FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ TOXICITATEADacă toxicitatea este o proprietate intrinsecă a unei substanţe toxice, natura şi intensitatea manifestărilor care apar la nivelul organismului expus sunt condiţionate de o serie de factori care trebuie luaţi în considerare atunci când se face extrapolarea rezultatelor testelor de toxicitate de la animal la om, sau când se interpretează rezultatele testării clinice a medicamentelor. Aceşti factori pot fi clasificaţi în:- factori chimici, dependenţi de substanţa toxică- factori biologici, dependenţi de organismul expus- factori de mediu, determinaţi de condiţiile în care a avut loc expunerea

I. FACTORI CHIMICI CARE INFLUENŢEAZĂ TOXICITATEA1. DozaUnul din factorii majori care influenţează potenţialul toxic al substanţelor chimice este doza. Între cantitatea de substanţă administrată şi efectul observat există o corelaţie, pentru marea majoritate a compuşilor constatându-se o proporţionalitate între doză şi efect între anumite limite. Relaţia este reprezentată grafic printr-o sigmoidă. Pentru substanţele cumulative, această proporţionalitate este valabilă numai până la o anumită valoare a dozei, peste aceasta creşterea efectului fiind mult mai mare. Relaţia se reprezintă grafic printr-o hiperbolă.

2. Structura chimicăUn efect biologic este rezultatul ultim al interacţiunii dintre o substanţă şi o moleculă ţintă din organism, motiv pentru care efectele toxice ale unui compus pot fi corelate cu anumite caracteristici structurale ale acestuia. De asemenea, structura moleculei este responsabilă de proprietăţile fizico-chimice ale acesteia, dintre care unele sunt determinante pentru transportul moleculei în organism, pentru metabolizarea acesteia sau pentru interacţiunea cu ţinta moleculară, cum ar fi: lipofilia, mărimea, pKa-ul, ionizarea, chiralitatea. Atunci când se sintetizează o nouă substanţă chimică, indiferent de domeniul viitor de utilizare a acesteia, este important să se cunoască potenţialul ei toxic asupra sănătăţii omului, dar şi asupra mediului înconjurător. Datorită numărului mare de compuşi noi, dar şi a costurilor foarte ridicate ale testelor toxicologice, a devenit necesară studierea relaţiilor care există între structură şi activitatea biologică şi au fost elaborate diferite tehnici cunoscute sub denumirea de Relaţii Cantitative Structură-Activitate (QSAR = Quantitative Structure-Activity Relationships). Aceste tehnici permit prevederea activităţii biologice a unei substanţe, plecând de la structura acesteia, chiar înaintea sintetizării ei. Ele au fost iniţial elaborate pentru prevederea efectelor farmacologice, dar utilizarea lor s-a extins tot mai mult în domeniul toxicologiei, în special în toxicologia mediului. La ora actuală există programe informatice de screening computerizat, în special pentru clasele de compuşi al căror mecanism de acţiune poate fi corelat cu anumite caracteristici structurale, cum este cazul substanţelor mutagene şi carcinogene.Se pot stabili astfel relaţii între structura chimică şi tipul de efect observat pede o parte, şi între proprietăţile fizico-chimice şi intensitatea efectelor toxice pe de altă parte.

Relaţii între structura chimică şi tipul de efectEfectul toxic al unei substanţe se bazează pe interacţiunea dintre aceasta, sau unul din metaboliţii săi, şi o moleculă din organism care reprezintă ţinta moleculară. De exemplu, pentru compuşii cu caracter electrofil ţinta moleculară este o moleculă care conţine grupări nucleofile: -NH2, -NH-, -O-, de care se pot lega covalent. Deoarece principalele molecule

de interes biologic care conţin astfel de grupări nucleofile sunt ADN-ul şi proteinele, efectul ultim al unui compus electrofil poate fi mutagenitatea, necroza sau inhibiţia enzimatică.Totuşi, datorită complexităţii sistemelor biologice, numărul substanţelor toxice al căror mecanism de acţiune la nivel molecular este cunoscut este foarte redus, ceea ce face dificilă stabilirea unor relaţii structură-toxicitate.

