Historia de la Toxicología

Evolución Histórica

• Desde el Paleolítico, el ser humano observó los efectos de ciertas sustancias al cazar, diferenciando entre lo comestible y lo dañino.
• En Egipto, el "Papiro Ebers" documentó sustancias perjudiciales para las personas, conocimiento en posesión de los sacerdotes.
• El "Libro de Job" en la Biblia menciona flechas envenenadas, lo que vincula la toxicología con el concepto griego de flechas envenenadas.
• Hipócrates estudió los efectos de la ingestión de sustancias y sobredosis, definiendo la biodisponibilidad en la Antigua Grecia.
• En Roma, la "Lex Cornelia" fue una ley promulgada por Sila contra el envenenamiento.
• En Al-Ándalus, Maimónides estudió el efecto de los tóxicos en el organismo, así como venenos y antídotos.
• Durante la Edad Media, resurge la figura del catador para proteger a figuras importantes como el Papa del envenenamiento
• Aqua Toffana, un veneno a base de arsénico, fue ampliamente utilizado.
• Catalina de Médicis estudió los efectos de las sustancias en el organismo simulando ayudar a enfermos en la Edad Media.
• En el siglo XV, Paracelso sentó las bases de la toxicología al afirmar que la dosis determina si una sustancia es tóxica.
• El siglo XVIII vio el inicio de descubrimientos de elementos y la Revolución Industrial, que incrementó el cáncer de escroto en deshollinadores.
• En el siglo XIX, Orfila escribió el primer tratado de toxicología y es considerado el padre de la toxicología.
• Marsh estudió la intoxicación por arsénico y buscó un antídoto, mientras que Otto desarrolló técnicas para detectar la nicotina.
• Medicina experimental, incluyendo toxicología forense, se introdujo en el siglo XIX.
• En el siglo XX, se empezaron a utilizar los fármacos, se descubrieron las vitaminas y la radioactividad.
• La FDA fue creada, y se publicó el primer decreto sobre pesticidas.
• En 1958, la Cláusula Delaney prohibió añadir a los alimentos cualquier sustancia química reconocida como carcinógena.
• Las sustancias GRAS (Generally Recognized As Safe) se definen como sustancias 100% seguras.

Conceptos Generales

• Toxicología es la ciencia que estudia los efectos adversos de agentes físicos o químicos en organismos vivos.
• Un xenobiótico es cualquier sustancia externa que se incorpora al organismo.
• Intoxicación se refiere al conjunto de alteraciones derivadas de la presencia de un tóxico en el organismo.
• Un tóxico es una sustancia que puede producir efectos nocivos en un ser vivo, alterando sus equilibrios vitales, dependiendo su efecto de la dosis.
• Un veneno es una sustancia que causa daño al introducirse en el organismo, incluso en pequeñas cantidades, con intención de dañar o matar; todos los venenos son tóxicos, pero no todas las sustancias tóxicas son venenosas.
• Un veneno de serpiente puede matar con una sola gota, mientras que el paracetamol es seguro en dosis normales, pero puede causar daño hepático en exceso.

Campos de la Toxicología

• Existen 7 campos dentro de la Toxicología.
• Toxicología Ambiental estudia las sustancias químicas que contaminan alimentos, agua, suelo y atmósfera.
• Toxicología Ocupacional protege a trabajadores de sustancias tóxicas, estableciendo límites para cadmio, berilio, arsénico, formaldehído y MOCA.
• Toxicología Reglamentaria recopila y evalúa información toxicológica para establecer normas de seguridad según concentraciones.
• Toxicología Clínica analiza enfermedades relacionadas con la exposición a sustancias tóxicas a corto y largo plazo.
• Toxicología Descriptiva recopila información toxicológica mediante experimentación con animales.
• Toxicología Forense ayuda a establecer relaciones causa-efecto entre exposición y efectos de medicamentos o sustancias.
• Toxicología Alimentaria se ocupa de problemas de toxicidad por sustancias tóxicas en los alimentos.

