Idrocarburi Tossici: Sintesi e Proprietà PDF

IDROCARBURI Derivano da: petrolio, gas naturale, catrame, pirolisi del carbone, sintesi chimica. La loro origine è di tipo fossile ma si possono produrre per sintesi chimica. Classificazione: 1. Idrocarburi alifatici saturi 2. Idrocarburi alifatici...

IDROCARBURI Derivano da: petrolio, gas naturale, catrame, pirolisi del carbone, sintesi chimica. La loro origine è di tipo fossile ma si possono produrre per sintesi chimica. Classificazione: 1. Idrocarburi alifatici saturi 2. Idrocarburi alifatici insaturi 3. Idrocarburi aromatici 4. Idrocarburi aromatici policiclici 1. IDROCARBURI ALIFATICI SATURI - ALCANI Privi di doppi legami, sono a catena aperta, possono avere disposizione lineare o ramificata. In generale lo stato fisico dipende dal numero di carbonio presenti nella catena. Le due reazione più importanti sono quelle di sostituzione e di ossidazione. Quelle di sostituzione portano all’alogenazione. 63  n-ESANO Dal punto di vista tossico è molto interessante. È un solvente usatissimo. È un liquido incolore molto volatile, infiammabile, solvente apolare aprotico. Utilizzato come solvente di colle, inchiostri e vernici, nell’estrazione di olii vegetali, e come solvente. L’esposizione è per lo più professionale, per quella non lavorativa l’unico rischio è legato al fatto che è componente di collanti, sgrassanti, pitture, certi detergenti, se l’espozione è importante e cronica si può avere qualche effetto tossico. Viene rapidamente assorbito per tutte le vie, viene definito come agente neurotossico, perché l’esposizione cronica porta a una patologa molto distinta: neuropatia dei calzolai, che è una progressiva assonopatia distale sensomotoria (astenia muscolare, diminuzione della sensibilità degli arti inferiori e superiori, nei casi più gravi paralisi). Succede perché abbiamo questa specifica biotrasformazione una volta introdotto nell’organismo che cerca di rendere questa cosa molto lipofila di appiccicarsi qualche ossidrile che possa portare alla coniugazione, questa idrossilazione avviene in determinate posizioni però, quindi interessa prevalente il carbonio vicinale all’ultimo. Porta al 2,5- esandione, interessante perché mentre quelli di prima possono essere coniugati e in qualche modo eliminati, questo una volta che si forma non viene coniugato ed è stabile, tanto che lui viene usato come biomarcatore, quando si vuole verificare se il lavoratore è stato esposto si va a dosare questo nelle urine perché viene eliminato lentamente come tale attraverso le urine. Questa molecole nell’organismo è un gamma dichetone, un tossicoforo, è la molecola essenziale per indurre la neurotossicità, è in grado di reagire con i gruppi amminici liberi per esempio prevalentemente della lisina residui delle proteine formando degli addotti di tipo covalente a struttura pirrolica. Il pirrolo formato può portare alla formazione di dimeri, può ossidarsi e contemporanemente dimezzare e attraverso reazioni a catena porta alla formazione di cross links, queste interazioni possono interessare anche altri distretti corporei, ma l’effetto più marcato si ha a livello del SNC perché i neurofilamenti sono formati da proteine molto stabili e quindi questa reazione comporta una forte disorganizzazione proteica, i neurofilamenti si disorganizzano e si altera il trasporto assonale. L’eptandione però per esempio non da questa reazione, forma una molecola non stabile, la reazione è specifica per l’esadione, un carbonio in più o in meno nella catena non permette più la reazione. 64  2. IDROCARBURI ALIFATICI INSATURI NON AROMATICI C’è una maggiore reattività chimica, qui ci sono reazioni di addizione, e di polimerizzazione. ETILENE - CH2=CH2 Gas incolore, odore dolce, molto infiammabile, può fermarsi nel corso di vari processi di combustione, è un fitormone, composto importante nell’industria petrolchimica. Utilizzato in sintesi (ossido di etilene, etanolo, glicol etilenico), nella sintesi di polietilene, nell’agricoltura, nel gas di scarico degli autoveicoli e nel fumo di sigaretta. Non è particolarmente tossico, è anestetico (incoscienza) ad alte concentrazioni, agisce da asfissiante. Al doppio legame il CYP interviene e si forma l’ossido di etilene, questa biotrasformazione avviene solo se è presente in alte concentrazioni. 65  OSSIDO DI ETILENE - composto organoossigenato Prodotto di addizione dell’etile più importante sia di utilizzo industriale che tossicologico. È il più semplice alchenossido. Gas molto infiammabile con odore molto gradevole dolciastro. È molto utilizzato come germicida ad ampio spettro e di sintesi. È molto reattivo dal punto di vista chimico. Utilizzato come sterilizzante nel materiale termolabile, quindi in ambito ospedaliere e farmaceutico e alimentare. Tossicità: contatto diretto —> irritazione immediata di occhi e mucose nelle vie respiratore, edema polmonare azione sistemica —> azione tossica sul SNC tossicità cronica —> effetti mutageni e cancerogeni, leucemie e linfomi in lavoratori Classificato nella prima classe dello IARC. Ci sono EH e glutatione che possono detossificare, ma ora che gli enzimi si attivano, la molecola trova altre cose più appetibili (siti nucleofili di DNA e proteine), si lega covalentemente e induce mutazioni ecc. È diretto perché non necessita biotrasformazione. 66  3. IDROCARBURI AROMATICI Principali idrocarburi aromatici non policiclici di interesse tossicologico: Benzene e toluene sono a confronto perché la piccola molecola determina notevolissima differenza in termini tossicologici, il benzene è cancerogeno certo per l’uomo, il toluene no. 23/04 LEZIONE 17 BENZENE - C6H6 Composto di notevole importanza, come tale si presenta come liquido, incolore, volatile, odore abbastanza gradevole, molto infiammabile. Si produce dalla distillazione del petrolio. Utilizzazione di tipo industriale molto estesa, una porzione considerevole viene dispersa nell’ambiente, è un inquinante ubiquitario. Viene molto utilizzato nella produzione di resine fenoliche e plastiche, in sintesi organica per produzione di farmaci, pesticidi e vernici e come solvente, nella pulizia a secco e sgrassaggio dei macchinari, in estrazione di essenze, viene utilizzato solo a ciclo chiuso ed è componente dei supercarburanti. Il traffico veicolare è responsabile dell’80% del totale delle emissioni. Rappresenta una delle più importanti fonti di emissione del benzene, sia il traffico veicolare che le emissioni veicolari non solo quando in funzione ma anche per semplice evaporazione. È un importante inquinante indoor anche per materiali di costruzioni, prodotti per la pulizia, sistemi di riscaldamento e fotocopiatrici. Il fumo di sigaretta cotiene una quantità sensibile di benzene. Questa molecole è tossica perché molto lipofila e volatile, queste due caratteristiche coniugate fanno si che può essere assorbita attraverso tutte le vie (assorbimento per inalazione di vapori e per contatto cutaneo). Come molti solventi organici, le caratteristiche sue sono tipiche di tutti i solventi organici caratterizzati da tossicità locale (forte irritate cutaneo, può indurre eritema, edema e vesciche) ma anche tossicità acuta. La tossicità acuta interessa solo l’ambito professionale, può avere esito letale. In tossicità acuta si può avere effetto a livello del SNC (eccitazione, atassia, vertigini, depressione, perdita di coscienza), del miocardio (aumento della sensibilità alle catecolamine) e del polmone (irritazioni fino ad edema polmonare emorragico). Tutti questi effetti sono tipici di tutti i solventi organici. Poi ci sono delle caratteristiche del benzene che preoccupano di più, e riguardano la tossicità cronica perché è una molecole cancerogena. Si parla di “benzolismo” (c’è comunque una certa suscettibilità individuale), tutto riguarda la sua biotrasformazione, come tale non ha grande reattività per il DNA, dipende molto dagli enzimi biotrasformanti molti dei quali sono soggetti a polimorfismo genetico e quindi si ha una notevole suscettibilità individuale. Nel caso di esposizione cronica il benzene agisce prevalentemente a livello del midollo osseo (organo bersaglio), ma non solo. Il benzene induce lesioni polimorfe, una serie di alterazioni (cefalea, stanchezza, astenia e aplasia midollare). Aplasia midollare significa riduzione della produzione degli elementi corpuscolati del sangue, è una sostanza quindi mielotossica, questo stato può degenerare fino all’insorgenza di leucemia mielocitica e monocitica acuta. È classificato nella prima classe dello IARC. Questo effetto ematotossico e cancerogeno è in relazione al fatto che per il 90% lui viene biotrasformato, una volta assorbito a livello epatico e a livello di midollo osseo viene biotrasformato. La biotrasformazione è abbastanza complessa ma avviene attraverso una serie di reazioni di prima fase e seconda fase, per giungere a dei prodotti molto elettrofili tossici che poi possono essere coniugati e poi anche eliminati, però l’iter biotrasformante prevede il passaggio intermedio di prodotti di ossidazione molto elettrofili capaci di indurre tossicità. 