuridina inhib ADN polimeraza gaman unele cazuri metabolizarea xenobioticului formeaz specii reactive (NO, anion superoxid)

Formarea moleculelor electrofilecompuii electrofili conin un atom deficient n electronin majoritatea cazurilor are loc inserarea n molecul a unui atom de oxigen care va transforma atomul de care este ataat n compus electrofil (formare de aldehide, cetone, epoxizi, sulfoxizi, nitrozo derivai, etc)alteori se formeaz legturi duble conjugate care sunt polarizate de un atom de oxigen cu electrofilizarea atomului de C dublu legat (formare de aldehide alfa, beta nesaturate)electrofili cationici se formeaz prin ruperea legturilor C-O sau C-N (tamoxifen); dimetil nitrozamina este C hidroxilat de CYP2E1 i de descompune cu formare de +CH3, reacie similar d i nitrozamin cetona derivat din nicotin compui anorganici: oxidarea Hg la Hg2+ (catalaz), reducerea AsO3-4 la AsO2-3/As3+

Formarea radicalilor liberimolecule ce conin electroni neperechese formeaz prin:acceptare de electroni (doxorubicin, nitrofurantoin)pierdere de electroni (PAH, aminofenoli)fisiune homolitic a unei legturi covalente (CCl4)

Formarea speciilor nucleofilemecanism relativ rar n activarea toxicilorformarea CN- din amigdalin

Formarea speciilor redox reactiveformare nitritului methemoglobinizant din nitrat prin reducere bacteriandapson hidroxilamina i 5-hidroxiprimaqina produc methemoglobin prin cooxidareanionul superoxid poate reduce Fe3+ (legat de feritin) la Fe2+, CrVI poate fi redus la CrV prin intermediul vitaminei C. Ambii intr n reacia Fenton.

Detoxifiereprocesul prin care este mpiedicat formarea toxicului final sau prin care se elimin acest compus se numete detoxifieredepinde de structura chimic a compusuluin unele cazuri detoxifierea poate intra n competiie cu activarea metabolic (toxifierea)

Detoxifierea compuilor fr grupri funcionaleare loc n general n dou etape (benzen, toluen)n prima etap se introduce n molecul o grupare hidrofil (OH, COOH) prin aciunea CYPn etapa II o transferaz va conjuga gruparea nou introdus cu acid glucuronic, sulfat, amino acid, etc

nicotinNNKeliminare prin: - reducere la alcool - conjugare cu acid glucuronic

Detoxifierea nucleofililorconjugarea gruprii nucleofilegruprile OH sunt conjugate prin sulfatare, glucuronidare, rar metilaregruprile SH sunt metilate sau glucuronidateaminele i hidrazinele sunt acetilateaceste reacii previn transformrile sub aciunea peroxidazelor n radicali liberi (ex.: fenoli chinone)CN- se transform n SCN- sub aciunea sulftransferazei

Detoxifierea electrofililorconjugare cu glutation spontan sau sub aciunea glutation S-transferazeichiar i metalele sunt detoxifiate astfel (Ag+, Cd2+, Hg2+, CH3Hg+)transformarea epoxizilor n dioli sub aciunea epoxid hidrolazeihidroliza esterilor organofosforici sub aciunea carboxilesterazeireducerea chinonelor la hidrochinonlegarea covalent de proteine???

Detoxifierea radicalilor liberisuperoxid dismutaza neutralizeaz anionul superoxid (SOD, Cu sau Zn n citoplasm; Mn n mitocondrii)nicio enzim nu elimin radicalul hidroxil (10-9) i nici antioxidanii clasici nu ofer protecie (PBN)peroxiradicalii pot fura un atom de hidrogen din glutation, alfa tocoferol, sau acid ascorbicperoxinitritul (t1/2 = 1 sec) reacioneaz rapid cu CO2 astfel nct antioxidanii clasici nu sunt foarte eficieniglutation peroxidaza i peroxiredoxina pot reduce peroxinitritul la nitritreacia peroxinitritului cu oxihemoglobina este tot o detoxifiereglutationul prin cedare de electroni inactiveaz radicalii liberi generai de peroxidaze

Detoxifierea toxinelor proteicerealizat de proteaze intra i extracelularetoxine proteice din veninuri (alfa i beta bungaratoxina, erabutoxina, fosfolipaze conin legturi disulfidice necesare activitiitioredoxina prin reducere inactiveaz aceste legturi

Eecul proceselor de detoxifieretoxicii pot depii capacitatea unor sisteme de detoxifiere: saturarea enzimelor, consumul substratului, depleia antioxidanilor (paracetamol)inactivarea enzimei de detoxifiere (peroxinitritul n concentraii mari inactiveaz Mn-SOD)conjugrile pot fi reversibile (naftilamina)uneori n cursul detoxifierii se produc specii toxice: radical tiil reacioneaz cu tiolatul (GS-) i formeaz radical anion glutation disulfid ce poate genera anion superoxid

MECANISMELETOXICITIIExist mai multe etape necesarepentru apariia efectului toxic

II. Reacia toxicului final cu moleculele intn marea majoritate a cazurilor toxicitatea este mediat de reacia toxicului final cu o int molecularlegarea de int va declaa o serie de reacii chimice ce vor duce la disfuncii sau lezri celulareintensitatea efectului toxic depinde de tipul de molecul int, de tipul de reacie chimic i de efectul rezultatnu ntotdeauna legarea de o int produce un efect toxic: CO se leag de Hb dar i de Fe din citocromul P450arilarea proteinelor mitocondriale de ctre paracetamol se considera sursa hepatotoxicitii, arilarea proteinelor citoplasmatice nu se consider toxicitate

Tipuri de reacii cu moleculele intLegare covalentLegare necovalent

legare necovalentare loc prin formarea de legturi apolare sau legturi de hidrogeninplic legarea de receptori membanari, intracelulari, canale ionice, enzimeEx: legarea sticninei de receptorul pentru glicin, legarea TCDD de receptorul pentru hidrocarburi aromatice, intercalarea doxorubicinei n dublul helix al ADNlegturile au loc deoarece aranjarea steric a moleculei toxicului permite legarea de centrul activ al moleculeidatorit energiilor de legatur mici legarea necovalent este de obicei reversibil

legarea covalentfiind ireversibil altereaz definitiv molecula inteste caracteristic speciilor electrofile: cationi electrofili, radicali liberimolecule nucleofile afectate: proteine (modificri posttranslaionale), acizi nucleici

radicali liberi (HO, NO2, Cl3C) se pot lega de biomoleculetoxicii nucleofili sunt rari deoarece moleculele endogene electrofile sunt n mumr mic (reacia aminelor cu piridoxalul; sulfura, cianura, monoxidul de carbon, azida se leag de Fe din hemoproteine)

