Toxicología - Tema 1: Introducción - PDF

Manuel Delgado Toxicología TEMA 1: INTRODUCCION. Inevitable que hayan “tóxicos” en los alimentos, por ello, hay limites de estos en los alimentos. Diferenciar las obligaciones de las ingestas recomendadas. Hay que tener en cuenta la...

Manuel Delgado Toxicología TEMA 1: INTRODUCCION. Inevitable que hayan “tóxicos” en los alimentos, por ello, hay limites de estos en los alimentos. Diferenciar las obligaciones de las ingestas recomendadas. Hay que tener en cuenta la concentración que puede haber en el alimento y la cantidad de este que vamos a digerir. Hay precedentes en la edad de oro. Sócrates y Teofastro murieron envenenados con cicuta. Hipócrates con Pb. Mitrídates VI: mitridáticos (crear resistencia a dosis normalmente letales). En la civilización romana el envenenador oficial era Locusta, los guerreros iban drogados. Hay referencias en mitologías, en religión cristiana, mundo árabe. Plinio: plomo. Moises → Cardenillo. RENACIMIENTO. SV-XVIII. Libros. Reflexión de Paracelso. La dosis es lo que hace el veneno. Todas las sustancias pueden ser potencialmente toxicas. Depende de la concentración y la cantidad. Para que se produzca el efecto, debe de absorberse “Sola dosis facit venenum”. Aumento del número de productos naturales. SIGLO.XIX. Médicos jurados. Toxicología moderna a partir del Ya empezaban a haber libros de descripción. Listado de sustancias toxicas y sus dosis. SIGLO XX. Fue el gran “Boom” de la toxicología habiendo grandes avances: Modelos matemáticos, industria química, laboratorios, disciplina independiente, internet… En España hubo 3 casos importantes. El arseniato sódico debido a los vinos. El aceite de colza, aceites tóxicos. Y sindroma de ardystil, en alicante por la industria textil. Minamata→Japón. Parálisis Ginebra → EEUU. Talidomida → Alemania.Tetraclorodibenzo-p-dioxina →Italia. Metilisocianato → India. Catástrofe de Prestige. En Galicia. Problema comercial con el marisco. Aznalcollar. En Sevilla. Ácidos con metales pesados. Debido al acido los metales son mas accesibles, se mezcla con el ambiente y llega a los humanos. SIGLO XXI. Para el tercer milenio. Objetivo es conocer mejor los xenobióticos (sustancia externa que el organismo no utiliza), biomoléculas, polimorfismos enzimáticos (es la dotación enzimática que permite metabolizar algo mejor, mayor predisposición a tolerar algo o no) Hay que seguir investigando los nuevos productos. Inmunotoxicologia. Toxicología genética. Intoxicación crónica. Puedes ir acumulando sustancias toxicas, poco a poco, durante un periodo prolongado. Si pueden aparecer de manera brusca los síntomas. Toxikon: vida de amor. Ciencia que estudia los venenos o tóxicos. TOXICOLOGÍA. Es la ciencia que se encarga del estudio de fenómenos físicos y sustancias químicas, que son capaces de provocar efectos nocivos en organismos vivos y poblaciones. 1 Manuel Delgado Toxicología Investiga los mecanismos por los que sucede y la forma para contrarrestar y prevenir esos efectos. Valorar el grado de toxicidad o efecto lesivo. TOXICO. Toda radiación física o agente químico que, tras generarse internamente o entrar en contacto, penetrar o ser absorbido por un organismo vivo, en dosis suficientemente alta, puede producir un efecto adverso directo o indirecto en el mismo. Otro: Aplicase a las sustancias venenosas. Que contiene veneno o produce envenenamiento. Fármaco. Sustancia química capaz de producir modificaciones en la respuesta orgánica. Medicamento. Sustancia con finalidad terapéutica, diagnostica o preventiva. Droga. Materia prima de origen vegetal o sustancia de abuso con carácter adictivo. Ponzoña. Mezcla de tóxicos producidas por ciertos animales y vegetales para su defensa. Toxina. Relacionada con organismos vivos. Aquella sustancia venenosa producida por un organismo vivo. Xenobiótico. Sustancias exógenas al organismo que no cumplen ninguna función fisiológica. CLASIFICACIÓN DE TÓXICOS. o Por los efectos: Corrosivos ◦Origen: Mineral o Los órganos afectados: Nefrotóxicos ◦Exposición: Alimentaria o El lugar de acción: Local ◦Efectos: Cancerígenos o Usos: Plaguicidas ◦Mecanismo de acción: Inhibe tranp O2 o Fuentes: Antropogénica ◦Propiedades analíticas: Gaseoso o Naturaleza química: Inorgánicos. Enfermedades concomitantes. Enfermedades antes de la intoxicación. Intoxicación. Acción de un agente (engloba mas conceptos) toxico. Altera la fisiológica de un ser vivo. Están implicados numerosos factores. Distintas clases: o SEGÚN EL GRADO DE AFECTACIÓN (GRAVEDAD): o Leve. “Suave” o Moderada o Severa/Aguda. Grave. o DESDE EL PUNTO DE VISTA PATOCRÓNICO (EL TIEMPO): o Aguda. Es inmediata. Aparece en menos de 48 horas. o Retardada. Aparece días o semanas después. o Subcrónica/Subaguda. Absorción durante un corto periodo de días. El curso subclínico es poco claro, menor gravedad. o Crónica. Es la ingesta de poca cantidad de manera continuada, cantidades no letales. Patología poco clara, confusa. TOXICIDAD. Es el grado de efectividad de un agente toxico. La capacidad para lograr el efecto que se espera. Teniendo en cuenta factores como: la cantidad