Toxicologie Generala Corectata Format Final

download Toxicologie Generala Corectata Format Final

of 222

Transcript of Toxicologie Generala Corectata Format Final

Felicia Loghin

TOXICOLOGIE GENERAL

Editura Medical Universitar Iuliu Haieganu Cluj-Napoca 2002

CUPRINSINTRODUCERE N TOXICOLOGIE Definiie i scop Istoricul toxicologiei SUBSTANE TOXICE I TIPURI DE INTOXICAII Substane toxice: definiie, clasificare Intoxicaii: definiie, clasificare 1. Clasificarea conform criteriului clinico-evolutiv 2. Clasificarea conform criteriului social-juridic NOIUNI DE TOXICOCINETIC Mecanisme de transport prin membranele biologice Absorbia substanelor toxice 1. Absorbia digestiv 2. Absorbia pe cale respiratorie 3. Absorbia cutanat 4. Absorbia parenteral Distribuia substanelor toxice Stocarea substanelor toxice Eliminarea substanelor toxice 1. Excreia renal 2. Excreia prin fecale 3. Eliminarea pulmonar 4. Alte ci de eliminare Metabolizarea substanelor toxice Reacii din faza I 1. Reacii de oxidare A. Sistemul enzimatic al monooxigenazelor dependente de citocromul P450 B. Flavinmonooxigenaza C. Oxidrile nemicrozomale 2. Reacii de reducere A. Reduceri microzomale B. Reduceri nemicrozomale 1 1 4 8 8 9 9 11 19 19 28 28 33 36 38 38 41 43 43 45 46 47 47 51 51 51 61 62 64 65 66

3. Reacii de hidroliz Reacii din faza II 1. Glucuronoconjugarea 2. Sulfoconjugarea 3. Conjugarea cu aminoacizi 4. Acetilarea 5. Conjugarea cu glutation 6. Metilarea Rezultatul biotransformrii xenobioticelor 1. Inducia enzimatic 2. Inhibiia enzimatic 3. Bioactivarea RELAII DOZ-EFECT N TOXICOLOGIE Riscul i evaluarea riscului FACTORII CARE INFLUENEAZ TOXICITATEA Factori chimici care influeneaz toxicitatea Factori biologici care influeneaz toxicitatea Factori de mediu care influeneaz toxicitatea MECANISME DE ACIUNE TOXIC Afectarea structurii celulare Moartea celular A) Aciunea caustic B) Formarea de reactivi intermediari Tulburri ale funciei celulare induse de substanele toxice Disfuncii ale exprimrii genice Disfuncii ale activitii celulare n desfurare Afectarea homeostaziei celulare Genotoxicitatea Teste de mutagenez Carcinogeneza chimic Patogeneza cancerului Carcinogene chimice Teratogeneza Imunotoxicitatea Imunosupresia Stimularea rspunsului imun Autoimunitatea

67 68 68 69 70 71 72 72 74 74 75 76 88 92 97 97 103 117 124 128 128 130 130 139 140 141 141 143 147 150 151 156 161 165 167 168 173

PROCESE PATOLOGICE DE ORIGINE TOXIC Patologia toxic a sistemului nervos Neuronopatii Axonopatii Mielinopatii Tulburri ale transmiterii impulsului nervos Miopatii Vasculopatii toxice Patologia toxic a funciei pulmonare Efecte sistemice Efecte pulmonare Efecte asupra cilor respiratorii superioare Efecte pulmonare dup expunere pe o alt cale Patologia toxic a ficatului Leziuni citotoxice acute Leziuni colestatice Hepatopatii cronice Patologia toxic a rinichiului Insuficiena renal acut Insuficiena renal cronic Sindromul nefrotic Patologia toxic a sngelui i a mduvei hematoformatoare Afectarea hematopoezei Afectarea sngelui periferic Patologia toxic a pielii BIBLIOGRAFIE

177 177 183 186 189 190 191 191 191 192 194 197 197 198 200 201 202 203 205 205 206 207 207 209 210 213

INTRODUCERE N TOXICOLOGIEDEFINIIE I SCOP Toxicologia poate fi definit ca tiina care studiaz efectele duntoare ale substanelor chimice asupra organismelor, precum i interaciunile acestora cu organismele vii. ntr-un sens mai larg, ea a fost definit ca tiina care se ocup cu identificarea, izolarea i determinarea cantitativ a substanelor toxice, cu aciunea lor asupra organismului, precum i cu mijloacele folosite pentru combaterea efectelor toxice (Gonzales, 1954). Etimologia cuvntului toxic provine din greaca antic, n care toxon nsemna arc, sgeat sau otrava cu care era tratat vrful sgeilor. Dup Pliniu, termenul toxicus deriv de la taxus, o specie de conifere ale crei fructe se foloseau la otrvirea sgeilor. Cuvntul otrav provine de la verbul slav otraviti, care nseamn a mhni, a tulbura senintatea sufleteasc. Sfera noiunii de otrav este mai restrns dect a aceleia de toxic i se refer la substanele folosite n scop criminal. Toxicologia este o tiin pluridisciplinar, care necesit cunotine de farmacologie, biochimie, chimie, fiziologie, patologie i dei a fost adesea considerat drept o component a acestora, ea este o disciplin tiinific de sine stttoare. Toxicologia este o tiin experimental, cu un caracter aplicativ pronunat. Rolul su n serviciul societii const n primul rnd n protejarea oamenilor i a altor organisme mpotriva efectelor duntoare ale substanelor toxice, dar i n dezvoltarea unor compui din clasa medicamentelor anticanceroase sau a pesticidelor care s prezinte o toxicitate mai selectiv i deci o mai mare securitate n utilizare. Scopurile toxicologiei moderne sunt multiple, iar clasificrile diferiilor autori sunt mai mult sau mai puin detaliate. Astfel, Loomis i Hayes (1996) definesc trei domenii principale de interes: toxicologia mediului, toxicologia economic i toxicologia medical (Fig.1.1). Prima se ocup cu reziduurile, poluarea i igiena industrial, a doua cu dezvoltarea de noi substane chimice utilizabile ca medicamente, pesticide i aditivi alimentari, iar ultima cu diagnosticul i tratamentul intoxicaiilor i cu aspectele medico-legale ale acestora. Hodgson i Levi (1997) propun o clasificare mai detaliat, care evideniaz foarte clar domeniile de interes ale toxicologiei i importana acesteia n societatea modern. Cele cinci grupe principale studiaz:

2 TOXICOLOGIE GENERALA

FARMACOLOGIE CHIMIE BIOLOGIE FIZIOLOGIE

PATOLOGIE INGINERIE SANATATE PUBLICA IMUNOLOGIE

TOXICOLOGIA

MEDIULUI POLUARE ATMOSFERICA A SOLULUI MARINA

ECONOMICA SUBSTANTE INDUSTRIALE ALIMENTE SI ADITIVI ALIMENTARI MEDICAMENTE SI COSMETICE CERCETARE FUNDAMENTALA

MEDICALA DIAGNOSTIC TERAPIE MEDICO-LEGALA BOLI PROFESIONALE

Fig. 1.1. Domeniile de interes ale toxicologiei i disciplinele conexe (Loomis i Hayes, 1996)

A. Mecanismele de aciune toxic 1. Toxicologia biochimic se ocup cu evenimentele ce au loc la nivel biochimic i molecular, incluznd enzimele de metabolizare a xenobioticelor, generarea intermediarilor reactivi, interaciunea cu macromoleculele, aspecte de biologie molecular 2. Toxicologia comportamental studiaz efectele substanelor toxice asupra comportamentului uman i animal 3. Toxicologia nutriional studiaz efectele dietei asupra toxicitii 4. Carcinogeneza se ocup cu evenimentele chimice i biochimice care conduc la apariia cancerului 5. Teratogeneza studiaz evenimentele chimice i biochimice care conduc la efecte duntoare asupra procesului de dezvoltare 6. Mutageneza se ocup cu efectele toxice asupra materialului genetic 7. Toxicitatea la nivelul organelor studiaz efectele substanelor toxice asupra funcionalitii organelor

INTRODUCERE N TOXICOLOGIE

3

B. Msurarea substanelor toxice i a toxicitii 1. Toxicologia analitic este o ramur a chimiei analitice care se ocup cu identificarea i determinarea cantitativ a substanelor toxice i a metaboliilor acestora n produse biologice i n probe de mediu 2. Evaluarea toxicologic implic utilizarea organismelor vii pentru estimarea efectelor toxice 3. Patologia toxicologic este o ramur a patologiei care se ocup cu efectele substanelor toxice manifestate prin modificri ale morfologiei subcelulare, celulare, tisulare sau la nivel de organ 4. Studii structur-activitate studiaz relaiile ntre proprietile fizicochimice ale substanelor toxice i toxicitatea acestora i n special utilizarea acestor relaii pentru prevederea toxicitii. C. Toxicologie aplicat 1. Toxicologia clinic se ocup cu diagnosticul i tratamentul intoxicaiilor la om 2. Toxicologia veterinar studiaz diagnosticul i tratamentul intoxicaiilor la animale, n special la cele de companie i la cele care reprezint surse de produse alimentare 3. Toxicologia medico-legal urmrete diagnosticarea intoxicaiilor letale, inclusiv prin detectarea otrvurilor n probele biologice provenite de la intoxicai 4. Ecotoxicologia studiaz contaminarea mediului nconjurtor cu poluani, comportarea poluanilor n biosfer i efectele nocive ale acestora asupra ecosistemelor. 5. Toxicologia industrial reprezint un domeniu specific al toxicologiei mediului, care se ocup de mediul de munc. D. Toxicologia unor clase de substane chimice cu anumite utilizri: include aspectele toxicologice ale dezvoltrii de noi substane cu utilizri comerciale specifice: 1. Substane chimice utilizate n agricultur insecticide, ierbicide, fungicide, rodenticide. Se urmrete dezvoltarea de substane cu toxicitate selectiv, adic maxim fa de organismele int i minim fa de celelalte organisme din mediu sau fa de om. 2. Medicamente evaluarea toxicitii i a efectelor adverse 3. Droguri 4. Aditivi alimentari 5. Substane chimice industriale 6. Substane naturale: fitotoxine, micotoxine, minerale 7. Produi de combustie

4 TOXICOLOGIE GENERALA

E. Toxicologie reglementar se preocup de formularea unor acte legislative care au drept scop reducerea efectelor toxice ale substanelor asupra sntii omului sau asupra mediului 1. Aspectele legale se refer la formularea de legi i regulamente i la aplicarea acestora 2. Evaluarea riscului const n definirea riscurilor, a riscurilor poteniale i n stabilirea raportului beneficiu / risc, servind la adoptarea msurilor legislative.