67 La biotrasfromazione del benzene è complessa, l’organismo vuole idrossilarlo, questa reazione di ossidazione del benzene è catalizzata dal CYP che passa attraverso la biotrasformazione. Quelli in grigio sono i metaboliti responsabili della tossicità del benzene. Il benzene ossido è una molecola molto reattiva e può andare incontro ad una serie di trasformazioni, tra tutte il glutatione può deattivare l’epossido, quindi si forma il coniugato con il glutatione che attraverso una serie di passaggi si forma il derivato mercapturico molto solubile e va direttamente nelle urine, è quindi un metabolita utile come biomarcatore di esposizione. Altro enzima interessante per la deattivazione dell’epossido è l’epossido idrolasi che va ad idrolizzare l’epossido con formazione del diolo corrispondente, che può subire diversi destini, qui può essere ossidato e porta alla formazione della muconaldeide, una specie molto reattiva, è un composto aldeidico insaturo, quindi sicuramente è un metabolita elettrofilo, rientra nella tossicità del benzene e poi può essere ossidata ed è anche questo un biomarcatore. Anche se l’epossido viene deattivato può formare la muconaldeide tossica. Oppure il diolo che si forma in realtà può essere anche ossidato a catecolo, prodotto aromatico. Però sappiamo che questo epossido per la maggior parte riarrangia anche con un fenomeno non enzimatico ma spontaneamente con formazione del fenolo, che può essere ulteriormente ossidato e torniamo di nuovo al catecolo (orto), oppure può essere ulteriormente ossidato ad idrochinone (para), queste specie possono essere ulteriormente ossidate a specie chinoniche (benzochinone o ortochinone). L’epossido, le dialdeide insature ma anche specie chinoniche. Le specie chinoniche sono dei composti carbonilici alfa e beta insaturi, molto elettrofile, ma questa reazione di ossidazione dell’idrochinone o del catecolo avviene ad opera delle perossidasi, può avvenire anche spontaneamente, ma è molto favorita dalle perossidasi e nelle cellule del midollo osseo molto ricche di mieloperossidasi si ha che questa ossidazione è molto frequente e quindi queste specie poi possono a loro volta essere ridotte nuovamente a specie idrochinoniche o catecoliche e si instaura una redox cycling, un ciclo futile per cui questo meccanismo di continua riduzione e ossidazione può comportare un aumento notevolissimo delle specie reattive dell’ossigeno, quindi l’ossidazione di questi dioli possono potare a composti carbossili beta alfa insaturi e quindi molto tossici, ma anche un aumento dei livelli basali di ROS. Questa condizione di forte stress ossidativo è molto marcata. 68 I meccanismi di tossicità quindi sono la produzione di questi prodotti elettrofili, reattivi, che hanno un’azione prettamente alchilante e calci di legarvi covalentemente con siti nucleofili cellulari (DNA, proteine, glutatione), riduzione della difesa antiossidante e aumento dello stress ossidativo. Hanno azione di inibizione della topoisomerasi 2 e quindi alterare la replicazione delle cellule a livello del midollo osseo. La compresenza di tutta questa roba porta ad inibizione enzimatica nel microambiente ematopoietico, distruzione dei precursori di cellule mieloidi. Ha azione mutagena e clastogena in vitro e in vivo. È definito come procancerogeno genotossico e promotore, è completo. TOLUENE - C7H8 Liquido incolore, facilmente infiammabile, commercialmente chiamato toluolo in miscela con benzene e xilene. Ottenuto dal petrolio e ha molti usi simili al benzene. Usato come solvente per grassi e gomma, solvente e reagente in chimica organica, antidetonante e come droga d’abuso. Si usa in sostituzione al benzene perché meno volatile e non cancerogeno, pur avendo un effetto narcotico superiore. Le fonti principali per la popolazione non professionalmente esposta è fumo di sigaretta, benzina, deodoranti d’ambiente, prodotti per la cura della persona. Gli effetti tossici in termini di tossicinetica e dinamica acuta sono simili al benzene, cosi come tutti i solventi organici. Essendo lipofilo raggiunge il SNC dove si accumula (organo bersaglio). Viene eliminato in piccola parte e quasi tutto viene biotrasformato. Il toluene da tossicità acuta al polmone (irritazione fino ad edema polmonare emorragico), al SNC (euforizzazione cui segue un effetto depressivo (morte)) e al miocardio (aritmogeno). Differenza in termini di biotrasformazione anche qui mediata dal CYP. Il CYP vede il metile, c’è sempre idrossilazione che però interessa prevalentemente il gruppo metilico, con formazione di alcol benzilico. Il metile è più facilmente ossidabile rispetto all’anello aromatico, questa è la via di biotrasformazione, che poi è di detossificazione preponderante. Gli epossidi formati, in virtù del gruppo metilico, i sostituenti elettrondonatori lo destabilizzano e quindi riarrangiano rapidamente a gruppo ossidrili, quindi non vive a lungo, questo epossido quindi non ci interessa dal punto di vista tossicologico. Mentre la via seguita maggiormente è l’ossidazione del gruppo etilico con formazione dell’alcol benzilico, essendo alcol può abbastanza rapidamente essere ossidato a benzaldeide che in realtà molto rapidamente è substrato di aldeide ossidrasi e si trasforma in acido e quindi coniugazione con glicina rapidissima e si forma derivato rapidamente eliminato tramite urina. Il toluene lo IARC lo ha definito come gruppo 3 e significa che gli studi non evidenziano cancerogenicità. Non è mutageno in vitro. I suoi metaboliti vengono rapidamente eliminati attraverso le urine. Tutto dipende per quanto riguarda il potenziale cancerogeno dalla sua biotrasformazione. Nel caso di abuso cronico può indurre una neurotossicità severa (tremori, nistagmo, atassia, atrofia cerebellare, anormalità neurocomportamentali, alterazioni cognitive). La sua molecola come tale è correlata con l’interazione e alterazione della permeabilità delle membrane cellulari, interferenza con enzimi coinvolti nella sintesi e/o degradazione dei neurotrasmetttopri e alterazione del legame tra neirotrasemtittori e recettori. 69  4. IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI (IPA) Categoria molto ampia di composti importanti dal punto di vista tossicologico. Anche in termini numerici. Derivano dalla condensazione di due o più anelli benzenici prevalentemente, organizzati in diversi configurazioni. Dai 2 ai 7 nuclei, tanti isomeri che dipende dalla geometria di condensazione, e ci possono essere sostituenti. Caratteristiche chimico-fisiche Vengono suddivisi in IPA leggeri (sublimano a temperatura ambiente) dati dalla condensazione di 2-3 anelli e IPA pesanti (condensano e adsorbiti su particelle di particolato e quindi permangono nell’ambiente, vanno difficilmente incontro a modifiche chimiche e fotochimiche, bioaccumulano molto facilmente) dai 4 in su. A temperatura ambiente si trovano allo stato solido, hanno punto di fusione alto che aumenta con il peso molecolare, bassa tensione di vapore, scarsamente solubili in acqua, molto lipofili, molto stabili da un punto di vista chimico. Sono tra i più importanti e rilevanti inquinanti ambientali, li si trova in tutti i comparti (acqua, suolo, alimenti, aria) proprio per la loro capacità di bioaccumularsi. L’EPA ne ha individuati 16 essere inquinanti prioritari. Sono PBTs (persistenti, bioaccumulabili e tossici). Queste molecole sono state identificate perché si formano più frequentemente, si hanno più dati su di esse, ma sicuramente tra tutte il composto di riferimento, il capostipite, è il benzopirene. È il composto più studiato, più abbondante, più termodinamicamente stabile (dato dalla condensazione di 5 anelli). 70 Queste molecole sia formano dalla combustione incompleta di materiale organico. Questo in condizioni di temperature sufficientemente elevate e in carenza di ossigeno, si verifica il fenomeno della pirolisi, quindi decomposizione termica in assenza di ossigeno, il meccanismi è complesso. Brevemente e sinteticamente consiste nella ripolimerizzazione di frammenti di idrocarburo che si formano durante il cracking. Il cracking molto spesso comporta la formazione prevalente di frammenti a due atomi di carbonio spesso di natura radicalizzata, questi radicali possono riarrangiare e condensare con altri frammenti insaturi e questa porta a formazione dell’anello a 6 termini che è molto favorita termodinamicamente. Possono condensare progressivamente per poi raggiungere la forma più stabile, il benzopirene ha il maggior rapporto carbonio/idrogeno. Si stima che ogni anno vengano emesse nell’atmosfera 4 milioni di t/anno. Sono comuni inquinanti dell’ambiente. Come fonti naturali abbiamo eruzioni vulcaniche, incendi boschivi, prodotti anche da batteri e funghi. Come fonti antropiche: impianti di riscaldamento, impianti di produzione di E, traffico veicolare, inceneritori. È un inquinante indoor per fumo di tabacco, riscaldamento domestico con utilizzo di legna e carbone. Gli alimenti sono contaminati per contaminazione ambientale, in trattamenti termici, per processi di lavorazione (contaminanti di processo) e migrazione dal packaging (molto poco). Sono contaminanti di processo perché si formano durante i trattamenti termici ad alta temperatura (>250°) (arrostimento, grigliata, frittura, affaticamento) cui sono sottoposti gli alimenti. La loro presenza nell’alimento è dovuta a: pirolisi della materia organica adesione del fumo (ricco di IPA) all’alimento Dipende da: temperature e tempi di cottura tipo di combustione usato e distanza contenuto di grassi (soprattutto insaturi) dell’alimento Non è trascurabile l’assorbimento cutaneo di queste molecole. Come si formano gli IPA nei alimenti: dal processo di combustione incompleto del materiale organico, l’acido grasso e l’alta temperatura demolisce queste lunghe molecole sopratutto grassi ma non solo, in frammenti più piccoli, si può avere reazioni di Maillard, varie condensazioni che portano all’ottenimento delle molecole. Molto spesso porta alla generazione di molecole radicaliche che poi possono condensare e ottenere forme più stabili. Per ovviare a questo inconveniente bisogna stare attenti alla materia prima (quantità di grasso), temperatura, tempi di cottura, adeguata ventilazione e legno non resinoso. La chimica ci suggerisce un buon rimedio: - marinatura con spezie, erbe aromatiche (timo, rosmarino, peperoncino, salvia, basilico, menta, dragoncello e origano) possibilmente freschi = ricchi di antiossidanti che contrastano le specie radicaliche - utilizzo di cipolla e aglio: ricchi di composti solforati (-SH) che reagiscono con gli idroperossidi degli acidi grassi Perché queste molecole sono cosi pericolose? Sono molto lipofile, si ha assortimento quindi per inalazione, ingestione e via cutanea. Si distribuiscono per tutto l’organismo, hanno bassa tossicità acuta e ciò significa che il valore di DL50 non è elevato, non attraversa la barriera ematoencefalica, non si muore sul posto, ma sono cancerogeni, dal punto di vista chimico come tali sono abbastanza inerti. Appartengono alla prima classe dello IARC. Portano a tumori cutanei, polmonari, gastrointestinali, indipendentemente dalla via di somministrazione. Questo perché queste molecole possono essere biotrasformate a livello epatico ma anche cutaneo, in diversi tessuti. La biotrasformazione è complessa anche nel caso di queste molecole. Sono procancerogeni genotossici, sono in grado di portare a metaboliti tossici quali arenossidi, specie chinoniche. Sono anche promotori, per questo sono cancerogeni completi. 