BS 03

Toxicologia e Ecotoxicologia

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01 - Definições

Toxicologia: É uma ciência que trata do estudo dos

efeitos adversos (toxicidade) das substâncias químicas

em organismos vivos sob de condições específicas de

exposição. Tenta identificar qualitativamente todos os

perigos associado com uma substância, bem como

determinar quantitativamente as condições de

exposição dessas substâncias. Toxicologia é a ciência

que experimentalmente investiga a ocorrência,

natureza, incidência, mecanismo, e fatores de risco dos

efeitos adversos de substâncias tóxicas.

Tóxico: São substâncias químicas que possuem a

capacidade de romper o equilíbrio de um organismo

vivo, ou seja, substâncias que provocam a alteração da

homeostase (homo = igual; estase = estado) do

organismo.

Toxinas: Substâncias químicas que apresentam

propriedades tóxicas produzidas por organismos vivos

(reino animal ou vegetal, incluído as bactérias).

Toxicidade Aguda: É a manifestação de efeitos

adversos dentro de um intervalo de tempo

relativamente curto que percorre quase imediatamente

a exposição ou dentro de poucos dias em exposições

seguidas. Um exemplo é a asfixia proveniente da

exposição a altas concentrações de monóxido de

carbono.

Toxicidade Crônica: É o efeito adverso permanente

ou duradouro, que se manifesta após a exposição um

tóxico. Um exemplo seria o desenvolvimento de silicose

que segue uma exposição em longo prazo à sílica em

lugares de trabalho.

02 - Avaliação Toxicológica

2.1 - Dose Letal - DL50

A toxicidade aguda de um composto químico,

seja no estado sólido ou liquido, é expressa pela

quantidade mínima necessária, em mg/Kg do peso

corpóreo, capas de provocar a morte de 50% do total

dos indivíduos expostos, tanto por via oral como por via

dérmica (pele). Para o ensaio é utilizado, o animal

eleito é o rato albino (macho e fêmea), num lote que

não seja menor que 10 para cada dose experimental. A

avaliação da DL50 oral, e avaliada em dosagem única

administrada por processo de gavagem e observada o

índice de mortalidade em até 14 dias. Para a DL50

dérmica, o agente químico e aplicado no dorso do

animal, durante 24 horas e a mortalidade avaliada em

até 14 dias.

2.2 - Concentração Letal - CL50

A toxicidade aguda de substâncias no estado

gasoso ou de vapor e expressa pela quantidade

mínima, em mg/L de ar, para causar a morte de 50%

do total de indivíduos expostos. Para o ensaio é

utilizado a mesma cobaia e a mesma para o teste de

Dl50. No caso da toxicidade aguda via respiratória há o

ensaio de exposição aguda, onde o lote de animais fica

exposto durante 4 horas. Nos estudos de exposição

repetitiva, o lote é submetido à substância durante 28

dias com exposição diária de 6 horas.

2.3 - Avaliação de Toxicidade Crônica

Os procedimentos para avaliação dos efeitos

acumulativos (crônicos) em um agente tóxico,

compreende:

1. Curto prazo: Informações toxicológicas

obtidas através de exposições diárias por um

período de 28 dias. Nesse estudo a maior

dose não deve apresentar mais de 10% de

mortalidade. E feito o monitoramento diário

das condições fisiológicas das cobaias (peso,

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o consumo de água e comida, volume de

urina, atividade neurológica e etc.). Ao final, o

lote e necropsiado, órgãos e tecidos são

submetidos a exames histopatológicos.

2. Médio prazo: O teste segue as condições

para o teste de curto prazo, modificando

apenas o tempo de exposição ao agente

tóxico que não deve ultrapassar 10% do

tempo médio de vida no animal utilizado.

3. Longo prazo: O período de teste é de 12

meses. Para a avaliação da toxicidade crônica

via oral, o agente tóxico é incorporado à dieta

do animal. A exposição via respiratória pode

ser contínua ou intermitente, dependendo do

objetivo do estudo.