administrada o absorbida, la vía de administración y distribución, el tipo y la severidad del daño, tiempo 2 Manuel Delgado Toxicología necesario, naturaleza del organismo, otras tales como su metabolismo, mecanismos de defensa, genética, estado fisiológico, presencia de otros compuestos… Distintos tipos: Toxicidad aguda. Aparición de efectos a las 24h o en menos de 14 días. Toxicidad crónica. Exposición prolongada. Toxicidad subclínica. Administración durante el 10% de la vida del animal. Local. Realiza el efecto en el punto de contacto, ácido cae en mano, en la mano está el daño. Sistemática. El punto de contacto es diferente a donde actúa. Va a sitios concretos. CONCEPTOS ASOCIADOS A LA TOXICIDAD: ▪ DTEm. La dosis toxica media estimada. (humanos) ▪ DLEm. Dosis letal media estimada (humanos) ▪ DMT. La dosis máxima tolerable. (animales) ▪ DE. Dosis efectiva (animales) ▪ CE50. La concentración efectiva 50. (animales) ▪ CL50. La concentración letal 50. (animales) ▪ Dosis letal (DL). Es la dosis necesaria para producir la muerte tras una sola absorción (intoxicación aguda letal) Mortalidad (en volumen) Dosis (en otra medida) o DLmín. La dosis mas baja que produce la muerte de un individuo. o DL50. Dosis que mata al 50% de la población. o DL100. Dosis que mata al 100% de la población. o DL25. Dosis que mata al 25% de población o DL75. Dosis que mata al 75% de la población. ▪ NOAEL. Nivel sin efecto adverso observable. Es la máxima concentración de una sustancia que no causa alteraciones adversas detectables en la morfología, capacidad funcional, crecimiento, etc. de órganos dianas, bajo condiciones definidas de exposición. Se usa para establecer limites de seguridad y en la evaluación de riesgos. ▪ NOEL. Nivel sin efecto observable. No causa alteraciones. Incluye efectos negativos como neutros. Para establecer niveles seguros de exposición a sustancias. ▪ PTWI. Ingesta semanal tolerable provisional. Cambia mucho. No es obligatoria. ▪ MOE. Margen de exposición. EFECTO. Es la manifestación de la acción de un agente que modifica algún mecanismo bioquímico o función fisiológica. Ligado a variables de dosis y tiempo. Relación dosis-efecto. Relación cuántica de todo o nada (muere o no). Relación gradual. Si se puede medir. Relación dosis respuesta. Proporción de esa población que manifiesta el efecto requerido (muerte) pT. Potencial de toxicidad. Toxikon→ vida de amor. Toxon→ arco. Toxikon →arco mas flecha TEMA 2: EXPOSICIÓN 3 Manuel Delgado Toxicología EADME. Exposición. Absorción. Distribución. Metabolismo. Excreción. Exposición más disposición cinética de los tóxicos. Normalmente el toxico realiza todo el recorrido, pero también es posible que no se absorba y se excrete directamente. Los efectos varían dependiendo de distintos factores como el contacto, tiempo, disposición, etc. Importancia al intervalo de exposición vs velocidad de eliminación. Semivida de eliminación mucho más corta que el intervalo de exposición, se requieren varias dosis para alcanzar la concentración tóxica, aun así puede ocurrir daño, no es sinónimo que no lo vaya a hacer. Cuando la velocidad de eliminación es mas lenta que el intervalo de exposición, la semivida de eliminación es mayor y la concentración toxica requiere menor número de dosis. VÍAS DE DISPOSICIÓN (ORDENADAS POR EFICACIA) ◊ Intravenosa/Parental. Vía aguja. Es la mas efectiva porque va directamente a la sangre. ◊ Inhalatoria. ◊ Digestiva. Es la vía más frecuente, pero no la más eficiente. ◊ Dérmica. No existen sistemas o vías específicos cuyo único propósito sea el de absorber tóxicos. Los xenobióticos penetran las membranas por medio de los mismos procesos que las sustancias esenciales. Las toxinas son distribuidas por la sangre. Deben ir unidos por enlaces libres, pero también pueden ir libres o unidas a distintas células, proteínas… SISTEMA DE TRANSPORTE DE XENOBIÓTICOS: o Transporte pasivo o Difusión simple o Filtración. Canales de agua y canales iónicos. o Transportes especiales. o Transporte activo. o Difusión facilitada o Otros: fagocitosis, pinocitosis. Metales pesados pueden ser corrosivos. Con las sustancias corrosivas y la radiación no hay absorción, pero si efecto toxico. EFECTOS DE MEZCLAS (LO VEMOS MAS A FONDO EN PRÁCTICAS) o Aditivo. La diferencia no es significativa, el efecto combinado de los dos agentes es igual a la suma de los efectos individuales. o Antagónico. Disminución o eliminación del efecto de un agente toxico a causa de la presencia del otro agente. Si la diferencia es positiva. o Sinergismo. Si la diferencia es negativa. Los dos agentes se complementan e intensifica sus efectos. Principales lugares de absorción: el tubo digestivo, pulmones y piel son los mas frecuentes. ABSORCIÓN PULMONAR. Por gases, vapores de líquidos volátiles o volatilizables, Aerosoles. Hay que tener en cuenta la frecuencia respiratoria, el flujo sanguíneo, 4 Manuel Delgado Toxicología coeficiente de solubilidad. Importancia también el tamaño de las partículas que se inhalan. Mayormente ocurre por difusión simple. ABSORCIÓN CUTÁNEA. Muy pocos los tóxicos que pueden atravesarla, pues hay muchas barreras