Relaţii între proprietăţile fizico-chimice ale substanţelor şi intensitatea efectelor toxiceDiferiţi compuşi chimici pot induce efecte de acelaşi tip, dar care diferă sub aspectul intensităţii lor. Această comportare diferită poate fi explicată prin faptul că activitatea biologică este influenţată de două tipuri de procese:- a) Procese toxicocinetice: transport, legare de proteinele plasmatice, metabolizare, care influenţează la rândul lor concentraţia finală a substanţei în forma sa activă la nivelul ţintei moleculare- b) Procese toxicodinamice, care implică interacţiunea compusului cu ţinta moleculară.Diferenţele de comportament toxicocinetic, precum şi diferenţele de afinitate pentru ţinta moleculară se bazează pe diferenţe de proprietăţi fizico-chimice. Prin urmare, activitatea biologică va depinde de:� probabilitatea (Pr1) ca molecula să-şi atingă ţinta (transport)� probabilitatea (Pr2) ca molecula să interacţioneze cu ţinta moleculară(legare)

Proprietăţile fizico-chimice importante pentru QSAR pot fi deci clasificateîn: - proprietăţi hidrofobe- proprietăţi electronice- proprietăţi sterice Anumite studii QSAR încorporează şi indici structurali sau topologici cum ar fi conectivitatea moleculară, care reflectă caracterul mai mult sau mai puţin ramificat al moleculei. Alţi parametri care pot fi utilizaţi sunt: punctul de topire, punctul de fierbere, numărul de atomi de carbon, constanta vitezei de reacţie pentru anumiţi compuşi (ex. compuşii alchilanţi).

Alţi factori dependenţi de substanţă care pot influenţa toxicitatea sunt:- concentraţia: acizii corosivi sunt mult mai toxici în soluţie concentrată decât sub formă diluată- solubilitatea şi ionizarea: intervin în etapa de absorbţie- volatilitatea: condiţionează pătrunderea pe cale respiratorie şi influenţeazăabsorbţia.

II. FACTORI BIOLOGICI CARE INFLUENŢEAZĂ TOXICITATEA

1. SpeciaToxicitatea unei substanţe poate să difere mult de la o specie la alta, animalele superioare fiind în general mai sensibile decât cele inferioare. Noţiunea de toxicitate selectivă a fost exploatată pentru obţinerea unor antibiotice sau a unor pesticide mai toxice pentru bacterii şi pentru dăunători decât pentru om şi pentru alte mamifere. În clasa mamiferelor, efectele toxice sunt destul de asemănătoare, pe acest fapt bazându-se extrapolarea la om a

rezultatelor unor studii de toxicitate efectuate pe alte specii ca: şobolan, şoarece, iepure, câine sau maimuţă. Nu există însă nici un model animal „perfect”; pentru unele substanţe comportarea la om este similară cu cea la şobolan, pentru altele cu cea la câine. De aceea, din ce în ce mai des se urmăreşte efectuarea de studii de metabolizare a noilor medicamente pe culturi celulare umane, în dorinţa de a se obţine cât mai curând în dezvoltarea unui nou compus profilul metabolic la om. Sunt cunoscute numeroase cazuri în care metabolizarea s-a dovedit a fi diferită la subiecţii umani faţă de animalele de experienţă. Astfel, pentru medicamentul utilizat în tratamentul SIDA, zidovudina (AZT), studiile in vivo pe animale au sugerat că substanţa nu era metabolizată, pe când în studiile pe om s-a observat că este glucuronidată în proporţie de 70-80%. Această constare a avut impact asupra frecvenţei de administrare în clinică, respectiv o dată la 4 ore şi nu de 2 ori pe zi cum se preconizase iniţial pe baza studiilor pe animale. Interacţiunile medicamentoase sunt de asemenea dificil de detectat la animal datorită profilurilor metabolice diferite ale medicamentelor de la o specie la alta.În general, diferenţele de toxicitate între specii sunt determinate de diferenţede cinetică sau de metabolizare a compusului, a căror înţelegere este esenţialăpentru evaluarea corectă a siguranţei şi a riscului.