Alte tipuri de reacii cu molecula intextragerea atomilor de hidrogen: radicali liberi extrem de reactivi pot rupe uor atomi de hidrogen din molecule biologicetiolii se transform n radical tiil care cu HO radical formeaz acizi sulfenici, ruperea de hidrogen din gruparile CH2 transform gruparea respectiv n grupare carbonilic, ruperea de hidrogen din deoxiriboz este prima etap n degradarea ADN, peroxidarea lipidelor, nitrarea proteinelortransfer de electronioxidarea Fe(II) n Fe(III)reacii enzimaticericina i abrina sunt N-glicozidaze (hidrolizeaz o legtur n ARN ribozomal)toxina botulinic este o Zn-proteaz

Efectele toxicilor asupra moleculelor intdisfuncii ale moleculelor intactivarea de molecule proteice cu mimarea efectelor unor substane endogenemorfina activeaz receptorii opioiziinhibarea funciilor unor proteinetetrodoxina inhib deschiderea canalelor de sodiu voltaj dependenteDDT i piretroizii inhib inchiderea canalelor de sodiuimpedimentarea funciilor proteinelor prin generarea de modificri structuraleare loc n special prin blocarea unor grupri tiolice eseniale funcionrii enzimei: piruvat dehidrogenaza, pompa de calciu, enzime ce repar defecte ADN, etcmodificri structurale ale acizilor nucleicilegarea covalent a aflatoxin 8,9 oxidului de guanin (N7) va duce la formarea perechii GA n loc de GC ce va duce la inserarea unui aminoacid greit n proteinformarea 8-hidroxiguaninei i 8-hidroxiadeninei va duce la multiple susbstituii de aminoaciziCr(III) format prin reducerea Cr(VI) de ctre vitC formeaz legtur coordinativ cu gruprile fosfat din ADN

distrugerea moleculelor intpe lng efectul de formare de adduci se pot rupe molecule sau s apar fenomenul de cross-linking (legare ncruciat)electrofili cu nr. dublu de grupri funcionale (2,5-hexandienon, sulfur de carbon, acrolein, etc) leag ncruciat proteine din citosol, ADN sau ADN cu proteineHOOH poate forma legturi ncruciate prin transformarea proteinelor n agenti nucleofili ce vor reaciona cu tioli sau amineradicali liberi de asemenea activeaz molecule cu formare de legturi ncruciatelegarea ncruciat modific structural i funcional moleculele afectateperoxidarea lipidelor indus de radicali liberi n cursul creia se genereaz i aldehide nucleofileradiolizhidroliza proteinelor sub aciunea unor toxine

formarea neoantigenelorn cazul unor indivizi legarea covalent a toxicilor activai (haptene) de unele molecule endogene duce la apariia unui rspuns imununii toxici (peniciline, nichel) sunt suficient de reactivi pentru a se lega fr activare de molecule endogenen urma legrii haptenei de protein va aprea un rspuns imun umoral (anticorpi) sau un raspuns imun celular (celule T)agranulocitoza i lupusul indus prin medicamente sunt mediate prin reacii imune declanate de formarea unor adduci cu proteine (specii nucleofile)amine aromatice: procainamida, sulfonamidehidrazine: hidralazina, isoniazidatioli: propiltiouracil, metimazol, captopril

Toxicitate indus prin alte mecanisme dect reacie cu o molecul intunii toxici altereaz micromediul biologictoxici care modific pH-ul n biofazmetanol, etilen glicol2,4-dinitrofenol, pentaclorfenol care elibereaz protoni n matricea mitocondrial blocnd sinteza ATPdegradarea poriunii lipidice a membranei celularesolveni, detergeniocuparea unui anumit spaiu sau situs n organismblocarea situsurilor de legare a bilirubinei pe albumin (etilen glicol, metotrexat, aciclovir)metanul ocup spaiul oxigenului n alveola pulmonar

III. Disfuncii celulare datorate toxicilorreacia toxicului cu inta molecular poate duce la tulburarea funciilor celulare: a treia etap n dezvoltarea efectului toxicexist programe celulare care:determin densitatea celulelor (diviziune, difereniere, apoptoz)determin activitatea de moment a celulei (rat metabolic, secreie de compui, contracie-relaxare)programele celulare pot fi controlate de ctre semnale (molecule) exterioaredac toxicul afecteaz mecanismele de semnalizare atunci activitatea de moment a celulei va fi afectatdac toxicul afecteaz procese care intervin in meninerea funciilor interne ale celulei (funcii vitale) rezultatul poate fi moartea celulei

Dereglri celulare induse de toxicidereglarea exprimarii (expresiei) genelordereglarea transcriptieiprin intermediul factorilor de transcripie ligand activaihormoni (steroizi, h. tiroidieni), vitamine (retinoizi, vit D) acioneaz prin legare de factori de transcripiexenoestrogenii (DDT, metoxiclor, etc) se leag de receptorul pentru estrogeniprin intermediul alterrii zonelor regulatoare ale genelorprin interaciuni chimice sau modificarea procesului de metilare a promotoriloralterarea procesului de metilare a promotorilor este implicat n SLE (lupus), teratogenez, modificri ce apar n mai multe generaii succesive, cancer

alterarea transductiei semnaluluitransmiterea semnalului de la suprafaa celulei pn la factorii de transcripie se relaizeaz prin intermediul unor interaciuni protein protein (fosforilare)alterri sunt provocate de toxici prin intermediul fosforilrii proteinelorefect proliferativ: toxici ce stimuleaz fosforilarea proteinelor pot induce formarea de tumori (fumonisina B ce mimeaz diacilglicerolul: activator fiziologic al protein kinazei C), toxici care blocheaz fosfatazele pot avea efecte similare: microcistina-LRefect antiproliferativalterarea producerii moleculei semnalestrogenii i pseudoestrogenii produc atrofie testicular reducnd prin feedback negativ producia de gonadotropin

alterarea activitii celulare de momentCa2+ i ali mesageri secunzi pot modifica funciile celulei aproape imediatalterarea celulelor excitabile electricmodificri la nivelul celulelor nervoase sau musculare este mecanismul de baz al multor medicamente i se asociaz toxicologic cu sapradozarea medicamentoas, pesticide, toxine (animale, vegetale, microbiologice)pot aprea alterri n:concentraia neurotransmitorilorfuncia receptoruluitransducia semnaluluiprocese de ntrerupere a semnalului

