Click here to load reader

FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ TOXICITATEA

  • View
    270

  • Download
    5

Embed Size (px)

Text of FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ TOXICITATEA

FACTORII CARE INFLUENEAZ TOXICITATEADac toxicitatea este o proprietate intrinsec a unei substane toxice, natura i intensitatea manifestrilor care apar la nivelul organismului expus sunt condiionate de o serie de factori care trebuie luai n considerare atunci cnd se face extrapolarea rezultatelor testelor de toxicitate de la animal la om, sau cnd se interpreteaz rezultatele testrii clinice a medicamentelor. Aceti factori pot fi clasificai n:- factori chimici, dependeni de substana toxic- factori biologici, dependeni de organismul expus- factori de mediu, determinai de condiiile n care a avut loc expunerea

I. FACTORI CHIMICI CARE INFLUENEAZ TOXICITATEA1. DozaUnul din factorii majori care influeneaz potenialul toxic al substanelor chimice este doza. ntre cantitatea de substan administrat i efectul observat exist o corelaie, pentru marea majoritate a compuilor constatndu-se o proporionalitate ntre doz i efect ntre anumite limite. Relaia este reprezentat grafic printr-o sigmoid. Pentru substanele cumulative, aceast proporionalitate este valabil numai pn la o anumit valoare a dozei, peste aceasta creterea efectului fiind mult mai mare. Relaia se reprezint grafic printr-o hiperbol.

2. Structura chimicUn efect biologic este rezultatul ultim al interaciunii dintre o substan i o molecul int din organism, motiv pentru care efectele toxice ale unui compus pot fi corelate cu anumite caracteristici structurale ale acestuia. De asemenea, structura moleculei este responsabil de proprietile fizico-chimice ale acesteia, dintre care unele sunt determinante pentru transportul moleculei n organism, pentru metabolizarea acesteia sau pentru interaciunea cu inta molecular, cum ar fi: lipofilia, mrimea, pKa-ul, ionizarea, chiralitatea. Atunci cnd se sintetizeaz o nou substan chimic, indiferent de domeniul viitor de utilizare a acesteia, este important s se cunoasc potenialul ei toxic asupra sntii omului, dar i asupra mediului nconjurtor. Datorit numrului mare de compui noi, dar i a costurilor foarte ridicate ale testelor toxicologice, a devenit necesar studierea relaiilor care exist ntre structur i activitatea biologic i au fost elaborate diferite tehnici cunoscute sub denumirea de Relaii Cantitative Structur-Activitate (QSAR = Quantitative Structure-Activity Relationships). Aceste tehnici permit prevederea activitii biologice a unei substane, plecnd de la structura acesteia, chiar naintea sintetizrii ei. Ele au fost iniial elaborate pentru prevederea efectelor farmacologice, dar utilizarea lor s-a extins tot mai mult n domeniul toxicologiei, n special n toxicologia mediului. La ora actual exist programe informatice de screening computerizat, n special pentru clasele de compui al cror mecanism de aciune poate fi corelat cu anumite caracteristici structurale, cum este cazul substanelor mutagene i carcinogene.Se pot stabili astfel relaii ntre structura chimic i tipul de efect observat pede o parte, i ntre proprietile fizico-chimice i intensitatea efectelor toxice pe de alt parte.

Relaii ntre structura chimic i tipul de efectEfectul toxic al unei substane se bazeaz pe interaciunea dintre aceasta, sau unul din metaboliii si, i o molecul din organism care reprezint inta molecular. De exemplu, pentru compuii cu caracter electrofil inta molecular este o molecul care conine grupri nucleofile: -NH2, -NH-, -O-, de care se pot lega covalent. Deoarece principalele molecule de interes biologic care conin astfel de grupri nucleofile sunt ADN-ul i proteinele, efectul ultim al unui compus electrofil poate fi mutagenitatea, necroza sau inhibiia enzimatic.Totui, datorit complexitii sistemelor biologice, numrul substanelor toxice al cror mecanism de aciune la nivel molecular este cunoscut este foarte redus, ceea ce face dificil stabilirea unor relaii structur-toxicitate.

Relaii ntre proprietile fizico-chimice ale substanelor i intensitatea efectelor toxiceDiferii compui chimici pot induce efecte de acelai tip, dar care difer sub aspectul intensitii lor. Aceast comportare diferit poate fi explicat prin faptul c activitatea biologic este influenat de dou tipuri de procese:- a) Procese toxicocinetice: transport, legare de proteinele plasmatice, metabolizare, care influeneaz la rndul lor concentraia final a substanei n forma sa activ la nivelul intei moleculare- b) Procese toxicodinamice, care implic interaciunea compusului cu inta molecular.Diferenele de comportament toxicocinetic, precum i diferenele de afinitate pentru inta molecular se bazeaz pe diferene de proprieti fizico-chimice. Prin urmare, activitatea biologic va depinde de: probabilitatea (Pr1) ca molecula s-i ating inta (transport) probabilitatea (Pr2) ca molecula s interacioneze cu inta molecular(legare)

Proprietile fizico-chimice importante pentru QSAR pot fi deci clasificaten: - proprieti hidrofobe- proprieti electronice- proprieti sterice Anumite studii QSAR ncorporeaz i indici structurali sau topologici cum ar fi conectivitatea molecular, care reflect caracterul mai mult sau mai puin ramificat al moleculei. Ali parametri care pot fi utilizai sunt: punctul de topire, punctul de fierbere, numrul de atomi de carbon, constanta vitezei de reacie pentru anumii compui (ex. compuii alchilani).