ISTORICUL TOXICOLOGIEI Toxicologia este o tiin experimental, ale crei nceputuri se pierd n negura timpurilor, dezvoltarea sa fiind strns legat de drama otrvirilor, care a marcat evoluia societii umane de la nceputurile ei pn n epoca modern. Omul primitiv, aflndu-se n contact direct cu natura, a nceput s cunoasc elementele din regnul mineral, vegetal i animal, difereniind produsele toxice de cele folositoare pentru alimentaie. El cunotea efectele toxice ale veninului de arpe, plantelor otrvitoare cum ar fi cucuta sau aconitul, precum i ale unor substane minerale ca arsenul, plumbul, mercurul, stibiul, cuprul. Unele din acestea erau folosite n scopuri criminale sau de suicid. Papirusul egiptean Ebers (aproximativ 1500 .C.) poate fi considerat drept cea mai veche farmacopee care a supravieuit i conine informaii despre numeroase otrvuri, printre care cucuta, aconitul, opiul, plumbul, cuprul, stibiul, glicozidele cianogenetice. Aceste otrvuri erau considerate a avea proprieti mistice i utilizarea lor era nconjurat de superstiii. Se considera de exemplu c ingestia acestor substane era letal pentru cei vinovai i fr efecte pentru cei inoceni. Astfel, n Egiptul antic soiile infidele erau supuse pedepsei piersicilor, care presupunea administrarea smburilor zdrobii de piersici ce conin amigdalin, substan care elibereaz n organism cianur. Sumerienii, n jurul anilor 4500 .C., se nchinau la zeia Gula, care era considerat drept stpna farmecelor, vrjilor i a otrvurilor. Folosirea sgeilor otrvite este cunoscut din cele mai vechi timpuri. Vntorii preistorici Masai din Kenia, care au trit acum 18.000 de ani, foloseau sgei otrvite, probabil cu extracte din specii de Strophanthus. Referire la sgeile otrvite se face i n textul indian Rig Veda (sec.XII .C.), n Odiseea lui Homer (850 .C.) i n Cartea lui Iov. Primele ncercri de identificare i clasificare a otrvurilor, precum i de introducere a unor antidoturi, au fost semnalate n Grecia i Roma antic. Theophrastus (370-286 .C.), un student al lui Aristotel, a inclus numeroase referine la plantele otrvitoare n lucrarea sa De Historia Plantarum. Dioscorides

INTRODUCERE N TOXICOLOGIE

5

(40-80 D.C.), un medic grec care a trit la curtea mpratului Nero, a fcut prima ncercare de a clasifica otrvurile n funcie de originea lor: animale, vegetale i minerale, clasificare care s-a pstrat timp de 15 secole. Nicander din Colophon (204-135 .C.), un medic i poet grec, este considerat a fi unul din primii toxicologi i a experimentat toxinele animale pe criminalii condamnai. n poemul su Theriaca a descris simptomele i tratamentul otrvirilor cu toxine animale, iar n poemul Alexipharmaca vorbete despre antidoturi. Otrvirile intenionate au fost foarte frecvente n antichitate, att n execuii ct i pentru eliminarea oponenilor politici. Poate cel mai cunoscut caz de utilizare a otrvii ca modalitate de execuie este cel al filozofului grec Socrates (470-399 .C.), care a fost executat prin administrarea unui extract de cucut (Conium maculatum). Una din cele mai infame otrvitoare din toate timpurile a fost Locusta, care a fost angajat de Agrippina, mama lui Nero, pentru a-i asigura acestuia accesul la tron. Recunoaterea, clasificarea i utilizarea otrvurilor n Grecia antic i n Roma antic au fost nsoite de o cutare neobosit a unui antidot universal. n acest sens, un loc aparte n istoria toxicologiei l ocup legenda regelui Mithridates al VIlea al Pontului, ale crui numeroase experiene de toxicitate acut pe criminali l-au fcut s pretind c a descoperit un antidot pentru fiecare reptil veninoas sau substan otrvitoare. Teama sa de a nu fi otrvit era att de mare, nct ingera regulat un amestec de 36 de ingrediente pentru a se proteja mpotriva unui asasinat. Datorit efectului acestui amestec de antidoturi, ncercarea de a se sinucide cu otrav cu ocazia capturrii sale iminente de ctre inamici a euat i a fost nevoit s apeleze la sabia unui servitor. Un alt antidot folosit n Roma antic a fost Theriacum, preparat de medicul lui Nero, Andromachus. Acesta a adugat la antidotul regelui Mithridate, Mithridatum, ingrediente cum ar fi carnea de vipere, ceapa de mare i cantiti mari de opiu, iar alte ingrediente au fost ndeprtate. Numrul total de componente era de 75 i se presupunea c acest antidot ar fi fost eficient n contracararea tuturor otrvurilor i a mucturilor de animale veninoase. ntre cderea Romei i secolul al XII-lea D.C., subiectul otrvurilor este rar ntlnit n documente. Prima evaluare critic a antidoturilor se regsete n lucrarea medicului i filozofului evreu Maimonides (Moses ben Maimon, 1135-1204) intitulat Tratat despre otrvuri i antidoturile lor (1198), care marcheaz intrarea ntr-un nou stadiu al dezvoltrii toxicologiei. Maimonides, ca i Hippocrates naintea sa, a scris despre biodisponibilitate, menionnd c laptele, untul i smntna pot s scad absorbia intestinal. El a respins unele din tratamentele populare ale timpului, dar a continuat s susin utilizarea theriacului i a mithridatului n tratamentul mucturilor de arpe. ncepnd din secolul al XV-lea, otrvirea criminal a fost practicat din ce n ce mai des n Italia, care devine leagnul crimei prin otrvire. O figur infam a acestui timp este otrvitoarea Toffana, care prepara cosmetice pe baz de arsen

6 TOXICOLOGIE GENERALA

(Agua Toffana). Ea a fost succedat de o imitatoare cu geniu organizatoric, Hieronyma Spara, care i-a dirijat activitile spre obiective maritale i financiare specifice. Printre familiile care au fost implicate n cazuri de otrvire, cea mai faimoas este familia Borgia, care folosea o otrav numit la cantarella, un amestec de arsen i fosfor. Activitatea lui Alexandru VI, a fiului su Cesare i a Lucreiei Borgia a contribuit la creterea considerabil a proprietilor statului papal. Catherina de Medici a exportat cunotinele sale n domeniul otrvirilor din Italia n Frana. Sub faada ngrijirii celor sraci i bolnavi, ea a testat diferite amestecuri toxice sub aspectul simptomatologiei, momentului de instalare a acesteia i locului de aciune. O urma notorie a acesteia a fost marchiza de Brinvilliers, iar momentul culminant al acestei practici n Frana este reprezentat de Catherine Deshayes, supranumit La Voisine, care i oferea serviciile contra unor sume de bani i care a fost condamnat pentru foarte multe cazuri de otrviri, printre victimele sale numrndu-se peste 2000 de copii. Bazele tiinifice ale toxicologiei au fost puse n epoca iluminist de ctre medicul i alchimistul elveian Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim-Paracelsus (1493-1541). Afirmaia sa: Toate substanele sunt otrvuri; nu exist nici una care s nu fie otrav. Doza potrivit difereniaz o otrav de un remediu rmne i astzi principiul de baz al toxicologiei, contribuind la dezvoltarea conceptelor de relaie doz-efect i de indice terapeutic. De asemenea, n cartea sa Bergsucht (1533-1534), Paracelsus descrie manifestrile clinice ale intoxicaiilor cronice cu arsen i mercur, precum i boala minerilor. Preocuprile n domeniul toxicologiei ocupaionale au fost continuate de Bernardino Ramazzini care a publicat n 1700 lucrarea Discurs cu privire la bolile muncitorilor. Revoluia industrial a condus la apariia mai multor boli profesionale. Astfel Sir Percival Pott a recunoscut n 1775 rolul funinginei n apariia cancerului scrotului la coari. Printele toxicologiei poate fi considerat medicul i chimistul spaniol Mateo Jos Buenaventura Orfila (1787-1853), care a fost profesor de medicin legal la Universitatea din Paris. El a descris Toxicologia drept o disciplin tiinific diferit de medicina clinic i de farmacologie i a militat pentru utilizarea analizei chimice i a materialului de autopsie ca dovezi n intoxicaiile criminale. n 1814 public Tratatul de toxicologie n care pune bazele toxicologiei experimentale i medico-legale. Alte nume importante n dezvoltarea toxicologiei experimentale sunt Franois Magendie (1783-1855) care a studiat mecanismul de aciune toxic al emetinei, stricninei i cianurii. Elevul su, Claude Bernard (1813-1878), a avut contribuii importante la descifrarea aciunii toxice a monoxidului de carbon i a curarei. Tratatul lui Bernard, O introducere n studiul medicinei experimentale, face parte din literatura clasic n dezvoltarea toxicologiei.

INTRODUCERE N TOXICOLOGIE

7

n domeniul toxicologiei analitice, s-a urmrit elaborarea unor metode pentru distrugerea materiei organice i pentru izolarea i identificarea substanelor toxice din produsele biologice. Astfel, numele chimistului englez James Marsh este legat de elaborarea unei tehnici pentru decelarea arsenului (1836), iar cel al chimistului german Stas de izolarea nicotinei din probe biologice (1851). Fresenius n 1845 i von Babo n 1847, dezvolt o metod de screening pentru toxicii necunoscui, Selmi i Armand Gauthier descoper ptomainele, iar Ogier glicozizii cadaverici. O contribuie important a fost adus de Chelle n problema otrvurilor cianhidrice, prin descoperirea acidului cianhidric disimulat. Dezvoltarea toxicologiei n secolul XX este tot mai rapid i intereseaz tot mai multe domenii. Progresele din chimia analitic nregistrate dup 1945 au fcut posibil evoluia fr precedent a toxicologiei analitice. Episodul talidomidei a determinat nsprirea legislaiei n domeniul evalurii toxicologice a medicamentelor, iar publicarea crii lui Rachel Carson, Silent Spring (1962), a evideniat efectele utilizrii pesticidelor asupra mediului, contribuind la apariia ecotoxicologiei. A crescut preocuparea pentru descifrarea mecanismelor prin care se produc efectele toxice i pentru stabilirea relaiilor care exist ntre proprietile fizico-chimice i toxicitate. S-a dezvoltat toxicologia clinic i au aprut noi antidoturi care acioneaz prin mecanisme specifice. A crescut preocuparea pentru prevenirea intoxicaiilor, att a celor profesionale ct i a celor medicamentoase, prin apariia Centrelor pentru prevenirea intoxicaiilor. n ara noastr, nc nainte de nfiinarea nvmntului farmaceutic, au existat farmaciti care au desfurat activiti n domeniul toxicologiei. Primul toxicolog poate fi considerat farmacistul i medicul Constantin Hepites, care a avut din 1833 un laborator de analize chimico-legale la Brila i care a devenit ulterior profesor la coala Naional de Farmacie din Bucureti. Dup 1890, toxicologia romneasc a fost reprezentat de medicul i farmacistul Mina Minovici, care a publicat lucrri n domeniul ptomainelor, iar fratele su, tefan Minovici, a publicat n 1912 un manual de toxicologie. Ali farmaciti care au contribuit la dezvoltarea toxicologiei romneti au fost: Bacovescu, Vintilescu, Deleanu, Al. Ionescu-Matiu, N. Ioanid, V. Galea, M. Cotru.

SUBSTANE TOXICE I TIPURI DE INTOXICAIISUBSTANE TOXICE: DEFINIIE, CLASIFICARE Substana toxic reprezint obiectul de studiul al toxicologiei i poate fi definit drept orice compus chimic capabil s produc alterri structurale i funcionale la diferite niveluri de organizare a materiei vii, alterri care se exprim pe plan clinic printr-o stare patologic, care poate s fie reversibil sau nu. Aceast definiie se refer la compuii chimici exogeni, care ptrund n organism din mediul exterior i care poart denumirea de xenobiotice. n principiu, conceptele de substan toxic i de otrav sunt sinonime, dar n realitate primul are un caracter general, n timp ce al doilea este utilizat atunci cnd folosirea compusului este intenionat, n special n scop criminal. Cea mai veche clasificare a substanelor toxice dateaz din vremea lui Dioscorides, care le clasifica dup originea lor n substane vegetale, animale sau minerale. n zilele noastre, se disting trei grupe de substane toxice n funcie de origine: Compui organici de sintez: o Poluani din aer, ap, alimente: CO, oxizi de azot, oxizi de sulf, hidrocarburi, particule, deeuri industriale, pesticide, fertilizani o Aditivi alimentari: conservani, antioxidani, colorani o Substane chimice din mediul de munc: metale grele, fluoruri, monoxid de carbon, hidrocarburi, alcooli, esteri, compui organometalici, nitro- i aminoderivai o Droguri: deprimante ale SNC, stimulante, halucinogene, etc o Medicamente o Pesticide o Solveni: hidrocarburi alifatice, hidrocarburi halogenate, alcooli alifatici, glicoli, hidrocarburi aromatice o Hidrocarburi aromatice policiclice o Cosmetice Toxine naturale: o Micotoxine: aflatoxine, tricocetene, etc o Toxine microbiene: toxina botulinic, toxina tetanic, etc o Toxine din plante (fitotoxine): alcaloizi, glicozide, etc o Toxine animale: veninuri de erpi, veninuri din insecte