71 Biotrasformazione Il benzopirene ha tanti doppi legami, la biotrasformazione è mediata dal CYP che ci appiccicano l’ossigeno in posizioni con carattere più olefinico, dove c’è più densità elettronica. Le due posizioni più appetibili sono la 4,5 e la 7,8. La 4,5 una volta che si forma l’epossido viene immediatamente idrolizzato e viene coniugata, ma non ha interesse in tossicologico. L’epossidazione in posizione 7,8 invece è importante, perché questa porta alla formazione per intervento dell’epossido idrolasi al diidrodiolo che ha un doppio legame che ha un particolare carattere olefinico e viene epossidato rapidissimamente ad opera del CYP e quindi si forma l’epossido in 9,10, questa specie è il metabolita responsabile dell’attività cancerogena del benzopirene. È in grado di legarsi covalentemente al DNA e tutto ciò fa si che non venga facilmente deattivata dall’epossido idrolasi e dalla glutatione transferasi, non sono in grado di accedere perché è un pessimo substrato. Ha una conformazione tale dovuta anche alla condensazione per cui questa molecola è meno suscettibile all’azione deattivante. Questa molecola vive a lungo per reagire con dei nucleofili forti, tipo nucleofili presenti a livello cellulare come il glutatione, in generale le basi azotati del DNA. 24/04 LEZIONE 18 Relazione struttura-attività Non tutti gli idrocarburi policiclici aromatici sono cancerogeni. Dipende da vari fattori, molto dipende dalla posizione relativa degli anelli condensati: la geometria di condensazione gioca un ruolo importante nel determinare il potenziale cancerogeno delle molecole. Quelli con maggior reattività chimica sono quelli che si formano nella regione baia, la ramificazione della sequenza di atomi di anelli benzenici crea questa regione. Loro si convertono facilmente a carbocatione ma sono pessimi substrati per epossido idrolasi piuttosto che coniugazione della glutatione transferasi. Fin’ora abbiamo parlato solo di derivati non sostituiti, ma a complicare le cose ci sono i sostituenti. La presenza di essi può inficiare sulle caratteristiche tossicologiche di queste molecole. Nella biotrasformazione del dimetilbenzoantracene i sostituenti in quella posizione possono comportare la produzione di un carbocatione di tipo benzilico, l’idrossilazione è seguita da solfonazione e formazione di un carbocatione. 72 Meccanismo dell’azione cancerogena: formazione di metaboliti elettrofili, induzione di stress ox, interazione con AhR. Sono cancerogeni completi perché c’è anche la capacità di alcune di queste molecole di interagire con un recettore AhR, recettore arilico che impareremo a conoscere nelle diossine. È un recettore che è lo stesso attivato dalle diossine. L’idrocarburo con formazione dell’epossido si lega al DNA, ma abbiamo anche una via tipica del promotore ed è la capacità di legarsi al recettore arilico che è un regolatore trascrizionale, è citoplasmatico, è molto complesso il legame, poi può traslocare nel nucleo dove è in grado di legarsi a sequenze specifiche del DNA, di fatto quindi modula la trascrizione di vari geni che sono coinvolti nella trasduzione del segnale, nella proliferazione cellulare e nell’espressione di isoforme. Di fatto questo meccanismo ci autorizza a definirli come procancerogeni completi. I geni influenzati sono anche quelli relativi all’espressione di isoforme del CYP che sono quelle coinvolte nel metabolismo di queste molecole e ne favorisce la bioattivazione. 73  COMPOSTI ORGANICI OSSIGENATI Classificati in base al grado di ossigenazione, alla posizione dell’ossigeno, alla presenza di legami insaturi e alla presenza di anelli aromatici. ALCOLI e FENOLI —> quelli più rilevanti dal punto di vista tossicologico. ALCOL METILICO - CH3OH Alcol più semplice, detto anche carbinolo. Viene anche chiamato “essenza di legno”, perché una volta si otteneva dalla distillazione secca del legno. Liquido chiaro, infiammabile, oggi si ottiene per sintesi. È usato molto in sintesi organica, per produrre per esempio formaldeide e acido acetico. Come solvente molto usato. Le fonti possibili di esposizione sono per rilascio nell’ambiente ad opera di usi industriali, ma anche dalla fermentazione di rifiuti biologici e negli alimenti, sopratutto il metanolo è tristemente noto perché aggiunto illegalmente alle bevande alcoliche perché è un sostituito economico dell’etanolo, aumenta drasticamente il tasso alcolico. È stato responsabile di un intossicazione importantissima verificata in Italia nel Piemonte, molti casi di morti e di cecità. Bisogna fare attenzione anche a fermentati fatti in casa. L’uso di aspartame come dolcificante è un’altra fonte di esposizione. L’aspartame è un estere metilico di un dipepetide, esterificato con metanolo. Appartiene alle sostanze GRAS (generally recognized as safe). È una molecole stabile allo stato solido, però succede che in soluzione acquosa è stabile a temperatura ambiente, ma a temperatura non particolarmente elevata, superiore ai 40 gradi, può subire idrolisi e perdere metanolo. Se le temperature sono molto più elevate (80-100 gradi) può andare incontro a reazione di ciclicizzazione e si forma un’ammina aromatica, poi lei può scindersi ad acido aspartico e fenilalanina. Viene liberato metanolo, questo succede anche nell’organismo, dove viene demolito in questi composti. È successo che l’istituto Ramazzini ha pubblicato uno studio su una rivista che l’aspartame risulta essere induttore di tumore nell’animale, subito ESFA si attiva per raccogliere pareri ecc proprio perché l’idea era che venisse liberato metanolo, ma in realtà l’ESFA ha pubblicato una valutazione che il rischio associato all’uso di aspartame è sicuro nella gente in genere, viene prevista una dose giornaliera accettabile. 74 Da tener presente che l’uomo è molto più sensibile agli effetti tossici del metanolo rispetto agli animali da laboratorio perché l’uomo lo biotrasforma molto più efficacemente. Nei succhi di frutta o bevande alcoliche il metanolo è sempre presente in associazione con etanolo che è il suo antidoto (viene biotrasformato più efficacemente e la biotrasformazione viene dirottata dall’alcol deidrogenasi). Il metanolo è assorbito per inalazione, via orale e transuctanea. Si assorbe rapidamente e si distribuisce un po’ in tutto l’organismo. La tossicità acuta è occasionale e caratterizzata da nausea, vomito, depressione del SNC, alterazioni della funzione visiva fino a completa cecità. La tossicità cronica si verifica di solito in ambiente di lavoro: depressione SNC, accumulo nel nervo ottico (atrofia fino a cecità). Il metanolo come l’etanolo viene ossidato in soluzione metabolica a formaldeide, che è una molecola molto reattiva, è attiva di per sé. La formaldeide a sua volta può diventare substrato dell’aldeide deidrogenasi che la ossida ad acido formico, che da acidosi metabolica, atassia, dilatazione pupille, danni a SNC, cecità. Lui è quello responsabile dell’edema a livello della retina, c’è un particolare tropismo per l’occhio e quindi porta a deplezione di ATP a livello delle cellule retiniche e quindi morte di esse. Nel caso di avvelenamento si da bicarbonato per contrastare l’acidosi, ma sopratutto si da etanolo per bloccare questo meccanismo, è il suo competitor. ALCOL ETILICO - C2H5OH Liquido chiaro, incolore, si ottiene dalla fermentazione alcolica dei carboidrati o dall’idratazione dell’etilene. È usato come solvente, intermedio per sintesi organiche, germicida, antisettico, disinfettante e come ingrediente di bevande. Assorbito per inalazione, per via orale e transcutanea, carattere idro-lipofilo. Si ha tossicità acuta e cronica. La tossicità acuta è a carico del SNC (euforia seguita da depressione simile all’anestesia generale) e concentrazioni ematiche sopra al 0.5% può portare a coma e morte. Gli effetti dipendono moltissimo dall’alcolemia (concentrazione di alcol nel sangue). I valori variano da uomo e donna perché c’è una profonda differenza di genere, la donna sopporta meno l’alcol perché ha meno alcol deidrogenasi. Deprime il SNC attraverso una serie di meccanismi complessi e variegati: interferisce con il movimento degli ioni responsabili della trasmissione dell’impulso nervoso e interferisce con l’attività dei neurotrasmettitori agonista indiretto R GABAa —> aumento del rilascio di dopamina antagonista indiretto R NMDA Per quanto riguarda la tossicità cronica invece riguarda: cardiomippatia alcolica —> legata al fatto che la sua biotrasformazione determina una forte condizione di stress ossidativo, questo a livello cardiaco può alterare le membrane delle cellule miocardiche effetti epatotossici per deficit nutrizionali che si accompagnano all’etilismo cronico per azione diretta sul fegato: acetaldeidi che interferisce con il metabolismo degli acidi grassi (steatosi e cirrosi), forma addotti con aa con la formazione di antigeni epatici e porta alla formazione di ROS (perossidazione lipidica) effetti sul SNC —> deficienze neurologiche disfunzione sessuali con riduzione della fertilità 75 L’alcol etilico viene biotrasformato a livello epatico e abbiamo induzione di enzimi preposti alla sua biotrasformazione. L’acetaldeide è molto tossica e reattiva. Viene poi ossidata ad acetato e quindi l’organismo non fa più lo sforzo di produrlo dal metabolismo lipidico e quindi i grassi assunti con la dieta non vengono usati e