Ali factori dependeni de substan care pot influena toxicitatea sunt:- concentraia: acizii corosivi sunt mult mai toxici n soluie concentrat dect sub form diluat- solubilitatea i ionizarea: intervin n etapa de absorbie- volatilitatea: condiioneaz ptrunderea pe cale respiratorie i influeneazabsorbia.

II. FACTORI BIOLOGICI CARE INFLUENEAZ TOXICITATEA

1. SpeciaToxicitatea unei substane poate s difere mult de la o specie la alta, animalele superioare fiind n general mai sensibile dect cele inferioare. Noiunea de toxicitate selectiv a fost exploatat pentru obinerea unor antibiotice sau a unor pesticide mai toxice pentru bacterii i pentru duntori dect pentru om i pentru alte mamifere. n clasa mamiferelor, efectele toxice sunt destul de asemntoare, pe acest fapt bazndu-se extrapolarea la om a rezultatelor unor studii de toxicitate efectuate pe alte specii ca: obolan, oarece, iepure, cine sau maimu. Nu exist ns nici un model animal perfect; pentru unele substane comportarea la om este similar cu cea la obolan, pentru altele cu cea la cine. De aceea, din ce n ce mai des se urmrete efectuarea de studii de metabolizare a noilor medicamente pe culturi celulare umane, n dorina de a se obine ct mai curnd n dezvoltarea unui nou compus profilul metabolic la om. Sunt cunoscute numeroase cazuri n care metabolizarea s-a dovedit a fi diferit la subiecii umani fa de animalele de experien. Astfel, pentru medicamentul utilizat n tratamentul SIDA, zidovudina (AZT), studiile in vivo pe animale au sugerat c substana nu era metabolizat, pe cnd n studiile pe om s-a observat c este glucuronidat n proporie de 70-80%. Aceast constare a avut impact asupra frecvenei de administrare n clinic, respectiv o dat la 4 ore i nu de 2 ori pe zi cum se preconizase iniial pe baza studiilor pe animale. Interaciunile medicamentoase sunt de asemenea dificil de detectat la animal datorit profilurilor metabolice diferite ale medicamentelor de la o specie la alta.n general, diferenele de toxicitate ntre specii sunt determinate de diferenede cinetic sau de metabolizare a compusului, a cror nelegere este esenialpentru evaluarea corect a siguranei i a riscului.

1. Diferene de absorbie, distribuie i excreie1.1. Absorbia compuilor exogeni este dependent de condiiile fiziologicei fizice de la locul de absorbie.Absorbia prin piele prezint variaii considerabile de la o specie la alta. n general, pielea este mai puin permeabil pentru substanele chimice la om comparativ cu iepurii, oarecii sau obolanii.Absorbia digestiv depinde de pH-ul tractului gastrointestinal, care variaz n limite destul de largi de la o specie la alta. De exemplu, rodenticidul clorur de pirviniu are aceeai toxicitate acut la oareci i la obolani dup administrare intraperitoneal, n timp ce dup administrare oral este mult mai toxic la oareci (DL50 15 mg/kg) fa de obolani (1550 mg/kg).Absorbia pe cale respiratorie poate fi influenat de diferenele de fiziologiepulmonar. De exemplu, la animalele mici, cu frecven pulmonar mai mare dect a omului, cum ar fi oarecii, vrbiile sau canarii, toxicitatea compuilor cu solubilitate mare n snge, la care absorbia este limitat de ventilaie, va fi mai mare dup expunere la aceeai doz.1.2. Distribuia compuilor exogeni variaz de la o specie la alta ca urmare a diferenelor n ceea ce privete distribuia lipidelor n organism, viteza de metabolizare i excreie, prezena unor sisteme de captare specifice la nivelul unor organe. De exemplu, porcul suport doze mari de arsen, stibiu sau compui organoclorurai datorit depozitrii acestora n esutul adipos, care este bine dezvoltat.Concentraia proteinelor plasmatice n funcie de specie este o alt variabilcare, prin influenarea gradului de legare a substanei toxice i deci a concentraiei compusului liber n plasm, poate modifica toxicitatea.1.3. ExcreiaExcreia renal difer de la o specie la alta n ceea ce privete volumul i viteza de producere a urinei, precum i pH-ul acesteia. Pentru compuii care nu sunt excretai printr-un proces activ, diferenele sub aspectul legrii de proteine pot conduce indirect la diferene de excreie urinar.Excreia biliar este condiionat mai ales de greutatea molecular a substanei, deoarece pragul greutii moleculare de la care o substan poate fi excretat prin bil difer mult de la o specie la alta.2. Diferene de metabolizareEfectul biologic al unei substane depinde de concentraia formei sale active i de timpul ct aceasta se menine n organism. La rndul lor, acestea sunt determinate de vitezele de biotransformare i excreie, de natura i proporia legrii de macromoleculele tisulare. Cel mai frecvent, diferenele de metabolizare ntre specii sunt diferene cantitative, deci sub aspectul vitezei de metabolizare, i mai rar diferene calitative, sub aspectul unor ci diferite de biotransformare. n general, animalele mici, oarecii de exemplu, metabolizeaz compuii exogeni cu o vitezmai mare dect animalele mari, cum ar fi omul. Astfel, la om fenilbutazona are un timp de njumtire de aproximativ 3 zile, n timp ce la maimu, obolan, cine, cobai, iepure, acesta variaz ntre 3 i 6 ore. Diferenele de metabolizare pot fi observate att la reacii din faza I, ct i la reacii din faza II.Reacii din faza IReaciile de oxidare. Diferenele cele mai frecvent observate se refer la viteza cu care are loc oxidarea i mai puin la calea de metabolizare urmat.Hidroxilarea aromatic a anilinei este supus unei astfel de variabiliti. La anilin, att poziia orto ct i cea para sunt susceptibile s sufere un atac oxidativ, cu formarea aminofenolilor corespunztori. La carnivore, cum ar fi pisica sau cinele, se formeaz n principal metabolitul orto, n timp ce la ierbivore, ca iepurele sau cobaiul, se obine n principal metabolitul para. Omnivorele sunt intermediare, la acestea formndu-se ambii metabolii, cu o preferin totui pentru metabolitul para. Deoarece p-aminofenolul este mai puin toxic, speciile care vor metaboliza anilina n principal la acest metabolit vor avea o susceptibilitate mai redus la aciunea toxic a acestei substane.Un alt exemplu de diferene cantitative se refer la etilenglicol, care este metabolizat n final la acid oxalic. Toxicitatea compusului se datoreaz parial acidului oxalic rezultat din calea oxidativ i este proporional cu procentul n care are loc formarea acestui metabolit. Pisica este cea mai sensibil la aciunea toxic a etilenglicolului, deoarece formeaz oxalat n proporia cea mai mare, iar toxicitatea scade la obolan i la iepure, la acesta din urm procentul fiind cel mai mic.N-hidroxilarea paracetamolului prezint de asemenea diferene cantitativede metabolizare de la o specie la alta, fapt responsabil de variaia hepatotoxicitii. Astfel, obolanul este mai rezistent la toxicitate deoarece metabolizeaz mai puin paracetamol pe calea de bioactivare, n timp ce hamsterul este foarte susceptibil. n schimb, obolanul poate N-hidroxila acetilaminofluorenul, etap necesar n manifestarea aciunii carcinogene a compusului. La maimu are loc hidroxilare aromatic n loc de N-hidroxilare i efectul carcinogen nu se manifest.Reacii de hidroliz. Exist numeroase esteraze i amidaze responsabile de hidroliza esterilor i a amidelor, i care sunt ntlnite la majoritatea speciilor. Activitatea lor poate ns varia considerabil de la o specie la alta, ceea ce conduce la diferene de toxicitate. Un exemplu este insecticidul malation, care este rapid hidrolizat la mamifere, formndu-se un acid dicarboxilic ce se poate conjuga i elimina prin urin. La insecte, la care carboxiesteraza este absent, calea principal de metabolizare este cea oxidativ, formndu-se malaoxonul, un inhibitor puternic al acetilcolinesterazei. Aceast diferen de metabolizare explic selectivitatea remarcabil a acestui insecticid.

