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ToxicologiaToxicologiaToxicologiaToxicologia

MCCBatoréu

Fevereiro 2010

Programa

PARTE TEÓRICA

� I-CONCEITOS GERAIS DE TOXICOLOGIA

� II-AVALIAÇÃO DE RISCO

� III-MECANISMOS DE TOXICIDADE

� III-CANCERIGÉNESE QUÍMICA

� IV-NEUROTOXICIDADE INDUZIDA POR QUÍMICOS

� V- ÁREAS DE APLICAÇÃO DA TOXICOLOGIA

�BibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografia

� Sumário 1º aula 23 de Fevereiro

� Introdução ao curso teórico de Toxicologia.

� Considerações gerais sobre a disciplina: funcionamento, métodos de avaliação, horário de atendimento.

� Orientação geral sobre os métodos de estudo da disciplina.

� Bibliografia aconselhada � Bibliografia aconselhada

� Introdução histórica da evolução da Toxicologia e da tradição da Toxicologia na formação dos farmacêuticos.

Perspectiva histórica

Papiro de EbersMitrídates

Hipócrates Dioscorídes


Conselho dos dez de Veneza

César Borgia


Paracelso (1493-1541)atribuiu a entidades químicas

a origem da toxicidade de plantas /ou animais.A Dose diferencia um remédio de um tóxico.A Dose diferencia um remédio de um tóxico.

Orfila-(1787-1853)Fundador da Toxicologia como ciência Fundador da Toxicologia como ciência Fundador da Toxicologia como ciência Fundador da Toxicologia como ciência

Correlação sistemática entre químicos e efeitos biológicos. Uso de material de autópsia para análise de químicos.

A Toxicologia é a ciência que estuda os efeitos adversos de agentes químicos e físicos em

sistemas biológicos

Grande quantidade de químicos existentesGrande quantidade de químicos existentes

Diversidade de efeitos tóxicos produzidos

Âmbito da ciência de Toxicologia muito vasto

Objectivos

→Estudar a natureza dos efeitos nocivos

(aspectos qualitativos)

→Avaliar a probabilidade da sua ocorrência

(aspectos quantitativos)

� Sumário 2º aula 25 de Fevereiro

� Âmbito e metodologias usadas nas diferentes áreas da Toxicologia: Descritiva, Mecanística e Reguladora. Avaliação do risco em Toxicologia.

� Importância da avaliação do risco no âmbito da Toxicologia como ciência quantitativa.

� Conceito de tóxico e espectro da dose tóxica. Características de � Conceito de tóxico e espectro da dose tóxica. Características de exposição: via(s), duração e frequência de exposição.Efeitos nocivos produzidos por agentes químicos e efeitos resultantes da sua interacção: efeito aditivo, de potenciação, sinérgico e antagónico

� Efeitos resultantes da pré-exposição a químicos: Mecanismos responsáveis por reacções alérgicas e de tolerância a químicos potencialmente tóxicos.

Toxicologia Mecanística

Avaliação do riscoToxicologia Reguladora

Toxicologia Descritiva

risco

Exposição

Ambiental, Ocupacional Ambiental, Ocupacional

Alimentar

Áreas de aplicação da Toxicologia

Toxicologia Forense

Toxicologia Clínica

Toxicologia OcupacionalToxicologia Ocupacional

Toxicologia Ambiental

Toxicologia Alimentar

Áreas de aplicação de Toxicologia

Toxicologia Forense

Estabelece as causas e as circunstâncias em que ocorreu uma

morte suspeita numa investigação post-mortem. Aborda os

aspectos médico-legais resultantes dos efeitos nocivos dos

químicos nos humanos e em animais.químicos nos humanos e em animais.

Toxicologia ClínicaEstuda as doenças provocadas ou associadas á exposição humana a

substâncias potencialmente tóxicas.

Trata intoxicados com fármacos ou outros químicos.