si depositano a livello epatico, si crea uno stato patologico: steatosi. Può formare alla formazione di addoti con aa proteici, quelli che hanno gruppi amminici disponibili, stimola la risposta macrofagica e quindi produzione di citochine e stato infiammatorio, formazione di ROS; forte stato di stress ossidativo, perché noi abbiamo che il metabolismo epatico che è di tipo ossidativo mediato dal CYP che comporta un notevole aumento dei ROS e questo comporta depauperamento del glutatione, viene ridotta anche al difesa ossidante quindi. Il 90% dell’etanolo viene biotrasformato ad acetaldeide. L’acetaldeide poi può essere ossidata ad acito acetico, e questo degrada in anidride carbonica e acqua. Il metabolismo dell’etanolo avviene prevalente per questa via, ma avviene anche attraverso il CYP (MEOS), è un sistema enzimatico inducibile dall’etanolo con ruolo fondamentale nell’alcolismo cronico, in questo caso la biotrasformazione diventa predominante. Questo metabolismo comporta un aumento dei ROS, che a livello dell’epatocita possono portare a perossidazione lipidica della membrana, poi devono essere legati dal glutatione che quindi è impegnatissimo. Abbiamo una diminuzione della difesa antiossidante. Necrosi dell’epatocita, in più ossidazione dei substrati biologici, perché tutto questo enzima indotto può accelerare l’ossidazione di altri substrati che possono essere importanti per il metabolismo cellulare. In abuso l’alcol etilico è teratogeno, può indurre una sindrome molto nota caratteristica definita come fetal alchol syndrome: deficit di crescita pre e post natale, alterazioni del SNC, anomalie craniofacciali, microcefalia, microftalmi, anomalie al cuore e agli arti. Il meccanismo non è del tutto noto, sono stati ipotizzati tanti metabolismi che riguardano l’alcol etilico come tale ma anche il suo metabolita acetaldeide. Meccanismo d’azione a livello cellulare: - alterazione dei processi di proliferazione cellulare e di apoptosi dei tessuti embrionali - alterazione della migrazione delle cellule delle creste neurali - riduzione delle difese delle cellule embrionali contro lo stress ossidativo da radicali liberi. 76 BIS FENOLI Struttura chimica dei più comuni bisfenoli. Sono molecole venute alla ribalta relativamente di recente, trovate anche in matrici insospettabili. Sono bis fenoli, quindi si hanno due gruppi fenolici vicinali, e può essere sostituito in vario modo. Il bisfenolo A è 2,2-bis(4-idrossifenil)propano. Definito come estrogeno di sintesi, ma mai stato usato a questo scopo perché il 4,4’-(3A)-esa-3-ene-3,4-diildifenolo (DE) è analogo e si può pensare che possa agire come lei. Usato per la produzione di materiale plastico. Usato come resine epossifenoliche, additivo nel PVC, soluzioni sgrassanti, lavorazione tessile e della pelle, vernici, pesticidi (loro derivati etossilati vengono impiegati come detergenti industriali). È usato in tantissimi settori, quindi le fonti di esposizioni sono tante, può essere assorbito attraverso tutte le vie, sono molto lipofili. Il monomero che non condensa o l’additivo poiché non forma legami chimici stabili con il polimero plastico, rimane libero e può migrare dalla matrice all’alimento (dipende dalla temperatura, presenza di grassi e acidità). Sono contaminanti emergenti. Gli alimenti che possono contenere elevate concentrazioni di bisfenolo sono: latte intero, panna, formaggi, carni convenzionali (specie di pollame), margarine, poi da cucina. Oltre che a essere contaminanti di contatto sono anche contaminanti ambientali, vengono biotrasformati ma vengono immessi continuamente e quindi si parla di pseudo-persistenti, non hanno eternità di PFOA e PFAS, ma sono sempre presenti perché l’immissione è continua. Possono essere quindi presenti nella materia prima. Biotrasformazione Tutto frutto di ricerche molto recenti. Molecole con analogia strutturale come estrogeni è probabile che segna il loro metabolismo, essendo molecole aromatiche la biotrasformazione possa avere ossidazione via CYP a catecoli, inserzioni di ossidrili in posizione orto che poi possono essere ossidati a chinoni. La biotrasformazione in questo caso non desta troppa preoccupazione, perché è più legata alla molecola come tale che ha somiglianza strutturale con qualcosa che si comporta da estrogeno e difatti queste molecole sono definite come interferenti endocrini (ED), sostanze capaci di interferire con diversi meccanismi con il funzionamento del sistema endocrino, alterano gli ormoni sessuali e steroidi, e lo fanno: - mimando l’azione degli ormoni fisiologici - bloccandone l’azione - interferendo con la sintesi, la secrezione e il trasporto degli ormoni fisiologici Queste sostanze sono definite dalla commissione europea come una sostanza esogena o una miscela di sostanze, che altera la funzione del sistema endocrino e di conseguenza cause effetti dannosi sulla salute di un organismo, la sua progenie o subpopolazioni. Negli uomini si ha: diagenesi testicolare, anomalie del liquido seminale, criptorchidismo, ipospadia e cancro del testicolo. Nella donna: rischio di carcinoma della mammella, pubertà precoce, anomalie del ciclo, ridotta fertilità, poliabortività, endometriosi, PCO, fibromi uterini, menopausa precoce, patologie tiroidee 77  29/04 LEZIONE 19 Nel caso di interferenti endocrini: - diversa sensibilità —> a seconda dell’età dell’individuo che va incontro ad esposizione, differenza di specie, il timing di esposizione è importantissimo, alterare i livelli di estrogeni e la loro funzionalità ha degli effetti diversi se si considera lo sviluppo degli organi riproduttivi se l’esposizione avviene nell’utero o nella fase post natale, mentre nell’adulto la sensibilità di queste molecole è decisamente più contenuta. - no relazione dose-dipendenza —> molti studi dimostrano che bassi dosaggi possono causare effetti superiori a quelli determinati da alti dosaggi, questo crea problemi quando si vuole individuare una dose sicura priva di effetti - esposizione a più interferenti? —> non si sa nulla riguardo al cosiddetto effetto cocktail, l’uomo è esposto a moltissime sostanze e nulla si sa riguardo al loro effetto combinato (sinergico? competitivo? additivo?). I bisfenoli come agiscono? Il bisfenolo ha struttura molto simile al dietilstilbestrolo (nato come potente estrogeno di sintesi, poi si è visto che induce tumore a livello uterino ed è stato ritirato dal commercio). I bisfenoli sono proprio per le loro caratteristiche strutturali capaci di legarsi e interagire con il recettore alfa e beta degli ormoni steroidei. Agiscono come fattori di trascrizione. I due ossidrili presenti possono interagire con gli stessi siti anche se in realtà il bisfenolo è una molecola più sottile, meno ingombrata, è comunque in grado di interagire ugualmente con i due ossidrili inducendo interazioni con il recettore molto simile all’extradiolo, anche se l’affinità con il recettore è minore, e questo ha suscitato la curiosità dei ricercatori, uno è in grado di mantenere il recettore nella sua forma attiva, però con un’affinata minore. Nell’organismo queste molecole hanno attività xenoestrogenica e quindi inducono nella donna: endometriosi, aborti spontanei, aumento dell’incidenza del tumore mammario (animale); e negli uomini effetti anti androginici: riduzione dei livelli di testosterone, riduzione della qualità del liquido seminale, malformazioni testicolari, aumento dell’incidenza del tumore prostatico e testicolare. Sono definiti come promotori, agenti iperplastici, anche se attualmente ci sono pochissimi studi che attestano un effetto così cancerogeno. Quello che ha in qualche modo suscitato la curiosità è che queste molecole presentano una minor affinità per i recettori degli estrogeni, si è cercato di spiegare questo tipo di effetti a bassissime concentrazioni (ordine del nanomolare). C’è comunque un’esposizione continua, per cui possono dare bioaccumulo, quindi l’esposizione cronica bilancia la bassa affinità per i recettori. Recentemente si è scoperto che queste molecole hanno una minor affinità per il recettore ma sono in grado di agire attraverso due vie: legandosi direttamente al recettore nucleare formano il complesso esattamente come nel caso dell’ormone, il complesso regola la trascrizione genica —> via classica a concentrazioni molto più basse che sono quelle conseguenti all’esposizione ambientale a cui l’uomo è normalmente esposto sono in grado di attivare una via non genomica —> le molecole sono in grado di legarsi a recettori transmembrana che sono accoppiati a proteine G e una volta legate attraverso l’attivazione di un secondo messaggero sono in grado di amplificare notevolmente la risposta. È un segnale a cascata che porta comunque ad attivazione di fattori trascrizionali sempre coinvolti nella regolazione del ciclo cellulare. Questo tipo di attivazione avviene anche a concentrazioni bassissime dell’ordine del nanomolare. L’effetto è sempre quello di indurre la trascrizione attivando i fattori di trascrizione ma tramite un meccanismo indiretto. ALDEIDI e CHETONI c’è il gruppo carbonilico, che è un gruppo che da un punto di vista chimico è fortemente polarizzato, il carbonio può essere soggetto ad attacchi di tipo nucleofilo. Normalmente i chetoni sono meno reattivi sia per motivi sterici che elettronici. Da un punto di vista tossicologico sono le aldeidi che destano maggior preoccupazione rispetto ai chetoni. Le aldeidi vengono ridotte ad alcoli corrispondenti, vengo usate nella produzione di resine, coloranti, plasticizzanti. Sono utilizzati come ingredienti di aromi e profumo. Queste molecole possono essere tossiche perché sono definite irritanti, ma si deve tenere conto della loro struttura chimica. Per quanto riguarda la relazione struttura-attività le aldeidi a basso peso molecolare sono irritanti delle prime vie respiratorie perché un po’ più solubili e più volatili, quelle a più alto peso molecolare sono più lipofile e possono raggiungere la regione alveolare e indurre danni un po’ più profondi. Qui è reattivo il gruppo carbonilico, la tossicità aumenta al diminuire del peso molecole perché si fa sentire di più la reattività del gruppo carbonilico, all’aumentare dell’instaurazione e con la sostituzione degli alogeni. Possono per lo più essere ossidate ad acidi corrispondenti oppure possono essere coniugate con il glutatione. L’ossidazione ad acido è la via più preponderante. 