Reacii din faza IIUnele reacii din faza II prezint diferene ntre specii care au fost bine caracterizate. Rezultatele unor studii sugereaz existena unei relaii ntre poziia evolutiv a speciei i mecanismele de conjugare (Tabel V.1.). La om i la majoritatea mamiferelor, principalul mecanism este conjugarea cu acid glucuronic, glicin, glutamin, sulfoconjugarea, conjugarea cu glutation, acetilarea, metilarea i sinteza de tiocianat. La unele specii de psri i reptile, conjugarea cu ornitin nlocuiete conjugarea cu glicin; la plante, bacterii i insecte, conjugarea cu glucoz n loc de acid glucuronic determin formarea de glucozide. Unele reacii de conjugare se realizeaz cu anumii compui doar la un numr redus de specii. Este vorba de conjugarea cu fosfat, taurin, N-acetil-glucozamin, riboz, gliciltaurin, serin, arginin, acid formic, succinat. Anumite specii de pianjeni folosesc pentru conjugarea acizilor aromatici acidul glutamic i arginina. n ceea ce privete conjugarea acizilor organici, carnivorele prefer conjugarea cu acid glucuronic, n timp ce ierbivorele pe cea cu aminoacizi, iar omnivorele le utilizeaz pe ambele.Deficienele n reaciile din faza II pot fi cauza unor diferene notabile n ceea ce privete cinetica unui xenobiotic. Cauza acestor variaii poate fi absena enzimelor sau a cofactorilor, sau prezena lor n cantiti reduse. Glucuronoconjugarea este unul din mecanismele de detoxifiere cele mai ntlnite la mamifere. Pisica ns, la fel ca i speciile nrudite, are un sistem de glucuronoconjugare deficitar. Dei pisica nu formeaz glucuronide ale: o- aminofenolului, fenolului, p-nitrofenolului, 1- sau 2-naftolului i morfinei, sau le formeaz n cantitate foarte mic, ea poate glucuronoconjuga cu uurin fenolftaleina, bilirubina, tiroxinul i anumii steroizi. innd cont de polimorfismul care se ntlnete la nivelul glucuronozil transferazelor, este posibil ca aceste deficiene s se datoreze mai degrab absenei glucuronozil-transferazelor corespunztoare dect a acidului uridin difosfat glucuronic.n ceea ce privete acetilarea, obolanii au o capacitate de N-acetilare foarte mare, n timp ce la cine aceasta este absent. Omul este din acest punct de vedere o specie intermediar, dar polimorfismul acetil-transferazelor este foarte frecvent.Se poate deci concluziona c majoritatea diferenelor ntre specii sunt de natur cantitativ i se datoreaz variaiilor n ceea ce privete concentraia sau parametrii cinetici ai enzimelor, disponibilitatea cofactorilor, prezena enzimelor care catalizeaz reacia invers sau a inhibitorilor, concentraia substratului n esut. Aceste diferene cantitative se pot datora ns i faptului c la specii diferite pot fi preferate ci metabolice diferite, ceea ce determin diferene de aciune farmacologic sau toxic.n general, omul este capabil s realizeze toate transformrile metabolice ntlnite i la alte mamifere i nu prezint diferene particulare cu privire la prezena sau absena unei anumite ci metabolice.