alterarea concentraiei neurotransmitorilorpot aprea modificri n sintez, depozitare, eliberare, ndeprtare din sinapscocaina i antidepresivele triciclice inhib recaptarea noradrenalineiamfetaminele stimuleaz eliberarea i inhib recaptarea noradrenalineiinteraciuni toxic receptoragoniti: se leag de situsul de legare i mimeaz efectele ligandului fiziologicantagoniti: se leag de situsul de legare de pe receptor dar nu-l pot activaactivatoriinhibitori: se leag de receptori n situsuri neimplicate direct n legarea agonistului fiziologicEx.: muscimolul este agonist GABAA iar barbituraii, benzodiazepinele, anestezice generale, alcoolul sunt activatori rezultand in toate cazurile ef. similare: com, deprimarea centrului respiratoragonistii receptorilor muscarinici i glutamatergici produc hiperactivitate i convulsii la fel ca inhibitorii GABA

interacinui toxic mecanisme de transmitere a semnaluluiEx: canalele sodice voltaj dependente care amplific semnalul excitator generat de canalele ionice ligand dependente pot fi activate direct de toxine animale, DDT ducnd la hiperexcitaie, blocarea lor (tetrodoxin) duce la paralizieinteraciuni toxic mecanisme de ntrerupere a semnaluluiinhibarea efluxului de cationi poate prelungii excitaiablocarea canalelor de potasiu voltaj dependente n miocard ntrzie repolarizarea i poate duce la torsada vrfurilor care poate degenera n tahicardie ventricular (astemizol, cisaprid, grepafloxacin, terfenadina au fost retrase)70% din ATP-ul produs n neuroni este folosit n funcionarea pompei Na+,K+ din acest motiv hipoxia va duce la depolarizare prelungit

alterarea activitii altor tipuri de celulecelulele Kupffer (macrofage din ficat) secret mediatori ai inflamaiei ce pot duna celulelor nvecinate. Ele conin canale de clorur dependente de glicin. Glicina va produce astfel hiperpolarizare i va bloca secreia de mediatori ai inflamaiei (efect benefic n intoxicaia cu alcool etilic)

Alterarea toxic a mecanismelor de mentenan celulartulburri metabolice care pot periclita supravieuirea celulei:blocarea sintezei de ATPacumularea intracelular a Ca2+supraproducie de ROS sau RNS

blocarea sintezei mitocondriale a ATP (fosforilare oxidativ)

meninerea unei concentraii intracelulare crescute a calciului duce ladepleia rezervelor de energie (blocare sintez ATP + depleie ATP)disfuncia microfilamenteloractivarea unor enzime hidrolitice (proteine, fosfolipide, acizi nucleici)

supraproducie de ROS sau RNS:exist substane care pot genera direct ROS sau RNSsecundar concentraiei crescute intracelulare a Ca2+activarea dehidrogenazelor in ciclul citratului accelereaz fluxul de electroni, iar reducerea fosforilrii oxidative va duce la supraproducie de anion superoxidactiveaz xantin oxidaza care produce HOOH si anion superoxidactivarea n neuroni a NOS

efectul final al tulburrilor metabolice poate fi:supravieuirea celulei (reparare)apoptoznecrozmoartea celulei se poate datora:lezrii mitocondriilorunor mecanisme insuficient cunoscutelezarea membranei celularelezarea membranei lizozomaledistrugerea citoscheletuluiihibarea fosfatazelorblocarea sintezei proteiceblocarea HMG-coenzimaA reductazei

repararea inadecvat poate duce la:necroz tisularfibrozcarcinogenez

Toxicitate non organ direcionat

Carcinogeneza chimic

GenotoxicitateReprezint procesul de alterare a materialului geneticPoate s apar n celule somatice sau celule responsabile de procesul de reproducere (ovul, spermatozoizi)Responsabil de un procent important din cazurile de cancer i teratogenez

Moduri de afectare a ADN

repararea enzimatic a AND

Factori ce pot duce la apariia leziunilor ADNRadiaia ionizant: ruperi ale lanurilor ADN, distrugerea bazelor (direct, prin intermediul radiolizei apei)Lumina UV: formeaz ciclobutan pirimidin dimeri i 6,4-fotoproduiSubstane chimice:Direct: prin alterarea bazelor (alchilarea poate duce la disfuncia ADN sau stimularea eliminrii bazei din lan)Indirect: prin intercalare n dublul helix al ADNAgeni endogeni: responsabili de sute de lezri ADN/zi/celulSpeciile reactive ale oxigenuluiDeaminarea citozinei

Toxicologia procesului de dezvoltareInclude dar nu se limiteaz la teratogenezInformaii despre nou-nscui cu malformaii apar din 6500 c (sculpturi, desene)Hipocrate i Aristotel credeau c malformaiile sunt produse de fenomene fizice (traune, presiune) sau psihice (impresii, emoii)1651 William Harvey: malformaiile rezult din dezvoltarea incomplet a unui organ sau structurin anii 1800 se efectueaz diverse experimente pe embrioni de galinacee; Camille Dareste: perioada n care are loc expunerea la un agent nociv este mai important dect agentul n sine n determinarea tipului de malformaieLa nceputul anilor 1900 se descoper c multe toxine i medicamente produc la psri, reptile, peti diverse malformaii i se postuleaz c aceste malformaii nu se pot produce la mamifere, lucru infirmat ulterior1930: deficiene nutritive pot duce la malformaii (obolani)1965: albastru de tripan, hormoni, ageni alchilani, raxe x, antimetabolii sunt teratogeni (mamifere)1941 Gregg: virusul rubeolei poate duce la apariia de malformaii la om: ochi, inim, urechi, vorbire, dezvoltare intelectual (primele 4 sapt risc 61%, spt 5-8 26%, spt 9-12 8% Sever 1967)1961 talidomida: defecte de natere la om

Probleme de reproducere n populaia umanRata sarcinilor ce decurg fr probleme este surprinztor de micPierederea sarcinii postimplantare 31%Defecte majore la natere 2-3%, cresc la 6-7% dup un anDefecte minore 14%Greutate redus 7%Mortalitate infantil 1,4% (pn la un an)Funcii neurologice anormale 16-17%Sub 50% din nateri duc la un copil normal i perfect sntosCauze ale defectelor din natere: cauze genetice 15-20%, condiii materne 4%, infecii materne 3%, probleme mecanice (amputri datorit cordonului ombilical, etc) 1-2%, substane chimice i factori de mediu sub 1%, etiologie necunoscut 65%