lipídicas. Depende del pH, tamaño de partículas, temperatura local, flujo sanguíneo, integridad del tejido. Mayormente por difusión pasiva, dependiendo de la liposolubilidad del pH. ABSORCIÓN DIGESTIVA. Efectos sistémicos más locales. Puede ocurrir desde la boca hasta el recto. Mayormente en puntos fuertes, estomago. Existen factores que influyen; pH del estómago, plenitud gástrica, motilidad intestinal, concentración del toxico… Absorbidos por difusión simple Aquí, se absorben formas no ionizadas de ácidos débiles. En el intestino se absorben formas no ionizadas de bases débiles, por difusión simple y/o transporte especializado. Los enterocitos y la flora intestinal pueden empezar a metabolizar, realizar cambios químicos. También existe más posibilidad de contacto por las vellosidades y microvellosidades (que aumenta su superficie x30) del intestino. Extracción por el hígado y excreción por la bilis. Biodisponibilidad. Porcentaje de xenobiótico absorbido capaz de ser utilizado (fracción de dosis absorbida que alcanza los receptores) Una vez que el tóxico está en sangre, independientemente de la vía entrada, se distribuye por todo el organismo. Generalmente ocurre con rapidez y no ocurre de manera homogénea. DISTRIBUCIÓN/TRASLOCACIÓN. Los tóxicos pueden ser transportados disueltos por la membrana plasmática. Unido a eritrocitos, glóbulos blancos, también puede estar unido a proteínas plasmáticas (la forma más frecuente). Albumina sérica, sustancias solubles y pocos solubles. Requiere de enlaces débiles, uniones reversibles. No está activo durante la unión (salvo en células dianas) Esta viene determinada por el flujo sanguíneo, la tasa de difusión y afinidad tisular, es no homogénea. ACUMULACIÓN DE TÓXICOS. Puede ser considerado como mecanismo protector, cuando la dosis está por debajo de la nociva. Principalmente en las grasas y en los huesos, también en proteínas plasmáticas, órganos como riñón, hígado. Penetran en las células las sustancias polares e iones, mediante poros, transportes activo. Los compuestos lipófilos, mediante difusión simple. Ácidos y bases débiles en función del pH del medio. Estroncio esta secuestrado en el hueso, pero aun así puede causar daños. Compuestos organoclorados en los tejidos grasos y el plomo en el hueso, se pueden mover según condiciones dadas (perdida de grasa o crecimiento/decrecimiento de huesos). ELIMINACIÓN. Puede realizarse por diferentes vías. Pero la principal vía es la renal, otras algo menos importantes como la biliar y la láctea y otras menos frecuentes como la saliva y el sudor. o Renal. Tamaño molecular limitado, deber ir escasamente unidos a proteínas. Solubilidad en agua. Puede ocurrir por filtración pasiva glomerular. Por secreción activa en túbulo o difusión pasiva. A través de la orina se eliminan sales metálicas, 5 Manuel Delgado Toxicología ácidos, bases, alcoholes, etc. A este nivel también puede ocurrir una reabsorción de estas sustancias, por ello deben ser muy hidrosolubles, grado de unión... o Biliar. Eliminar tanto sustancias polares, como apolares. Se realiza contra gradiente de concentración. Drena al intestino y estas pueden ser reabsorbidas (Circuito enterohepático) Si llegan a las bacterias, es posible que estas las transformen. o Leche. Vía de entrada para los lactantes. o Saliva. Sales metálicas. Plomo y mercurio se pueden quedar en los dientes. o Pulmonar. Sustancias en estado gaseoso y volátil como CO2, hidrocarburos y alcoholes. o Pelo. Arsénico. METABOLISMO El organismo busca cambiar las características que hacen que los tóxicos atraviesen las membranas y se retengan, por otras que las hagan mas fácilmente eliminables, sobre todo por la orina. Aunque hay veces que se obtiene el efecto contrario. La fase presintetica, comprende aquellas transformaciones que aumentan la hidrosolubilidad del compuesto, para ello, las sustancias son oxidadas, reducidas o hidrolizadas, para ser transformadas en productos mas hidrosolubles que las sustancias originales y menos liposolubles. En orina aparecen metabolitos, pero también pueden aparecer entero. Polimorfismo enzimático. La actividad de las enzimas puede variar entre organismos. La respuesta a un mismo tóxico, pueda variar según la persona. Lipofílicos. Apetencia por los lípidos. Van a necesitar cambios bioquímicos para poder eliminarlos (aumentar la hidrosolubilidad), a veces no se consigue, pero se reduce su toxicidad. Estos cambios químicos pueden también hacer el efecto contrario y aumentar su toxicidad. Se denomina; síntesis letal, bioactivacion, biotoxicacion. Biotransformación no es igual a desintoxicación. Cuidado con el tiempo, cuanto más tiempo pasa en organismo más rápido puede ser dañino. Intenta evitar la absorción y favorecer la eliminación. BIOTRANSFORMACIÓN. El metabolismo de agentes tóxicos se efectúa mediante sistemas enzimáticos, cuyas enzimas son diferentes y con poca especificidad. o Reacciones en fase I. Para dar productos mas hidrosolubles. Capacitan al compuesto para experimentar la fase siguiente. Introducción de; -OH, NH2, COH, COOH, SH2. En procesos de hidrolisis, reducción, oxidación. Enzimas principalmente en hígado, pero también en otros órganos. A veces se transforman en metabolitos más tóxicos. o Reacciones de oxidación. Por deshidrogenasas, oxidasas, oxigenasas (mono y dioxigenasas). Son las mas importantes biotransformaciones que experimentan los tóxicos. Pueden ser microsómicas o no microsómicas. ▪ Oxidaciones microsómicas de función mixta (MFO) Sistema multiennzimatico no especifico. Monooxigenasas en REL. Ceden electrones en el proceso redox. 