3. Diferene fiziologicei unii factori fiziologici pot influena aciunea toxic. De exemplu, obolanii sunt sensibili la aciunea unor rodenticide cum ar fi alcaloizii din Scilla maritima deoarece, spre deosebire de alte mamifere, nu au capacitatea de a vomita i astfel nu pot elimina substana toxic, care este absorbit i i produce efectul toxic cardiac.

2. RasaDiferite rase ale aceleiai specii animale pot prezenta variaii ale metabolizrii substanelor toxice i deci ale toxicitii lor.n cazul raselor umane, diferenele se datoreaz n principal variaiilor subaspectul metabolizrii, care sunt determinate de polimorfismul unor enzime implicate n biotransformarea xenobioticelor, dar i unor diferene sub aspectul practicilor culturale. Sursa major de diferene culturale este probabil dieta, dar pot fi importani i ali factori, cum ar fi consumul de alcool, fumatul, mediul urban sau utilizarea medicamentelor.Exist de asemenea i diferene farmacologice mediate de receptori. S-au constatat astfel diferene ntre subiecii africani i cei de origine european n ceea ce privete rspunsul la agonitii -adrenoceptorului. La rasa neagr, rspunsul la terapia antihipertensiv este mai pronunat. De asemenea, chinezii au un rspuns farmacodinamic la propranolol de dou ori mai mare dect caucazienii.

3. SexulMetabolizarea xenobioticelor poate varia n funcie de sexul organismului. Diferenele legate de sex devin aparente la pubertate i se menin pe parcursul vieii adulte. Dependena de sex a biotransformrii este o form de control genetic, dar care se manifest prin intermediul influenelor hormonale. Din punct de vedere biochimic, diferenele de biotransformare a xenobioticelor ntre cele dou sexe se datoreaz unei combinaii de factori, printre care se numr diferenele n concentraia i activitatea enzimelor, precum i modificrile mediului lipidic n care se gsesc aceste enzime. Astfel, s-a constatat c mai multe izoenzime ale citocromului P450 sunt dependente de sex. Se pare c glanda pituitar elibereaz la femele, sub controlul hipotalamusului, un aa-numit factor feminizant, care este responsabil de o comportare specific a ficatului la mamifere. La masculi, funcia hipotalamusului este inhibat de hormoni i glanda pituitar nu elibereaz factorul feminizant.Efectul sexului asupra biotransformrii xenobioticelor este adesea foarte pronunat la animalele de experien, ns pare a avea o semnificaie foarte redus la om. Astfel, s-a constatat c obolanii masculi aduli metabolizeaz unii compui exogeni mult mai repede dect femelele. Un exemplu este susceptibilitatea diferit la leziunile hepatice induse de cloroform la obolanii masculi i obolanii femele, acestea din urm fiind mai sensibile. Se consider c aceste diferene s-ar datora efectului testosteronului asupra activitii enzimelor microzomiale hepatice. De aceea, tratamentul femelelor cu testosteron scade DL50, n timp ce administrarea de estradiol la masculi crete DL50 a cloroformului. n ceea ce privete nefrotoxicitatea cloroformului la oareci, s-a observat c oarecii masculi sunt mai susceptibili. Aceast diferen poate fi anulat prin castrare i poate fi restabilit prin administrare de androgeni la masculi. Explicaia poate consta n faptul c testosteronul crete metabolizarea mediat de enzimele microzomiale a cloroformului la metabolii toxici.i alte dezechilibre hormonale, n afara celor sexuale, pot modifica rspunsul animalelor la unele substane toxice. Este cazul hipertiroidismului, hiperinsulinemiei, stimulrii axului hipofizo-corticosuprarenalian.Starea de gestaie poate influena i ea rspunsul la xenobiotice, activitatea multor enzime cum ar fi catecol-O-metiltransferaza i monoaminoxidaza scznd n aceast perioad. obolanul femel gestant este mai sensibil la aciunea cancerigen a etilnitrozureei, tumorile aprnd cu o frecven mai mare i avnd o evoluie mai rapid.