Desenvolve novas terapias para tratamento de intoxicações

Áreas da Toxicologia

� Toxicologia Ocupacional

� Ocupa-se do controlo, redução e prevenção das doençasprofissionais.profissionais.

� Objectivo-Redução dos riscos para a saúde da populaçãotrabalhadora

� Definição de níveis admissíveis de exposição a agentesquímicos no ambiente de trabalho

Áreas da Toxicologia Toxicologia AmbientalEstuda o impacto dos poluentes químicos no ambiente dos organismos

vivos principalmente em não humanos como peixes, aves e animais

terrestres.

Fontes de poluição,transporte abiótico e biótico, destino e interacções Fontes de poluição,transporte abiótico e biótico, destino e interacções

e efeitos nocivos nos diferentes componentes do(s)

ecosistema(s)afectado(s)

Toxicologia AlimentarAvalia o risco de exposição humana aos alimentos (componentes

naturais, ingredientes e contaminantes alimentares)

Conceitos básicos de Toxicologia

� Veneno-Qualquer substância que provoca efeitos nocivos nos organismos vivos podendo inclusivamente provocar a morte.

� Tradicionalmente a Toxicologia é definida como:� Tradicionalmente a Toxicologia é definida como:

� A ciência dos venenos

� Paracelso (1493-1541)afirmou:

� Todas as substâncias são venenos; não hánenhuma que o não seja, a dose distingue umremédio de um veneno.


Espectro de Dose Tóxica

Dose Letal 50(DL50)Dose Letal 50(DL50)Dosagem (mg/Kg peso corporal) que causa a

morte em 50% dos animais expostos.

DL50 aproximadas de alguns químicos mais

representativos

� Agente DL50(mg/kg)

� Alcool etílico 10.000� Cloreto de sódio 4.000� Sulfato ferroso 1.500Sulfato ferroso 1.500� Sulfato de morfina 900� Fenobarbital de sódio 150� Picrotoxina 5� Sulfato de estricnina 2� Nicotina 1� D-tubocuranina 0,5� Tetrodotoxina 0,10� Dioxina(TCDD) 0,001� Toxina botulinica 0,00001

Conceitos básicos de Toxicologia � Determinações da DL50 podem não reflectir

exactamente todo o espectro de acção tóxica ou risco associado com a exposição ao agente químico.

� Químicos cancerigénicos genotóxicos com um valor elevado de DL50 (baixa toxicidade aguda) podem ter efeitos cancerigéneos por exposição repetida a doses que não produzem efeitos tóxicos agudos.

� Alguns químicos com reduzida toxicidade aguda podem produzir efeitos teratogénicos.

Características de exposição

�Vias de exposiçãoIntravenosa, pulmonar, intraperitoneal, sub-cutânea,

intramuscular, intradérmica, oral e dérmica.intramuscular, intradérmica, oral e dérmica.

� Duração da exposiçãoExposição únicaAguda

Exposição repetidaSub-aguda (até 30 dias)

Sub-crónica (1 a 3 meses)

Crónica (+3 meses)

� Frequência de exposição

→Numa exposição repetida os efeitos tóxicos crónicos podem ocorrer se:

→O químico se acumula no sistema biológico→O químico se acumula no sistema biológico(a absorção excede a biotransformação e/ouexcreção)

→O químico produz efeitos tóxicos irreversíveis→Não existe um intervalo de tempo suficiente para o

sistema recuperar do dano

�Frequência de exposição

Efeitos indesejados

�Reacções alérgicas

�Reacções de idiosincrasia

�Toxicidade imediata versus Toxicidade retardada

�Efeitos tóxicos reversíveis e irreversíveis

�Toxicidade local versus toxicidade sistémica

Reacções alérgicas

� Alergia química é uma reacção adversa a um químico mediada imunologicamente que resulta de uma prévia sensibilização a esse químico ou a um estruturalmente semelhante.estruturalmente semelhante.