1. Diferenţe de absorbţie, distribuţie şi excreţie1.1. Absorbţia compuşilor exogeni este dependentă de condiţiile fiziologiceşi fizice de la locul de absorbţie.Absorbţia prin piele prezintă variaţii considerabile de la o specie la alta. În general, pielea este mai puţin permeabilă pentru substanţele chimice la om comparativ cu iepurii, şoarecii sau şobolanii.Absorbţia digestivă depinde de pH-ul tractului gastrointestinal, care variază în limite destul de largi de la o specie la alta. De exemplu, rodenticidul clorură de pirviniu are aceeaşi toxicitate acută la şoareci şi la şobolani după administrare intraperitoneală, în timp ce după administrare orală este mult mai toxic la şoareci (DL50 15 mg/kg) faţă de şobolani (1550 mg/kg).Absorbţia pe cale respiratorie poate fi influenţată de diferenţele de fiziologiepulmonară. De exemplu, la animalele mici, cu frecvenţă pulmonară mai mare decât a omului, cum ar fi şoarecii, vrăbiile sau canarii, toxicitatea compuşilor cu solubilitate mare în sânge, la care absorbţia este limitată de ventilaţie, va fi mai mare după expunere la aceeaşi doză.1.2. Distribuţia compuşilor exogeni variază de la o specie la alta ca urmare a diferenţelor în ceea ce priveşte distribuţia lipidelor în organism, viteza de metabolizare şi excreţie, prezenţa unor sisteme de captare specifice la nivelul unor organe. De exemplu, porcul suportă doze mari de arsen, stibiu sau compuşi organocloruraţi datorită depozitării acestora în ţesutul adipos, care este bine dezvoltat.Concentraţia proteinelor plasmatice în funcţie de specie este o altă variabilăcare, prin influenţarea gradului de legare a substanţei toxice şi deci a concentraţiei compusului liber în plasmă, poate modifica toxicitatea.1.3. ExcreţiaExcreţia renală diferă de la o specie la alta în ceea ce priveşte volumul şi viteza de producere a urinei, precum şi pH-ul acesteia. Pentru compuşii care nu sunt excretaţi printr-un proces activ, diferenţele sub aspectul legării de proteine pot conduce indirect la diferenţe de excreţie urinară.Excreţia biliară este condiţionată mai ales de greutatea moleculară a substanţei, deoarece pragul greutăţii moleculare de la care o substanţă poate fi excretată prin bilă diferă mult de la o specie la alta.2. Diferenţe de metabolizare