Statistici referitoare la substane chimice4100 substane chimice au fost testate pentru efectul teratogen66% fr efect teratogen7% teratogene n mai mult de 1 specie18% teratogene n toate speciile testate9% fr rezultat clar al testriiDoar 50-60 de substane chimice, clase de substane chimice sau diverse condiii au fost documentate ca fiind teratogene la om

Etape ale procesului de reproducere ce pot fi afectate de substane toxiceAfectarea comportamentului sexualAfectarea fertilitii Afectarea fertilizrii ovulului i a procesului de implantareAfectarea dezvoltrii intrauterineAfectarea naterii i a dezvoltrii ulterioare a nou-nscutului

Exemple de substane dovedit teratogene la omTalidomida (1956):1960 n Germania de VestSedativ folosit pentru ameliorarea greurilor la gravide 50-200 mgIndivizii afectai prezentau malformaii extrem de rare la nivelul membrelor: lipsa membrelor, scurtarea oaselor lungi ale membrelor (bilateral). Rar: malformaii la nivelul inimii, ochilor, testiculelor, urechiilorSpitalul univ. Clinic din Hamburg: 1940-1959 niciun caz de malform la nivelul membrelor; 1960: 30 de cazuri, 1961: 154 de cazuri5860 cazuri raportateRisc de apariie a malformaiilor: 1:2 1:10Doza teratogen la animalele sensibile: 1-100 mg/kgDoza teratogen la om: 1 mg/kg

Mecanismul de aciunemecanismul teratogenitii talidomidei nu este pe deplin elucidatmecanisme propuse:efecte asupra angiogenezeiefecte asupra integrinelorafectare oxidativ a ADNantagonism cu factori de creteremodificri ale potenialului redox i a cantitii de glutationutiliznd iepuri (specie sensibil) s-a demonstrat c:administrarea de antioxidani (PBN) scade cu 73% riscul de teratogenezmodificarea potenialului redox reduce legarea factorului de transcripie NF-kB (absolut necesar dezvoltrii membrelor) de ADN

Substana este folosit n prezent pentru tratamentul diferitelor forme de cancer,LED, SIDA, etc. fiind disponibil i online

Dietilsilbestrolul (DES)estrogen sisntetic nonsteroid folosit n anii1940-1970 n iminena de avort cauza cancerului de vagin la copiii de sex feminin ai mamelor tratateefectele apar n cazul folosirii inainte de saptmna 18risc de apariie al cancerului de vagin: 0,14 1,4 la 1000 de cazuririsc de apariie al alterrilor (vagin, cervix) necanceroase 75%copii de sex masculin: chisturi la nivelul epididimului, hipotrofie testicular, probleme de fertilitate

EtanolulSindromul Alcoolic Fetal (FAS) a fost descris n anii 1970FASdismorfism craniofacialretardarea creterii intrauterine i postnataleretardarea intelectualalte anormaliti nonspecificemecanism de aciune probabil: interferene n metabolismul retinolului (oxidarea retinolului la acid retinoic este absolut necesar dezvoltrii normale a embrionului), afectarea metabolismului matern al Zn i folat?incidena la alcoolici 25/1000, apare FAS extrem de severpt 28 g etanol/zi n perioada final a sarcinii greutatea la natere scade cu 160 gexpunerea prenatal la alcool duce la risc crescut de alcoolism la vrsta de 21 de ani (independent de ali factori)

Fumul de igarefecte negative ale fumatului asupra sarcinii:avorturi spontanedeces al nou-nscuilorrisc crescut de sindrom de moarte subit la sugar (1/3 din totalul cazurilor)n caz de polimorfism al unor gene responsabile de sinteza enzimelor de metabolizare apare risc crescut de malformatii orofacialenicotina: neuroteratogen la animale de exp. (plasturi cu nicotin!!!)

CocainaEfectele adverse asupra sarcinii ale cocainei sunt controversate i greu de doveditExist factori care pot altera rezultatele observaiilor:condiiile socioeconomiceuz concomitent de alcool, tutun sau alte droguriEfecte nedorite aupra sarcinii:abruptio placentaenateri prematuremicrocefaldezvoltarea deficient a encefaluluigreutate sczut la nateresindrom neurologic: tulburri de somn, tremurturi, iritabilitate, probleme de alimentaie, convulsii, SIDS (sudden infant death syndrome)malformaii congenitale: tract genitourinar, rinichi, vezic urinar, probleme de auz

Retinoiziiabilitatea vitaminei A de a induce malformaii este cunoscut din anii 1950pot aprea malformaii ale feei, membrelor, inimii, SNC i scheletuluis-a demonstrat i existena unei legturi ntre retinoizi i schizofreniein anii 1980 s-a introdus pe pia acidul 13-cis-retinoic (isoretinoin, Accutane) pentru tratamentul acneei severefoarte multe nateri cu malformaii au fost atribuite acestei substane cu toate c a existat un program de informare a medicilor i pacienilorinclusiv donarea de snge nu este recomandat n timpul i 30 de zile dup tratamentretinoizii sunt introdui n FDA pregnancy category X

Acidul valproic (2-propilpentanoic)Risc crescut de spina bifidaRiscul estimat este de 1,2%Toate antiepilepticele cunoscute prezint riscuri n sarcin

Inhibitoarele enzimei de conversie a angiotensinei (ACE)Folosite n a doua jumtate a sarcinii sunt ageni cauzatori de:scderea cantitii de lichid amnioticretardarea creterii ftuluihipoplazie pulmonarrigiditate articularhipoplazia esutului osos cranianinsuficien renal la nou-nscuthipotensiunedecesTeratogenitatea n primul trimestru este controversat (sistem CV i SNC)Antagonitii receptorilor angiotensinici folosii n aceeai perioad (trim II sau III) produc aceleai manifestri