�Hapteno-Moléculas que se combinam com uma proteina endógena para desencadear uma reacção alérgica

�Antigéneo-Complexo proteina-hapteno

�Os antigéneos tem a capacidade de induzir a formação de anticorpos (1 ou 2 semanas até a formação de quantidades significativas de anticorpos).


� Reacções antigénio-anticorpo


No homem – dermatites, conjuntivites, asma alérgica,

reacções anafiláticas

Reacções de Idiosincrasia

� É uma reactividade anormal a um químico determinadageneticamente.

� A resposta é qualitativamente similar� A resposta é qualitativamente similarmas quantitativamente diferente.

� Ex. Individuos com polimorfismo genético no gene daenzima butirilcolinesterase no plasma determina ahidrólise mais lenta da succinilcolina prolongando arelaxação muscular e provocando apneia em individuossujeitos á administração de succinilcolina.


Interacção entre químicos→Aumento do efeito tóxico

Efeito aditivo

Efeito sinérgico

Efeito de potenciaçãoEfeito de potenciação

→Redução do efeito tóxicoEfeito Antagónico a nível funcional

Químico

Disposição

Receptores


Interacção entre químicos

→Efeito aditivo (1+2=3)

O efeito aditivo anticolinesterásico de dois insecticidas organofosforados

→Efeito sinérgico(1+1=10)→Efeito sinérgico(1+1=10)

O efeito sinérgico hepatotóxico do tetracloreto de carbono e etanol

→Efeito de potenciação(0+1=3)

o efeito de potenciação do isopropanol (não tóxico) na hepatoxicidade do tetracloreto de carbono



Efeito antagónico 4+6=8; 4+(-4)=0; 4+0=1→Efeito antagónico (funcional)

Efeitos opostos a nível da mesma função Administração de um vasopressor (norepinefrina) para Administração de um vasopressor (norepinefrina) para

tratamento de uma intoxicação com barbitúricos.→Efeito antagónico (químico)

Reacção química entre dois químicos produzindo um composto menos tóxico.Dimercaprol (BAL) quelata iões metálicos (As,Hg,Pb) originando um composto menos tóxico.



Efeito antagónico (disposição): a nível da absorção,biotransformação e excreção.

→ A nível da absorçãoPrevenir a absorção-Charcoal

→ A nível da biotransformação• O composto é o responsável pela toxicidade (warfarina): Aumentar

a biotransformação por um indutor enzimático como fenobarbital.• A toxicidade é devida ao(s) seu(s) metabolito(s) (paratião):

Inibir a biotransformação (butoxido de piperonilo)

→ A nível da excreçãoAumento da excreção por administração de um diurético oualteração do pH da urina.

Conceitos básicos de Toxicologia(cont)

Interacção entre químicos→Efeito antagónico a nível dos receptores

Ocorre quando dois químicos que se ligam ao mesmoreceptor produzem menor efeito quando dadosconjuntamente (4+6=8)ou quando um antagoniza o efeitodo outro (0+4=1).do outro (0+4=1).Tratamento clínico de envenenamentos

• O antagonista naloxona é usado para tratar os efeitos depressivos da morfina por ligação competitiva ao mesmo receptor

• Tamoxifen liga-se competitativamente ao receptor do estradiol impedindo a sua acção.


Tolerância

→Diminuição da resposta tóxica de um químico resultante de uma prévia exposição a esse químico.

→Mecanismos responsáveis pela tolerância

Diminuição de tóxico que chega ao orgão alvo

(cádmio e tetracloreto de carbono)

Diminuição da resposta do tecido ao químico

Sumário 3º aula 2 Março

Relação Dose/Resposta.

� Comparação de diferentes curvas em função da toxicidade do químico e das características de exposição.

� Definição dos parâmetros que caracterizam esta relação.� Definição dos parâmetros que caracterizam esta relação.

� Conceito de hormése. Implicações do fenómeno de hormése no processo de avaliação do risco.

Toxicidade Selectiva.