Clasificación de Contaminantes

• Los contaminantes se pueden clasificar según su interés toxicológico.
• Contaminantes biológicos
• Contaminantes químicos
• Aditivos alimentarios
• Tóxicos
• La tetradotoxina del pez globo es un tóxico natural.
• Los HAP’s son carcinógenos que se forman durante la combustión incompleta de carbón, petróleo, gasolina y basura.
• Los disruptores hormonales, como el bisfenol A, afectan el estradiol y la testosterona.
• Alimentos transgénicos como la uva sin semilla
• Los contaminantes también se clasifican según su origen.
• Sustancias de producción animal son químicos usados en la cría, controlando que la ingesta hormonal no supere la capacidad de síntesis del organismo.
• Sustancias de producción agrícola son productos químicos usados en cultivos; el LMR (límite máximo de residuos) varía entre países y se informa cada 3 años en la UE.
• La contaminación ambiental, presente en aire y agua, es consecuencia de la actividad humana, como el bisfenol A, prohibido en envases y juguetes en España, pero no en Francia.
• La transformación de alimentos por fabricación, transporte y almacenamiento altera su composición, generando HAP’s, acrilamida y acroleína.
• La contaminación natural incluye sustancias como la tetradotoxina del pez globo y micotoxinas de las setas.

Evaluación de la Toxicidad o Toxicología Experimental

• La evaluación se basa en estudios toxicológicos para identificar riesgos y límites de seguridad.
• Los ensayos de toxicidad en animales se basan en dos principios.
• Los efectos tóxicos en animales deben ser extrapolables a humanos (dosis/peso).
• La exposición a dosis altas en animales es un método para descubrir posibles riesgos en humanos (dosis altas para ver el efecto tóxico).
• El diseño experimental se basa en 7 puntos.
• Propiedades físico-químicas: se debe conocer la naturaleza del tóxico.
• Elección de especie: la manutención y manipulación de animales varía según la especie.
• Elección de grupos: se incluyen grupos de control positivo y negativo, además de tratados.
• Elección de vía de administración: suele ser vía oral.
• Elección de la dosis.
• Duración del tratamiento.
• Análisis estadístico.
• La toxicidad aguda implica una dosis elevada durante 24 horas.
• La toxicidad subaguda/subcrónica implica distintas dosis de 1 a 3 meses.
• La toxicidad crónica implica distintas dosis de 6 meses a 2 años.
• La genotoxicidad genera daño al material genético.
• La carcinogénesis es la formación de cáncer.
• El IARC (international agency for research on cancer) creó una clasificación de certeza sobre el potencial cancerígeno de sustancias.
• Grupo 1 tiene suficiente evidencia de provocar cáncer en humanos (tabaco, radiación solar).
• Grupo 2A es probablemente carcinógeno en humanos con evidencia en animales (fritos a altas temperaturas, DDT).
• Grupo 2B es posiblemente carcinógeno en humanos, pero con evidencia no suficiente en animales (humo del tubo de escape, plomo).
• Grupo 3 tiene evidencia insuficiente tanto en humanos como en animales (café, mercurio, paracetamol).

Ensayo de Toxicidad Aguda

• Determina el potencial tóxico de una sustancia.
• Utiliza una dosis muy alta para observar los efectos en 24 horas,
• Proporciona información acerca de:
• DL50, la dosis letal para el 50% de la población, expresada en mg de sustancia por kg de peso.
• Naturaleza tóxica: características de las sustancias tóxicas y sus efectos.
• Relación dosis-respuesta: varía según sexo y especie.
• Riesgo por exposición.
• Sexo y especie.
• Según la DL50, las sustancias se clasifican en muy tóxicas, tóxicas, nocivas y no clasificadas.

Ensayo de Toxicidad Subaguda/Subcrónica

• Se aplican tres tipologías de dosis (alta, intermedia y baja).
• Proporciona información sobre: efectos tóxicos principales, relación dosis-respuesta, órganos diana implicados y reversibilidad.

Otros Ensayos

• NOAEL, la dosis máxima sin efecto adverso observable, se expresa en mg/kg/día.
• En estudios subcrónicos y subagudos, la IDA se calcula como NOAEL/1000.
• El ensayo de toxicidad crónica ayuda a saber si el efecto es acumulable y si hay un periodo de latencia,
• Proporciona información sobre: naturaleza de los efectos tóxicos, dosis sin y con efecto, tiempo de aparición.
• NOAEL se utiliza para calcular las IDA o DDA (ingesta diaria admisible), se expresa en mg/kg de peso corporal, es la dosis máxima diaria que ingresa en el organismo durante toda la vida no produce efectos tóxicos en el consumidor
• En estudios crónicos la IDA se calcula así: NOAEL /100.
• El cálculo del factor pendiente se muestra en una imagen adjunta para sustancias cancerígenas genotóxicas, que dañan directamente el ADN y aumentan el riesgo de cáncer.
• En estos casos, no se permite ninguna DDA y el peso de la evidencia es cualitativo, mientras que el CSF tiene un carácter cuantitativo.