4. Vrstan general, diferenele de toxicitate sunt observate la extremele de vrst: nou-nscui sau btrni, i se datoreaz unor diferene de cinetic sau de metabolizare.Diferene de cineticLa nou-nscui, absorbia pe cale oral este mult alterat, deoarece evacuarea gastric este lent, iar absorbia intestinal este crescut, datorit unei permeabiliti mai mari a mucoasei. Acest aspect este responsabil de alergiile alimentare, care sunt frecvente la copii i care se datoreaz absorbiei de proteine i de peptide exogene. Absorbia cutanat i cea la nivelul conjunctivelor sunt de asemenea crescute, ceea ce se reflect n frecvena mai mare a reaciilor cutanate.Distribuia la nou-nscut este diferit datorit permeabilitii vasculare mai mari i a procentului de ap crescut. Procentul de proteine plasmatice este redus, modificnd legarea xenobioticelor i crescnd fraciunea liber, care i poate manifesta aciunea farmacologic sau toxic. Astfel, lidocaina este legat doar 20% de proteinele plasmatice fa de 70% la aduli. Distribuia compuilor n anumite compartimente poate fi de asemenea modificat. De exemplu, morfina este de 3 pn la 10 ori mai toxic la obolanii nou-nscui, din cauza unei permeabiliticrescute a barierei hemato-encefalice. n plus, esuturile i organele noului-nscut sunt constituite n proporie mai mare din ap i lipide, procentul de proteine i de os fiind mai mic, iar encefalul reprezint un procent mai mare din greutatea corporal, ceea ce favorizeaz ptrunderea substanelor n SNC.Eliminarea renal este de asemenea mai redus, deoarece funcia renal este insuficient dezvoltat. De aceea, penicilinele i teraciclina, care sunt excretate mai lent, pot fi mai toxice la nou-nscui.Incidena mai mare a methemoglobinemiei la copiii mici a fost explicat prin faptul c aciditatea gastric este mai redus, ceea ce face ca flora bacterian intestinal s se poat dezvolta n regiuni superioare, favoriznd reducerea bacterian a nitrailor la nitrii i formarea methemoglobinei.La btrni, absorbia pare a nu fi semnificativ afectat, dei se observ o cretere a pH-ului sucului digestiv, o diminuare a motilitii intestinale i o atrofie a mucoasei cu scderea numrului de celule care particip n procesul de absorbie.Distribuia este considerabil modificat fat de aduli. Astfel, la persoanele peste 65 de ani se observ o diminuare cu 30-40% a volumului minut cardiac, ceea ce influeneaz absorbia substanelor administrate intramuscular i distribuia celor care au fost deja absorbite, indiferent de calea de ptrundere. Se constat de asemenea existena unei cantiti mai mici de albumine plasmatice i de alte proteine transportoare. Prin urmare, cantitatea de substan liber, capabil s se lege de receptori, este mai mare cu 15-30%, fiind favorizat apariia unor efecte mai intense la doze mai mici de xenobiotic dect la adult. Pe de alt parte, o dat cu naintarea n vrst crete proporia de esut adipos i scad masa muscular i apa total, ceea ce determin modificarea volumelor de distribuie. Pentru compuii lipofili aceste volume cresc, fiind favorizat reinerea n organism i prelungirea efectului, n timp ce pentru substanele hidrofile volumele de distribuie scad, crescnd concentraiile plasmatice.n ceea ce privete excreia, fluidul renal se diminueaz cu aproximativ 1,5% pe an i n acelai timp se deterioreaz filtrarea glomerular i secreia tubular, reducndu-se treptat eliminarea pe aceast cale. Acest fapt poate fi agravat de patologiile care sunt frecvente la aceast vrst, cum ar fi insuficiena cardiac sau afeciunile renale, care pot crete timpul de njumtire biologic a medicamentelor eliminate prin urin.Diferene de metabolizareAnimalele cu vrste extreme au n general un metabolism redus al compuilor xenobiotici comparativ cu adulii.Nou-nscui. La mamifere, imediat dup natere se iniiaz cretereaactivitii multor enzime hepatice implicate n biotransformarea compuilor exogeni. n timpul gestaiei, capacitatea ficatului de a desfura reacii catalizate de sistemul monooxigenazelor microzomiale este foarte redus. Ea ncepe s creasc dup natere i nu se observ diferene evidente ntre femelele i masculii imaturi.i reaciile din faza II pot fi dependente de vrst. Astfel, glucuronoconjugarea multor substraturi este redus sau absent n esuturile fetale, dar crete o dat cu naintarea n vrst. La multe specii, incapacitatea mamiferelor nou-nscute de a forma glucuronoconjugai este asociat cu deficiena de glucuroniltransferaze i de cofactor, acid uridin difosfat glucuronic. Aceast deficien, alturi de ali factori cum ar fi excreia lent a conjugatului bilirubinei i prezena n snge a pregnandiolului, un inhibitor al glucuronidrii, sunt responsabili de apariia icterului neo-natal. S-a constatat de asemenea o deficien a conjugrii cu glicin i cu glutation la obolanii i la cobaii nou nscui. n schimb, sulfoconjugarea i acetilarea par s nu fie afectate de vrst.Efectul btrneei asupra metabolismului xenobioticelor a fost mai puin studiat. Se pare totui c la obolani activitatea monooxigenazelor microzomiale i a glucuroniltransferazelor scade, n timp ce activitatea monoaminoxidazei crete.Aceste modificri ale metabolismului xenobioticelor se reflect adesea n modificri ale toxicitii lor. De exemplu, hepatotoxicitatea paracetamolului, care este activat de enzimele CYP450, este mai sczut la nou-nscui dect la aduli.

5. Factori geneticiFactorii genetici care pot influena toxicitatea au fost foarte mult studiai n ultimele decenii i se estimeaz c ei ar putea fi responsabili de 20 pn la 40% din diferenele inter-individuale care se semnaleaz n metabolizarea i rspunsul la unele medicamente sau factori de mediu. Principalii factori genetici cu implicaii toxicologice sunt polimorfismul enzimelor de metabolizare a xenobioticelor i enzimopatiile.