Principiile toxicologiei procesului de reproduceren timpul dezvoltrii intrauterine apar o multitudine de procese i modificriaceste modificri sunt orchestrate de factori care regleaz transcripia genelorsemnalele inter i intracelulare absolut necesare dezvoltrii normale se bazeaz pe controlul strict al proceselor transcripionale, translaionale i posttranslaionaleprincipiile teratologiei ale lui Wilson:susceptibilitatea la teratogenez depinde de genotip i modalitile prin care au loc interaciunile cu factori de mediu nocivisusceptibilitatea la agenii teratogeni se modific pe parcursul dezvoltriiagenii teratogeni au mecanisme de aciune specifice prin care induc secvene de evenimente anormaleaccesul la locul de aciune depinde de proprietile substaneisunt cunoscute 4 tipuri de manifestri nedorite: deces, malformaii, retardarea creterii, deficit funcionalmanifestrile nedorite cresc ca frecven i intensitate proporional cu doza administrat de la lipsa efectului pn la efect letal

n perioada formrii blastocitului (preimplantare) se consider c exist o rezisten crescut la ageni teratogeni i c modificrile ce pot aprea au ca rezultat decesul sau reparareablastocitul, format din 1000 de celule, are doar n jur de 3 celule din care se va forma embrionul propriu-zisnediferenierea celular n aceast etap permite repararea eficient a unor leziuni (s-a demonstrat c 1 singur celul dintr-un embrion de iepure foremat din 8 celule poate forma un nou-nscut sntos)exist totui substane care sunt capabile a duce la teratogenez chiar n primele ore sau zile de la fertilizare naine de a se produce implantarea. Ex.: oxid de etilen, trietilen melamina, ciproteron acetat, medroxiprogesteron acetat, metanol, TCDD, dexametazon au dus la apariia de malformaii; DDT i nicotina au dus la deficiene de dezvoltare a unor organe sau deces dar nu la malformaii.sensibilitatea cea mai mare pentru teratogenez apare n momentul gastrulaiei i organogenezei: sptmnile 3-8 la omn perioada organogeneizei exist exist perioade cu susceptibilitate maxim pentru fiecare structur ce se formeazdup sptmna 8 toate organele sunt prezente dar nu ating stadiul final de dezvolatareexpunerea la toxici n aceast perioad duce la deficiene de cretere i dezvoltare final. Cel mai des apar deficiene funcionale ale SNC i ale aparatului reproductor.aceste manifestri pot trece neobservate la naterei n perioada fetal pot aprea alterri structurale majore dar ele sunt date n special de deformri i nu malformrirecent s-a recunoscut i rolul programrii fetale: rspuns la factorii de mediu (DES, alcool) ce se menine pe durata ntregii viei (sensibilitate la anumite boli)alimentaia matern are o mare importanPrincipiile toxicologiei procesului de reproducere

Relaii doz efect: doza minim toxicClasificare:ageni teratogeniageni embriotoxiciLa doze mici poate s apar o retardare a dezvoltrii, la doze medii teratogenez iar la doze mari letalitateDatorit potenialului de vindecare al embrionului mamiferelor, mecanismelor homeostatice celulare i a proteciei metabolice oferite de mam se consider c va exista o doz de toxic care s nu fie capabil a produce efecte nedoriteExist i o teorie conform creia O SINGUR MOLECUL de substan toxic poate, teoretic, duce la apariia unei mutaii ntr-o gen i apariia de malformaiiExist doza limit:individuala populaiei

Mecanisme de aciune toxic asupra procesului de reproducereMecanisme de producere a teratogenezei:mutaiiruperi ale cromozomilormitoz alteratalterarea funciei sau integritii acizilor nucleiciscderea disponibilului de precursor sau substratscderea aportului de energiealterarea caracteristicilor membranei celularemodificarea osmolaritiiinhibiie enzimaticRspuns patogenic n embrion:reducerea proliferrii celularemoartea celulelorinteraciuni celul-celul alteratebiosintez deficitarinhibiia deplasrilor morfogeneticedistrugere mecanic a structurilor n curs de dezvoltare

Activarea ciclofosfamidei cu formarea unor metaboliiteratogeni

Cinetic i metabolism n sarcinTeratogenitatea unui compus este dependent de abilitatea acestuia de a ajunge la organismul care se dezvolt n utern timpul sarcinii fiziologia matern sufer modificri la nivelul:metabolismului hepatictractului gastrointestinalsistemului cardiovascularsistemului excretorsistemului respiratorPlacenta asigur transportul de nutrieni de la mam la ft i o protecie a acestuiaToxicii cu caracter slab acid difuzeaz mai uor prin placent

Estimarea toxicitii la om din datele obinute pe animale de experienn prezent se caut modele prin care datele obinute utiliznd animale de experien s fie extrapolate la om. Modelele se bazeaz pe extrapolri folosind date ca: debitul sanguin, pH-ul diferitelor compartimente, transport activ, legare de proteinePoate aprea situaia n care un toxic poate afecta embrionul/ftul prin afectarea condiiilor fiziologice ale mamei: scderea fluxului sangguin uterin, anemie matern, alterarea funcionrii organelor, stare nutriional alterat, toxemie, stri autoimune, diabet, echilibru hidroelectrolitic, influenarea produciei de lapte, comportament anormal.

Testarea toxicitii asupra procesului de reproducere a produselor de uz uman

Toxicitate organ direcionatFICATUL

Introducereficatul este principalul sediu de metabolizareprincipala cauz de renunare pre- i post-marketing la medicamente este toxicitatea hepatictroglitazona: retras de pe piat: 100:1,9 mil de pacieni: insuficien hepaticsuplimentele pe baz de plante cresc riscul apariiei de efecte toxice hepaticeconin sute de compui i agentul cauzal este greu de identificat

Fiziologia ficatului

Structura capilarelor sinusoide hepatice

Proteine transportoare n hepatocit

Funcii majore ale ficatului

Mecanisme i tipuri de afectri hepatice toxiceraspunsul ficatului la o aciune toxic depinde de:intensitatea ataculuipopulaia de celule afectattimpul de aciune (cronic/acut)exemple:estrogenii: colestaz temporarparacetamol (doza supraterapeutic): necroza celulelor parenchimaleetanol: steatoz inflamaieefecte toxice la nivel hepatic:moarte celularcolestazafectarea ductului biliarafectarea sinusoidelor hepaticedistrugerea citoscheletuluisteatoz hepaticfibroz i ciroztumori