6 Manuel Delgado Toxicología Citocromo P-450 (CYP) Oxidasas. Claro ejemplo de polimorfismo enzimático. Gran numero de familias. Hidroxilación del sustrato, eliminación directa, conjugación. Puede activar precarcinogenos. Algunos inactivan y otros activan. ▪ Oxidaciones no microsómicas. Oxidorreductasas. Menos frecuentes. En mitocondrias y citoplasma. SN, riñón, mucosa intestinal. Alcohol- deshidrogenasas, aldehidoxidasas, aminooxidasas. o Reacciones de reducción. Reductasas microsomicas y citosólicas. Bacterias intestinales. Agentes reductores; glutatión, FAD, FMN, NADP. Reducción de grupos AZO, NITRO, CARBONILO, DISULFURO… o Reacciones de hidrolisis. Ésteres, amidas. Esterasas. Fracción microsomicas y soluble. Carboxil/acetilcolin esterasas. o Reacciones en fase II. Reacciones de conjugación. Formación de derivados estables e hidrosolubles (no siempre, acetilación) Glucurónico, aminoácidos, sulfúrico, metilación, glutatión. Se realiza consumo de energía por transferasas. Las transformaciones suelen requerir de un cofactor. Conjugación con aminoácidos normalmente con glicina, pero también con los demás. o Acetilación. Excepción. Menos hidrosolubilidad. Mas difícil por eliminar por orina, pero es menos toxico. o Metilación. Es poco frecuente, sobre radicales N,O y S. Muy frecuentes en metales pesados. Menor hidrosolubilidad. o Glutatión. γ-L-glutamil-cisteinil-glicina. Conjugación de muchos compuestos lipofílicos. No es una enzima, en cambio Glutatión-S-transferasa si. Importante peroxidación de lípidos por radicales libres. o Reacciones fase III. Biotransformación conjugados. No siempre ocurre FORMACIÓN DE QUELATOS. Secuestros de ion metálico. Antes de absorción, normalmente se eliminan por heces. FACTORES QUE AFECTAN AL EADME o Absorción. Compliancia o adaptabilidad. Ruta de administración y técnica seguida. Cinética de absorción. Estado del fármaco. Sustancias concomitantes. o Distribución. Edad, sexo, peso, patología, sustancias biógenas o exógenas concomitantes. o Eliminación. Cinética de eliminación, edad, sexo… Sustancias concomitantes, tiempo de absorción. TEMA 3: TOXICODINAMIA. La toxicodinamia se encarga del estudio de la interacción entre el toxico y su receptor. NO se conocen todos los mecanismos de acción de los tóxicos. Receptor. Si no hay efecto, no hay receptor. Sitio donde interacciona y produce un efecto. Da lugar a un efecto biológico, que no es siempre medible, pero en ciertos casos si se puede medir. 7 Manuel Delgado Toxicología Órgano diana. El lugar donde va a ejercer su efecto. Las manifestaciones clínicas no siempre son en el órgano diana, puede afectar a un órgano y las manifestaciones darse en otro (síntomas). La barrera hematocetoencefalica la pueden atravesar algunos tóxicos. MECANISMOS GENERALES DE TOXICIDAD. Las características físico-químicas condicionan el tropismo. Si puede coincidir el órgano diana y lugar de almacenamiento. El efecto puede ser rápido o retardado. Por la sustancia como tal o por los metabolitos. Puede ser especifico o no. Los daños pueden ser reversibles o no, depende de qué y cómo lo afecte. SEGÚN LA ESPECIFICIDAD: Mecanismos específicos. Enzimas; Acetilcolinesterasa, efecto característico. Alteración funcional. Mecanismos paraespecificos. Interacción molecular de ADN/ARN o membrana celular. Alteración funcional y/o estructural. Mecanismo inespecífico. Destrucción celular, alteración de estructura. SEGÚN LA REVERSIBILIDAD. o Potencialmente reversibles. Es subletal. Son principalmente reversibles. Entran las alteraciones funcionales, como específicos y paraespecificos. o Irreversibles. Son letales, alteraciones estructurales. Paraespecificos e inespecíficos. ALTERACIÓN DE LA ESTRUCTURA CELULAR. Si ocurre por necrosis, existe inflamación. Altera membranas (un transporte del impulso nervioso inadecuado). Alteración de orgánulos. La apoptosis es una muerte limpia, que suele ser un mecanismo normal en el organismo. No hay inflamación, el núcleo se fragmento, quedan los orgánulos intactos para que células vecinas o macrófagos la aprovechen. Hay tóxicos que pueden inducirla o inhibirla, de ambas maneras es malo. ALTERACIONES DE LA FUNCIÓN CELULAR. 1. Alteración de la permeabilidad, no entran sustancias que deberían. 2. Modificación de la actividad enzimática. Alteración de distintos procesos como respiratorios, energéticos, nerviosos… Por sustancias desproteinizantes, bloque de lugares activos, los tiolprios (bloquean, metales pesados) y las metalprivas (unen a otros, CO, SH2…). Puede haber elementos comunes para los dos casos, como el cobre. 