1. Polimorfismul enzimelor de metabolizare a xenobioticelorPolimorfismul poate fi definit ca apariia n aceeai populaie a dou sau mai multe alele diferite situate pe acelai locus al unei gene, fiecare din ele cu o frecven apreciabil. Polimorfismul genetic conduce deci la apariia unor forme diferite ale unei gene i ale produsului codificat de acestea, dintre care varianta cea mai puin ntlnit trebuie s aib o frecven n populaia respectiv de cel puin1%. Se estimeaz c aproximativ 30% din genele umane prezint polimorfisme. Variaia structurii proteinelor influeneaz rspunsul la substanele toxice prin cel puin trei mecanisme:- afectarea fenomenelor toxicocinetice de absorbie, distribuie, metabolizare sau excreie- afectarea receptorilor i a secvenei de reacii biochimice care decurg dinlegarea xenobioticului de acetia- afectarea mecanismelor de aprare, n special a susceptibilitii de declanare a unui fenomen carcinogenUnele din enzimele implicate n metabolizarea xenobioticelor prezint un astfel de polimorfism genetic, ceea ce face ca n populaie s existe subgrupuri (fenotipuri) care difer considerabil n ceea ce privete activitatea enzimatic. Polimorfismul enzimelor de metabolizare a xenobioticelor poate avea implicaii toxicologice n urmtoarele cazuri: Cnd toxicitatea se datoreaz compusului printe i biotransformarea la unmetabolit inactiv, uor excretabil, este dependent de un sistem enzimatic polimorf. n acest caz, indivizii cu un deficit enzimatic vor fi mai susceptibili s dezvolte o intoxicaie. Dac organismul este expus concomitent la alt substan care inhib enzima n cauz, indivizii cu un fenotip normal vor suferi mai uor o intoxicaie. Cnd calea metabolic pe care o catalizeaz enzima polimorf este caleaprincipal de detoxifiere-eliminare, iar inhibarea sau saturarea acesteiadeviaz metabolismul pe o cale ce conduce la formarea unui compus reactiv; indivizii cu un deficit enzimatic vor fi mai susceptibili s dezvolte o intoxicaie Cnd toxicitatea este mediat de un metabolit reactiv, care se obine pe o calemetabolic n care intervine enzima polimorf; indivizii normali vor fi mai susceptibili s dezvolte toxicitate, n timp ce aceia cu enzima deficitar vor fi protejai.Sunt cunoscute i caracterizate polimorfisme ale enzimelor din ambele faze de metabolizare.

1. Polimorfismul enzimelor citocromului P450Izoenzimele citocromului P450 cu importan toxicologic sunt CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, CYP2B6, CYP2A6, CYP2E1 i CYP3A4/5. Exist studii care au evideniat existena unui polimorfism genetic ,dar nu n toate cazurile semnificaia funcional a fost suficient documentat.6. Starea patologicExistena unor leziuni sau a unor deficiene organice poate afecta considerabil cinetica i metabolismul compuilor exogeni, influennd toxicitatea acestora. n plus, expunerea cronic la o substan toxic poate induce leziuni patologice care pot modifica cinetica acesteia la o expunere ulterioar.1. Afeciunile digestive i sindromul de malabsorbie pot afecta absorbia xenobioticelor din tractul gastrointestinal.2. Afeciunile hepaticeDeoarece ficatul este sediul major al biotransformrii xenobioticelor, afeciunile hepatice au efectul cel mai semnificativ asupra toxicitii. Leziunile hepatice pot influena cinetica substanelor exogene prin urmtoarele mecanisme:- modificarea activitii enzimatice de la acest nivel- modificarea fluxului sanguin- modificarea concentraiilor de albumin plasmatic i deci a legrii substaneia) Modificarea activitii enzimatice poate s apar n cazul unor afeciuni de tipul hepatitelor i cirozei, care reduc reaciile de metabolizare din faza II, cum ar fi acetilarea, glucuronoconjugarea i sulfoconjugarea, precum i nivelul de citocrom P450. Consecina este creterea nivelelor sanguine ale xenobioticelor. Icterul obstructiv poate scdea metabolismul xenobioticelor ca o consecin a acumulrii de sruri biliare, care acioneaz ca inhibitori ai unor enzime. Deoarece ficatul este sediul sintezei colinesterazelor, leziunile hepatice au drept consecin reducerea metabolizrii substraturilor acestei enzime: aspirin, procain, succinilcolin.b) Modificarea fluxului sanguin care se ntlnete n afeciunile colestatice poate afecta clearance-ul unor medicamentec) Modificarea concentraiilor de albumin plasmatic poate s apar n cazul unor afeciuni hepatice cronice, deoarece ficatul reprezint sediul sintezei acestor compui. Pentru xenobioticele puternic legate de proteinele plasmatice, consecina este creterea semnificativ a concentraiilor plasmatice ale formei libere, cu posibilitatea apariiei de fenomene toxice, n special la medicamentele cu indice terapeutic mic. De exemplu, anestezia cu tiopental poate fi prelungit la persoanele cu afeciuni hepatice cronice, care au un nivel redus de albumine plasmatice.3. Afeciunile renale pot modifica efectele toxice ale xenobioticelor prin:- mecanism direct, ca urmare a alterrii funciilor de excreie i de metabolizare ale rinichiului

- mecanism indirect, consecutiv efectului insuficienei renale asupra metabolismului hepatic. Astfel, la animalele cu insuficien renal s-a constatat o scdere a coninutului de citocrom P450 din ficat.S-a observat c timpii de njumtire ai tolbutamidului, tiopentalului, hexobarbitalului i cloramfenicolului sunt prelungii la pacienii cu afectare renal.4. Afeciunile cardiovasculare severe influeneaz circulaia hepatic i renal, perturbnd funciile de metabolizare i de excreie ale acestor organe, fapt care se reflect n modificarea toxicitii unor substane.5. Afeciunile osoase cresc toxicitatea unor substane care se acumuleaz laacest nivel, cum ar fi plumbul.6. Afeciunile cilor respiratorii, cum ar fi astmul, cresc sensibilitatea la aciunea unor poluani atmosferici ca dioxidul de sulf.7. Deshidratarea crete sensibilitatea la aciunea toxic a compuilor hidrosolubili (staniu, plumb), dar nu influeneaz toxicitatea acut a substanelor liposolubile.8. Bolile infecioase pot afecta metabolismul, n special ca urmare a creterii nivelelor de interferon endogen, care modific activitatea unor enzime de metabolizare.7. Ali factori dependeni de organism care influeneaz toxicitatea substanelor sunt: bioritmul i efortul fizic.