� Fundamentos biológicos da toxicidade selectiva para um orgão alvo.

� Factores toxicocinéticos que condicionam a toxicidade dos xenobióticos.

� Biotransformação como processo determinante da activação dos xenobióticos.


Premissas a assumir na relação Dose/Resposta

→O efeito é devido ao químico administrado

→A magnitude de resposta está relacionada com a dose

→Há um método para quantificar e exprimir com precisão a resposta

→Forma em U→Elementos essenciais

Vitaminas, elementos essenciais ex.crómio, selénio, cobre etc

Relação Dose/Resposta

cobre etc→Hormése

Produção de efeitos benéficos a baixas doses de exposição para substâncias não nutricionais

Etanol, alguns pesticidas etc→Forma sigmóide

A forma da curva Dose/Resposta da maioria da substâncias não nutricionais

Hormése

� Hormése- Químicos potencialmente tóxicos a altas doses podema baixas doses ter efeitos benéficos sob condições específicas elimitadas (Calabrese 1998).

� A forma da curva D/R é em U;� Pensa-se que a hormése química possa ocorrer em 350 de 4000� Pensa-se que a hormése química possa ocorrer em 350 de 4000

químicos já estudados;� Efeitos benéficos referem-se principalmente a respostas no

crescimento, efeitos metabólicos, longevidade, respostasreprodutivas e sobrevivência;

� Na relação Dose/Resposta o intervalo correspondente ao efeito dehormése é geralmente limitado a uma ordem de grandeza abaixodo NOAEL.

Variações nas respostas tóxicas

Toxicidade selectivaSituação em que um químico produz injúria a uma forma de matéria

viva sem alterar outras formas de vida mesmo que estas estejam em

intimo contactointimo contacto

Diferenças inter espéciesDiferenças qualitativas e quantitativas nas respostas tóxicas podem

ocorrer entre as diferentes espécies

Diferenças intra espéciesDiferenças genéticas subtis podem produzir grandes diferenças inter

individuais

Diferenças inter-espécies (qualitativas e quantitativas)

1-Diferenças qualitativas

� Diferenças específicas das espécies em mecanismos depatogénese

2-Diferenças quantitativas

� A. Diferenças nos factores cinéticos� A. Diferenças nos factores cinéticos

� Diferenças na libertação do químico levando a diferençana dose alvo

� B.Diferenças nos factores dinâmicos

� Diferenças na sensibilidade dos alvos relacionadas comafinidade e niveis de receptores, proliferação celular,apoptose, reparação tecidular

Diferenças inter-espécies (qualitativas e quantitativas)

� Exemplos de toxicidade especifica de espéciesAlguns efeitos detectados em espécies laboratoriais não observados no

homem

Agente Efeito tóxico EspécieAgente Efeito tóxico Espécie

Ac.acetilsalicilico Malformações fetais Rato

Fenobarbital Tumores no fígado Murganho e Rato

Contraceptivos orais Opacidade da retina Macaco

Penicilina Fatal rapidamente Cobaio

Sacarina Tumores da bexiga Rato

Clofibrato Tumores do fígado Rato

Extrapolação inter-espécies(animal para o homem)

Para extrapolar os resultados dos animais para o homem deve considerar-se os seguintes aspectos:

� Normalização da dose o que se faz por expressão da dose em mg/kg ou mg/cm2;dose em mg/kg ou mg/cm2;

� A toxicocinética do composto, especialmente processos de bioactivação metabólica e diferenças de metabolismo de 1º passagem;

� A tóxicodinâmica do composto, natureza e sensibilidade do tóxico no orgão alvo

Sumário 4º aula 4 Março

� Testes de toxicidade em animais

� Princípios em que se baseiam os testes de toxicidade.

� Estudos de toxicidade aguda, sub-aguda, sub-crónica e crónica.crónica.

� Objectivos e protocolos experimentais para a realização destes ensaios.