78  FORMALDEIDE - CH2O È l’aldeide alifatica più semplice, ha un sacco di nomi. Gas incolore di odore pungente e soffocante, molto solubile. Si può ottenere da ossidazione catalitica del metanolo. Può essere prodotta nell’organismo dal meccanismo ossidativo di alcune molecole. È molto prodotta e usata perché è molto reattiva da un punto di vista chimica, si utilizza quindi in sintesi chimica, ha bassi costi di produzione, viene usata in tanti ambiti industriali nella tintura dei tessuti, come disinfettante o conservante di cibi. Ci sono tutta una serie di prodotti definiti come donatori di formaldeide che sono usatissimi: vernici, adesivi, inchiostri, disinfettanti, materiali plastici, cosmetici, detergenti e fragranze). Le principali tipologie di fonti non di tipo professionale sono: processi di combustione, è rilasciata da schiume isolanti, da truciolati e compensati ed è contenuta nel fumo di tabacco. È classificata come COV ed è considerata una dei più importanti “inquinanti indoor”. Non è un molecola che si accumula nell’ambiente. Può essere assorbita o può essere endogena e derivare dall’ossidazione dell’etanolo nel nostro organismo. Una volta assorbita viene ossidata velocemente a formiato, questo avviene grazie alla presenza di una aldeide deidrogenasi. È la via più importante. Ci può esser anche mediazione da parte del glutatione. Il formiato ha un ruolo anche fisiologico come donatore di unità monocarboniose nel metabolismo. La formaldeide può essere tossica per inalazione di vapori essendo molto volatile, porta ad irritazione delle prime vie respiratorie, è una cancerogeno certo per l’uomo (cancro naso-faringe che è raro nella popolazione non esposta). È estremamente reattiva come tale per cui è una cancerogeno diretto, lei induce DNA protein cross-link, rottura a singolo filamento e scambi tra cromatici fratelli. La formaldeide ha la capacità di formare questi addotti ternari tra proteine prevalentemente istoniche e il DNA, si comporta come reattivo bifunzionale. Sono legami crociati difficilmente riparabili e quindi eventi di questo tipo possono avere conseguenze notevoli di tipo mutazionale. 79  ACROLEINA - C3H4O Compare un doppio legame. È una molecola che è un potente elettrofilo, è un’aldeide alfa beta insatura. È usata in virtù della sua reattività come intermedio in sintesi organica per formare polimeri acrilati. È un inquinante ambientale derivante dalla combustione incompleta di materiale organico, ma anche da pirolisi di combustibili, si forma per decomposizione termina a partire dal glicerolo, quindi l’uomo è esposto attraverso gli alimenti in primis, ma anche da fumo di sigaretta, anche quella elettronica. Si forma anche per catabolismo di aminoacidi, grassi e durante la lavorazione termica degli alimenti (anche reazione di Maillard). Abbiamo due doppi legami coniugati, c’è una reattività particolare che condiziona la tossicità della molecola che rivedremo nell’acrilammide. Si può formare anche a livello endogeno dalla perossidazione lipidica e dal metabolismo di alcuni farmaci anticancro. Biotrasformaizone L’acroleina è una molecola che attraverso facilmente le membrane cellulari, l’assorbimento è quindi garantito. Ci può essere addizione di ossigeno con formazione della glicilaldeide che con l’epossido si trasforma in gliceraldeide, oppure la gliciladeide può dare coniugazione con il glutatione. Questa è una possibile via, ma è prona alla coniugazione con il glutatione direttamente dell’acroleina, il fatto che ci siano i doppi legami coniugati uno alchenico e uno carbonilico conferisce elevata elettrofilia che fa si che a livello del carbonio beta si verifica una particolare deficienza elettronica che lo rende particolarmente reattivo per gli SH, prende caratteristiche di elettrofilo soft. Tossicità - inalazione di fumi: porta a forte irritazione di mucose e all’albero respiratorio, è un potente lacrimogeno - ingestione: irritazioni gastro-intestinali (ulcere), epatotossicità (squilibri enzimatici) È una molecola molto elettrofila: aldeide più reattiva nella reazione con i nucleofili biologici. 80  ESTERI - FTALATI Sono da un punto di vista chimico degli esteri dell’acido ftalico. Sono liquidi altobollenti, incolori, poco solubili in acqua, poco volatili. Di queste molecole ce ne sono moltissime, si discute molto perché l’industria le usa moltissimo, però alcuni di questi derivati sono responsabili di tossicità come interferenti endocrini. Sono diesteri dell’acido ftalico. Variano per la natura dell’alcol attaccato al residuo di acido ftalico e pur avendo delle somiglianze strutturali queste molecole hanno caratteristiche chimico-fisiche un po’ diverse in solubilità, punto di fusione e reattività, ma anche in termini di tossicità perché: - ftatati a basso PM (C8) tra cui il diisononiftalato (DINP), ritenuto non dannosi per la salute Sono molecole ampiamente utilizzate a partire dagli anni ’30 in moltissimi settori, sopratutto come plastificanti, come additivi per ammorbidire o plastificare i materiali come i MOCA (utensili da cucina, contenitori, pellicole). Sono utilizzati anche nei medical devices, inchiostri, adesivi, gomma, prodotti di cancelleria, giocattoli. Non sono molecole chimicamente legate, ma sono additivi per cui possono migrare. La fonte di esposizione può essere un alimento e possono essere sia contaminanti ambientali, ma anche contaminati di processo, presenti nella materiale prima, o tramite cessione dal packaging, non si ha legame chimico, e si ha aumento con il contenuto lipidico e stress termico. Sono contaminati di processo e ambientali. Sono esteri, quindi generalmente vengono idrolizzati, se assunti per via orale già a livello della mucosa orale con la lipasi salivare vengono idrolizzati con formazione del monoestere, nel caso dello ftalato l’idrolisi non è detossifcazione. Il monoestere è quasi più attivo del diestere. La prima esterificazione non è una detossifcazione, poi si può avere sterificazione anche della seconda catena con liberazione dell’acido ftalico. La biotrasformazione può vedere anche l’ossidazione delle catene laterali. Il monoestere può essere anche più attivo del diestere di partenza. Sono molecole in grado di interagire con molti substrati a livello biologico, sono considerati universalmente come interferenti endocrini sia nel maschio che nella femmina. Abbiamo effetti molto simili del bisfenolo. …. Effetti nel maschio: malformazioni testicolari, infertilità Effetti nella donna: alterazioni nella produzione di steroidi con inibizione dell’ovulazione, infertilità, menopausa precoce. Predisposizione a sindrome metaboliza (diabete e obesità). Meccanismo d’azione Agiscono come antiandrogeni, hanno azione simil estrogenica. Non hanno un’analogia strutturale però. Recentemente si è visto che in particolare modo i monoesteri degli ftalati sono in grado di attivare alcune isoforme dei recettori della proliferazione perossisomiale PRR. Questi recettori sono una superfamiglia di recettori nucleari metabolici che agiscono come fattori di trascrizione, sono coinvolti nell’espressione di geni implicati nel metabolismi lipidico e del glucosio e sintesi degli ormoni steroide. I ligandi naturali di questi recettori sono gli acidi grassi insaturi a relativamente lunga catena e si è visto che la loro lunghezza è un parametro importante per l’attivazione di questi elettori. Gli ftalati che hanno catena tra 6 atomi e 8 atomi di carbonio sono quelli maggiormente capaci di interagire con questo tipo di recettori. Le isoforme più coinvolte sono quella alfa molto espressa in fegato, cuore e reni nel metabolismo di lipidi e di glucosio e questo da interferenza con il suo metabolismo e sindrome metabolica che possono indurre gli ftalati, e l’isoforma gamma prevalente nelle cellule dell’ovaio. Non si ha un’evidenza netta del legame di queste molecole con questi recettori, ma si ritiene che agiscano con il sito di binding di legame con gli acidi grassi. Il meccanismo di legame non è stato dettagliato del tutto però. Quello che è stato visto è che a livello dell’ovaio l’attivazione di questi recettori in particolare di quelli gamma porta ad un’alterazione della sintesi degli ormoni sessuali steroidi, ciò porta ad alterazione degli organi riproduttivi. Questo è ciò che è stato al momento definito. 81 Si discute molto del ruolo degli ftalati e della cancerogenesi anche qui non chiaro, inducono però tumore epatico nell’animale (gruppo 2B). Sembra sempre che ci sia mediazione dei recettori PPR e ciò potrebbe portare a condizioni di stress ossidativo, piuttosto che secrezione e di TNFbeta, ma sicuramente abbiamo un ruolo come promotori, non c’è legame al DNA ma era abbastanza prevedibile. Li definiamo come cancerogeni promotori. 