SUBSTANE TOXICE I TIPURI DE INTOXICAII

9

Substane anorganice: metale Alte criterii de clasificare in cont de organul int asupra cruia acioneaz substana, de mecanismul de aciune, sau de toxicitatea compuilor. Astfel, n Uniunea European, substanele toxice sunt clasificate n 4 clase de toxicitate, pe baza valorii dozei medii letale (DL50) determinate la obolani (Tabel II.1.): Tabel II.1.: Clasele de toxicitate n Uniunea European Intervalul DL50 (mg / kg) DL50 25 25 < DL50 200 200 < DL50 2000 2000 < DL50 Clasa de toxicitate Foarte toxice Toxice Duntoare Neclasificate

INTOXICAII: DEFINIIE, CLASIFICARE Intoxicaia este rspunsul organismului la ptrunderea unei substane toxice. Ea reprezint o stare patologic, reversibil sau nu, care se traduce printr-o modificare a structurilor celulare sau a metabolismului celular. Intoxicaiile se pot clasifica dup dou criterii principale: criteriul clinico-evolutiv - intoxicaii acute - intoxicaii cronice criteriul social-juridic - intoxicaii voluntare = intenionate - intoxicaii involuntare = accidentale

1. Clasificarea conform criteriului clinico-evolutiv 1.1. Intoxicaiile acute apar n urma ptrunderii n organism a substanei toxice n doz relativ mare, o singur dat sau de mai multe ori ntr-un interval de 24 de ore. Simptomatologia apare n general brusc, este bine conturat i evolueaz rapid. Exist ns i substane toxice cum ar fi fosforul, taliul sau paraquatul, n cazul crora simptomatologia nu se instaleaz dect dup cteva zile sau sptmni de la absorbie. Evoluia poate conduce la decesul intoxicatului sau la recuperarea

10 TOXICOLOGIE GENERAL

total sau parial a acestuia. n ultimul caz pot s rmn sechele sau leziuni persistente. Dependent de doza absorbit i de modul de evoluie, intoxicaiile acute pot fi subclasificate la rndul lor n: intoxicaii supraacute intoxicaii acute propriu-zise intoxicaii subacute Intoxicaiile supraacute survin n urma absorbiei unor doze mai mari dect dozele letale, simptomatologia fiind aproape instantanee i aprnd la cteva minute sau ore de la expunere. De cele mai multe ori aceste intoxicaii sunt letale. Intoxicaiile subacute survin n urma absorbiei unor doze mici de substan toxic, simptomatologia este moderat, apare dup o perioad de laten, iar uneori este subclinic, fr manifestri evidente, chiar dac se produc perturbri la nivele biologice distincte. Intoxicaiile acute sunt n rile dezvoltate una din principalele cauze de spitalizare a persoanelor sub 30 de ani. Se constat c frecvena acestor intoxicaii este de peste 50% la sexul feminin, c grupa de vrst cea mai afectat este cea sub 13-14 ani, c peste 80% din intoxicaii se produc la domiciliu i peste 70% sunt accidentale. Clasele de substane implicate n producerea intoxicaiilor pot s difere de la o ar la alta, n funcie de gradul de industrializare sau caracteristicile culturale. Astfel, n rile dezvoltate sunt mai frecvente intoxicaiile cu medicamente (analgezice, antidepresive, sedative-hipnotice, stimulante i droguri, medicamente cardiovasculare), n timp ce n rile n curs de dezvoltare se ntlnesc mai ales intoxicaii cu produse agricole (pesticide, ciuperci otrvitoare) sau produse industriale (alcool metilic, produse petroliere) i menajere (sod caustic, detergeni, decapani, solveni, etc.). 1.2. Intoxicaiile cronice se produc n urma absorbiei repetate de doze mici de substan toxic. Aciunea toxic se datoreaz fie acumulrii substanei n organism, la nivelul diferitelor organe sau esuturi, fie sumrii efectelor lezionale n decursul timpului, cu apariia unor stri patologice. Modificrile care apar sunt adesea latente (subclinice), dar pot s devin manifeste n cazul scderii condiiei fiziologice generale sau a mobilizrii substanei toxice din depozite, cnd se produce o intoxicaie acut prin creterea nivelelor sanguine ale toxicului. Cauzele cele mai frecvente ale intoxicaiilor cronice sunt utilizarea necorespunztoare a medicamentelor, produselor industriale i pesticidelor, contaminarea mediului i toxicomaniile.

SUBSTANE TOXICE I TIPURI DE INTOXICAII

11

2. Clasificarea conform criteriului social-juridic 2.1. Intoxicaii voluntare Din aceast categorie fac parte: crimele, sinuciderile, toxicomaniile, dopingul i utilizarea afrodisiacelor. 2.1.1. Crimele prin otrvire, care n trecut au fcut numeroase victime, au sczut ca inciden o dat cu dezvoltarea unei metodologii eficiente pentru punerea n eviden a substanei toxice implicate. Unele cazuri celebre de otrvire au contribuit decisiv la progresul toxicologiei analitice (dozarea arsenului, extracia substanelor toxice organice, etc). n general, substanele folosite n scop criminal sunt substane cu un potenial toxic ridicat i cu proprieti fizice care s le confere persisten i care s nu permit decelarea lor de ctre victim (fr miros sau gust caracteristic). Printre acestea se numr: - derivaii de arsen - srurile de mercur - acizii corozivi - stricnina - stupefiantele - acidul cianhidric i cianurile - barbituricii i alte psihotrope - insecticidele organofosforice (n special paration) - fosforul, produsele raticide pe baz de fosfor, fosfura de zinc - aconitina - elementele radioactive, etc. Un loc aparte ntre intoxicaiile criminale l ocup intoxicaiile colective ca urmare a folosirii substanelor toxice de lupt, care fac parte din categoria substanelor iritante, caustice i vezicante pe piele i mucoase (Iperita folosit n primul rzboi mondial), a substanelor neurotoxice (Somanul, Sarinul), sau a biotoxinelor. 2.1.2. Sinuciderile reprezint autointoxicaii acute, de cele mai multe ori cu sfrit letal. Sinuciderile au fost frecvente n toate timpurile, dar n ultimul secol statisticile indic o cretere a procentului de otrviri fa de alte metode de sinucidere. Ele sunt mai frecvente la femei, dei cazurile letale sunt mai ntlnite la brbai. Grupul de vrst cel mai afectat este cel ntre 17 i 20 de ani. Sinucigaii caut de obicei substane toxice care produc o moarte uoar (barbiturici, tranchilizante, morfin), iar n lipsa acestora se folosesc substane mai uor accesibile (sod caustic, acizi, pesticide). Principalele substane utilizate n scop suicidar sunt:

12 TOXICOLOGIE GENERAL

- medicamente psihotrope (hipnotice, antidepresive), asociate sau nu cu alcool - gaz de eapament (monoxid de carbon) - aspirin - digitalice - pesticide (insecticide, raticide) - cianuri - stricnin - hipoclorit - solveni, etc.

anxiolitice,

neuroleptice,

2.1.3. Toxicomaniile sunt intoxicaii voluntare de tip cronic, determinate de consumarea repetat a unui drog. Conform Organizaiei Mondiale a Sntii: Toxicomania reprezint o stare psihic, uneori i fizic, care rezult din interaciunea unui organism i a unui medicament i care se caracterizeaz prin modificri de comportament i alte reacii, care conin ntotdeauna nevoia de a lua substana n mod continuu sau periodic, pentru a resimi efectele sale psihice i uneori pentru a evita suferinele privaiunii. Etimologia cuvntului toxicomanie provine din limba greac, de la toxicon (otrav) i manie (nebunie). Denumirea toxicomaniei se formeaz de la numele drogului plus sufixul manie (ex. cocainomanie, heroinomanie), sau de la numele drogului plus sufixul ism (ex. alcoolism, tabagism). Clasificarea toxicomaniilor se poate face: a) dup gravitatea lor: toxicomanii majore (cu heroin, cocain, LSD) toxicomanii minore (cafeism, teism) toxicomanii de grani (tabagism) b) dup numrul drogurilor administrate monotoxicomanii, cnd se consum un singur drog politoxicomanii, cnd se consum mai multe droguri n ultima perioad se constat o cretere marcat a numrului politoxicomaniilor, drogaii asociind 2, 3 i chiar 7 droguri. De asemenea, este foarte frecvent asocierea dintre droguri i alcool. Utilizatorii de droguri sunt n marea lor majoritate tineri, aproximativ 90% ntre 16 i 30 de ani, segmentul de vrst cel mai afectat fiind cel ntre 21 i 25 de ani. n funcie de vrst, se folosete cu predilecie un anumit drog. Astfel, solvenii sunt n general utilizai de subieci foarte tineri, ntre 8 i 18 ani, la 14 ani se ncearc tutunul, la 16 ani consumul de alcool, iar la 18 ani consumul de canabis, cocain, heroin i halucinogene. Aproximativ 75% din utilizatori sunt biei. Toxicomaniile au, n general, patru caracteristici:

SUBSTANE TOXICE I TIPURI DE INTOXICAII

13

1) Dependena psihic, care const n modificri de comportament i o stare mental particular nsoit de necesitatea psihic imperioas de a-i administra substana periodic sau continuu, pentru a obine o stare de bine sau pentru a nltura disconfortul psihic. Este caracteristica principal, care se ntlnete n toate cazurile de toxicomanie. 2) Dependena fizic este o stare patologic ce const n necesitatea organic de a folosi drogul, n vederea evitrii tulburrilor ce apar la ntreruperea administrrii. 3) Tolerana reprezint administrarea unor doze crescute de drog pentru a obine efectul dorit. Toxicomanii ajung astfel s tolereze doze care produc la persoanele normale efecte foarte grave, sau chiar moarte. Tolerana nu este o caracteristic obligatorie a unei toxicomanii, ea fiind mai pronunat la unele droguri (ex. morfin, cocain), i absent la altele (ex. halucinogene). 4) Sindromul de abstinen apare la ntreruperea administrrii substanei, sau uneori la reducerea important a dozelor. El se caracterizeaz prin tulburri psihice i organice care se manifest prin simptome opuse celor produse de drogul n cauz. 2.1.4. Dopingul const n administrarea de substane n scopul creterii randamentului fizic, intelectual sau sportiv; aceste substane pot sau nu s produc dependen. Printre principalele clase de compui utilizai se numr hormonii i euforizantele, care pot induce n timp tulburri endocrine i neuropsihice importante. 2.1.5. Utilizarea de afrodisiace a fost ntlnit pe parcursul ntregii istorii a umanitii, dar nu s-au obinut produse ntr-adevr eficiente i care s nu posede efecte adverse. Afrodisiacele fac n general parte din clasa euforizantelor i a vasodilatatoarelor.