Moarte celularse realizeaz n dou moduri:necroz: distrugerea mebranei cu eliminarea de constitueni celulari, dezintegrarea nucleului, influx de celule proinflamatoarerezultat al atacului toxic, ischemieiun numr mare de hepatocite sau celule anexe pot fi afectatese elibereaz alarmine, molecule recunoscute de celulele Kupfer citokine proinflamatoare inflamaiese elibereaz transaminaze n plasmapoptozreducerea dimensiunilor celulei, condensarea cromatinei, fragmentarea nucelului; fr proces inflamatorindus de activarea caspazelor ce va duce consecutiv la activarea unor enzimeapoptoza este eveniment unicelular (turnover tisular)celulele Kupfer vor elimina corpii apoptoticinecompletarea procesului apoptotic necroz secundarapoptoz intrinsec poate fi indus de stres citotoxic sau afectarea ADN

Colestazse caracterizeaz prin scderea volumului bilei sau impedimentare secreiei de compui n bil creteerea concentraiei bilirubinei n serapare icterulicterul (afectare generalizat) se consider semn clinic mai periculos dect creterea transaminazelor (poate fi afectare doar local)modificri structurale:dilatarea canaliculilor biliariformare de bariere mecanice n canaliculele biliaretoxici: clorpromazin, ciclosporin, dicloretan, estrogeni, Mn, faloidincolestaza poate fi:temporarcronic: edem celular, moarte celular, inflamaiemecanism toxic:creterea extraciei hepatice (n special OATP), scderea secreiei biliare, creterea reabsorbiei biliare contribuie la acumularea medicamentului n hepatocithepatocitul poate fi afectat de srurile biliare neeliminate (scderea activitii BSEP) sau de medicamentafectarea tisular poate fi agravat de inflamaie

Colestaz la nivelul canaliculilor biliari

Afectarea ductului biliardiagnostic: fosfataza alcalin cresc nivelele serice ale acizilor biliari i bilirubineisubstane implicate: naftilizotiocianat, amoxicilin, metilen dianilina, sporidesminan administrare cronic va aprea fibrozarar apare sindromul dispariiei ductului biliar (antibiotice, steroizi anabolizani, contraceptive, carbamazepin)

Afectarea sinusoidelor hepaticesinusoida hepatic este un capilar specializat cu permeabilitate crescutfuncionarea sinusoide poate fi afectat de:dilatareblocarea lumenului datorat distrugerii endoteliuluidilatarea sinusoidei apare cnd efluxul sngelui hepatic este afectatdilatarea primar: peliosis hepatis a fost asociat cu administrarea de steroizi anabolizani (danazol)blocajul are loc n general datorit dilatrii porilorafectarea endoteliului: paracetamol, galactosamina, endotoxine, anticorpi anti FAS, microcistina (indirect prin afectarea citoscheletului hepatocitelor)consecina poate fi ocul hipovolemicafectarea endoteliului poate fi nceputul bolii veno-ocluzive (alcaloizi pirolizidinici: ceai, miere, cereale contaminate, lapte, ou;;; ciclofosfamid)mecanismul de aciune: depleia glutationului, activarea metaloproteinazelor

peliosis hepatis

Symphytum uplandicumTussilago farfaraSymphytum officinale

Distrugerea citoscheletuluifaloidina modific aranjarea filamentelor de actinmicrocistina duce la hiperfosforilarea unor proteine (activare de fosfataze), n doze mici (apa de but) afecteaz funciile hepatocitelor i duce la moartea celor din zona 3 + formare de tumoricontaminarea cu microcistin a sursei de ap (Brazilia): 124 pacieni cu dializ expui, 81% afectare hepatic acut, 50 decedai

Steatoz hepaticcreterea concentraiei hepatice de lipide (trigliceride)cauza principal: rezistena la insulin (obezitate, sedentarism)compui asociai cu steatoza hepatic: CCl4, acid valproic, fialuridin, ETANOL, ethionin, puromicin, cicloheximid, tamoxifen, amiodarona, perhexilina, tetracicline, tianeptina, amineptina, pirprofen: inhib beta-oxidarea i respiraia mitocondrial, VLDL de obicei este reversibil dar poate trece n steatohepatit fibroz, cancer

steatoz mixt macro i microvezicular

Fibroza i ciroza hepaticfibroza: acumularea n exces a esutului conjunctivapare n jurul venelor centrale sau spaiul Dissepierderea porilor sinusoidei limiteaz funcionarea hepatocitelorn momentul n care esutul conjunctiv (cicatrice) mparte ficatul noduli ce conin hepatocite capabile de regenerare = cirozcauza principal: hepatite viraleobstrucia biliar, steatohepatita pot duce la fibrozalcool, metale grele, CCl4, tioacetamid, dimetilnitrozamin, aflatoxin sunt asociate cu fibroza hepaticetap esenial: activarea celulelor stelate hepatice (produc proteine extracelulare)activatori: ROS, compui rezultai din peroxidarea lipidic produi n urma afectrii hepatocitelor; celulele Kupffern prezent se consider c stimularea apoptozei celulelor stelate hepatice poate duce n timp la reversibilizarea procesului

ciroza hepatic

Formarea tumorilortumorile canceroase hepatice pot deriva din:hepatocitecelulele ductului biliarendoteliul sinusoidelorcancer hepatocelular: androgeni, alcool, aflatoxine (+hepatita B!!!)apare datorit creterii turnoverului hepatocitelor n urma lezrii cronice, inflamaiei, regenerrii, cirozeilezarea direct (metabolii) sau indirect (ROS) a ADN apar mutaii ale genei p53 (necesar inducerii apoptozei) (70% n zonele contaminate cu aflatoxine) rezisten la chimioterapicele uzualeapar disfuncia telomerilor i instabilitate cromozomalcolangiocarcinom: bioxid de toriu radioactivangiosarcom: clorur de vinil, arsen

cancer hepatic

Factori critici n afectarea hepatic toxicprocesul de extracie i secreie a bilei cresc concentraia toxicului la nivel hepaticmetabolizarea va duce la concentraii crescute ale toxicului finalrspunsul celulelor din sinusoiderspunsul sistemului imunitar

Extracie i concentrarecompui lipofili (medicamente, poluani) difuzeaz uor n hepatocitetoxicii hidrofili sunt extrai prin mecanisme active de transportadministrarea de substrat pentru aceti transportori (ciclosporin, rifampicin) toxicitatea faloidinei i microcistineificatul este vascularizat de vena port i artera hepatic, astfel nct este expus i toxicilor ce nu ptrund pe cale oralVit A afecteaz celulele stelate care preiau activ substanahepatotoxicitatea Cd este evident cnd legarea de metalotionein este saturatFe este extrem de toxic pentru hepatocit cnd este depit capacitatea de complexare cu feritina (copii care ingereaz cantiti mari de comprimate cu Fe)