82  COMPOSTI ORGANOAZOTATI AMMINE AROMATICHE sono una famiglia vastissima di composti, il capostipite è l’anilina. Sono caratterizzate da elevata reattività, proprietà catalizzanti (intermedi di sintesi nella produzione di farmaci) e redox. Sono utilizzate nella sintesi di coloranti, farmaci, materie plastiche, utilizzate nell’industria delle materia plastiche, gomma, tessile e carta. L’esposizione non professionale può avvenire per la loro presenza in matrici ambientali. Si può avere esposizione tramite alimenti, inchiostri (tatuaggi) e tessuti. Rilevante è anche il fumo di sigaretta. Il diverso grado di volatilità e di liposolubilità ne influenzano il profilo tossicocinetico. ANILINA - C6H7N Liquido incolore, odore caratteristico, di aspetto oleosa, si ossida facilmente, poco solubile. Il valore commerciale di questa molecola è che è un ottimo intermedio di sintesi nella produzione di tutta una serie di cose. Il nero di anilina è un inchiostro usatissimo per esempio nei tatuaggi, nella calzature, perché molto persistente. Questa molecola non è cancerogena, viene assorbita attraverso tutte le vie. Biotrasformazione Con l’anello aromatico si può avere idrossilazione, ma per il gruppo amminico anche coniugazione con solfato, con acido grucuronico. La biotrasformazione preponderante a livello epatico è la N-idrossilazione, con formazione della fenilidrossilammina, questa può andare incontro ad una serie di ossidazioni successive ma essa interessa perché è un metabolita capace di indurre meta-emoglobinemia, infatti l’anilina è un agente meta- emoglobinizzante. Nel caso di intossicazione ed esposizione ad anilina infatti il sintomo precoce e più clamoroso è la cianosi da meta-emoglobinemia. Significa che il suo metabolita è in grado di ossidare il Fe2+ dell’emoglobina a Fe3+ con formazione della meta-emoglobina e non è più quindi in grado di trasportare e legata l’ossigeno e subentrano una serie di effetti conseguenti proprio alla deficienza di ossigeno. È molto tossica per i neonati, i pannolini erano stati colorati con inchiostro di anilina, l’emoglobina fetale è molto più ossidabile, la cute dei neonati è permeabile e si ha deficit transitorio di meta-emoglobina reduttasi. È un ciclo che continua fintanto che ho il glucosio e non si esaurisce il ciclo può continuare a meno che la fenilidrossilammina non venga coniugata per esempio. Il ciclo può continuare finché non si esaurisce la riserva di glucosio idealmente. La meta-emoglobinemia porta ad una profonda alterazione di emoglobina e anemia emolitica, condizione di stress ossidativo. Come potenziale cancerogeno però l’anilina non desta preoccupazione (gruppo 3). 83 Quando ho una condizione di meta-emoglobinemia cosa si può fare? L’ossigeno se si somministra non serve a nulla, perché non abbiamo la specie di ferro che lo lega, dobbiamo quindi usare qualcosa che riduce la meta-emoglobina ad emoglobina. L’ossigeno si da solo già a livello tissutale, non per farlo legare. 30/04 LEZIONE 20 BENZIDINA - C12H12N2 Derivato del difenile. NAFTILAMMINA - C10H9N Scheletro di base è naftalene. Sono strutture aromatiche date dalla condensazione di più anelli aromatici. Sono procancerogeni genotossici. Sono molto simili, sono tutte molecole con proprietà tossicocinetiche e dinamiche simili, vengono usate molto come intermedi nella sintesi dei coloranti azoici, ma sono intermedi anche nella sintesi di farmaci. Essendo molecole relativamente lipofile possono essere assorbite attraverso tutte le vie, sono classificate nel primo gruppo dello IARC. Gli azocomposti nell’organismo possono andare incontro ad una riduzione sia in ambiente acido gastrico ma anche a livello della microflora intestinale, si possono quindi liberare ammine aromatiche sufficientemente lipofile per essere riassorbite a livello intestinale. Possono seguire molte vie di biotrasformazione, la riduzione è la più interessante perché porta alle ammine aromatiche. Le ammine aromatiche sono dei procancerogeni genotossici, si parla di azione sistemica di organotropismo, sono in grado di indurre tumore vescicale. L’ammina aromatica via CYP porta a N-idrossilazione e a una coniugazione che porta alla formazione di un coniugato con acido glucuronico, molto solubile, quindi eliminato attraverso le urine a livello vescicale. Ciò è alla base della tossicità della molecola, c’è un’idrolisi del coniugato con l’acido glucuronico, si ha idrolisi con formazione della naftilidrossilammina e questa può essere riassorbita ad opera delle cellule del tessuto dell’epitelio vescicale e può andare incontro a coniugazione, che sia con acetile o solfato, cambia poco nel senso che il coniugato che si forma non è particolarmente stabile e si può verificare, per intervento di un nucleofilo cellulare di una certa forza, la rottura eterolitica del legame azoto-ossigeno e la formazione di una specie, un catione arilnitrenio, ciò fa si che la carica possa essere delocalizzata. Ha vita sufficientemente lunga la specie elettrofila per poter reagire con siti nucleofili cellulari prevalente quelli del DNA. La molecola ha tossicocinetica interessante perché questi glucuroni possono essere visti come metaboliti di trasporto di una specie tossica. 84 NITROSAMMINE Sono caratterizzate da una formula generale: gruppo nitroso legato da azoto amminico. I sostituenti possono essere di varia natura. Sono molecole usate come solventi, alcune come intermedi di sintesi, le ricordiamo perché sono soprattutto inquinanti ambientali, si possono sviluppare in zone industriali. Negli alimenti possono essere presenti come contaminati ambientali, in realtà sono contaminati di processo. Il fumo di tabacco è un’importante fonte di esposizione, vengono definite nitrosammine tabacco-specifiche. Le nitrosammine sono tra i principali responsabili dell’effetto cancerogeno indotto dal fumo. Derivano anche da sintesi endogena per una quota importante. Soprattutto negli alimenti fermentati è presente, alimenti che contengono anche nitriti usati come conservanti, possono quindi essere nitrosate con formazione di nitrosammine. Possono essere presente nell’alimento (pesce soprattutto) ma formarsi anche per decarbossilazione enzimatica o eterolitica di alcuni amminoacidi. Nell’animale inducono tumore a livello epatico e tumore gastroenterico. Oltre che contaminanti ambientali e di processo c’è la possibilità che le nitrosammine si possono formare attraverso un processo di sintesi endogena. La nitrosazione interessa le ammine secondarie e terziare e avviene quando si ha la contemporanea presenta di ammine e nitriti che in ambiente acido (catalizzata dall’ambiente acido) a temperatura di 35 gradi possono inizialmente protonarsi con formazione di acido nitroso fino a formare lo ione nitrosonio, che è la specie reattiva. Questa specie è la specie nitrosante dell’ammina per formazione della nitrosammina. Ci sono sostanze protettive come la vitamina C, E, ma anche per esempio i polifenoli e i flavonoidi che possono far regredire questa reazione perché l’acido ascorbico per esempio può ridurre il nitrito a monossido di azoto, oppure i flavonoidi hanno ossidrili che possono essere loro stessi nitrosati. Le aziende aggiungono nitriti ai cibi, ma anche vitamine per evitare la reazione tossica. Le nitrosammine si sono rilevate anche contaminanti importanti dei farmaci. Dal 2018 ci sono stati degli scandali legati al fatto che sono state identificate in alcuni prodotti farmaceutici, sopratutto nei sartani, in discreta quantità. La Food and Drug administration sta facendo un controllo per la loro possibile presenza come impurità o si possono formare per una serie di motivi, tra cui l’uso di sodio nitrito in presenza di ammine. Queste molecole sono procancerogeni genotossici. La dimetilnitrosammina è la più semplice, ma è stata identificata come cancerogena a livello animale a livello epatico. Questa meolecola viene biotrasformata, sono molecole che possono andare incontro ad una idrossilazione ad opera del CYP con formazione dell’idrossimetilnitrosammina, che non è una molecola particolarmente stabile, quindi perde rapidamente il gruppo aldeidico, che qui risulta essere la formaldeide, metabolita tossico. Formazione di metildiazoidrossido, anche questo non è particolarmente stabile perché può perdere l’ossidrile che si allontana sotto forma di acqua, con formazione dello ione metilcarbonio, che è un carbocatione molto elettrofilo e quindi capace di metilare o comunque alchilare una macromolecola. 85 AMMINE ETEROCICLICHE Sono delle molecole in cui abbiamo almeno un anello eteroclito e come sostituente almeno un gruppo amminico esociclico. Sono circa una ventina note per la loro tossicità abbastanza significativa, queste HCA si formano durante la cottura degli alimenti ad elevato contenuto proteico, soprattutto quelli carnei. Queste molecole possono avere struttura più o meno diversa, le preponderanti sono le imidazochinoline. Queste molecole sono di interesse notevole perché sono composti dotati di attività mutagena potenzialmente cancerogena. Queste molecole si formano attraverso un processo chimicamente complicato, il prodotto di partenza è la creatina. Perché avvengano queste reazioni deve esserci creatina presente soprattutto a livello muscolare, aminoacidi e carboidrati riducenti. La quantità di questi prodotti è proporzionale alla temperatura e si formano delle ammine aromatiche eterocicliche che vengono idrossilate e quindi la stessa reattività chimica che abbiamo descritto per le ammine aromatiche, quindi formazione di specie elettrofile. ACRILAMMIDE - C3H5NO Solido cristalline bianco ed inodore, solubile in acqua, usatissima per la sua reattività, dal 2002 definita come contaminate chimico emergente. È un composto carbonilico alfa beta insaturo. Questa molecola ha una notevole reattività e quindi trova moltissimi utilizzi e applicazioni in ambito industriale (poliacrilammidi e copolimeri acrilammidi), usati in vari processi industriali (produzione di carta, plastiche, coloranti e cosmetici), flocculanti per purificare l’acqua potabile e analisi biologiche. È presente anche nel fumo di tabacco. Può essere presente negli alimenti, è un contaminante di processo, ed è stato scoperto per caso. È un contaminate di processo, si forma negli alimenti amidacei sottoposti a temperate superiore ai 140 gradi in condizioni di bassa umidità. È un sottoprodotto della reazione di Maillard, si forma chimicamente tra alimenti amidacei per cottura ad alte temperatura, sopratutto frittura, è una reazione chimica che parte da zuccheri riducenti (glucosio e fruttosio) e un aminoacido, l’asparagina libera, ci vorrà un alimento particolarmente ricco di questi aa libero. La reazione è complessa e avviene tra il gruppo carbonico riducente del glucosio e gruppo amminico libero dell’asparagina, si forma base di Schiff che decarbossila e si arriva tramite riduzione e disidratazione all’acrilammide, molecola relativamente stabile. 