3 - Efeitos

3.1 - Neurotoxicidade: Capacidade de compostos

químicos em provocar efeitos adversos no sistema

nervoso central, sistema motor e órgãos sensoriais. Ex:

Metanol; Organofosforados.

3.2 - Hemotoxicidade: Capacidade de provocar efeitos

adversos no sangue, reduzindo a capacidade de

transportes de gases ou interferir na produção de

hemácias. Ex: Monóxido de cabono; Cianetos (Nitrilas).

3.3 - Hepatotoxicidade: Ação de tóxicos diretamente

sobre os hepatócitos, reduzindo metabolismo hepático,

resultando em quadros de hepatite química e cirrose.

Metanol, Nitrocompostos.

3.4 - Nefrotoxicidade: Ação direta sobre os nefros,

reduzindo a capacidade de filtração renal, geralmente

de forma irreversível. Ex: Metais Pesados (Mercúrio,

Cádmio, Chumbo); Clorofórmio; Tetracloreto de

carbono.

3.5 - Pneumotoxicidade: Ação sobre os pulmões,

comprometendo a capacidade respiratória. Ex: Arsênio;

Cromatos; Silica, Dióxido de Nitrogênio.

3.6 - Imunotoxicidade: Ação sobre o sistema

imunológico, reduzindo a quantidade de células de

defesa (imunodrepressão) ou produzindo reações auto-

imunes (alergias, reumatismo e lupús): Mercúrio;

Carbamatos; Formaldeído, Crômio.

3.7 – Mutagenicidade, Carcinogenicidade e Teratoginicidade: Ação específica sobre o DNA,

provocando alterações no mesmo.

4 – Ecotoxicologia

É o estudo dos efeitos de agentes químicos

tóxicos em organismos vivos, especialmente nos níveis

de comunidades, populações e ecossistemas. É um

campo de estudo interdisciplinar, integrando a ecologia

e toxicologia, concentrando suas pesquisas na

habilidade de predição dos efeitos de poluentes,

dimensionado o impacto, e possibilitando o

desenvolvimento de ações de prevenção e/ou

remedição em sistemas ecológicos.

4.1 – Bioacumulação

A bioacumulação refere ao acumulo de uma

substância, como pesticidas e outras substâncias

orgânicas em organismos vivos e ocorre quando um

organismo absorve um agente tóxico em uma taxa

maior que é eliminada. Assim quanto maior for a meia-

vida de um tóxico, maior a possibilidade de

desenvolvimento de um quadro crônico, mesmo

exposto a dosagens sub-tóxicas.

A bioconcentração e específico utilizado para

referir a acumulação proveniente da água contaminada,

enquanto que a bioacumulação referencia a todas a

formas de acumulação (água, alimento, ar, etc.).

4.2 – Biomassificação

Também conhecido como bioamplificação ou

massificação biológica, é o aumento da concentração

de uma substância presente na cadeia alimentar. O

processo de biomassificação pode ser exemplificado da

seguinte maneira: A anchova alimenta-se de zoo-

plânctons contaminados com pequenas quantidades de

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mercúrio. O atum alimenta-se de grande quantidade de

anchovas durante o seu período de vida, acumulando

mercúrio. Se o mercúrio retarda o crescimento da

anchova, e exigido do atum uma maior demanda de

anchovas para a sua sobrevivência, o que

conseqüentemente maiores serão os níveis de

mercúrio do atum.

5 - Avaliação Ecotoxicológica (Ambientes

aquáticos)

A toxicidade em água e restrita a três

categorias de cobaias, algas, microcrustáceos e peixes.

A concentração do agente tóxico deve ser elevado ao

máximo de sua solubilidade desde que não ultrapasse

o limite de 100mg/L.

5.1 - Teste do crescimento de alga.

O teste inicia com culturas de Scenedesmus

subspicatus ou Pseudokirchneriella subcapitata para

água doce ou culturas Skeletonema costatum para

água salgada. Apresentado uma densidade inicial de

aproximadamente 1,4x104 células/mL, a cultura sobre

teste é colocada em ambiente controlado e monitorado.