Efectul biologic al unei substanţe depinde de concentraţia formei sale active şi de timpul cât aceasta se menţine în organism. La rândul lor, acestea sunt determinate de vitezele de biotransformare şi excreţie, de natura şi proporţia legării de macromoleculele tisulare. Cel mai frecvent, diferenţele de metabolizare între specii sunt diferenţe cantitative, deci sub aspectul vitezei de metabolizare, şi mai rar diferenţe calitative, sub aspectul unor căi diferite de biotransformare. În general, animalele mici, şoarecii de exemplu, metabolizează compuşii exogeni cu o vitezămai mare decât animalele mari, cum ar fi omul. Astfel, la om fenilbutazona are un timp de înjumătăţire de aproximativ 3 zile, în timp ce la maimuţă, şobolan, câine, cobai, iepure, acesta variază între 3 şi 6 ore. Diferenţele de metabolizare pot fi observate atât la reacţii din faza I, cât şi la reacţii din faza II.Reacţii din faza IReacţiile de oxidare. Diferenţele cele mai frecvent observate se referă la viteza cu care are loc oxidarea şi mai puţin la calea de metabolizare urmată.Hidroxilarea aromatică a anilinei este supusă unei astfel de variabilităţi. La anilină, atât poziţia orto cât şi cea para sunt susceptibile să sufere un atac oxidativ, cu formarea aminofenolilor corespunzători. La carnivore, cum ar fi pisica sau câinele, se formează în principal metabolitul orto, în timp ce la ierbivore, ca iepurele sau cobaiul, se obţine în principal metabolitul para. Omnivorele sunt intermediare, la acestea formându-se ambii metaboliţi, cu o preferinţă totuşi pentru metabolitul para. Deoarece p-aminofenolul este mai puţin toxic, speciile care vor metaboliza anilina în principal la acest metabolit vor avea o susceptibilitate mai redusă la acţiunea toxică a acestei substanţe.Un alt exemplu de diferenţe cantitative se referă la etilenglicol, care este metabolizat în final la acid oxalic. Toxicitatea compusului se datorează parţial acidului oxalic rezultat din calea oxidativă şi este proporţională cu procentul în care are loc formarea acestui metabolit. Pisica este cea mai sensibilă la acţiunea toxică a etilenglicolului, deoarece formează oxalat în proporţia cea mai mare, iar toxicitatea scade la şobolan şi la iepure, la acesta din urmă procentul fiind cel mai mic.N-hidroxilarea paracetamolului prezintă de asemenea diferenţe cantitativede metabolizare de la o specie la alta, fapt responsabil de variaţia hepatotoxicităţii. Astfel, şobolanul este mai rezistent la toxicitate deoarece metabolizează mai puţin paracetamol pe calea de bioactivare, în timp ce hamsterul este foarte susceptibil. În schimb, şobolanul poate N-hidroxila acetilaminofluorenul, etapă necesară în manifestarea acţiunii carcinogene a compusului. La maimuţă are loc hidroxilare aromatică în loc de N-hidroxilare şi efectul carcinogen nu se manifestă.Reacţii de hidroliză. Există numeroase esteraze şi amidaze responsabile de hidroliza esterilor şi a amidelor, şi care sunt întâlnite la majoritatea speciilor. Activitatea lor poate însă varia considerabil de la o specie la alta, ceea ce conduce la diferenţe de toxicitate. Un exemplu este insecticidul malation, care este rapid hidrolizat la mamifere, formându-se un acid dicarboxilic ce se poate conjuga şi elimina prin urină. La insecte, la care carboxiesteraza este absentă, calea principală de metabolizare este cea oxidativă, formându-se malaoxonul, un inhibitor puternic al acetilcolinesterazei. Această diferenţă de metabolizare explică selectivitatea remarcabilă a acestui insecticid.

Reacţii din faza IIUnele reacţii din faza II prezintă diferenţe între specii care au fost bine caracterizate. Rezultatele unor studii sugerează existenţa unei relaţii între poziţia evolutivă a speciei şi mecanismele de conjugare (Tabel V.1.). La om şi la majoritatea mamiferelor, principalul mecanism este conjugarea cu acid glucuronic, glicină, glutamină, sulfoconjugarea, conjugarea