3. Alteración en la reproducción celular o la del individuo. Puede modificar la mitosis, el material genético y este último puede ser transmisible o no a la descendencia. 8 Manuel Delgado Toxicología MECANISMOS DE ACCIÓN MÁS FRECUENTES. o Interferencias en el funcionamiento de las enzimas. Irreversible, unión por enlace covalente. Reversible, por antimetabolitos (similitud). Desacoplamiento de reacciones bioquímicas, secuestro de metales esenciales para enzimas o bloque del suministro de oxígeno (asfixia, unión a Fe, entra oxígeno, pero no lo captamos.) o Bloqueo de la capacidad de transporte de oxígeno, por meta/sulfohemoglobina. Procesos hemolíticos. La carboxihemoglobina es la unión con el CO-reversible. o Interferencias en las funciones generales de la célula. Acción anestésica. Interferencia en neurotransmisión. o Interferencia ADN-ARN. División celular, en transcripción, traducción o síntesis. o Hipersensibilidad. Si uno es alérgico a una sustancia. o Irritación directa de los tejidos. En la piel, pero también en estómago, intestino… o Toxicidad tisular. En hígado riñón. Vacuolas, grasas, necrosis. FISIOPATOLOGÍA DE ORIGEN TOXICO. Respuesta intracelular. La regeneración puede ser fácil, posible o imposible. Respuesta extracelular. Edema, aumento de la permeabilidad… Ojo con la fibrosis, que es la zona dañada por una inflamación puede cicatrizar. El hepatocito muerto se cambia por un fibroplasto. La organoespecificidad depende de distintos factores. PROCESOS MÁS FRECUENTES: o Irritación, causticación. Dermatitis, conjuntivitis, bronquitis, necrosis, mayormente por toxinas bacterianes y sales de metales pesados. o Alteraciones de la permeabilidad capilar. Edema, petequias, hemorragias, diarreas… Por As, P, CO, toxinas bacterianas. o Alteración de la respiración celular. o Anoxia. No hay oxígeno o Asfixia. Trastorno de la respiración, hay oxígeno, pero no lo podemos usar. HEPATOTOXICIDAD. Estimulación de enzimas de hígado. Aumento de tamaño “hepatomegalia”. Indicadores. Descenso en la síntesis de enzimas, liberación de fosfatasas. Las transaminasas aumentan. Muchos marcadores biológicos. Esteatosis, aumento de grasa en hígado. Problemas de coagulación. Efecto coleostasico (colestasis arsenicales). Es típico de hígado, no se puede encontrar en el riñón. Por bilis. Reacciones hepatotóxicas: Reacciones específicas - Insuficiencia hepática - Necrosis zonal - Insuficiencia hepatorrenal - Hepatitis tipo viral - Encefalopatía hepática. - Colestasis intrahepática. 9 Manuel Delgado Toxicología NEFROTOXICIDAD. En el riñón. Es el principal órgano de desecho. Por compuestos fenólicos, oxalatos, metales pesados… Dos nefratologias distintas: Directas, debido a causticación, obstrucción, alteración de los mecanismos enzimáticos locales, insuficiencia renal. O derivadas de alergias. Por hipersensibilidad. Poliarteritis generalizadas + necrosis, capilares glomerulares, elementos vasculo-conjuntivos, nefritis intersticial. Se clasifican según la localización de la lesión. Obstrucción de túbulos renales por depósitos de inmunocomplejos. NEUROTOXICIDAD. Cerebro, médula espinal. Pueden ocurrir trastornos funcionales sin lesión permanente o lesiones estructurales, persistentes, reversibles o no. Hay fenómenos neurotóxicos que pueden venir acompañados de alteraciones en otros órganos y sistema, por ejemplo: debido al tetracloruro de carbono, monóxido de carbono. Los más importantes; sinapsis, por modificación de niveles de neurotransmisor o interacciones con el receptor o interferencia con los nucleótidos cíclicos. Por axón, alteraciones en la mielina, disregulación del balance iónico (tetradotoxina, PSP). Miopatías, atrofia o tetania. Alteración en axón y sinapsis pro acrilamida y Pb. APARATO DIGESTIVO. Cáusticos: boca, faringe, esófago, estomago. Alteraciones, enlentecimiento del transito, mayor tiempo de contacto, modificación de funciones glandulares, irritación de la mucosa, causticación de las paredes del esófago y estomago (peritonitis química, shock) APARATO RESPIRATORIO. Puede afectar a los demás sistemas, como músculos, centros nerviosos… Fibrosis, fiebre del soldador por metales pesados. Cilios bronquiales alterables por el tabaco. Biotransformación de primer y tercer paso. SISTEMA REPRODUCTOR. Eje hipotálamo-hipofisario. Disruptores endocrinos y otros. GENOTOXICOLOGÍA. Estudia los efectos que ejercen los agentes químicos y físicos sobre el material genético y los procesos genéticos de las células y organismos vivos. Mecanismos generales de toxicidad: sobre la estructura celular (más lesivos y directos) o sobre función celular (reproducción celular, sutil). Los agentes genotóxicos son: la mutagénesis, la cancerogénesis y la teratogénesis. - MUTAGÉNESIS. La mayoría de los carcinógenos son mutaciones, no todas las mutaciones resultan en cáncer. Consiste en la modificación del material genético que resulta estable y transmisible a las células hijas resultantes del proceso de división celular. 