2.2 Intoxicaii accidentale n acest grup se ncadreaz intoxicaiile prin contaminarea mediului, intoxicaiile profesionale, intoxicaiile medicamentoase, intoxicaiile alimentare, intoxicaiile casnice i intoxicaiile cu toxine animale sau vegetale. 2.2.1. Intoxicaiile prin contaminarea mediului (aer, ap, alimente) pot avea caracteristicile unor epidemii atunci cnd n mediu sunt deversate cantiti masive de substane toxice. Exemple de substane care pot produce intoxicaii prin contaminarea mediului sunt: Oxizii de sulf i de azot ajung n atmosfer n urma proceselor de combustie i sunt foarte iritani pentru piele i mucoase

14 TOXICOLOGIE GENERAL

Tetraetilul de plumb folosit ca antidetonant n benzina pentru motoarele cu combustie intern Particule de fluoruri provenite din prelucrarea criolitei n vederea obinerii aluminiului; pot fi responsabile de producerea maladiei numit fluoroz Hidrocarburile aromatice policiclice rezultate n urma combustiei materiei organice; au un potenial cancerigen deosebit Pesticidele utilizate n agricultur i gospodrii pot s determine intoxicaii prin contaminarea mediului Substanele cel mai frecvent implicate n cazurile de contaminare a mediului sunt, n ordine alfabetic, urmtoarele: cadmiul, dioxidul de carbon, mercurul, oxizii de azot i oxidanii fotochimici, oxizii de sulf, plumbul. 2.2.2. Intoxicaiile profesionale sunt intoxicaii care survin la locul de munc, n special n industrie i n agricultur. Uneori ele se pot produce ca urmare a unor accidente de munc i au caracter acut, dar de cele mai multe ori sunt intoxicaii cronice, insidioase, care rezult n urma absorbiei repetate a substanelor n timpul exercitrii profesiei. Substanele cu care se produce intoxicaia poart denumirea de noxe industriale i pot fi materii prime, intermediari sau produse finite. Principalele grupe sunt: oxidul de carbon, plumbul, arsenul, mercurul, manganul, siliciul, solvenii, aminele aromatice, pesticidele. Ptrunderea lor n organism se face n special prin inhalare, pe cale cutanat sau eventual prin ingestie. mbolnvirile produse poart denumirea de boli profesionale, iar nomenclatura lor deriv de la substana incriminat (ex. saturnism, hidrargirism). Simptomatologia apare insidios, fr forme caracteristice, iar n momentul n care se instaleaz boala leziunile sunt bine constituite, astfel nct tratamentul este dificil i nu poate evita apariia sechelelor. Prevenirea acestor boli profesionale se bazeaz pe aplicarea unor msuri de igien i de siguran specifice, pe supravegherea medical a muncitorilor, pe folosirea de echipamente i materiale de protecie adecvate i pe respectarea concentraiilor maxime admisibile n mediul de munc. 2.2.3. Intoxicaiile medicamentoase sunt intoxicaiile care necesit cel mai frecvent ngrijire medical de specialitate. Ele pot fi: Intoxicaii voluntare n scop suicidar, care se ntlnesc aproape exclusiv la adult sau la adolescent Intoxicaii accidentale o La copii sau la bolnavi psihici o Prin erori produse la diferite nivele: medic, farmacist, pacient

SUBSTANE TOXICE I TIPURI DE INTOXICAII

15

Erori ale medicului: - prescrierea unor doze de medicament care depesc dozele maxime terapeutice - prescrierea concomitent a unor formulri care conin un principiu activ comun sau substane cu aciune sinergic - prescrierea unor medicamente fr a ine cont de posibilele interaciuni medicamentoase sau de starea patologic a pacientului care poate modifica farmacocinetica compusului Erori ale farmacistului: - nedescifrarea corect a prescripiei - nesemnalarea dozelor maxime depite - confuzia de substane - eliberarea de preparate neomogene - absena consilierii pacientului cu privire la modul de administrare Erori ale pacientului: - supradozarea voluntar - automedicaia - polipragmazia - confuzia medicamentului - confuzia cii de administrare Aceste intoxicaii pot fi acute sau cronice. n cazul expunerii cronice, absorbia repetat poate conduce la fenomene de toleran sau ineficacitate, sau la acumularea medicamentului. De aceea, cunoaterea farmacocineticii compusului are o importan deosebit n evitarea acestor intoxicaii. De asemenea, medicamentele pot induce efecte adverse, uneori grave, iar pentru acelai compus sensibilitatea poate varia considerabil de la un individ la altul. Astfel, unii pacieni pot dezvolta reacii alergice de gravitate variabil. Mai trebuie luate n considerare riscurile care apar la subiecii cu deficiene de eliminare datorate unor afeciuni renale sau riscurile posibile la asocierea dintre unele medicamente i alimente. Importana efectelor adverse a determinat dezvoltarea activitii de farmacovigilen, care conform OMS reprezint: orice activitate care are drept scop obinerea de indicaii sistematice cu privire la legturile probabile de cauzalitate ntre medicamente i reaciile adverse observate ntr-o populaie. 2.2.4. Intoxicaiile alimentare pot avea diferite cauze: intoleran la anumite alimente, consumarea de alimente care conin n mod natural substane toxice, consumarea de alimente contaminate cu substane toxice, consumarea de alimente contaminate microbian.

16 TOXICOLOGIE GENERAL

1) Intolerana la alimente se datoreaz unei sensibiliti particulare, de natur alergic, care se observ la anumii indivizi atunci cnd consum unele alimente cum ar fi crustaceele, unii peti, cpuni, etc., care sunt inofensive pentru majoritatea populaiei. Alergenii sunt reprezentai de proteinele alimentare. Dup primul contact cu organismul, alergenii alimentari determin producerea unor mici cantiti de imunoglobuline (IgE), care la majoritatea indivizilor este suprimat prin expunerea repetat a mucoasei digestive. Exist ns persoane la care producerea de IgE continu, consecina fiind apariia alergiilor alimentare. Acestea afecteaz n principal persoanele cu risc genetic crescut, care pot dezvolta i alte boli genetice. Cantitatea de IgE produs, deci intensitatea reaciei alergice, depinde de vrsta la care a avut loc primul contact cu antigenul, de doz, de integritatea mucoasei digestive i de ali factori care nc nu au fost identificai. 2) Consumarea de alimente care conin n mod natural substane toxice cum ar fi: - ciuperci toxice (Amanita phaloides, Amanita muscaria, etc.) - plante ingerate prin confuzie care conin alcaloizi toxici (Atropa belladona) sau glicozizi cianogenetici (smburi de migdale, piersici, zarzre) - peti care n perioade de criz secret substane pentru combaterea prdtorilor - molute care acumuleaz toxine prin ingerarea de plancton toxic 3) Consumarea de alimente contaminate cu substane toxice Substanele pot ajunge n alimente prin: a) cedarea din ambalaje - din conservele vechi necorespunztor cositorite, care pot ceda plumb - din vasele de ceramic artizanal care sunt glazurate cu colorani pe baz de plumb, pe care l pot ceda n alimentele acide - cedarea de plastifiani sau stabilizani din materiale plastice: ex. compuii organostanici folosii ca stabilizani pentru materialele din PVC i care pot fi cedai n uleiuri, avnd proprieti hepatotoxice i neurotoxice; triortocresil fosfatul care a fost folosit ca plastifiant pentru hrtia de ambalaj pentru unt i care are proprieti neurotoxice. b) folosirea de aditivi alimentari, fie neautorizai, fie n cantiti care depesc dozele zilnice admisibile - azotaii, care sunt folosii n mezeluri pentru a le pstra culoarea, se pot reduce n anumite condiii la azotii, care n prezena aminelor secundare pot forma nitrozamine cancerigene - unii aditivi alimentari sunt alergeni: metabisulfitul de sodiu folosit ca antioxidant poate declana crize de astm la unele persoane;

SUBSTANE TOXICE I TIPURI DE INTOXICAII

17

- glutamatul de sodiu, care este folosit ca potenator de gust, este bnuit a fi responsabil de sindromul restaurantului chinezesc, caracterizat prin arsuri i furnicturi pe fa, gt i partea superioar a corpului. c) remanena unor compui pe produsele alimentare - pesticide: insecticidele organoclorurate, care sunt stabile, puin biodegradabile i cumulative de-a lungul lanurilor alimentare, au fost n mare parte interzise n marea majoritate a rilor; insecticidele organofosforice sunt puin stabile, sufer o hidroliz rapid n sol i pe vegetale, riscul de contaminare a produselor vegetale fiind redus; fungicidele organometalice sunt liposolubile, stabile i se pot fixa la nivelul SNC, avnd o toxicitate considerabil. - substane cu care sunt tratate animalele din cresctorii: antibioticele sau estrogenii. Antibioticele sunt folosite pentru a preveni infeciile sau pentru a crete calitatea proteinelor animale. Persistena lor n alimente poate fi asociat cu unele riscuri: - perturbarea florei intestinale umane; datorit cantitilor reduse n care se gsesc n alimente, acest risc este redus - declanarea unor reacii alergice - inducerea rezistenei la antibiotice; riscul este redus, datorit concentraiilor mici n care se gsesc n carne Estrogenii sunt administrai, n special la bovine, pentru a crete cantitatea de protein animal format. Se pare c metabolismul lor nu este identic cu cel al hormonilor endogeni, putnd exista riscuri de natur diferit, motiv pentru care n Europa a fost interzis utilizarea lor. d) contaminarea cu poluani industriali i radioactivi care se pot acumula n alimentele destinate hranei omului sau animalelor. f) contaminarea alimentelor cu mucegaiuri care produc substane toxice numite micotoxine: aflatoxina B1, un hepatocarcinogen foarte puternic, ochratoxinele care sunt nefrotoxice, patulina care este neurotoxic i care se poate regsi n unele sucuri de mere. 4) Intoxicaiile de origine microbian se datoreaz consumrii de alimente care devin patogene n urma contaminrii cu bacterii sau cu toxine bacteriene: a) Intoxicaiile microbiene survin n urma consumrii de alimente contaminate cu toxine bacteriene produse anterior ingerrii (ex. toxina botulinic) b) Toxinfeciile bacteriene se produc n urma consumrii de alimente contaminate cu bacterii care se dezvolt n organismul consumatorului excretnd toxine (ex. Escherichia coli, Staphiloccocus, Salmonella).

18 TOXICOLOGIE GENERAL

2.2.5. Intoxicaiile casnice sunt n general intoxicaii acute sau supraacute, care adesea evolueaz spre un sfrit letal sau care n cazul n care sunt tratate pot lsa sechele grave. n aceste intoxicaii sunt implicai cel mai frecvent copiii i persoanele n vrst. Se produc n general din neatenie, netiin sau impruden. Substanele incriminate sunt: - substanele caustice: sod caustic, acizi tari, unii putnd intra n compoziia unor produse decapante sau detartrante - produse folosite pentru dezinfecie - colorani pentru pielrie sau esturi - spume izolante sau adezivi pe baz de uree-formol, care pot elibera formaldehid - pesticide, n special insecticide organofosforice (paration) sau raticide (fosfura de zinc) - medicamente, n special la copii, care confund drajeurile cu bomboanele - alcool metilic confundat cu alcool etilic 2.2.6. Intoxicaii cu toxine animale sau vegetale Numeroase plante, insecte, peti i reptile conin toxine (acizi organici, enzime, peptide) care inoculate la mamifere produc durere local i o multitudine de efecte sistemice de tip anafilactic, hemolitic, paralizant, cardiotoxic, etc.

NOIUNI DE TOXICOCINETICPentru ca un compus chimic s i poat exercita efectul toxic, el trebuie s vin n contact cu sistemul biologic asupra cruia acioneaz. Efectul poate s fie local, la nivelul cii de ptrundere, sau sistemic, dup absorbia n organism. Dup ptrunderea n organism, xenobioticele urmeaz mai multe faze pn la producerea efectului toxic. Acestea sunt: faza de expunere, faza toxicocinetic i faza toxicodinamic (Fig. 3.1.). Natura i intensitatea efectelor substanei toxice vor depinde deci de concentraia acesteia la nivelul organelor-int, care la rndul su este determinat de: - doza administrat - absorbie, distribuie, capacitatea de fixare, excreia din organism Cu studiul comportrii medicamentelor n organism, adic al absorbiei, distribuiei, metabolizrii i excreiei, se ocup farmacocinetica, care utilizeaz modele i ecuaii matematice pentru a descrie i apoi a prevedea acest comportament. Toxicocinetica studiaz absorbia, distribuia, metabolizarea i excreia xenobioticelor n condiii n care se poate produce toxicitate sau n caz de expunere excesiv.