Bioactivare i detoxifierehepatocitele dein cantiti mari din enzimele fazei I care genereaz cantiti importante de radicali liberienzimele fazei II n general produc compui stabili nereactiviintermediarii reactivi se pot lega de macromolecule dac depesc capacitatea de neutralizare a hepatocituluiexpresia enzimelor fazei I i II poate fi influenat genetic sau de stilul de via rspunsul hepatotoxic difer n funcie de individ: paracetamoletanolalcool alilicCCl4

Paracetamolmedicament sigur n doze terapeutice din supradozri datorate sinuciderilorhepatotoxicitatea paracetamolului = cauza nr 1 a insuficienei hepatice indus de medicamente90% din doz se conjug cu sulfat sau acid glucuronicCYP2E1 produce N-acetil-p-benzochinon imina = intermediar reactivn supradoz apare depleia glutationului urmat de reacia intermediarului cu proteinele intracelulareorice condiie care conc glutationului toxicitatea paracetamolului (post, malnutriie proteic)administrarea de cistein toxicitatea paracetamoluluietanolul:coadministrat inhib complet formarea metab reactivn administrare cronic activit CYP2E1 i toxicitatea paracetamolului N SUPRADOZisopentanolul din buturile alcoolice induce CYP3A i semnificativ toxicitatea paracetamoluluicaracteristicile toxicitii paracetamolului:necroza celular nu este cauzat de un singur eveniment ci este datorat stresului celular care declaneaz mecanisme complicate ce duc la moartea celuleimultitudinea de evenimente n cascad ofer oportuniti pentru intervenie de urgen n stadii avansate ale intoxicaiei

metabolizarea paracetamolului

-mecanisme de semnalizareintracelular n necroza hepatocitelor indus de paracetamol

Etanol90% se metabolizeaz hepaticprincipala cauz de morbiditate i mortalitate n alcoolism este toxicitatea hepaticmodificrile biochimice rezultate stimuleaz formarea de novo a acizilor grai n ficat NADH i acetatul legarea PPARalfa de ADNinhib transferul din ficat n esutul adipos al TGsteatoza hepatic prima lovitur, oxidarea mediat CYP a doua loviturpolimorfismul ADH i ALDH intervine n toxicitatea hepaticALDH duce la toxicitii

-metabolizarea etanolului

steatozaperoxidarea lipidicROSstres oxidativ intracelulardisfuncie mitocondrialmoarte celularactivarea celulelor stelate inflamaieactivarea celulelor KupfferTNFalfaiNOSperoxinitritmecanismele toxicitii alcoolului etilic la nivel hepatic

Alcool alilicoxidare la acrolein i acid acrilicglutation toxicitateainhibarea ALDH toxicitateainhibarea ADH toxicitateadiferenele nregistrate pe grupe de vrst i sex influena raportului ADH/ALDHtoxicitate crescut n zona 1: concentrare, metabolizare dependent de oxigenperoxidarea lipidelor datorat stresului reductiv ( NADH Fe)

Tetraclorur de carbonCCl4 CCl3 CCl3OO (peroxidare lipidic)metabolizare CYP2E1peroxidarea lipidelor Ca necroz4-OH-nonenalul formeaz adduci cu proteinele

Capacitatea de regenerare hepaticficatul are o extraordinar capacitate de regenerearecapacitatea de regenerare influeneaz semnificativ efectul final al unui toxicrspunsul toxic poate fi agravat de inhibitori ai mitozei (colchicin)doze moderate de substane toxice pot induce repararea celular ducnd la o rezisten marit fa de substana toxic (autoprotecie) sau chiar alte substane toxice (heteroprotecie)efectul este asimptotic!!!obezitatea i diabetul sunt factori de risc pt toxicitatea hepatic

Inflamaiainflamaia este util pentru nlturarea celulelor distrusen multe cazuri agraveaz toxicitatea unui compuscelulele Kupffer amplific stresul oxidativ

Hepatotoxicitate idiosincraticefect rar, impredictibil, potenial letalpoate avea cauz imun sau non-imunincapacitatea individului de a repara leziuni moderate pare principala cauzcauz principal de renunare n studiile clinice, restricionarea folosirii, retragere de pe pialegarea de proteine a metaboliilor reactivi nu este suficient pentru a iniia un rspuns imun (ex: paracetamol)

mecanismul declanrii hepatotoxicitii prin mecanism imun

exemple de substane cu toxicitate hepatic idiosincratic nimesulid

Toxicitate organ direcionatInima i sistemul circulator

Inima

Metabolismul cardiacnecesar crescut de ATP miocitele conin cantiti crescute de mitocondriica rezerv energetic poate fi folosit i fosfocreatina (v = 10*fosforilarea oxidativ)creatina nu este sintetizat n miocard65% din necesarul energetic este obinut din AG, 30% din glucozcalciu n concentraie constant crescut activarea calcineurinei activare factori nucleari hipertrofie cardicprotein kinaze AMP activate (AMPK): apare cnd are loc trecerea pe metabolism fetalapare cnd scade raportul AMP/ATP i PCr/ATP (arat severitatea insuficienei cardiace)activeaz factori responsabili de trecerea pe metabolism glucidicprotein kinaze activate de factori mitogeni asociate cu inducerea apoptozei n leziunile de reperfuzieprotein kinaza C: proteine ce intervin n transcripie, creterea celular, meninerea integriti structuralealterarea activitii PKC: hipertrofie, insuficien cardiacfactori de transcripie: intervin n hipertrofia miocardic

Rspuns toxic al miocarduluiefectul final al afectrii miocardului este reducerea debitului cardiac hipoxie tisularmodificri biochimicemodificri ale metabolismului energeticmodificri structurale i funcionale, electrofiziologice i de contractibilitate ale miocarduluicardiomiopatie toxicevenimentul critic: moartea celulelor + remodelarea matricei extracelulareapotoza are un rol important n efectele toxice la nivel miocardichipertrofia cardiac poate fi de maladaptare sau compensatorie

Efecte toxice la nivel cardiacaritmia cardiacse manifest de obicei ca tahicardie (atrial, ventricular, sinusal, torsada punctelor)hipertrofie cardiacconcentric i excentric (substane toxice i ali factori)apare n 3 etapeinsuficiena cardiactoxicitate cardiac acutnu ntotdeauna apare imediat dup expuneretoxicitate cardiac cronic25% din pacienii cu cardiomiopatie prezint cardiomiopatie idiopatic (uneori substane toxice)uneori greu de atribuit unei cauze (pulberi ultrafine)