10 Manuel Delgado Toxicología Efecto de mutación Células Germinales Embrión Alteraciones Somáticas Esterilidad expuesto genéticas. Enfermedades Cáncer Teratogénesis Mutagénesis Carcinogénesis SUSTANCIAS MUTAGENICAS. Sustancias y preparados que, por inhalación, ingestión o penetración cutánea, pueden producir alteraciones genéticas hereditarias o aumentar su frecuencia. Por ejemplo: Compuestos organofosforados, aminas y amidas, derivados nitrogenados, hidrocarburos policiclicos. M1, existencia de una relación causa-efectos. M2, presuncion de relación (puede considerarse). El término “mutación” se aplica a los cambios geneticos hereditarios que se pueden manifestar a nivel fenotipico como a las modificacionens subyacentes del ADN. Se utilizaran esos terminos a los agentes que aumentan la frecuencia de mutación en las poblaciones celulares en los organismos o en ambos. TIPOS DE MUTACIONES: o Espontáneas. Errores en la replicación, que pueden ocurris sin acción del tóxico. o Inducidas. Por culpa del toxico. ∆ Genicas. Por sustitución de pares de bases. Transición/transversión. Por los tripletes de aminoácidos. o Silenciosa o Erronea o Sin sentido o Por desfase. Más o menos bases. Puede ocurrir la retromutación. Revertir la mutación? ∆ Cromosómicas. Clastógenos. Aberraciones cromosómicas. Se pueden llegar a ver con el microscopio. o Numéricas. Más o menos cromosomas. Aneugénicos. ▪ Celulas aneuploides. +-1. ▪ Células poliploides. Más de una. o Estructurales. Rotura 11 Manuel Delgado Toxicología ▪ Cromosomico. 2 ▪ Cromatídico. 1 Todo esto puede dar lugar a deleciones y deficiencias, duplicaciones, inversión, translocaciones. MECANISMOS DE ACCIÓN o Aductos. Se une o interpone a la molécula, normalmente. Génicas. o Cromosómicas. Rotura del ADN. Alertas estructurales. Son zonas potencialmente electrofílicas, con posible acción mutagénica. Se puede intuir que productos que se parecen, pueden tener carácter mutágenico. Como: cloraminas, grupos nitro y grupos azo. Los radicales libres no son alertas, pero provocan daños oxidativos en el ADN. CONSECUENCIAS. o Malformaciones congénitas. o Desarrollo de cáncer. o Enfermedades hereditarias o Susceptibilidad. - CARCINÓGENOS. Es la capacidad de producir cáncer. Puede ocurrir un aumento de incidencia de tumores del mismo tipo, un adelanto en el momento de aparición o tumores distintos. Carcinógeno. Sustancia química que, usada en animales de experimentación, conduce a un aumento significativo de la incidencia de neoplasisas de uno o más tipos histológicos. SE DIVIDEN EN DISTINTAS ETAPAS. MULTIESTADIO: o Iniciación. Alteración del ADN, latencia… o Promoción. Transformación. Células iniciadas en células precancerosas, es clínica. o Progresión. Lesiones malignas. Crecimiento más expansión. PRINCIPALES GRUPOS DE CARCINÓGENOS QUÍMICOS. o Según fases. o Agentes iniciadores o carcinogenos incompletos. o Agentes promotores. Expansión clonal o Carcinógeno completo. o Según compuesto: o Carcinógeno primario o directo. Per se. o Carcinógeno secundario o indirecto. Precursores de los primarios. o Cocarcinógenos o promotores. Potencian. CARCINÓGENO GENOTÓXICO. Afectan directamente al ADN. Suele ser la mayoría. Mutaciones. Por la acción de compuestos orgánicos: HAP, aminas aromáticas, agentes alquilantes, nitrosaminas, micotoxinas. O compuestos inorgánicos como cadmio, cromo… metales pesados. Reaccionan con centros nucleofílicos del ADN. Alquilación de bases, 12 Manuel Delgado Toxicología interposición de moléculas entre pares de bases, que produce apoptosis, replicacion de material dañado, rotura del aducto y reparacion del ADN dañado. CARCINÓGENO EPIGENÉTICO. Citotoxicidad, inflamación crónica, influencias hormonales. Por la acción de disruptores endocrinos: DDT, PCB´s. Proliferadoras de peroxisomas. Ftalatos, tricloroetileno. Ciclinas: pérdida de control en mitosis. Fosforilación, metilación… Modificación genética. Ocurre en citocromo p-450; glutation transferasa y acetil transferasa. Proliferadoras de peroxisomas, formacion de peroxidos, radicales libres. La agencia intecional para la investigación del cancer (IARC). Clasifica a los agentes mutágenos en 4 grupos: 1. Cancerígenos para humanos 2. a. Probablemente carcinógeno para humanos b. Posiblemente carcinógeno para los humanos. 3. No posible su clasificación como cancerígeno para humanos. - TERATOGÉNESIS. Teratología. Teras (malformación o monstruosidad). Causas que origian anomalias estructurales en el desarrollo prenatal, así como el estudio de dichas anomalías: Teratogenicidad. Capacidad Teratogenesis. Proceso Anomalía. Sin defecto funcional Malformaciones. Alteracion morfologica. Monstruosidad. Defecto que pone en peligro la supervivencia. Teratógeno. Agente físico o químico que incrementa la incidencia de anormalidades en los recien nacidos, sobre todo en los progenitores en momentos previos a su concepcion, madre durante la gestacion o al organo en desarrollo. o Compuestos químicos. Bifenilos clorados, mercurio, plomo… o Plantas. Alcaloides, coompuestos azoxi, lignanos, terpenoides… Consecuencias. Embrioletalidad, retraso del desarrollo, malformaciones congénitas, defectos bioquimicos, neoplasisas congénitas, anormalidades del comportamiento. Las caracteristicas es que a dosis bajas puede ser igual de dañino, pues hay alta selectividad y especifidad, por la relacion periodo gestacional, el genotipo. Dosis dependiente, hay umbral. Las vías de administración, capacidad de detoxificacion, de atravesar la placenta… La fisiologia en la reproduccion cambia y esto favorece la movilizacion de toxicos. Su mecanismo de acción puede ser por mutaciones, alteraciones de membrana, osmotica, inhibiicion ennzimatica, alteraciones en la placenta, alteraciones de la fuente de energía. FACTORES QUE MODIFICAN LA TOXICIDAD. ∆ La dosis y concentración. La capacidad del toxico para atravesar barreras biologicas. La sensibilidad del receptor. ∆ Interacciones; sinergia y antagonismo. Puede ser sinergia aditiva o de potenciación. 