Testes de toxicidade em animais

� Princípios

� Os efeitos produzidos pelo composto nos animaisde laboratório, quando devidamente qualificadossão aplicáveis ao homem.


Testes de toxicidade em animais

são aplicáveis ao homem.

� A exposição dos animais de laboratório a agentestóxicos a altas doses é um método necessário eválido para avaliar os possíveis riscos para ohomem por exposição a baixas doses.

Diferenças inter e intraespécies

Ensaios de Toxicidade em animais

� Protocolo experimental

� Dose administrada e via(s) de exposição

�Tempo de exposição -Testes de toxicidade aguda, subaguda, �Tempo de exposição -Testes de toxicidade aguda, subaguda, subcrónica e crónica

�Espécies- roedores( rato, ratinho), coelho

�Número de animais

Toxicidade aguda- 6-10 por grupo (5 doses)+controlo(C)

Sub-crónica e crónica 50 animais por grupo (3 doses)+C

Ensaios de Toxicidade em animaisProtocolo experimental

�Testes de toxicidade aguda � Determinação da DL50 CL 50

Subaguda50 50

� Subaguda�Subcrónica- (dose alta-não causa mais de 10% de fatalidades, Intermédia,

Dose baixa –não causa efeitos tóxicos)� Determinação do NOAEL, LOAEL� NOAEL- no observed adversed effect level� LOAEL- lowest observed adversed effect level�Crónica- Doses-MTD, MTD/2, MTD/4

MTD-maximum tolerated dose

Testes de Toxicidade

Toxicidade aguda- Dosagem única

Objectivos-Determinação da LD50Dar informação dos orgãos alvo e outras manifestações clínicas

Identificar diferenças interespécies e espécies de susceptiveis

Informações sobre doses a administrar nos ensaios subcrónicos/crónicos

Toxicidade subaguda- 3 a 4 dosagensToxicidade subaguda- 3 a 4 dosagens

Objectivos-informação sobre a toxicidade do quimico por exposição repetida

Auxiliar no estabelecimento das dosagens subcrónica e crónica

Toxicidade subcrónica- ensaios de 90 dias - 3 doses diferentes: alta, média e

baixa.

Objectivos- Determinação do NOAEL, LOAEL BMD para cálculo da RFD

Toxicidade crónica – ensaios de 6 meses a 2 anos ( roedores) 1 ano ( não roedores)

3 doses diferentes, dose mais alta :MTD

Objectivos-informação da toxicidade ( incluindo efeitos cancerigéneos) do químico a

longo termo

Químicos com limiares de exposição

� O NOAEL(no observed adversed effect level) exprime-se emmg/Kg/dia e divide-se por um factor de segurança para determinaro nível de exposição humana mais alto em que não serãoobservados efeitos adversos significativos.

� O LOAEL(lowest observed adversed effect level) exprime-se emmg/Kg/dia e divide-se por um factor de segurança para determinaro nível de exposição humana mais baixo em que são observáveisefeitos adversos significativos.

� NOEL(No observed effect level) vs NOAEL

� A terminologia pode variar nas diferentes entidadesreguladoras:

• UF(uncertain factors), SF(safety factors), MF(modifyingfactors

• RfD(EPA)- ( )• RfD(EPA)- (Reference Dose)

� RFD versus ADI e TDIPara avaliar uma exposição humana seguracalcula-se a RfD, ADI ou TDI, que se exprimemem mg/kg/dia

� ADI e TDI (WHO) (acceptable daily intake e tolerable dailyintake) ou PTWI (provisional tolerable weekly intake) paraquímicos que se acumulam.


� Nos testes de exposição repetida é importante definir a dose mais altade administração.

� Nos testes de toxicidade subcrónica a dose mais alta não deve produzirmais de 10% de letalidade.mais de 10% de letalidade.

� Nos estudos crónicos de carcinogenicidade utiliza-se a MTD comodose mais alta padrão.