A cultura e incubada a 24ºC, sob agitação e iluminação

constante, não sendo permitido uma variação maior

que 1.5 unidades de pH, por um período e de 72 e 96

horas. No final e determinado a concentração efeitva

com capacidade de reduzir a população em 50%, ou

resumidamente CE50.

5.2 - Toxicidade aguda em microcrustáceos.

Para o teste de invertebrados é utilizado a

Daphnia magna. Tipicamente cada teste é conduzido

em um volume de 250 ml, contendo no mínimo 10

espécimes. O teste e conduzido à temperatura de

21ºC±1, por um período de 48 horas, com 16 horas de

iluminação e 8 de escuridão com 20 minutos para a

transição, com areação constante (> 3 mg O2/L). Para a

determinação do CE50 são necessários no mínimo 9

teste em cada concentração. A morte do espécime e

determinado pela falta de mobilidade.

5.3 – Toxicidade aguda em peixes

O teste é conduzido durante 96 horas com 16

horas de iluminação e 8 de escuridão com 20 minutos

para a transição, geralmente em recipientes de 20 litros

(aquários) contendo de 7 a 10 espécimes. Recomenda-

se o teste em duplicada para cada concentração. A

tabela 1 indica a temperatura do teste em relação a

algumas espécies utilizadas.

Tabela 1: Algumas espécies de peixes utilizadas em

testes de toxicidade.

Espécie Temperatura

(ºC)

Brachydanio rerio (Peixe

Zebra)

21-25

Cyprinus carpio (Carpa

Comum)

20-24

Oryzias latipes (Peixe

Japonês)

21-25

Poecilia reticulata

(Guppy/Lebiste)

21-25

6 - Fatores Químicos da Toxicidade

6.1 - Solubilidade

Para que um agente tóxico desencadeie seus

efeitos e necessário que o mesmo ultrapasse a

membrana da célula. Como a membrana é formada por

uma camada bilipidica, quanto mais lipossolúvel for o

tóxico maior sua capacidade de ultrapassar a

membrana da célula, maior sua toxicidade.

O grau de lipossolubilidade de um composto é

expresso através do coeficiente de partição

Octanol/Agua ou Ko/w, ou seja, compreende uma razão

de solubilidade em octanol e água de um determinado

tóxico e calculado pela seguinte fórmula:

naÁguaConcnoConc

K WO .Octanol.

/ =

Quanto maior o KO//W em compostos da

mesma classe química, maior sua toxicidade. A tabela

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abaixo mostra o grau de toxicidade em relação ao

KO//W.

Tabela 2: KO//W X DL50 do Butanol

Substância KO//W. DL50

n-Butanol 7,58 790 mg/kg

iso-Butanol 5,49 3750 mg/Kg

sec-Butanol 4,07 6480 mg/Kg

6.2 – Grau de Ionização

A maioria dos tóxicos são compostos

orgânicos que apresentam caráter ácido ou básico e

em virtude da presença de certos grupos funcionais,

são capazes de se ionizarem em meio aquoso. E se

comportam da seguinte maneira:

a) Para um composto ácido:

R COOH R COO- + H+

Forma Molecular Forma Iônica b) Para um composto básico:

Forma Iônica Forma Molecular

R NH2 + H+R NH3+

A prevalência da forma depende do pH do

meio. Em meio ácido os compostos ácidos prevalecem

na forma molecular e os compostos básicos

prevalecem na forma iônica; Em meio alcalino o

fenômeno é inverso, forma iônica para compostos

ácidos e a forma molecular para os básicos.

Para substâncias ácidas ou básicas

acessarem o interior da célula é necessário que se

apresentem na forma molecular. Então quanto mais um

tóxico se apresente em forma molecular maior sua

toxicidade, entretanto tal característica é dependente

do pH do meio. Em pH menor do que 8 o limite de

tolerância para a amônia e de 1 mg/L, em pH acima

desse limiar a tolerância cai para 0,2 mg/L.

NH4+ NH3 + H+

pH <= 8Forma IônicaLimite 1mg/L

pH > 8Forma MolecularLimite 0,2 mg/L