Relación Dosis-Efecto

• El objetivo del cálculo es determinar el riesgo asociado a la cantidad de arsénico en el agua.
• Se utiliza la siguiente información: la concentración de arsénico en el agua (0,05 mg/L), el consumo diario de agua (2L), el peso del individuo (60kg) y el CSF (1,5 mg/kg/día).
• Calculando la dosis de exposición (DE) se multiplica concentración de arsénico en agua por el consumo diario y se divide por el peso corporal: DE = 0,0017(mg/kg/día).
• El riesgo de cáncer (RPC) se calcula multiplicando el CSF por la dosis de exposición: RPC = 1,5 x 0,0017 = 0,0025.
• Un valor de 0,0025 indica un riesgo de cáncer del 0,25%, lo que significa que 2,5 personas de cada 1000 podrían desarrollar cáncer debido a la exposición prolongada al arsénico en agua.
• Se utiliza cuando se hace referencia a un individuo. En el caso de que se hable de una población se utiliza la nomenclatura dosis-respuesta.
• La dosis es la cantidad real de una sustancia química que ingresa al cuerpo.
• Hay dosis que no producen efectos tóxicos, pero si las dosis aumenta, los efectos crecen hasta que se vuelven adversos y hasta letales.
• La relación dosis-efecto puede ser de dos tipos.
• El efecto es en función de la dosis y tiempo, es la respuesta del organismo frente a dosis variables de una sustancia química
• Ante la administración de una dosis específica, cada individuo presenta el máximo efecto o no experimenta ninguno.
• La intensidad de la respuesta biológica es proporcional a la dosis expuesta sobre el organismo
• Para determinar la relación dosis-respuesta de un determinado xenobiótico sobre un organismo, se deben considerar los siguientes factores:
• Tipo de respuesta
• Organismo de prueba
• Duración del experimento
• Serie de dosis
• Vía de administración
• Conocer la relación ayuda a definir el intervalo entre la dosis inocua y la tóxica de un determinado agente
• La respuesta de un organismo varía en diferentes especies (interespecie) y en la misma especie (intraespecie)
• En el caso de las sustancias fundamentales para las funciones fisiológicas (vitaminas, nutrientes esenciales, etc.) la curva dosis-respuesta tiene forma de “U”.
• Esto indica que a muy bajas concentraciones aparecen efectos adversos (incluso la muerte).
• Al aumentar la dosis se llega a una zona donde no existen efectos adversos, que corresponde a “homeostasis”.
• Sin embargo un aumento excesivo en la dosis nos sitúa de nuevo en la zona donde aparecen efectos tóxicos.
• Al aumentar las dosis, se incrementa el efecto hasta llegar a una dosis en que se alcanza un efecto máximo y la curva se hace asintótica.
• En la parte del gráfico, donde el trazado de la curva es lineal, se toma el valor de 50% de la respuesta.
• La dosis umbral es aquella por debajo de la cual la probabilidad de una respuesta tóxica es nula.
• NOAEL es cuando no hay efectos adversos observables y el LOAEL es cuando hay bajos niveles de efectos observables
• DL50 del A > que DL50 del B = se necesita dosis menor del A para producir más respuesta
• La pendiente de A > que pendiente de B = necesito menos dosis del A para producir más respuesta
• El umbral de A > que umbral de B = necesito más dosis de A para activar y obtener respuesta
• Los cancerígenos actúan como una recta –> más aumento la dosis, más daño voy a tener
• Potencia -> la dosis necesaria para conseguir grandes efectos
• Eficacia -> el porcentaje de respuesta que tiene la población
• El índice terapéutico es la relación entre la dosis tóxica y la dosis deseada; cuanto mayor sea esta relación, mayor seguridad.
• Se calcula dividiendo DL50 / DE50: si IT > 10, hay buena separación de curvas y es seguro.
• El margen de seguridad compara comportamientos gráficos; necesario determinar DL1 y DE99.

Parámetros en Toxicología Alimentaria

• IDA, cantidad de sustancia química en mg/kg, que puede ingerirse diariamente sin riesgo para la salud; se calcula como NOAEL / factor de seguridad.
• DRfA, cantidad mínima a ingerir de una sustancia por unidad de masa corporal para producir intoxicación aguda.
• LMR es la cantidad máxima de una sustancia química en mg/kg de alimento que no implica riesgo para la salud; se calcula como IDA x peso corporal/ Peso alimento.