86 Le principali fonti di acrilammide sono soprattutto le patatine fritte, soprattutto quelle a bastoncino per la maggiore superficie espositiva. Nella formazione dell’acrilammide influiscono moltissimo la temperatura e la durata di cottura. Biotrasformazione L’acrilammide ha un doppio legame e la biotrasformazione via CYP prevede la formazione dell’epossido e in questo si differenzia rispetto all’acroleina. Questa epossidazione si verifica per la glicidammide che è il metabolita altamente reattivo epossidico che è responsabile dell’azione cancerogena promossa dall’acrilammide. È stato dosato come metabolita e sono stati identificati gli addotti. Anche addotti con l’emoglobina che vengono identificati come biomarcatori di esposizione all’acrilammide. I siti di alchilazione possono essere diversi. Questa molecola la definiamo come cancerogeno genotossico, è un procancergoneo, classificato come probabile cancerogeno per l’uomo, ciò significa che è cancerogeno sicuramente nell’animale, ma gli studi sulla uomo epidemiologici non sono stati conclusivi. Per la sua tossicità è elencata nell’elenco delle SVHC (substance of very high concern), regolamentate dal REACH. Per inalazione o via cutanea da tossicità acuta: irritazione della cute, astenia, debolezza agli arti inferiori, alterazioni sensoriali. È un agente neurotossico, può portare a neuropatia periferica (documentata nei lavoratori esposti) e nell’animale da paralisi delle zampe posteriori. Può portare ad alterazioni a livello di neurotrasmissione, può reagire con vari -SH di varie proteine che a livello sinaptico possono portare all’alterazione della neurotrasmissione, sembrerebbe dato dalla reattività dell’acrilammide, non del suo metabolita. Rinunciamo ad una buona frittura croccante? No: - scelta della materia priva (varietà di patate) - metodo di conservazione della materia prima (t>8 gradi) - temperatura e tempi di cottura La chimica suggerisce un buon rimedio: lasciare in ammollo (in acqua e aceto) le patate per almeno 30 minuti o sbollentarle qualche minuto prima della cottura prima di friggerle, facendo cosi si estrae il glucosio e si riduce la quantità di acrilammide del 70-80% prodotta a seguito di cottura. 87  COMPOSTI ORGANOALOGENATI 1. Alogenuri alchilici 2. Alogenuri alchenilici 3. Alogenuri arilici Nella maggior parte dei casi sono quasi tutti clorurati, anche se ci saranno casi molto importanti di organofluorurati o cromurati. Sono per lo più di origine antropica perché prodotti per sintesi, si ottengono per somma o addizione di composti alifatici corrispondenti. ALOGENURI ALCHILICI Loro sono molto usati industrialmente come intermedi chimici ma anche come prodotti finiti, hanno un’ottimo potere solvente, sono caratterizzati da una serie di caratteristiche interessanti come: poca volatilità, limitata reattività (dipende dal composto) e scarsa infiammabilità. Lo svantaggio di queste molecole è che a contatto con fiamme o superficie metalliche ad alta temperatura possono liberare sostanze tossiche, come acido cloridrico, cloro gassoso o il cloruro di carbonile (fosgene). Queste molecole sono lipofile, vengono assorbite attraverso tutte le vie, inducono uno spettro di lesioni caratteristico, anche se l’intensità può essere diversa. La tossicità aumenta all’aumentare nel numero di alogeni e aumenta all’aumentare dei doppi legami, aumenta la reattività chimica. Gli alogenuri alchilici vanno incontro come biotrasformazione a dealogenazione ossidativa, a dealogenazione riduttiva ad opera del CYP, o coniugazione con GSH. Abbiamo sempre una bioattivazione, un metabolismo ossidante, si formano molecole più reattive rispetto ai prodotti di partenza. Chimicamente gli alogenuri alchilici hanno uno o più idrogeni sostituti con alogeni. Sono per lo più usati come solventi ma dipende dalla tipologia di prodotto. Sono sostanze depressive a livello del SNC (effetto narcotico, a volte proceduto da effetto euforizzante) perché in virtù della loro lipofilia sono in grado di alterare la fluidità delle membrane delle cellule eccitabili, la permeabilità di queste membrane cambia, come cambia la funzionalità dei canali ionici. Possono indurre effetti epatotossici e nefrotossici, sono sempre sostanze che inducono aritmia cardiaca. E poi sono forti irritanti cutanei. CLOROFORMIO - CHCl3 Liquido incolore e volatile con odore gradevole. Viene usato come solvente per estrazione di grassi, oli e cere. È usato anche per la produzione dei clorofluorocarburi. DBP è uno dei principali prodotti collaterali della disinfezione delle acque. Biotrasformazione Prevalentemente vanno incontro ad una dealogenazione ossidativa a livello epatico, ma anche a livello renale, questa è mediata dal CYP e porta alla formazione dell’alcol triclorometilico che in realtà evolve rapidamente a fosgene, che è un metabolita molto tossico, molto reattivo, con un carbonio carbonilico legato a due clori che può reagire rapidamente con una grande varietà di molecole, viene definito veleno protoplasmatico con legame di tipo irreversibile. Tossicità Forte irritante cutaneo, depressione SNC, aritmia, lesioni epatiche e renali, potenziale teratogeno e potenziale cancerogeno. Gruppo 2B dello IARC, non è genotossico, non si è visto nessun legame al DNA da parte di questa molecola. Si presume che questi effetti cancerogeni siano imputati ad un’azione di promotore, il tessuto molto spesso reagisce con rigenerazione e questa alternanza di rigenerazione tessutale e effetto citotossico porterebbe a effetto iperplastico. 88  TETRACLORURO DI CARBONIO - CCl4 Liquido incolore, volatile. Il carbonio è tutto sostituito con gli alogeni, mentre il cloroformio aveva un idrogeno almeno. Ha una reattività quindi sicuramente diversa. È intermedio nell’industria chimica, usato come fumigante nelle grande stive delle navi, come solvente e nella produzione di liquidi refrigeranti. È stato vietato l’uso domestico di sue formulazioni. Molto lipofilo e assorbito per tutte le vie. È un veleno epatotossico, è una classica epatotossina. La sua specificità è legata alla particolare tossicità epatica tanto che è un modello di studio per il danno cellulare indotto da radicali liberi. Tutto è legato alla sua biotrasformazione. Il tetracloruro di carbonio è un alogenuro in cui abbiamo che il carbonio è completamente sostituito dagli alogeni, ha elevato potenziale di dealogenazione riduttiva sempre mediata dal CYP con formazione di radicale triclorometilico, questa avviene prevalemtemente nelle zone dove c’è poco ossigeno, nella zona centroglomerulare. Questa biotrasformazione mediata dal CYP da un’isoforma che è inducibile anche dal metanolo, hanno un effetto sinergico. Il radicale è una specie estremamente reattiva, quindi può reagire di per sé, strappare un pirogenò da fosfolipidi e indurre il fenomeno della perossidazione lipidica, agire come tale oppure combinarsi con l’ossigeno per formare un perossido. Ma una volta che si forma cloroformio esso può essere a sua volta ossidato con formazione di fosgene. 02/05 LEZIONE 21 Si ha una profonda alterazione delle molecole lipidiche, ma anche di quelle proteiche, quindi alterazioni strutturali ma anche di tipo funzionale. Questo è il meccanismo patogenetico relativo a questo stato di epatotossicità. Questo è un processo multifattoriale. La profonda alterazione delle membrane nell’epatocita può portare a swelling: alterazione della membrana del reticolo, quindi dissociazione dei ribosomi, alterazione della sintesi proteica, viene ridotta la sintesi delle lipoproteine e porta ad alterazione della veicolazione degli acidi grassi (accumulo di trigliceridi in forma di vacuoli, quindi steatosi epatica). Porta anche ad alterazione dell’omeostasi del calcio, che permea di più, aumentano le sue concentrazioni citosoliche che comportano attivazione della fosfolipasi A e quindi alterazione della membrana stessa, è un meccanismo a cascata che porta a necrosi dell’epatocita. Può interessare anche le membrane lisosomiali e se diventa cronica si arriva allo stadio ultimo della degenerazione epatica e quindi cirrosi epatica. POLI- e PER-FLUOROALCHILI Esempi di alogenuri alchilici sono sostanze poli e perfluoroalchiliche (PFAS). Chimicamente sono una catena di carbonio (dai 4 ai 16) lineare le più comuni, ma ce ne sono anche ramificate che terminano con un gruppo idrofilico. Presentano come sostituenti atomi di fluoro, infatti i diversi PFAS si distinguono per il grado di fluorurazione. Se tutti sono sostituiti con fluoro sono definiti perfluorurati. I due più importanti inquinanti ambientali sono il perfluoroottan-solfonato e acido perfluoroottanoico. 