III. FACTORI DE MEDIU CARE INFLUENEAZ TOXICITATEA

1. Substane din mediuOmul este expus, concomitent sau secvenial, la un mare numr de substane din mediu, care pot ptrunde n organism pe ci diferite. Poate cele mai cunoscute exemple de amestecuri chimice sunt cele din fumul de igar sau din apa, aerul i solul din zonele de depozitare a deeurilor. Amestecurile de substane chimice sunt ubicuitare n aerul pe care l respirm, n alimentele pe care le consumm i n apa pe care o bem. Printre amestecurile de substane chimice din mediu cele mai importante din punct de vedere toxicologic se numr gazele de eapament ale automobilelor, produii secundari rezultai n urma dezinfectrii apei de but prin clorurare sau ozonare, dioxina i compuii nrudii care se formeaz prin arderea incomplet a deeurilor. Xenobioticele din mediu pot interaciona ntre ele sau pot modifica toxicitatea substanelor medicamentoase.Alte surse de substane exogene sunt alimentele i medicamentele. Componenii alimentari pot influena toxicitatea medicamentelor sau a poluanilor din mediu, iar medicamentele pot interaciona ntre ele atunci cnd sunt administrate concomitent.Cu excepia interaciunilor medicamentoase, pentru care exist protocoale de studiu deja validate, studiul interaciunilor cu substanele din mediu, sau a acestora ntre ele, este dificil de realizat i presupune dezvoltarea unor protocoale experimentale inovatoare i eficiente, n vederea examinrii concomitente a tuturor organelor int i a elucidrii mecanismelor de aciune. n acest sens, folosirea unor modele farmacocinetice-farmacodinamice elaborate pe baze fiziologice s-a dovedit a fi deosebit de util.

Consecinele interaciunilor dintre substaneToxicitatea unui compus poate fi modificat prin expunerea prealabil, simultan sau consecutiv la o alt substan, efectele putndu-se adiiona, amplifica sau anula.1. Efectul aditiv presupune c rspunsul toxic rezultat n urma administrrii a dou substane este suma rspunsurilor individuale. n aceast situaie practic nu are loc o interaciune.2. Sinergismul presupune c rspunsul toxic al celor dou substane, administrate concomitent sau secvenial, este mai mare dect suma rspunsurilor individuale, iar pentru unul din compui toxicitatea sa intrinsec este nul sau foarte redus. Un exemplu l constituie folosirea sinergitilor insecticidelor, cum ar fi piperonil butoxidul (sesamex), care cresc toxicitatea insecticidelor la insecte prin inhibarea citocromului P450 al acestora, mpiedicnd astfel detoxifierea. Acest compus are de fapt o aciune bifazic, el fiind att inhibitor ct i inductor al CYP450, dar efectul inhibitor se manifest mult mai rapid dect cel inductor, ceea ce face posibil utilizarea sa.3. Potenarea conduce i ea la creterea rspunsului toxic peste suma rspunsurilor individuale, dar n acest caz ambii compui au o toxicitate apreciabil atunci cnd sunt administrai separat. Un exemplu este cel al interaciunii dintre malation, insecticid organofosforic cu toxicitate redus la mamifere datorit hidrolizei rapide, cu un alt insecticid organofosforic, EPN. Asocierea determin creterea semnificativ a toxicitii malationului, deoarece EPN inhib carboxiesteraza responsabil de inactivarea prin hidroliz.4. Antagonismul are loc atunci cnd una din substane scade efectul toxic al celeilalte. Acest fenomen este exploatat n tratamentul intoxicaiilor prin folosirea de antidoturi.5. Inducia i inhibiia enzimatic pot conduce la modificarea metabolismului uneia din substane, cu consecine asupra toxicitii acesteia.Nivelele la care se produc interaciunile dintre substaneInteraciunile dintre substane pot avea loc la diferite nivele, care includ absorbia, distribuia, metabolizarea, excreia, locul aciunii toxice sau mecanismele de reparare. Interaciuni medicamentoaseAceste interaciuni au drept consecin fie apariia de reacii adverse, unele foarte grave, la doze terapeutice ale medicamentelor administrate, fie reducerea rspunsului farmacologic i ineficiena tratamentului.Interaciunile medicamentoase se pot produce prin mecanism chimic, farmacocinetic sau farmacodinamic i pot fi influenate de vrst i de factori genetici. Cele mai numeroase sunt interaciunile farmacocinetice i pot avea loc la nivelul absorbiei din tractul gastrointestinal, la nivelul legrii de proteineleplasmatice, la nivelul excreiei i la nivelul metabolizrii. Interaciunile la nivelul metabolizrii se explic prin inducie sau prin inhibiie enzimatic i conduc adesea la reacii foarte serioase. Interaciunile la nivelul receptorilor sunt n general interaciuni antagoniste i sunt exploatate pentru obinerea de antidoturi care acioneaz prin mecanism competitiv.Interaciuni cu compui din dietRegimul alimentar, prin coninutul su n diferii compui nutritivi sau nu, poate modifica toxicitatea substanelor. Mecanismele prin care componenii din diet pot modula toxicitatea xenobioticelor sunt:- efectele asupra absorbiei- efectele asupra metabolismului- inactivarea metaboliilor reactivi- inducia reparrii ADN- inhibarea proliferrii celulelor canceroase prin modularea comunicrii intracelulare, a expresiei oncogenelor i a reglrii hormonale- toxicitatea selectiv- inducerea diferenierii- imunomodulare