Clasificación de las Intoxicaciones

• Según tipo de exposición:Aguda: aparición en 24 horas.
• Crónica: consecuente a repetidas exposiciones.
• Aguda sobre crónica: exposición aguda sobre base de crónicas.
• Según grado de afectación: Leve: reversible y no grave.
• Moderada: medianamente grave, no mortal.
• Severa: grave y mortal.

Efecto del tóxico

• Para tener efecto tóxico, debe haber interacción entre compuesto y organismo biológico, siguiendo criterios:
• Contacto para que el tóxico se transporte del exterior al interior.
• Solubilidad del compuesto.
• Que la reacción tienda al equilibrio.
• Tóxico hidrosoluble llega al hígado; liposoluble se transporta a la bilis.

Factores que Modifican la Toxicidad

• La reacción tóxica depende de:La dosis, concentración del tóxico libre y activo a nivel receptor.
• Permeabilidad, capacidad del tóxico de atravesar la membrana biológica sin destrucción metabólica.
• NO ionizada sin carga, la permeabilidad depende del tamaño y la solubilidad (liposoluble mejor).
• Sensibilidad, receptor sensible amplifica la dosis.
• A su vez, dependen de factores que modifican la toxicidad de un producto.

Factores Ambientales

• (exógenos o físicos):Condiciones climáticas influyen en farmacocinética por desequilibrio en el SNC generado por cambios iónicos.
• Actividad lumínica intensifica trastornos tóxicos y causa reacciones de hipersensibilidad.
• Temperatura ambiental aumenta velocidad de reacciones químicas y favorece la entrada de tóxicos.
• Presión atmosférica influye en absorción de gases y vapores, aumentando la interacción de tóxicos con los receptores.

Factores Individuales

• (endógenos o biológicos):Especie: Raza negra más resistente a venenos.
• Sexo.
• Edad: Niños con vaciamiento gástrico lento, mayor absorción intestinal y SNC permeable, ancianos con menor motilidad presenta toxicidad libre.
• Estado de salud: La insuficiencia hepática y renal aumentan la vida media del tóxico.
• Dieta: Una ingesta baja en proteinas aumenta el riesgo de intoxicación.

Administración del Tóxico

• Vía de absorción: intravenosa más rápida que respiratoria, rectal, digestiva y cutánea.
• Concentración: mayor concentración tóxica en el medio implica mayor toxicidad.
• Velocidad de administración: afectada por medio o vehículo de disolución; en la absorción pulmonar, la velocidad de inhalación depende del estado (reposo/ejercicio).
• Coincidencia con otro tóxico: la absorción simultánea puede modificar toxicocinética y originar fenómenos de multiplicación o diminución.

Tema 3

• Toxicocinética
• Introducción
• La respuesta del organismo ante un tóxico depende de la concentración del mismo en el lugar donde ejerce su acción.
• La concentración depende de la cantidad administrada y los diferentes procesos que integran la toxicocinética.

Mecanismos de Transporte

• La membrana biológica es semipermeable, similar a un mosaico fluido de fosfolípidos; permeable a sustancias lipídicas e impermeable a hidrosolubles e ionizadas.

Difusión Pasiva

• Moléculas se mueven a favor del gradiente de concentración a través de la membrana.
• Se basa en la ley de Fick: Se basa en la absorción por vía respiratoria y digestiva.
• V = K [A(C1 – C2)]/d
• K depende de:Tamaño o peso molecular: mayor tamaño implica más dificultad.
• Forma: si el tóxico está dividido, hay más superficie y solubilidad.
• Grado de ionización: depende de pH; formas no ionizadas más liposolubles atraviesan la membrana, ácidos débiles se disocian poco en medio ácido.
• Liposolubilidad: a mayor valor, más liposoluble.

Filtración

• Se efectúa a través de poros o canales de la membrana.
• Permite el paso pasivo de iones, electrólitos y compuestos hidrófilos.
• Los poros pueden ser de tipo proteico o huecos intra/extracelulares.

Transporte Activo

• Ocurre transporte de sustancias contra un gradiente de concentración.
• Se produce mediante un transporte o Carrier.
• Consume energía en forma de ATP.
• Pocos tóxicos se absorben por este sistema por su parecido a sustancias fisiológicas.
• La glicoproteína P sobreexpresada en células tumorales explica resistencia a fármacos antitumorales; la Pgp expulsa fármacos.
• Difusión Facilitada
• Sucede a favor del gradiente de concentración.
• Requiere proteína o Carrier.
• No consume energía (ejemplo: GLUT).