� A MTD é a dose que produz 10% de redução no crescimento e noaumento do peso corporal na ausência de outras manifestaçõestóxicas.

� A extrapolação de altas para baixas doses pode trazer uma série deproblemas relacionados com diferenças de toxicocinética e/outoxicodinâmica do composto a testar.


�RfD=NOAEL/UF

� ADI=NOAEL/UF (aplica-se a aditivos alimentares, resíduos de pesticidas)pesticidas)

� TDI=NOAEL/UF ( aplica-se a contaminantes alimentares)

� MOE=NOAEL/MDD MOE ou MOS- (margin of exposure ou margin of safety)MDD-(maximum daily dose)versus ADD(average daily dose).

Quimícos com limiar de exposiçãoDose de exposição versus efeito tóxico

Químicos não genotóxicos

RFD=POD (NOAEL, BMD, LOAEL )

/UFAxUFH


� Químicos não genotóxicos

� Análise da relação Dose/Resposta para determinação:

� LD50

LC50� LC50

� ED10

� POD (NOAEL, LOAEL, BMD)

Químicos sem limiar de exposição: Genotóxicos

� Usa-se frequentemente uma simples extrapolação linear a partir do último ponto experimental ou adaptação de um modelo aos resultados experimentais.

� Alternativamente pode-se usar o modelo matemático LMS (linear multistage). O ponto de partida na curva Dose/Resposta é o LOAEL ou o um ponto fixo como ED10% ou ED25%.

� A extrapolação não é necessária quando a estimativa do risco é baseada em resultados epidemiológicos.

Dose de exposição /Resposta (genotóxicos)

VSD (dose virtual segura)

Toxicidade a nível da reprodução e desenvolvimento

� Toxicologia a nível do desenvolvimeno é o estudo dos efeitos adversos nos organismos em desenvolvimento, que ocorrem em qualquer altura durante o tempo de vida do indíviduo que podem resultar da sua exposição a agentes químicos e físicos antes da concepção, durante o desenvolvimento prenatal ou pósnatal e até á puberdade.pósnatal e até á puberdade.

� Teratologia é o estudo das malformações induzidas por agentes químicos e físicos entre a concepção e o nascimento.

� Toxicologia a nível da reprodução é o estudo da ocorrência de efeitos adversos no sistema reprodutivo feminino ou masculino que pode resultar da exposição a químicos.

Toxicidade a nível da reprodução e desenvolvimento

Protocolos experimentais dos ensaios in vivo

Mutagenicidade

� É a capacidade dos químicos causarem alterações no material genético no núcleo das células,permitindo que estas alterações se transmitam na divisão celular.

� Modelos para avaliar a actividade mutagénica

In vitro- Bateria de testes

In vivo- Animais transgénicos –estirpes de

murganhos (mutamouse e bigblue) e ratos.

Considerando que o evento inicial da cancerigénese química é amutagénese Testes de mutagénese são utilisados para fazer o screening dospotenciais agentes cancerigéneos

Ensaios in vitro: Bateria de testes da actividade mutagénica

Teste de Ames

Bioensaios de oncogenecidade�Estudos longos e caros Ratos (2 a 2,5 anos)e murganhos(18 meses a 2 anos)

�60 animais por sexo e por grupoNumero de animais em função da provável incidência do Numero de animais em função da provável incidência do efeito

�MTD dose mais alta a administrar?(controvérsia)

�Ocorrência de tumores nos grupos controlo

Número Número de

animais

Exemplos de tumores mais frequentes em animais não tratados

�Avaliação da NeurotoxicidadeModelos in vitro- culturas de células

Modelos in vivo- Avaliação neurocomportamental (FOB-functional

observational battery)

•Neurotoxicidade a nível do Desenvolvimemto •Avaliação neuropatológica

�Avaliação da Imunotoxicidade

�Outros testes de toxicidade

Avaliação ToxicológicaIntegração das Tecnologias Omics nos testes de Toxicologia clássica

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