Degenerare i regenerare miocardicdegenerarea miocardic nu este ntotdeauna ireversibilrspuns degenerativ miocardicrspuns degenerativ: moarte celular, fibroz, disfuncie contractilapoptoz sau necrozmanifestri: aritmie, hipertrofie, insuficien cardiaceste nsoit de hipertrofia miocitelor rmase + fibroz (ECM)metaloproteinazele au rol important n degradarea ECMefecte toxic asupra regenerrii miocardiceafectarea celulelor responsabile de regenerare reduce capacitatea de regenerare

Hipertrofia cardiacaciunea toxicilor asupra miocardului are loc de obicei prin inducerea de modificri biochimice ce pot fi reversibile (calciu intracelular, producie de ATP), n timp astfel de efecte pot afecta structura muchiului cardiacadaptarea miocardului reprezint procesul prin care ventricului sufer modificri structurale i funcionale (remodelare)remodelarea n urma expunerii la toxici este de adaptare doar pe termen scurt i de maladaptare pe termen lungla nivel celular are loc hipertrofia miocitelor: creterea sintezei proteice, creterea celulelormaladaptarea este nsoit i de acumulare de colagenmaladaptarea: risc crescut de deces subit; potenial surs de insuficien cardiac i aritmiireceptori i mediatori ce intervin n hipertrofie:receptori adrenergici miocardici, r angiotensinici, r endotelinici: cuplai cu proteine G: activarea duce la hipertrofieIGFevenimentul critic celular ce transform hipertrofia n insuf cardiac este apoptoza indus de citokine proinflamatoare, TNFalfa, peptida natriuretic atrial (ANP) cardiomiopatie dilatativ sau insuf cardiacsubstanele toxice pot induce cardiomiopatie dilatativ i insuf card i n lipsa hipertrofiei intermediare

Prelungirea intervalului QT i decesul subit de origine cardiacn ultimii ani prelungirea intervalului QT este intens studiat n timpul dezvoltrii de noi medicamentemulte medicamente ce cresc int QT i produc torsada vrfurilor au fost eliminate (rofecoxib) din uz sau se folosesc doar excepionaldefiniie: depsirea int QT a pragului de 460 msecunde (normal 300 ms), TdP apare peste 500 msapare datorit prelungirii potenialului de aciune a miocitelor ventriculare: creterea influxului de Na, reducerea efluxului de KTdP: depolarizare n perioada de platoutestul de prelungire a QT este cerut de FDAfactori favorizani ai prelungirii int QT: medicamnete, poluani; tulburri n homeostaza ionilor; legturi anormale ntre celule (gap junctions); ischemia; hipertrofia; fibroza; insuficienta cardiac

Biomarkeri ai toxicitii cardiacesunt disponibili biomarkeri pentru afectare structural:creatin kinaza (CK-MB): infarct miocardicmioglobina: infarct miocardic (nu reflect intensitatea leziunilor)peptida natriuretic tip B (BNP: neurohormon secretat de ventricul): direct corelat cu tensiunea peretelui ventricular), insuficien cardiacproteina C reactiv (CRP): marker al inflamaiei sistemice i vasculare: destabilizarea plcii de ateromtroponinele cardiace (cTnT i cTnI): constitueni ai microfilamentelor prezeni doar n inim: lezare miocardic, infarct miocardiclactat dehidrogenaza seric (LDH): nespecific, marker al infarctului miocardic

Toxici la nivel cardiacalcoolul i cardiomiopatia alcoolicferecven 23-40% n unele populaii40% din cazurile de cardiomiopatie dilatativ nonischemiccaracteristici:creterea masei miocardului + fibrozdilatarea ventricululuisubierea pereteluidisfuncie ventricularinsuficien cardiac80 g alcool/zi timp indelungatpoate fi asimptomatic la nceputfactor declanator: leziuni iniiale ale muchiului cardiac cu scderea capacitii de pomparetoxic ultim: acetaldehida + stresul oxidativ:inhib sinteza de proteineinhib sechestrarea calciului n reticulul sarcoplasmicalterarea respiraiei mitocondrialealterarea asocierii actinei cu miozinaperoxidarea lipidelor + oxidarea gruprilor tiolicefactori predispozani: malnutriie (Zn), fumat, hipertensiune, aditivi alimentari

Medicamenteantiaritmiceclasa I (blocante ale canalelor de Na): lidocain, flecainid, mexiletin, fenitoin, procainamid, propafenon, chinidin, tocainidefect proaritmic, n special la pacieni cu infarct sau ischemieclasa II (blocani betaadrenergici): acebutol, esmolol, propranolol, sotalolhipotensiuneexacerbeaz deficitele de conducere AVclasa III (blocantele canalelor de K): amiodaron, bretilium, sotalolprelungesc potenialul de aciune: prelungirea intervalului QTclasa IV (blocantele canalelor de Ca): diltiazem, verapamilbradicardieefectele nedorite sunt de fapt efecte adverse

Medicamentemedicamente inotrop pozitiveglicozide cardiotonicecreterea Ca intracelular prin blocarea Na,K-ATP-azeisuprasaturare cu Ca a celuleiafectarea potenialului de repaus al membraneibti ectopicebloc AVmedicamente care cresc sensibilitatea la Ca (levosimendan)efecte proaritmice mai puin intense ca i glicozidele cardiot.catecolamine i simpatomimeticetahicardie n cazul unor agoniti beta 2 adrenergici: albuterol, terbutalinefedrina: tahicardie, uneori letalcatecolamine i stimulatoare adrenergice: tahicardie, creterea consumului de oxigen, creterea tensiunii arteriale, insuficien coronarian (vasospasm), disfuncie mitocondrial, alterarea metabolismului lipidic, creterea intracelular a Ca

Medicamentemedicamente cu aciune asupra SNCantidepresive triciclice (amitriptilin, doxepin)cardiotoxice n supradozarearitmii supraventriculare i ventriculare (torsada vf)hipotensiune ortostaticneurolepticehipotensiune ortostaticcele fenotiazinice (clorpromazina): efect inotrop negativanestezice generale (enfluran, desfluran)scderea debitului cardiac cu 20-50%deprimarea contractilitiiefect aritmogen (sensibilizarea miocardului la agoniti beta)

Medicamenteanestezice localecocaina (blocarea reversibil a canalelor de Na)scade viteza depolarizrii i amplitudinea potenialului de aciunescade viteza de cond