MECANISME DE TRANSPORT PRIN MEMBRANELE BIOLOGICE Organismul este alctuit din o sum de organe, esuturi, celule i organite subcelulare, fiecare din acestea fiind protejate de nveliuri specializate sau membrane protectoare. Pentru ca o molecul de substan toxic s fie absorbit, distribuit i n final excretat din organism dup ce i-a exercitat efectul, ea trebuie s traverseze aceste membrane protectoare (Fig.3.2.). Procesul toxicocinetic implic deci o serie de etape de translocare, care cresc posibilitatea expunerii substanei exogene la o serie de molecule endogene voluminoase, cum ar fi proteinele, ce pot lega eficient aceste substane, modificndu-le funcia i ndeprtndu-le din organism. Xenobioticul poate veni n contact cu diferite pri ale organismului, putnd fi excretat prin rinichi, tractul respirator sau glandele salivare. De asemenea, molecula exogen poate fi biotransformat de sistemele enzimatice prezente n diferitele organe. Ea poate fi depozitat n organe de depozitare (Fig.3.3.)

20 TOXICOLOGIE GENERAL

Eliberarea substantei Substanta toxica Entitati toxice Interactiunea intre Absorbtie toxice din forma de disponibila pentru Distributie disponibile entitatile toxice si administrare Metabolizare absorbtie receptori Formarea substantei Excretie toxice in tubul digestiv 1 - Faza de expunere 2 - Faza toxicocinetica 3 -Faza toxicodinamica

Efect toxic

Fig. 3.1. Parcursul unei substane toxice n organism

MEDIUL EXTERN

LICHID EXTRACELULAR MEMBRANA LICHID INTERSTITIAL MEMBRANA- CAPILARA PLASMA MEMBRANA- CAPILARA Mucoasa Respiratorie Pielea

LICHID INTERSTITIAL MEMBRANA CELULARA LICHID INTRACELULAR MEMBRANA SUBCELULARA LICHID DIN INTERIORUL ORGANITELOR CELULARE

Fig.3.2. Transportul xenobioticelor prin barierele membranare

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 21

Diferitele tipuri de membrane au o structur similar. Conform teoriei clasice, membranele sunt alctuite dintr-un strat bimolecular de fosfolipide, cu grupri polare de fosfatidilcolin sau fosfatidiletanolamin, care predomin pe suprafaa intern i pe cea extern a membranei, i cu lanuri de acizi grai, mai mult sau mai puin perpendiculari, care umplu spaiul intern. n acest strat dublu sunt inserate proteine, care pot forma pori hidrofili (Fig. 3.4). Acizii grai din membran nu au o structur cristalin rigid, fiind cvasi-fluizi la temperaturi fiziologice. Caracterul fluid al membranelor este determinat n mare parte de structura i de proporia acizilor grai nesaturai. Cu ct membranele au un coninut mai mare de acizi grai nesaturai, cu att ele sunt mai fluide i sunt mai uor strbtute de compuii chimici. Una din cele mai importante caracteristici ale membranei celulare este permeabilitatea selectiv. Astfel, ea poate fi traversat de anumite substane n funcie de anumite proprieti fizico-chimice cum ar fi: mrimea i forma moleculei, liposolubilitatea, polaritatea, similitudinea structural cu molecule endogene.EXPUNEREA LA XENOBIOTIC ABSORBTIE

FORMA LIBERA

FORMA LEGATA

DISTRIBUTIE

LOCURI DE DEPOZITARE

LOCURI DE BIOTRANSFORMARE

EXCRETIE

XENOBIOTICUL SI METABOLITII SAI

Fig.3.3. Cile pe care le poate urma un xenobiotic n organism

22 TOXICOLOGIE GENERAL

Fig.3.4. Structura tridimensional a membranei celulare. Proteinele (a) sunt inserate n stratul bimolecular de fosfolipide (b) (Timbrell J.A., 1991)

Principalele mecanisme prin care xenobioticele pot traversa membranele biologice sunt: difuzia pasiv, filtrarea prin porii membranei, transportul specializat i endocitoza. 1. Difuzia pasiv reprezint probabil cel mai important mecanism de transport al xenobioticelor. Const n trecerea moleculei, fr consum de energie, dintr-un compartiment cu concentraie mare spre un compartiment cu concentraie mic, deci n sensul gradientului de concentraie. Nu prezint specificitate de substrat i se bazeaz pe difuzia substanei prin stratul lipidic bimolecular. Pentru ca molecula s fie transportat prin difuzie pasiv, trebuie s fie ndeplinite anumite condiii: - existena unui gradient de concentraie - liposolubilitatea xenobioticului - compusul nu trebuie s fie ionizat Compuii ionizai nu vor difuza uor prin membran deoarece pe de o parte ei au o solubilitate redus n lipide, aceasta fiind esenial pentru transport, iar pe de alt parte pot determina interaciuni ionice ntre xenobiotice, lipidele i proteinele din membran.

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 23

Aceste condiii au fost ncorporate n teoria pH-partiiei, conform creia doar compuii lipofili neionizai vor fi absorbii prin difuzie pasiv n situaia existenei unui gradient de concentraie. Multe substane chimice de interes toxicologic sunt acizi sau baze slabe, care n soluie sunt ionizate. Forma ionizat are o liposolubilitate redus, deci nu va trece uor prin stratul lipidic al membranei. Forma neionizat are un anumit grad de liposolubilitate, fiind astfel difuzibil. Viteza de difuzie prin membran este definit de Legea lui Fick: Viteza de transport = [KS(C2 C1)] / g Unde: K este coeficientul de difuzie, S este suprafaa membranei, C2 este concentraia compusului la suprafaa extern a membranei, C1 este concentraia la suprafaa intern a membranei, iar g reprezint grosimea membranei. Coeficientul de difuzie prin membran K depinde de proprietile fizicochimice ale compusului, cum ar fi liposolubilitatea, mrimea i forma moleculei. Parametrul care apreciaz liposolubilitatea compuilor este coeficientul de partiie lipide / ap, care este cu att mai mare cu ct compusul este mai lipofil. Pe de alt parte, raportul molar ntre moleculele ionizate i cele neionizate ale unui acid sau ale unei baze organice n soluie depinde de constanta de ionizare, care furnizeaz o msur a triei acestora. pH-ul la care un acid sau o baz organic slab este ionizat 50% poart numele de pKa sau respectiv pKb. Gradul de ionizare al unui compus depinde de pKa-ul su i de pH-ul soluiei. Relaia ntre pKa i pH este descris de ecuaiile Henderson-Hasselbach: Pentru acizi: Pentru baze: pKa pH = log ([forma neionizat] / [forma ionizat]) pKa pH = log ([forma ionizat] / [forma neionizat])

n concluzie, difuzia acizilor slabi prin membran va fi favorizat de existena unui mediu acid, iar cea a bazelor slabe de un mediu bazic (Fig.3.5.).

24 TOXICOLOGIE GENERAL

pH scazut .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..........

pH ridicat

ACIZI

BAZE

Fig. 3.5. Transportul acizilor i bazelor slabe n funcie de pH

2. Filtrarea se bazeaz pe difuzia substanei dizolvate n ap prin porii membranei, n sensul gradientului de concentraie. Fluxul apei prin aceti pori este determinat de forele hidrostatice i / sau osmotice. Procesul este limitat de mrimea porilor membranei. Astfel, porii majoritii celulelor sunt n jur de 4 nm, permind trecerea doar a compuilor hidrofili, cu mas molecular de 100-200 daltoni, n timp ce porii membranei glomerulare sunt relativ mari, n jur de 70 nm, permind trecerea moleculelor cu mas mai mic dect a albuminei (60 000 daltoni). Deoarece multe substane toxice au molecule relativ mari, acest mecanism este mai important n eliminarea xenobioticelor, mai ales pe cale renal. 3. Transportul specializat Exist numeroi compui al cror transport prin membrane nu poate fi explicat doar prin difuzie pasiv sau filtrare, deoarece ei sunt fie prea mari pentru a trece prin pori fie sunt prea puin liposolubili pentru a difuza prin stratul lipidic bimolecular. Totui, ei sunt adesea transportai rapid prin membrane, chiar mpotriva gradientului de concentraie. Acest fenomen se explic prin existena unor sisteme specializate de transportori. Aceste sisteme sunt responsabile de transportul prin membrana celular a unor substane nutritive cum ar fi glucidele, aminoacizii, acizii nucleici, dar i a unor compui exogeni. Transportorul este de obicei o protein, care leag substana toxic, o trece de o parte pe cealalt a membranei i apoi o elibereaz, relundu-i poziia iniial i devenind disponibil pentru un nou ciclu de transport (Fig. 3.6.). Aceste mecanisme sunt importante atunci cnd xenobioticul prezint similitudini structurale sau chimice cu compui endogeni care utilizeaz mecanismele de transport specializat n cursul proceselor fiziologice normale. Se cunosc mai multe tipuri de transport specializat:

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 25

3.1. Transportul activ, care prezint urmtoarele caracteristici: - a) compusul se deplaseaz mpotriva gradientului electrochimic sau de concentraie - b) se realizeaz cu consum de energie metabolic - c) poate fi inhibat de substanele toxice care interfereaz n metabolismul celular - d) sistemul de transport este saturat la concentraii mari de substrat - e) sistemul de transport este selectiv pentru anumite caracteristici structurale ale moleculei transportate, deci poate s apar competiia ntre diferii compui pentru legarea de transportor Sistemele de transport sunt cuplate cu enzime ce produc energie (ex. ATPaze) i deoarece pot fi saturate, procesul se desfoar conform unei cinetici de tip Michaelis-Menton. Prin acest mecanism poate fi transportat medicamentul anticanceros 5fluorouracil de ctre sistemul de transport al pirimidinelor, plumbul poate fi absorbit n intestin prin sistemul de transport al calciului, iar ierbicidul paraquat este preluat n plmni prin sistemul de transport al poliaminelor. Transportul activ este foarte important mai ales pentru eliminarea xenobioticelor din organism. Sistemul nervos central are dou sisteme de transport la nivelul plexurilor coroide, care elimin compuii din lichidul cefalorahidian, un sistem pentru acizi i unul pentru bazele organice, rinichiul are dou sisteme de transport, iar ficatul cel puin patru. 3.2. Difuzia facilitat are similitudini cu transportul activ: - a) necesit o molecul proteic transportoare (enzime numite permeaze) - b) procesul poate fi saturat sau inhibat competitiv dar n acelai timp este diferit, deoarece: - c) transportul se realizeaz n sensul gradientului electrochimic sau de concentraie - d) procesul nu necesit energie metabolic i nu este inhibat de substanele care interfereaz n metabolismul celular 3.3. Transportul prin intermediul transportorilor ABC Transportorii ABC fac parte din superfamilia proteinelor ABC (ATP Binding Casette) care reprezint un grup ubicuitar i evolutiv de proteine cu diferite funcii, majoritatea legate de transportul prin membranele biologice, n special din celul spre exteriorul acesteia. Ele sunt alctuite dintr-un domeniu transmembranar format de obicei din ase helixuri transmembranare i dintr-un domeniu de legare a nucleotidelor. Cei mai cunoscui reprezentani ai acestei clase sunt P-glicoproteina i proteina MRP (multidrug resistance-associated protein) (Fig 3.7).

26 TOXICOLOGIE GENERAL

Membrana

Transportor

Energie Substanta toxica

Fig.3.6. Reprezentarea schematic a transportului activ

Trstura cea mai particular a acestei categorii de transportori este reprezentat de gama foarte larg de substraturi ce pot fi transportate, corelaia cu structura moleculelor fiind dificil de realizat. Cercetri recente au identificat n molecula substraturilor P-glicoproteinei cel puin dou grupri acceptoare de legturi de hidrogen cu o poziionare spaial precis, dar aceast cerin nu pare a fi foarte restrictiv. Compuii transportai nu pot fi foarte hidrofili sau foarte hidrofobi, iar n ceea ce privete mrimea moleculei exist limite inferioare i superioare, fiind excluse moleculele foarte mici sau foarte mari. S-a demonstrat c P-glicoproteina este implicat n transportul morfinei din creier napoi n snge prin bariera hemato-encefalic i c poate fi indus de administrarea cronic a acestei substane, ceea ce poate explica parial mecanismul de instalare a toleranei la morfin. Proteina MRP poate i ea transporta substraturi cu structuri foarte variate, dar n special hidrofile, iar interesul su toxicologic deosebit const n faptul c poate transporta din celul nu numai molecule amfotere, dar i metabolii conjugai cu glutation sau acid glucuronic, participnd astfel la aa numita faz a III a de detoxifiere. Proteina MRP este implicat i n instalarea rezistenei la terapia anticanceroas, prin excluderea din celula int a moleculelor de medicament.