13 Manuel Delgado Toxicología ∆ Factores del medio ambiente. Condiciones climáticas y meteorológicas. Actinismo, temperatura ambiental. Presión atmosférica, ciclo circadiano. La temperatura influye mucho en la acción del toxico. ∆ Factores del individuo. Según la especie, raza, sexo, edad, indiosincrasia, enfermedades, gestación. ∆ Factores de las condiciones de administracion o absorcion del toxico. Según la via de absorción, la concentración del tóxico y el tamaño de la dosis. La velocidad de administración. La coincidencia con otros fármacos. TEMA 4 : EVALUACIÓN DE LA TOXICIDAD Y DEL RIESGO. Riesgo tóxico. Evaluaciones de eficacia y seguridad frente riesgo toxicológico. Se hace en gran parte de experimentación, aunque no todo tiene que ser experimentos. Fuentes del conocimiento toxicológico. Estudios no experimentales. Informes de casos, epidemiológicos/ de campo. Modelos matemáticos de predicción. Cinética ambiental de compuestos químicos, fármaco-toxicocinética. Relación cuantitativa estructura-actividad (QSAR). Experimentación con modelos biológicos. In vivo, in vitro o de microcosmos, mesocosmos y de campo. El libro blanco NO es una normativa legal. 1930 1M de TM. Actualidad (2001) 400M de TM. Hay un desconocimiento general de las propiedades y usos de las sustancias existentes (inquietud). El proceso de evaluación del riesgo es lento. La asignación de responsabilidades es inadecuada. Legislación vigente sólo exige información a los productores e importadores de sustancia, pero no a los posteriores en la cadena. Tratado de la UE. Importancia a la salud del humano y el medio ambiente. EVALUACIÓN DEL RIESGO. Proporcionar fundamento fiable para decidir que medidas de seguridad procede tomar cuando se utilicen (gestión del riesgo). Permite valorar si una sustancia empleada en un modo puede tener efectos perjudiciales e incluye la descripción de los efectos y el cálculo de la probabilidad que se produzcan, así como de una estimación de su alcance. ◊ Evaluación del peligro. Determinación de las propiedades peligrosas. ◊ Evaluación de la exposición. Identificación de las fuentes de exposición a la sustancia y se calcula dosis que recibe un organismo expuesto o que se libera en un compartimento determinado del medio ambiente. Se requiere la información de ambas para la toma de decisiones y que esta información sea fidedigna. Para sustancias producidas o importadas, en cantidades entre 1t y 20t, se deben recoger datos sobre propiedades fisicoquímicas, toxicológicas y ecotoxicológicas. Los ensayos deberían limitarse a métodos in vitro. EL OBJETIVO DE LA TOXICOLOGÍA EXPERIMENTAL. 14 Manuel Delgado Toxicología Obtener información para aplicar medidas legales, estableciendo niveles de seguridad en la exposición. Predecir las consecuencias de la interacción de xenobióticos con los seres vivos. La investigación que se realiza son: la biomonitorización de la contaminación ambiental. Evaluación de los efectos tóxicos de los contaminantes ambientales, in vitro e in vivo. Ensayos de toxicidad y ecotoxicidad. Determinación de condiciones que deben darse para que una célula, tejido… se vea afectado por un elemento químico, así como la naturaleza del efecto producido. Se pueden hacer estudios experimentales sobre animales o métodos alternativos. PRINCIPIOS DE LA EXPERIMENTACIÓN TOXICOLÓGICA. Para mayoría de tóxicos es posible encontrar algún modelo animal que permita modelar su acción en humanos. La aplicación a animales de dosis altas de tóxicos es útil para descubrir posibles peligros para el hombre. Es posible extrapolar cuantitativamente a humanos muchos de los efectos tóxicos observados en animales, igual que reproducir in vitro, determinados efectos tóxicos, manifestados in vivo. Pueden emplearse ciertas especies animales o vegetales como centinelas o representantes de efectos tóxicos en otras especies. Los ensayos de toxicidad no se diseñan para demostrar que un compuesto es seguro, sino para caracterizar los efectos que puede producir. Según la NRC, los animales para investigación y las mejoras en higiene y en la calidad de la nutrición, incrementaron 25 años de esperanza de vida en el hombre. Bases éticas. La experimentación animal que implique un sufrimiento físico o psicológico es incompatible con los derechos del animal. Las técnicas alternativas deben ser utilizadas y desarrolladas. La última directiva europea 2010/63/UE. Se estableces las normas básicas aplicables para la protección de los animales