89 Con una testa idrofilica, carbossilato piuttosto che solfonato. Questa struttura particolare chimica con 8 atomi di carbonio sono tra i più tossici. Sono caratterizzate dal legame carbonio-fluoro, questo legame conferisce a queste molecole una particolarissima inerzia chimica. È un legame fortissimo. Inerzia chimica, resistenza termica, hanno caratteri di solubilità in acqua e lipofilia, si comportano anche come molecole con coda polare che conferisce una certa solubilità in acqua che è particolare, infatti queste molecole hanno molta geomobilità, possono inquinare le falde acquifere. Si comportano come dei sulfattanti organici, hanno tantissimi campi di utilizzo, vengono usati per i rivestimenti idro- e lipo- repellenti (teflon, cosmetici waterproof, le giacche impermeabili per esempio). Proprio perché utilizzatissime e inerti chimici non sono soggetti a degradazione, percui queste molecole appartengono ai PBT e forever chemicals, inquinanti organici persistenti. Sono contaminati ambientali, ma per la popolazione in genere la più importante fonte di esposizione sono gli alimenti (latte, pesce, fegato degli animali, uova). A fine 2016 circa 60.000 persone hanno livelli significativi di PFAS nel sangue Tossicocinetica si ha assorbimento per tutte le vie rapidamente, non si ha accumulo nel tessuto adiposo ma nel siero (legano l’albimina) e fegato (organo bersaglio). Non subiscono biotrasformazione, ma si ha lenta eliminazione per via renale come tali, dove c’è un riassorbimento continuo sotto controllo ormonale (differenza di genere). Ha un T1/2 altissimo, di 5 anni. Hanno modesta tossicità acuta, non si muore per queste. Ma sono molecole definite come interferenti endocrini, quindi possono portare ad alterazioni seminali, alterazione del ciclo mestruale, endometriosi, difficoltà del concepimento, aborti spontanei, alterazioni steroidee e disturbi endocrini. Inducono epatotossicità e alterazione del metabolismo lipidico (ipercolesterolemia). Tossicodinamica Come interferenti endocrini interferiscono con l’asse ipotalamo-ipofisi-gonadi. Per altre classi di interferenti è molto più quello che non si sa rispetto a quello che si sa, della dose non si sa nulla per esempio, il ruolo delle miscele non si sa. Quello che è stato messo in evidenza è che la capacità da parte di queste molecole di interferire nel legame tra testosterone e il suo recettore, perché PFAS e testosterone hanno qualche analogia strutturale e possono occupare la stessa tasca a livello del recettore androgenico: effetto anti-androgenico, ma anche effetto anti- progestinico. Può interagire anche con il recettore citoplasmatico della vitamina D. Si sta delineando sempre di più che queste molecole, in virtù della catena idrofobica fluorurata, possono interferire con i recettori PPAR alfa che abbiamo nominato con gli ftalati, queste molecole possono agire a livello di questi recettori coinvolti nell’espressione di geni coinvolti nell’espressione di lipidi, glucosio e ormoni steroidei (alterazioni metaboliche) e siccome i ligandi naturali di questi recettori sono acidi grassi, un fattore cruciale per attivare questi recettori è la lunghezza di catena, esattamente come gli fatati, i C8 sono quelli che maggiormente interagiscono con questi recettori. Nel ratto sono cancerogeni epatici tramite meccanismo d’azione non genotossico. ALOGENURI ALCHENILICI Alogenuri che hanno carbonio, idrogeno, cloro con un doppio legame. Molecole più reattive da un punto di vista chimico. Il più abbondante è il cloruro di vinile. Essendoci un doppio legame c’è il problema relativo della via metabolica di tipo ossidativo, quindi epossido che può essere implicato nell’eventuale cancerogenicità. 90  CLORURO DI VINILE - CH2=CHCl Gas volatile, altamente infiammabile, odore gradevole, poco solubile. È utilizzato molto nella sintesi di materie plastiche (monomero di partenza per la formazione di PVC),. L’esposizione può essere occupazionale o ambientale (emissioni industriali, tubature PVC, rilascio dal packaging, nel fumo di sigaretta, rilascio dal packaging (contaminante di contatto)). È la seconda materia plastica usata al mondo. Vantaggi: economicità, impermeabilità a liquidi e gas, alta flessibilità, facilità colorazione, inodore, resistenza fino a 70/80 gradi. Limiti: rilascio di CVM, rilascio di ftalati, rilascio di metalli pesanti (Cd, Pb), inquinamento da Hg, formazione di diossine negli inceneritori, plastica non riciclabile. Usi: seconda materia plastica, edilizia, imballaggio alimentare e farmaceutico, presidi medico-chirurgici, settore automobilistico, abbigliamento. Tossicità: locale —> irritazioni tratto bronchiale, ustioni acuta —> depressione del SNC, vertigini, perdita di coscienza, morte cronica —> tumori fegato, SNC, polmone, sistema linfatico ed emopoietico, angiosarcoma epatico (attività di soli 8 mesi, latenza di 20 anni). Classe 1 dello IARC. Malattia del cloruro di vinile: sindrome di tipo sclerodermia (indurimenti fibrotici del tessuto connettivo nella cute e negli organi interni. A livello epatico il CYP lo ossida formando ossido di cloretilene che può essere deattivato con epossido idrolasi, dal glutatione o reagire con siti nucleofici o può riarrangiare per formare la cloraacetaldeide anche questa è mutagena, è in grado quindi di dare una reazione con l’azoto esociclico delle base azotate nel DNA e un azoto endociclico e ciclizza, si forma il terzo ciclo a livello della base azotata del DNA, struttura estremamente stabile ed è ovvio che un addotto stabile non consente un appaiamento corretto delle basi durante la replicazione e quindi mutageno e eventualmente cancerogeno. 91  ORGANOALOGENATI AROMATICI BIFENIL POLICLORURATI e DIOSSINE - C12H10-xClx Considerazioni simili alle diossine. Di struttura di base hanno il nucleo del difenile e sono presenti diversi sostituenti, diversi clori, sono un gruppo molto ampio (200 congeneri) che si differenziano per il grado e le posizioni dei clori. Sono usati in miscela. A basso grado di clorazione sono in stato liquido, alto in stato solido. Sono liquidi viscosi di colore giallo chiaro, bassa tensione di vapore, sono molecole molto stabili, molto economiche, chimicamente stabili, non vengono degradate, sono resistenti a acidi, …. Molto utilizzati, anche se adesso l’utilizzo è molto ridotto, perché fortissimi sono contaminanti ambientali, usati come plastificanti, ignifughi, lubrificanti, scambiatori di calore, oli da taglio, adesivi, agenti di trasferimento…. Proprio perché sono molecole stabilissime, sono cumulabili, persistenti, vanno incontro a fenomeno di biomagnificazione e sono disponibili per il trasporto ambientale a lunghe distanze. L’esposizione avviene principalmente tramite alimenti (latte, carne e uova), ma anche tramite aria e per contatto (transdermico). Tossicocinetica Assorbito per tutte le vie, vengono distribuite a tessuto adiposo, SNC, cute, fegato e reni e polmoni, il trucco è che qui la biotrasformazione è una vera e propria detossificazione. L’organismo cerca di ossidare, quindi inserire ossidrili via CYP, poi glucuronazione, solfonazione ed eliminazione tramite urina. Gli idrossiderivati sono molto meno tossici rispetto a quelle di partenza. Queste molecole agiscono come tali. L’epossido che si forma si può formare in prossimità di un cloro che non è stabile. Riarrangia rapidissimamente all’idrossiderivato rispetto agli idrocarburi policiclici aromatici. L’ossidazione è una vera e propria idrossilazione rapida, con idrossiderivato non poco attivo perché questo è in grado di interagire con un recettore che li vuole proprio alogenati, e il fatto che ci siano tanti alogeni, fa si che vengano biotrasformati molto più lentamente perché CYP fa difficoltà ad ossidarli quindi più tempo hanno per manifestare tossicità. Più clorurati, più vivono a lungo e più sono tossici. Non c’entra solo il grado di clorazione, è importante anche la posizione dei sostituenti perché con tutti i congeneri dobbiamo distinguere quelli diossin-like e quelli che non lo sono, i diossin-like sono i cosiddetti bifenili planari, cioè quelli che nel punto di attacco del bifenile non sono presenti dei clori, se qui fossero presenti dei clori ci sarebbe una torsione, cosa che non c’è qui. Questo fa si che si comportino più come la diossina, molecole con maggiore affinità con il recettore arilico. I PCB non presentano un elevata tossicità acuta, sono meno tossici della diossina, tutto in relazione con la capacità di interagire con questo recettore. 92 La tossicità è analoga a quelle delle diossine. Gli effetti tossici sono sopratutto danni epatici (diossina è un promotore epatico), cloracne, immunosoppressione (azione diretta sui timociti, azione indiretta per riduzione di Ig), sistema riproduttivo (effetti ormoni-simili (ED)) (interferenti endocrini per interazione del recettore arilico), azione termogena (ritardo mentale, stranezze multiple), azione cancerogena (classe 2C dello IARC) (promotori tumorali nel fegato). Le diossine sono una famiglia molto variegata. Qui la struttura si differenzia, sono dibenzodiossine policlorurate, sono dibenzoderivati della 1,4 diossina. Possono esserci diversi congeneri a seconda del grado di clorazione, la differenza è che non sono prodotti intenzionalmente, sono solo prodotti indesiderati, sono prodotti di scarto. Si formano aseguito di sintesi, di combustioni di materiale organico che contiene cloro, fortemente lipofile, scarsamente degradabili, distribuzioni ubiquitaria, biomagnificazione. Le fonti di esposizione professionale, possono essere liberate da processi chimici industriali di vario tipo. L’esposizione per la popolazione in genere sono gli alimenti, più del 90% dell’esposizione deriva dall’alimento, soprattutto da prodotti di origine animale, l’EFSA ha identificato i livelli più alti nel fegato di pesci e altri animali, latte, uova. Ci sono stati molti casi anche recenti di alimenti contaminati. La 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-diossina è la diossina più nota, più tossica. I più tossici sono quelli che hanno gli atomi di cloro in posizione beta e non alfa. Questa sostanza non viene biotrasformata proprio in virtù della sua struttura particolare, ma perché ha affinità altissima per il recettore arilico. Assorbimento elevato, molto lipofila, emivita di 10 anni, la DL50 nella cavia 0.6 µg/kg come botulino e nel topo 2570 µg/kg, quindi c’è grandissima differenza di specie. Si ha grande variabilità genetica del recettore arilico. Ma c’è anche una differenza nella risposta che viene attivata dall’interazione con questo recettore che può essere presente in diversi distretti corporei, a volte da risposta inibitoria e a volte proliferativa. Tossicità: alterazioni epatiche immunosoprressione azione termogena potenziale cancerogeno —> nel ’76 si era detto che c’era debole azione tumorigenica e venne messo nella prima classe dello IARC a scopo preventivo, dopo 20 anni si verifica un aumento di mortalità per tumore al retto, linfoma di Hodgkin e non Hodgkin e leucemie mieloidi nel ratto: azione cancerogena con meccanismo epiqgenetico. È risultata negativa nei saggi di genotossicità perché non forma addotti al DNA. Però si lega al recettore arilico, per questo è definito come promotore. cloracne 93