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 27

Fig. 3.7. Modelele structurale ale P-glicoproteinei (A) i Proteinei MRP (B)

4. Endocitoza Acest proces const n invaginarea membranei celulare pentru a ngloba particule solide (fagocitoza) sau particule lichide (pinocitoza). Se formeaz o vezicul care poate fuziona cu un lizozom primar, transformndu-se n lizozom secundar n care enzimele pot digera macromolecula. Uneori, o poriune a membranei plasmatice care prezint receptori specifici leag macromolecula i apoi se invagineaz. Procesul necesit energie metabolic i poate fi indus de prezena anumitor molecule, cum ar fi ionii din mediul nconjurtor. Acest sistem de transport este important la nivelul alveolelor pulmonare, unde particulele insolubile de dioxid de uraniu sau azbest pot fi absorbite prin fagocitoz, sau la nivelul intestinului, pentru absorbia moleculelor mari. Este de asemenea important pentru eliminarea din snge a unor substane prin intermediul sistemului reticulo-endotelial din splin i ficat. Din punct de vedere toxicologic, cele mai importante mecanisme de transport prin membrane sunt difuzia pasiv i transportul activ.

28 TOXICOLOGIE GENERAL

ABSORBIA SUBSTANELOR TOXICE Absorbia reprezint procesul prin care xenobioticele ptrund n organism, respectiv trec din mediul extern n lichidele biologice (snge, limf, lichid cefalorahidian). O substan toxic poate ptrunde n organism pe diferite ci, care pot fi clasificate n: - a) ci naturale: o digestiv o respiratorie o cutanat o prin mucoase sau seroase - b) ci artificiale (parenterale) o intraperitoneal (i.p.) o intravenoas (i.v.) o subcutan (s.c.) o intramuscular (i.m.) Cile principale de absorbie pentru substanele toxice sunt calea digestiv, calea respiratorie i calea cutanat. Cile parenterale se folosesc de obicei pentru administrarea substanelor medicamentoase i sunt utilizate n experimentele toxicologice. Calea de ptrundere poate s influeneze: - efectul toxic final al unui compus; astfel, pH-ul acid stomacal poate determina hidroliza unor substane, iar bacteriile intestinale pot modifica natura unor compui prin metabolizare, afectnd astfel efectul toxic indus - distribuia ulterioar a substanelor; astfel, absorbia cutanat este lent i va conduce la o distribuie iniial n circulaia periferic, n timp ce absorbia pulmonar este rapid, organele majore fiind expuse foarte repede. - metabolismul prin primul pasaj hepatic; substanele care sunt absorbite din tractul digestiv trec nti prin ficat nainte de a ajunge n inim i a fi distribuite n ntreg organismul, suferind o prim metabolizare sub aciunea enzimelor hepatice. Substanele administrate pe alte ci, inclusiv cele absorbite prin mucoasa nazal, bucal sau din rect, nu sufer acest prim pasaj i ating concentraii mai mari n organism.

1. Absorbia digestiv Este o cale de ptrundere major pentru substanele toxice, fie prin intermediul alimentelor contaminate, fie ca medicamente sau substane otrvitoare

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 29

ingerate accidental sau intenionat. Majoritatea crimelor i sinuciderilor se produc ca urmare a ptrunderii agentului toxic pe cale oral. Tractul gastrointestinal poate fi privit ca un tub care strbate organismul. Dei el se gsete n organism, coninutul su poate fi considerat ca fiind n afara organismului. De aceea, substanele toxice din tractul gastrointestinal nu produc afectare sistemic dect dup absorbie, cu excepia compuilor iritani sau caustici. Absorbia se poate face de-a lungul ntregului tub digestiv, n mod difereniat, dependent de: - structura mucoasei digestive - pH-ul de la nivelul segmentului digestiv respectiv Absorbia se face prin difuzie pasiv, transport activ, endocitoz sau transport paracelular, adic prin jonciunile intercelulare. Celulele mucoasei intestinale conin i P-glicoproteina, care a fost implicat n secreia intestinal a unor medicamente ca: ciclosporina, digoxinul, unele fluorochinolone, ranitidina, citostatice, beta blocante. Moleculele absorbite sunt transferate n celulele endoteliale, spre capilare i ficat, sau napoi spre lumenul intestinal (secreie). 1.1. Absorbia la nivelul cavitii bucale este o cale minor de absorbie a substanelor toxice deoarece timpul de contact cu mucoasa bucal este foarte scurt. Pot fi absorbite substane cum ar fi: alcoolii, aldehidele, cetonele, cianurile, nitroglicerina, hormonii estrogeni, nicotina, cocaina. Absorbia la nivelul esofagului este foarte redus, datorit timpului scurt de contact, dar substanele toxice caustice pot leza grav mucoasa esofagian.

1.2.

1.3. Absorbia la nivelul stomacului depinde de: - Coeficientul de partiie al substanei: substanele liposolubile sunt mai uor absorbite prin difuzie pasiv, care reprezint procesul de absorbie cel mai important din punct de vedere cantitativ, dar n acelai timp, un anumit grad de hidrosolubilitate, care favorizeaz dizolvarea n coninutul apos al stomacului i deci un contact intim cu mucoasa, crete gradul de absorbie; cel mai bine se vor absorbi substanele cu un coeficient de absorbie apropiat de 1. - Prezena formei neionizate, absorbabile prin difuzie pasiv. Absorbia va fi deci determinat de pH-ul mediului i de pKa-ul substanei toxice. Deoarece pH-ul secreiei gastrice este acid, cuprins ntre 1,2 i 3,5, n funcie de starea de plenitudine a stomacului (1,2-1,8 a jeun i 3-3,5 dup mas), la acest nivel se vor absorbi acizii slabi (pKa > 2,5), care se gsesc n forma neionizat. Bazele slabe care sunt ionizate sau parial ionizate (pKa < 2,5) sunt neabsorbabile sau greu absorbabile. Aceste diferene sunt amplificate de

30 TOXICOLOGIE GENERAL

faptul c la pH-ul sngelui circulant de 7,4 acizii slabi se gsesc sub form ionizat i vor fi preluai de fluxul sanguin, n timp ce bazele slabe sunt neionizate i vor avea tendina de a difuza napoi n stomac. 1.4. Absorbia la nivelul intestinului subire intereseaz majoritatea compuilor care ptrund pe cale oral. - Bazele slabe, care la pH-ul mai alcalin (pH 6) al sucului intestinal se gsesc sub form neionizat, vor fi rapid absorbite, dei pH-ul 7,4 al plasmei nu favorizeaz ndeprtarea lor, fiind posibil rentoarcerea n intestin. - Acizii slabi, care se gsesc sub form ionizat, vor fi totui absorbii datorit: o Suprafeei mari a intestinului subire i timpului lung de sejur n acest segment al tractului digestiv o Ionizrii moleculei la pH-ul 7,4 al sngelui, care favorizeaz ndeprtarea de la locul absorbiei i meninerea gradientului de concentraie de-a lungul membranei intestinale (Fig.3.8.). o Existenei unui microstrat acid n vecintatea mucoasei intestinale, cu grosime de 20 m i al crui pH este cu 0,5 uniti mai mic dect cel din lumenul intestinal; aciditatea acestui microstrat este mai pronunat n duoden fa de poriunea distal a intestinului subire.Plasma pH 7,4NH2 NH3+

COO

-

Stomac pH 2COOH

NH3

+

NH2

Intestin pH 8-9COOH

Plasma pH 7,4COOH COO-

COO

-

NH2 NH3+

Fig. 3.8. Absorbia moleculelor ionizate la nivelul stomacului i intestinului

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 31

Absorbia substanelor toxice din intestin este favorizat de (Fig.3.9): Grosimea redus a mucoasei intestinale unistratificate Suprafaa considerabil de contact oferit de prezena vilozitilor i a microvilozitilor Vascularizaia bogat la acest nivel Timpul lung de contact dintre mucoas i substan pH-ul apropiat de cel fiziologic Coninutul de substane emulgatoare. Aceste substane emulgatoare sunt reprezentate de srurile biliare, sruri de sodiu i potasiu ale acizilor biliari conjugai cu glicin i taurin. Ele au un rol important n absorbie, mbuntind viteza de dizolvare i solubilitatea n ap a substanelor insolubile. Ali factori care influeneaz absorbia sunt: mrimea particulelor, prezena unor solveni i emulgatori, prezena microorganismelor, legarea de componente ale coninutului gastric, viteza de golire a stomacului, temperatura coninutului stomacal, motilitatea intestinal, efectul alimentelor, secreia gastrointestinal.

Fig. 3.9. Tractul intestinal la om (a: ficatul; b: stomacul; c: duodenul; d: ileonul; e: colonul; f: seciune longitudinal prin ileon; g: vilozitate; k: detaliu al unei viloziti; o: detaliu al celulelor epiteliale cu microviloziti (Timbrell J.A, 1991)

32 TOXICOLOGIE GENERAL

Un aspect important al absorbiei gastrointestinale este reprezentat de circuitul enterohepatic. Dup secreia prin bil a metaboliilor conjugai hidrosolubili, acetia pot fi hidrolizai n intestin de microflora intestinal sau de alte condiii locale, elibernd compusul ntr-o form mai puin polar, care poate fi reabsorbit i ajunge din nou n ficat prin vena port (Fig.3.10). Acest proces se poate repeta de mai multe ori i crete timpul de njumtire biologic, fcnd posibil apariia unor efecte adverse la nivel hepatic. Un alt ciclu este circuitul buco-enteric, n care substanele toxice absorbite n intestin sunt transportate de snge ajungnd la nivelul glandelor salivare, fiind apoi excretate n cavitatea bucal. Un exemplu de substan toxic ce poate intra n acest circuit este mercurul.

Fig. 3.10. Diagrama circulaiei enterohepatice (Niesink R.J.M., et al, 1996)

1.5. Absorbia la nivelul intestinului gros Capacitatea de absorbie a intestinului gros este mult mai redus fa de cea a intestinului subire, iar aceast cale de ptrundere este mai puin important pentru substanele toxice. Absorbia n acest caz depinde de : - a) locul de administrare, absorbia fiind mai rapid i mai eficient atunci cnd substana este aplicat n apropierea anusului, zon irigat de venele hemoroidale inferioare, care evit pasajul hepatic; - b) vrst, procesul descrescnd treptat o dat cu naintarea n vrst.

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 33

n concluzie, absorbia gastrointestinal se realizeaz preponderent la nivelul intestinului subire, fapt corelat pozitiv cu suprafaa disponibil pentru absorbie a acestui segment digestiv (Tabel III.1).

Tabel III.1. Mrimea suprafeei de absorbie pentru diferitele segmente ale tractului digestiv Cavitatea bucal Stomac Intestinul subire Intestinul gros Rect 0,02 0,1-0,2 100 0,5-1,0 0,04-0,07

2. Absorbia pe cale respiratorie Este o cale de absorbie important pentru ptrunderea substanelor toxice care se gsesc n aerul din mediul industrial sau comunal sub form de gaze, vapori ai lichidelor volatile sau particule fine, lichide sau solide. Sistemul respirator este prevzut cu unele mecanisme de protecie mpotriva substanelor toxice, n special a celor sub form de particule. Totui, el este vulnerabil din mai multe motive: - Schimbul de gaze la nivelul alveolelor capilare se produce la o distan foarte mic (1-2 m) de sistemul circulator, ceea ce permite nu numai schimbul de oxigen i dioxid de carbon, ci i schimbul de substane toxice gazoase. - Pereii alveolari sunt umectai de un film apos subire, care faciliteaz absorbia iniial a substanelor toxice din aerul alveolar. Totui, n unele cazuri, componenta fosfolipidic de la suprafaa stratului monomolecular interacionez cu compuii cu liposolubilitate mare i le ntrzie absorbia. - Suprafaa alveolelor pulmonare este foarte mare (ntre 50 i 100 de m2), de aproximativ 50 de ori mai mare dect suprafaa pielii (Fig. 3.11.).