utilizados en experimentación y otros fines científicos, incluyendo la docencia. Los primates no humanos no se podrán usar, salvo si se cumplen x condiciones. No se utilizarán animales capturados en la naturaleza. Principio de reemplazo, reducción y refinamiento (las 3 RRR). Se usará siempre que sea posible otro procedimiento al de los animales vivos (Reemplazo). En caso de usarlos, será la mínima cantidad (Reducción). Los métodos a emplear se mejorarán de tal manera que les haga el menos daño, dolor, sufrimiento posible a los animales (refinamiento). La comisión debe de incentivar estos métodos. Se pueden criar animales específicamente para que sus órganos o tejidos puedan usarse como fines científicos. Programas para compartir órganos y tejidos. Real decreto 53/2013, en vigor. Procedimiento = experimento. La utilización, invasia o no, de un animal con fines experimentales u otros fines científicos, cuyos resultados sean predecibles o no, o con fines educativos, siempre que dicha utilización pueda causar nivel de dolor, sufrimiento… o superior al causado por la introducción de una aguja conforme a las buenas prácticas veterinarias, queda prohibido?. Regula qué animal, como, de qué origen… Busca asegurar la protección del animal, queriendo que el número de animales experimentales sea el mínimo, aplicando en lo posible métodos alternativos. 15 Manuel Delgado Toxicología ANIMALES FRECUENTEMENTE UTILIZADOS: Ratón, rata, hámster sirio, cobaya, conejo. Codorniz, aves de corral, paloma. Gato, perro, hurón. Porcino, ovino, caprino, vacuno, equino, primates no humanos. Los peces también se investigan y el pez cebra toma mucha relevancia. El órgano competente en España depende de la comunidad autónoma, pues se le da a este el poder. Con ayuda de comisiones y órganos habilitados. Si ocurre alguna infracción, la sanción consecuente es muy alta, de 6.001 – 100.000 euros. MÉTODOS ALTERNATIVOS. MODELOS IN VITRO. Libro Blanco fomento de los ensayos sin animales. REACH. Registro, evaluación, autorización y restricción de sustancias y preparados químicos. Está continuamente siendo actualizado. Motivos del uso de alternativas a la experimentación animal. Morales y éticos. Económicos, científicos, logísticos, sociopolíticos, legales. MÉTODO ALTERNATIVO. Métodos o técnicas que de alguna manera pudieran reemplazar a los animales en los experimentos, disminuir el número de animales en cada ensayo o simplemente mejorar los procedimientos ya existentes a fin de disminuir el estrés y evitar sufrimientos a los animales Las 3 R. Se debe evitar la repetición innecesaria de experimentos, para ello es necesario el intercambia de la información. También mejorar los diseños en la experimentación animal. Empleo de modelos matemáticos de predicción, estructura molecular, propiedades físico- químicas, actividades biológicas… Uso de animales inferiores no protegidos: invertebrados, bacterias, hongos, protozoos, algas y plantas. Los pulpos NO son un modelo alternativo- El uso de vertebrados está permitido en etapas iniciales de su desarrollo. Huevos, peces que aún mantiene su saco vitelino < 5 días. TÉCNICAS IN VITRO. Desarrollar en el laboratorio. Cultivos, baños de órganos entero, cortados o en trocitos. Hay infinidad de métodos. Requieren de protocolos. La línea celular puede perder alguna capacidad enzimática. Pueden crecen en monocapa y suspensión. ESTUDIOS HUMANOS. Epidemiológicos, toxicovigilancia, voluntarios. MODELOS EN ENSEÑANZA Y FORMACIÓN. 16 Manuel Delgado Toxicología Modelos mecánicos, sistemas audiovisuales, simulaciones por ordenador, realidad virtual. Inconvenientes; errores humanos, necesitan validación. MÉTODOS MÁS USADOS: - Técnicas in vitro 44% -Animales 28% - Modelos enseñanza y formación 8% - Embriones 6% - Vegetales 4% - Voluntarios humanos. Validación mediante el Centro Europeo para la Validación de Métodos Alternativos (ECVAM) y tiene que pasar por la Organización de Comercio y Desarrollo Económico (OCDE). Se evalúan plaguicidas y contaminantes ambientales, compuestos químicos diversos, residuos, cosméticos, vacunas, etc. MODELOS IN VITRO. Control directo. Conservación de residuos, ausencia de respuestas compensatorias, poblaciones celulares específicas, reducido espacio de mantenimiento, experimentación simultánea. - Ventajas; o Aceptabilidad o Gran cantidad de material o Material humano o Mayor reproductibilidad o Coste bajo o Instalaciones menos complejas. - Inconvenientes. o Limitaciones. Por la viabilidad, actividad funcional, la toxicidad retardada o crónica. o Validación o Efectos inespecíficos o Costosa infraestructura, reactivos caros y personal especializado. o Batería de ensayos. Compleja extrapolación o Ausencia de respuestas compensatorias. Aplicaciones diversas en muchos campos como clonaje, fertilización in vitro, terapia génica, diagnóstico y tratamiento de patologías cancerosas… Las células en cultivo permiten la posibilidad de estudio de modificación de características morfológicas, bioquímicas, genéticas, etc. Es posible mediante cultivo primario o líneas celulares. Precauciones con la citotoxicidad. Permite bioindicadores. 17