Endocitosis

• La célula envuelve y absorbe grandes moléculas o partículas.
• Fagocitosis: la célula incorpora partículas grandes (tóxico, bacteria...); y participa el sistema inmune.
• Pinocitosis: la célula incorpora líquidos o moléculas pequeñas (ej. vitaminas A, D, E).

Toxicocinética

• Es el estudio del curso temporal del xenobiótico desde la absorción hasta la eliminación.
• Abarca los procesos ADME (absorción, distribución, metabolismo y excreción).
• Absorción:Proceso por el cual el tóxico atraviesa membranas y capas celulares hasta llegar al torrente sanguíneo.

Absorción

• Cantidad y velocidad varían según forma del químico y vía; el etanol se absorbe rápido en el TGI, no en la piel; el mercurio sí.
• Vías principales:Digestiva: vía común para intoxicaciones accidentales; absorción ocurre en el estómago e intestino delgado (una sustancia química debe ser capaz de resistir: acción de enzimas, pH estomacal, biodegradación por flora intestinal y biotransformación por enzimas hepáticas).
• Repsiratoria: gases, vapores y polvos de gravedad aguda sin defensa metabólica
• Nasofaringe retiene partículas de >8 micras con moco y cilios.
• Epitelio traqueobronquial segrega moco y capa líquida reacciona con elementos químicos.
• Al llegar al alveolo pasa a la sangre por difusión pasiva, si falla el sistema inmune lo elimina con pus

Cutánea

• Algunos tóxicos se absorben por la piel, siendo clave atravesar la epidermis.
• La absorción por la epidermis es lenta y difícil.
• Glandulas sudoríparas es más rapida.
• Tópicos liposolubles -> organofosforados (plaguicidas), anilinas, HAPP'S y derivados nitrados del benceno.
• Distribución es el paso del tóxico desde la sangre a los tejidos, facilitado por moléculas hidrosolubles.
• El tóxico debe estar libre (no unido a proteínas).

Propiedades que Rigen la Distribución

• Afinidad a proteínas: el tóxico se fija a las proteínas en sangre y tejidos.
• Coeficiente de partición: tóxicos hidrosolubles se distribuyen rápido y tóxicos se distribuyen lentamente almacenándose en tejidos ( como hígado).
• Fijación selectiva: capacidad de asociarse selectivamente a un tejido, dependiendo de las características de la sustancia y del tejido. (el plomo, los plaguicidas).
• La ionización: depende del pKa de la sustancia, y puede generar reservorios transcelulares (cavidad gástrica).

Otros datos a considerar:

• Vascularización: Tejidos con más aporte sanguíneo incorporan más tóxico, cerebro, riñón, corazón, músculo piel y tejidos y piel.
• Tipo de intoxicación: Los tóxicos no se fijan igual en una intoxicación aguda o crónica.
• -Plomo el higado
• -Benceno = SNC.

Metabolismo

• La biotransformación consiste en formar un compuesto hidrosoluble poco tóxico y fácil de eliminar.
• Las sustancias liposolubles siempre encuentran membrana en la que disolverse.
• La fase I consiste en la transformación a metabolito
• Oxidación, reducción o hidrolisis, la fase II es cuando se une a otra molecula haciendo más a excreción.
• La oxidación reacción ocurre en microsomas hepáticos y es la reacción más importante. Algunas enzimas de la fase I son monooxigenasas:
• P450 (contiene Fe NADPH Y POR )
• Sistema FMO (contiene NADPH, FAD Y FMO )

Otras reacciones de oxidación

• Desulfuración Oxidativa une moleculas
• Sulfo - Oxidación Une moleculas
• Reducción quita oxigeno o añade h2
• Las reacciones de fase II = Glucorónico, sulfato y glutathione

La Metabolización

• Tiene interés
• Mecanismo detoxificante
• Probabilidad generación de sustancia más tóxica
• Explicación mecanismo patogénico
• Identificación tratamiento

Excreción

• El sitio y velocidad de eliminación de un xenobiótico afectan a la toxicidad.
• Los principales medios de excreción de hidrosolubles es - el riñón, pulmón, saliva y sudor.
• Liposolubles = bilis
• Renales > filtracion glomerular
• Pulmonal
• Bilis > 500pm
• Tubular Secrecion
• Ionizado, en el pH