34 TOXICOLOGIE GENERAL

Fig. 3.11. Structura sistemului respirator (a: traheea; b: bronhiol; c: sac alveolar cu vascularizaia aferent; d: aranjarea vaselor de snge n jurul alveolelor; e: aranjarea celulelor i a spaiilor de aer n alveole; f: structura celular a alveolei; g: celul endotelial a vasului capilar; h: eritrocite; i: celul epitelial a sacului alveolar. (Timbrell J.A., 1991)

Procesul respiraiei implic trecerea aerului prin mai multe segmente intercorelate care includ: nasul, gura, faringele, traheea, bronhiile i apoi cile respiratorii inferioare i alveolele pulmonare. Cantitatea de aer reinut n plmn este cunoscut drept volumul rezidual. Viteza de ptrundere a substanelor toxice sub form de vapori este controlat de viteza de ventilaie alveolar, compusul fiind prezent n alveole de manier temporar, de aproximativ 20 de ori / minut. n cazul inhalrii gazelor, moleculele acestora difuzeaz din spaiul alveolar n snge, n care se dizolv. Cu excepia unor gaze cu afinitate special pentru anumite structuri ale organismului (ex. legarea monoxidului de carbon de hemoglobin), captarea unui gaz de un esut se realizeaz de obicei printr-un simplu proces fizic de dizolvare. Dizolvarea moleculelor de gaz n snge are loc pn la stabilirea unui echilibru ntre moleculele de gaz din snge i cele din spaiul alveolar, echilibru la care raportul concentraiilor n cele dou faze este constant i poart denumirea de coeficient de partiie snge-gaz, fiind caracteristic pentru fiecare substan. Viteza de absorbia a gazelor la nivel pulmonar va depinde deci de valoarea acestui coeficient:

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 35

- pentru gazele cu solubilitate redus, viteza de absorbie depinde n principal de fluxul sanguin n plmni - pentru gazele cu solubilitate mare, viteza de absorbie depinde n principal de ventilaie (frecvena respiratorie). n cazul particulelor solide, absorbia depinde n principal de mrimea acestora (Fig. 3.12).

Nas Gura Faringe 5 - 30m Trahee Bronhii Bronhiole 1 - 5m

Alveole 1 m

Fig. 3.12. Segmentele la nivelul crora se produce absorbia n tractul respirator

Particulele cu dimensiuni mai mari de 5 m sunt de obicei depozitate n regiunea naso-faringelui. Particulele ntre 2 i 5 m sunt depozitate n principal n zona traheobronic, de unde sunt eliminate prin micarea retrograd a stratului de mucus din poriunea ciliat a tractului respirator. Tusea i strnutul favorizeaz deplasarea mucusului i a particulelor spre cavitatea bucal, de unde particulele pot fi eventual nghiite i absorbite n tractul gastrointestinal. Particulele de 1 m sau mai mici ptrund n sacii alveolari. Ele pot fi absorbite n circulaia general sau pot fi fagocitate de macrofagele alveolare i ajung n limf, unde substanele toxice pot fi depozitate perioade lungi de timp. ndeprtarea particulelor din plmni se realizeaz n mare msur prin dizolvare i transport vascular. Unele particule pot ns rmne n alveole un timp nedefinit. Aceasta are loc atunci cnd celulele alveolare prolifereaz n loc s se descuameze i nglobeaz particule de praf, care n asociere cu dezvoltarea unei reele de fibre de reticulin conduc la formarea unei

36 TOXICOLOGIE GENERAL

plci sau a unui nodul. De exemplu, fibrele de azbest sunt fagocitate, rmn n plmn i pot cauza fibroz i chiar tumori pulmonare.

3. Absorbia cutanat Pielea este un esut multistratificat complex, care constituie o barier fiziologic relativ eficient mpotriva ptrunderii xenobioticelor. Ea este relativ impermeabil fa de majoritatea ionilor i fa de soluiile apoase, dar este permeabil pentru multe substane toxice n stare de agregare solid, lichid sau gazoas. Pielea este alctuit din trei straturi: epiderm, derm i hipoderm, n acesta din urm gsindu-se aparatul pilosebaceu i glandele sudoripare (Fig.3.13).

Fig. 3.13. Structura pielii la mamifere

(Niesink R.J.M., et al, 1996)

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 37

Absorbia substanelor toxice se poate face prin: foliculii piloi, sau celulele glandelor sebacee i sudoripare; este o cale minor, deoarece suprafaa lor raportat la suprafaa total a pielii este doar de 0,1-1%. Difuzie prin celulele epidermei care constituie poriunea majoritar a suprafeei pielii. Epiderma este un esut de grosime diferit (ntre 0,1 i 0,8 mm), alctuit din mai multe straturi. Stratul extern, care reprezint bariera principal n calea ptrunderii substanelor exogene, este stratul cornos, care este constituit din 8-16 straturi de celule aplatizate, cheratinizate. Aceste celule moarte, cheratinizate, sunt foarte hidrofile, proprietate care menine pielea moale i supl. Pielea este acoperit de un ulei natural, sebumul, care confer epidermei capacitatea de a mpiedica ptrunderea apei. Stratul cornos uman prezint diferene fizico-chimice i structurale de la o regiune a organismului la alta, care influeneaz gradul de absorbie; de exemplu, substanele toxice se absorb uor prin scrot, cap, gt, axil, mai puin prin peretele abdominal i foarte greu n regiunea plantar sau palmar. Prima etap a absorbiei prin piele este difuzia xenobioticelor prin epiderm, care este o etap limitant de vitez datorit prezenei stratului cornos: - substanele polare difuzeaz prin suprafaa extern a filamentelor proteice ale stratului cornos hidratat - moleculele nepolare se dizolv i difuzeaz prin matricea lipidic dintre filamentele proteice, viteza de difuzie fiind direct proporional cu liposolubilitatea i invers proporional cu masa molecular; totui, substanele foarte hidrofile sau foarte lipofile nu pot strbate stratul cornos. A doua etap a absorbiei const n difuzia substanei toxice prin derm, care reprezint un mediu de difuzie poros, neselectiv i apos. Din derm, compuii sunt preluai n circulaia sistemic prin numeroasele capilare venoase i limfatice care l irig. Absorbia cutanat poate fi influenat de: - proprietile fizico-chimice ale substanei, n special gradul de ionizare, mrimea moleculei, solubilitatea n ap i lipide - pH-ul pielii - temperatura ambiant - masajul local - aplicarea de surfactani i spunuri - solventul n care este condiionat substana Prin tegumente vor ptrunde: - substane gazoase i volatile: H2S, CO, CO2, HCN - compui organici lipofili: hidrocarburi alifatice i aromatice, alcooli, solveni clorurai, nitro- i aminoderivai aromatici, fenoli, insecticide organofosforice, alcaloizi lichizi (nicotina)

38 TOXICOLOGIE GENERAL

- unele substane minerale (Hg, Pb, Bi, ioduri alcaline), direct sau dup reacie cu acizii grai din sebum.

4. Absorbia pe cale parenteral Aceast cale de administrare se ntlnete de obicei n intoxicaiile acute medicamentoase, n tentativele de sinucidere i n cazurile de supradozare la toxicomani. Viteza de absorbie depinde de modul de administrare, fiind cea mai mare n cazul administrrii intravenoase, cnd substana toxic este introdus direct n circulaia sanguin, eliminndu-se procesul de absorbie. Calea intraperitoneal este utilizat n experimentele toxicologice, atunci cnd se urmrete asigurarea unei biodisponibiliti ct mai apropiat de 100% a unei substane insolubile. Absorbia xenobioticelor este rapid, datorit vascularizaiei bogate i a suprafeei mari a cavitii peritoneale. Compuii sunt absorbii iniial n circulaia portal i deci vor trece prin ficat nainte de a ajunge la organe. Cile subcutanat i intramuscular se caracterizeaz prin viteze de absorbie mai reduse, dar xenobioticul ajunge direct n circulaia general. Viteza de absorbie poate fi influenat de modificarea circulaiei sanguine n zona respectiv, de exemplu prin asocierea unui vasoconstrictor cum ar fi adrenalina, care reduce viteza de resorbie i prelungete aciunea substanei toxice.

DISTRIBUIA SUBSTANELOR TOXICE Distribuia este procesul de transfer al substanei chimice din circulaia general n esuturile organismului. Procesul poate fi caracterizat att sub aspectul vitezei ct i al extinderii, parametrii farmacocinetici corespunztori fiind constanta vitezei de distribuie (, k12, k21) i volumul aparent de distribuie (Vd). Distribuia are loc de obicei rapid. Viteza de distribuie este determinat ntro prim faz de circulaia sanguin i de viteza de difuzie din capilare n celulele unui anumit organ sau esut. Distribuia final depinde n mare msur de afinitatea xenobioticului pentru diferite esuturi. Ptrunderea substanei toxice n celule se face prin difuzie pasiv sau transport activ. Moleculele mici hidrosolubile i ionii difuzeaz prin porii membranei celulare, n timp ce moleculele liposolubile difuzeaz prin membran. Moleculele foarte polare i ionii de dimensiuni medii sau mari nu pot ptrunde dect prin mecanisme specializate de transport. Lichidele organismului sunt divizate n trei compartimente distincte: apa plasmatic, apa interstiial i apa intracelular. Apa extracelular este constituit

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 39

din apa plasmatic i apa interstiial. La om, plasma reprezint aproximativ 4% din greutatea corporal, dar 53% din volumul sanguin total, lichidul interstiial constituie 13% din greutatea corporal, iar lichidul intracelular 41%. Concentraia substanei toxice n snge dup expunere depinde de volumul aparent de distribuie. Astfel, dac substana este distribuit doar n plasm, n compartimentul vascular va fi atins o concentraie mare. Dac ns aceeai cantitate de xenobiotic este distribuit n apa interstiial i intracelular, concentraia n compartimentul vascular va fi mult mai mic. Distribuia substanelor toxice este ns complex i nu poate fi apreciat doar prin distribuia n unul din compartimentele apoase ale organismului. Legarea de i/sau dizolvarea n depozite de stocare cum ar fi esutul adipos, ficatul sau oasele, sunt factori importani n determinarea distribuiei unui xenobiotic. Substanele toxice sunt transportate n organism de ctre snge fie dizolvate n apa plasmatic, fie legate de un transportor. Acest transportor poate fi reprezentat de: - proteinele plasmatice, n special albuminele, care leag ioni i molecule n general mici - lipoproteinele, care leag moleculele liposolubile, probabil prin dizolvare n componenta lipidic - eritrocitele, care pot fixa unii compui cum ar fi plumbul - leucocitele, care pot fagocita particulele insolubile Distribuia xenobioticelor n organism depinde de: legarea de proteinele plasmatice afinitatea pentru proteinele tisulare debitul sanguin n organ existena unor bariere de protecie 1. Legarea de proteinele plasmatice se face n principal de albumin i eventual de alfa-1-glicoproteina acid sau de globulin. Aceast legare face ca substana toxic s nu fie disponibil imediat pentru a fi transferat n spaiul extravascular, deci proteinele plasmatice exercit att un rol de transport ct i de stocare. Legturile formate sunt ns reversibile (legturi ionice, de hidrogen, fore van der Waals, interaciuni hidrofobe) i substana toxic poate fi eliberat pentru a traversa peretele vascular. Disocierea se poate produce atunci cnd afinitatea xenobioticului pentru o alt molecul sau component celular este mai mare dect cea pentru proteinele plasmatice, sau cnd scade concentraia compusului nelegat. Astfel, de cte ori concentraia dintr-un compartiment, snge sau esut, scade, are loc o redistribuie. ntre diferitele substane se poate produce o competiie pentru legarea de proteinele plasmatice, fapt care este la originea a numeroase interaciuni medicamentoase, unele cu potenial toxic considerabil (de exemplu interaciunea sulfamidelor