1. Proteinelen general, o diet srac n proteine scade activitatea OFMM n ficatul de obolan, efectele fiind dependente de sex i de substrat. De exemplu, N-demetilarea aminopirinei i hidroxilarea hexobarbitalului sunt sczute n principal la masculi, n timp ce hidroxilarea anilinei este redus la ambele sexe. De asemenea, s-a observat o scdere a activitii azoreductazelor, consecina fiind creterea gravitii efectelor carcinogene ale dimetilaminoazobenzenului. Stricnina, care este detoxifiat de OFMM, este mai toxic la animalele cu o diet srac n proteine, n timp ce tetraclorura de carbon, care este bioactivat de aceleai enzime, este mai puin toxic. i reaciile din faza II pot fi afectate. Astfel, glucuronidarea cloramfenicolului este redus la cobaii cu deficit de proteine.2. LipideleO diet deficitar n acizi grai nesaturai conduce n general la o reducere a activitii citocromului P450 la obolan. Lipidele par a fi necesare pentru ca efectul inductorilor enzimatici, cum ar fi fenobarbitalul, s fie complet exprimat. Totui, la animalele cu o diet bogat n lipide s-a observat o inciden crescut a cancerelor de sn i de colon, care pare a fi corelat n special cu evenimentele din faza de promovare.3. GlucideleO diet bogat n glucide are la obolan un efect asemntor cu cel al unui aport proteic sczut, scznd activitatea unor enzime ale citocromului P450. Deoarece obolanii tind s echilibreze aportul caloric total, aceast constatare ar putea reflecta mai degrab un aport sczut de proteine.4. VitamineleDeficienele vitaminice conduc de obicei la o reducere a activitii OFMM, dei exist i unele excepii. Deficiena de riboflavin determin o cretere a hidroxilrii anilinei, cu toate c n acelai timp produce o scdere a hidroxilrii benzpirenului. Deficiena de vitamin C scade activitatea att a enzimelor din faza I ct i a glucuronoziltransferazelor. Deficienele de vitamine A i E scad activitatea OFMM, n timp deficiena de tiamin produce o cretere a acestei activiti.5. MineraleleModificarea aportului de minerale prin diet poate afecta activitatea OFMM. Astfel, un exces de cobalt, cadmiu, mangan i plumb n diet poate produce o cretere a nivelurilor hepatice de glutation i o scdere a coninutului n citocrom P450. Un aport sczut de calciu i fier n diet favorizeaz absorbia cadmiului i a plumbului. Seleniul are un rol important n procesele de detoxifiere, deoarece intr n compoziia unor enzime cum ar fi glutation peroxidaza, cu rol n inactivarea peroxidului de hidrogen i a peroxizilor organici.6. Factori ne-nutritivi din dietUnii compui din alimente cum ar fi cafeina, etanolul, anumite flavonoide (tangeretin, nobiletin), pot induce enzimele citocromului P450, dintre care unele sunt implicate n formarea de metabolii reactivi, mutageni.Sulfura de dialil din usturoi, precum i metabolitul su dialil sulfona, inhibireversibil CYP2E1, acesta fiind probabil mecanismul prin care este blocat procesul carcinogen. Fenetil izotiocianatul, un produs de degradare a unor vegetale din familia cruciferelor, are de asemenea aciune blocant, iar naringeninul din grapefruit inhib CYP1A2.Vanilina, aldehida cinamic i cumarina induc unele mecanisme de reparare a ADN, iar componentele din ceai, printre care acidul galic, protejeaz mpotriva mutaiilor induse de radiaiile UV n culturi bacteriene. Catechinele i galocatechinele din ceaiul verde au efecte antimutagene i anticarcinogene prin prevenirea inhibrii comunicrii intracelulare induse de unele carcinogene. Fitoestrogenii au rol protector mpotriva tumorilor dependente de hormonii sexuali, n special mpotriva tumorilor mamare i de prostrat. Beta carotenul i cantaxantina au efecte anticarcinogene i imunomodulatoare.

2. TemperaturaVariaiile de temperatur reprezint o form de stres i de aceea pot produce modificri mediate prin interaciuni hormonale. Temperatura poate determina:- creterea toxicitii att la temperaturi sczute ct i la temperaturi ridicate,de exemplu creterea toxicitii cafeinei la oareci;- creterea toxicitii o dat cu creterea temperaturii, cum este cazul D- amfetaminei, a crei toxicitate este mai redus la temperaturi joase.

3. Radiaiile ionizanten general, radiaiile ionizante reduc viteza de metabolizare a xenobioticelor, att in vivo, ct i n preparate enzimatice.

4. Lumina5. Umiditatea6. Altitudinea7. Factorii de stres (zgomotul)

ReferatLa Toxicologie

Tema: FACTORII CARE INFLUENEAZ TOXICITATEA

Elaborat de studenta ULIM , Facultatea biomedicine si ecologie,Gr.TPCM33Vrabie Valeria