40 TOXICOLOGIE GENERAL

antibacteriene cu sulfamidele antidiabetice, care poate provoca apariia comei hipoglicemice). 2. Afinitatea pentru proteinele tisulare conduce la fixarea preferenial a substanelor toxice n anumite organe. 3. Debitul sanguin n organ reprezint unul din principalii factori care determin distribuia diferitelor xenobiotice n organe. Astfel, organele puternic vascularizate (ficat, rinichi) pot concentra substanele toxice preferenial fa de alte organe. Creierul, care reprezint doar 2% din greutatea corporal, primete 16% din fluxul cardiac i poate deci reine cantiti mai mari de xenobiotice. 4. Barierele organismului Bariera hemato-encefalic protejeaz sistemul nervos central de fluctuaiile compoziiei sngelui, realiznd o separare aproape complet a acestuia de restul organismului. Bariera hemato-encefalic (BHE) este localizat la nivelul peretelui capilar, unde celulele endoteliale sunt strns unite, lsnd ntre ele un spaiu extrem de redus, care nu permite trecerea substanelor toxice legate de proteinele sanguine spre creier. Se estimeaz c suprafaa capilarelor cerebrale este de aproape 20 m2 pentru o greutate medie a creierului uman de 1300 g. Comparativ cu celulele endoteliale ale altor capilare, capilarele cerebrale au un numr redus de vacuole i un procent crescut al fraciunii mitocondriale, ceea ce face ca principalul sediu anatomic i funcional al BHE s fie endoteliul cerebral. Datorit existenei barierei hemato-encefalice, schimbul direct ntre compartimentul vascular i parenchimul cerebral este semnificativ redus. Pot ptrunde gazele i moleculele lipofile de dimensiuni mici, dar pentru majoritatea celorlalte substane transportul se face prin intermediul unor transportori sau a veziculelor. Sunt patru motive pentru care substanele toxice nu pot ptrunde uor n creier: - celulele endoteliului capilar din SNC sunt strns lipite, lsnd foarte puini pori ntre ele, astfel nct mpiedic trecerea moleculelor hidrosolubile de dimensiuni mici pn la medii - conin un transportor dependent de ATP, proteina MDR, care transport unele substane napoi n snge - capilarele din SNC sunt nconjurate n mare msur de astrocite, care trebuie s fie traversate de compuii liposolubili - concentraia n proteine a lichidului interstiial din SNC este mai sczut comparativ cu alte lichide biologice, ceea ce limiteaz deplasarea compuilor insolubili n ap prin transport paracelular.

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 41

Ptrunderea substanelor toxice n creier este deci condiionat de liposolubilitatea acestora i de prezena formei neionizate. Unele xenobiotice ptrund n creier printr-un proces ce implic transportori. De exemplu, metilmercurul se combin cu cisteina, formnd o structur asemntoare cu metionina, care este acceptat de transportorul aminoacizilor din celulele endoteliului capilar. Bariera placentar este un organ intermediar ntre ft i peretele uterului, prin care se realizeaz transferul de gaze, substane nutritive i produi de degradare ntre sngele mamei i al copilului. Ea este alctuit din mai multe straturi de celule, care variaz de la o specie la alta. Placenta are i un oarecare rol de protejare a ftului fa de ptrunderea substanelor toxice datorit capacitii sale de a biotransforma unele xenobiotice, dar poate fi strbtut prin difuzie pasiv de substanele liposolubile. Concentraia compusului atinge de obicei 75-100% din concentraia n sngele matern n 5 minute de la administrare, de aceea protecia oferit ftului de aceast barier este redus.

STOCAREA SUBSTANELOR TOXICE Sngele distribuie substanele toxice n toate esuturile organismului care, n funcie de afinitatea lor, pot reine cantiti mai mari sau mai mici de substan. Aceast reinere poate fi de dou tipuri: - a) n esuturi care reprezint locul de aciune al substanei toxice, caz n care se folosete termenul de localizare. Un astfel de exemplu este monoxidul de carbon, care are afinitate foarte mare pentru hemoglobin, sau paraquatul, care se acumuleaz n plmn. - b) n alte esuturi dect cele la nivelul crora i manifest aciunea toxic, cnd se prefer termenul de stocare sau cel de acumulare. De exemplu, plumbul este stocat n oase, dar i manifest aciunea la nivelul esuturilor moi, insecticidele organoclorurate se acumuleaz n esutul adipos, dar acioneaz toxic la nivelul sistemului nervos central. Substana toxic din organele de stocare este n echilibru cu fraciunea liber din plasm. Deci, pe msur ce compusul este biotransformat sau excretat din organism, o alt fraciune este eliberat din depozite, fapt care poate crete foarte mult timpul de njumtire biologic. Locurile majore de stocare a substanelor toxice n organism 1. Proteinele plasmatice pot fixa att constitueni fiziologici normali, ct i xenobiotice. Majoritatea acestora se leag de albumine. Transferina, o beta1

42 TOXICOLOGIE GENERAL

globulin, este implicat n transportul fierului n organism, iar ceruloplasmina n transportul cuprului. Alfa- i beta-lipoproteinele leag compui liposolubili cum ar fi vitaminele, colesterolul, hormonii steroizi, dar i xenobiotice. Substanele cu caracter bazic se pot lega de alfa1-glicoproteina acid. Legarea de proteinele plasmatice este reversibil, dar unii compui se pot lega att de puternic nct dup o singur doz rmn n organism mai muli ani. De exemplu, medicamentul Teridax (acidul 2,4,6-triiodo-3-hidroxifenil propionic) are din acest motiv un timp de njumtire de 2,5 ani. 2. Proteinele tisulare din ficat i rinichi Ficatul i rinichiul au o mare capacitate de a lega diferite substane chimice i concentreaz probabil mai multe xenobiotice dect toate celelalte organe mpreun. Dei mecanismele prin care ficatul i rinichiul rein substanele toxice din snge nu au fost pe deplin elucidate, se pare c n majoritatea cazurilor sunt implicate transportul activ i legarea de unii componeni tisulari. Astfel, a fost identificat n citoplasma hepatocitelor o protein, ligandina, care are o mare afinitate pentru acizii organici, i care leag i azocoloranii carcinogeni i corticosteroizii. Metalotioneina, o protein cu sulf cu mas molecular mic din ficat i rinichi, are o mare afinitate pentru metale cum ar fi cadmiul i zincul. 3. esutul adipos este un loc important de stocare pentru compuii cu liposolubilitate mare cum ar fi: insecticidele organoclorurate, nitroderivaii aromatici, solvenii organici. Se pare c reinerea se face prin simpl dizolvare a substanei toxice n grsimile neutre. Aceast stocare determin scderea concentraiei xenobioticului la locul de aciune, deci este de ateptat ca astfel de compui s aib o toxicitate mai redus la persoanele obeze dect la cele normale. Concentraia plasmatic poate crete ns mult ca urmare a mobilizrii rapide a lipidelor dup o perioad de post, existnd posibilitatea apariiei de intoxicaii acute. 4. esutul osos reprezint locul major de stocare pentru unele substane toxice cum ar fi fluorul, plumbul, stroniul. Fixarea are loc n urma unei reacii rapide de schimb ntre substana toxic din lichidul interstiial i cristalele de hidroxiapatit din os. Datorit similitudinii ca dimensiune i sarcin, ionul fluorur poate nlocui ionul hidroxil, n timp ce ionul de calciu poate fi nlocuit de ionii de plumb sau stroniu. Stocarea substanelor toxice n os poate sau nu s aib consecine nedorite. De exemplu, plumbul nu este toxic pentru os, n timp ce fluorul produce fluoroz scheletic, iar stroniul radioactiv osteosarcom. Xenobioticele stocate n os pot fi eliberate prin:

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 43

- schimb ionic la nivelul suprafeei cristalelor de hidroxiapatit - dizolvarea cristalelor prin mecanisme osteoclastice Unii compui mai pot fi stocai n fanere (arsen, seleniu), piele (aur, argint), sau n celulele sistemului reticulo-endotelial care pot fagocita particulele.

ELIMINAREA SUBSTANELOR TOXICE Dup absorbie n organism, distribuie i biotransformare, substanele toxice sunt eliminate, fie ca atare, fie sub form de metabolii. Eliminarea include toate procesele care conduc la scderea concentraiei xenobioticului n organism. Aceasta se poate realiza prin metabolizare, sau prin excreie. Excreia la rndul ei se poate face pe cale renal, prin fecale, pe cale pulmonar sau prin secreii ale organismului: sudoare, saliv, lacrimi sau lapte. Eliminarea ncepe imediat dup ptrunderea xenobioticului n organism, dar poate s nu reprezinte procesul major pn n momentul n care absorbia i distribuia sunt diminuate. Factorii care influeneaz eliminarea sunt: - integritatea funcional a principalelor sisteme de organe (cardiovascular, renal, hepatic) - vrsta - sexul - competiia pentru procesul de eliminare sau inhibarea acestuia de ctre alte xenobiotice - saturarea proceselor enzimatice - factorii genetici - proprietile fizico-chimice ale substanei

1. Excreia renal Rinichii reprezint principalele organe excretoare. Pe aceast cale se elimin majoritatea produilor rezultai din cile metabolice normale, dar i xenobioticele polare i metaboliii hidrofili ai xenobioticelor lipofile. Unitatea funcional a rinichiului este nefronul (Fig. 3.14.), la nivelul acestuia avnd loc procesele fiziologice ce sunt utilizate att pentru excreia substanelor endogene, ct i a celor exogene, i anume: filtrarea glomerular, secreia tubular i reabsorbia tubular.

44 TOXICOLOGIE GENERAL

Fig. 3.14. Structura nefronului (McKimm W., 2000)

1.1.

1.2.

Filtrarea glomerular reprezint mecanismul principal de eliminare. La adult, prin artera renal trece aproximativ 25% din volumul minut cardiac (1,2-1,3 l/minut), deci n medie 1800 l de snge pe zi. Sngele sufer un proces de filtrare cu o vitez de 130 ml/minut (190 l/zi), care constituie urina primar. Deoarece capilarele glomerulilor au pori mari (70 nm), majoritatea substanelor toxice pot fi filtrate la acest nivel, cu excepia moleculelor de dimensiune mare, cu masa molecular mai mare de 60000 daltoni, sau a celor legate de proteinele plasmatice. Reabsorbia tubular este cel de-al doilea proces major care are loc n rinichi. Filtratul glomerular conine ap i substane care sunt necesare organismului: aminoacizi, glucoz, sruri, care trebuie recuperate din filtrat n timpul procesului de eliminare. Acest proces are loc n special la nivelul poriunii proximale a tubilor renali, prin mecanisme de difuzie pasiv sau transport activ. Apa i majoritatea ionilor sunt reabsorbii n tubul distal i tubul colector. Reabsorbia xenobioticelor are loc o dat cu absorbia moleculelor endogene i se face de obicei prin difuzie pasiv. Substanele liposolubile sunt reabsorbite eficient, n timp ce compuii polari i ionii sunt excretai n urin. De aceea,

NOIUNI DE TOXICOCINETIC 45

pentru substanele toxice cu caracter slab acid sau slab bazic eliminarea renal poate fi favorizat prin modificarea pH-ului urinar; astfel, alcalinizarea urinei conduce la ionizarea acizilor slabi, ceea ce mpiedic reabsorbia tubular, crescnd eliminarea. 1.3. Secreia tubular a substanelor toxice se poate face prin difuzie pasiv sau printr-un mecanism activ. Difuzia pasiv are o semnificaie minor deoarece filtrarea glomerular, fiind mult mai rapid, va contribui la crearea unui gradient de concentraie care este favorabil reabsorbiei tubulare. Secreia activ se realizeaz cu ajut