cu glutation, acetilarea, metilarea şi sinteza de tiocianat. La unele specii de păsări şi reptile, conjugarea cu ornitină înlocuieşte conjugarea cu glicină; la plante, bacterii şi insecte, conjugarea cu glucoză în loc de acid glucuronic determină formarea de glucozide. Unele reacţii de conjugare se realizează cu anumiţi compuşi doar la un număr redus de specii. Este vorba de conjugarea cu fosfat, taurină, N-acetil-glucozamină, riboză, gliciltaurină, serină, arginină, acid formic, succinat. Anumite specii de păianjeni folosesc pentru conjugarea acizilor aromatici acidul glutamic şi arginina. În ceea ce priveşte conjugarea acizilor organici, carnivorele preferă conjugarea cu acid glucuronic, în timp ce ierbivorele pe cea cu aminoacizi, iar omnivorele le utilizează pe ambele.Deficienţele în reacţiile din faza II pot fi cauza unor diferenţe notabile în ceea ce priveşte cinetica unui xenobiotic. Cauza acestor variaţii poate fi absenţa enzimelor sau a cofactorilor, sau prezenţa lor în cantităţi reduse. Glucuronoconjugarea este unul din mecanismele de detoxifiere cele mai întâlnite la mamifere. Pisica însă, la fel ca şi speciile înrudite, are un sistem de glucuronoconjugare deficitar. Deşi pisica nu formează glucuronide ale: o- aminofenolului, fenolului, p-nitrofenolului, 1- sau 2-naftolului şi morfinei, sau le formează în cantitate foarte mică, ea poate glucuronoconjuga cu uşurinţă fenolftaleina, bilirubina, tiroxinul şi anumiţi steroizi. Ţinând cont de polimorfismul care se întâlneşte la nivelul glucuronozil transferazelor, este posibil ca aceste deficienţe să se datoreze mai degrabă absenţei glucuronozil-transferazelor corespunzătoare decât a acidului uridin difosfat glucuronic.În ceea ce priveşte acetilarea, şobolanii au o capacitate de N-acetilare foarte mare, în timp ce la câine aceasta este absentă. Omul este din acest punct de vedere o specie intermediară, dar polimorfismul acetil-transferazelor este foarte frecvent.Se poate deci concluziona că majoritatea diferenţelor între specii sunt de natură cantitativă şi se datorează variaţiilor în ceea ce priveşte concentraţia sau parametrii cinetici ai enzimelor, disponibilitatea cofactorilor, prezenţa enzimelor care catalizează reacţia inversă sau a inhibitorilor, concentraţia substratului în ţesut. Aceste diferenţe cantitative se pot datora însă şi faptului că la specii diferite pot fi preferate căi metabolice diferite, ceea ce determină diferenţe de acţiune farmacologică sau toxică.În general, omul este capabil să realizeze toate transformările metabolice întâlnite şi la alte mamifere şi nu prezintă diferenţe particulare cu privire la prezenţa sau absenţa unei anumite căi metabolice.

3. Diferenţe fiziologiceŞi unii factori fiziologici pot influenţa acţiunea toxică. De exemplu, şobolanii sunt sensibili la acţiunea unor rodenticide cum ar fi alcaloizii din Scilla maritima deoarece, spre deosebire de alte mamifere, nu au capacitatea de a vomita şi astfel nu pot elimina substanţa toxică, care este absorbită şi îşi produce efectul toxic cardiac.

2. RasaDiferite rase ale aceleiaşi specii animale pot prezenta variaţii ale metabolizării substanţelor toxice şi deci ale toxicităţii lor.În cazul raselor umane, diferenţele se datorează în principal variaţiilor subaspectul metabolizării, care sunt determinate de polimorfismul unor enzime implicate în biotransformarea xenobioticelor, dar şi unor diferenţe sub aspectul practicilor culturale. Sursa majoră de diferenţe culturale este probabil dieta, dar pot fi importanţi şi alţi factori, cum ar fi consumul de alcool, fumatul, mediul urban sau utilizarea medicamentelor.

Există de asemenea şi diferenţe farmacologice mediate de receptori. S-au constatat astfel diferenţe între subiecţii africani şi cei de origine europeană în ceea ce priveşte răspunsul la agoniştii -adrenoceptorului. La rasa neagră, răspunsul la terapia antihipertensivă este mai pronunţat. De asemenea, chinezii au un răspuns farmacodinamic la propranolol de două ori mai mare decât caucazienii.

3. SexulMetabolizarea xenobioticelor poate varia în funcţie de sexul organismului. Diferenţele legate de sex devin aparente la pubertate şi se menţin pe parcursul vieţii adulte. Dependenţa de sex a biotransformării este o formă de control genetic, dar care se manifestă prin intermediul influenţelor hormonale. Din punct de vedere biochimic, diferenţele de biotransformare a xenobioticelor între cele două sexe se datorează unei combinaţii de factori, printre care se numără diferenţele în concentraţia şi activitatea enzimelor, precum şi modificările mediului lipidic în care se găsesc aceste enzime. Astfel, s-a constatat că mai multe izoenzime ale citocromului P450 sunt dependente de sex. Se pare că glanda pituitară eliberează la femele, sub controlul hipotalamusului, un aşa-numit „factor feminizant”, care este responsabil de o comportare specifică a ficatului la mamifere. La masculi, funcţia hipotalamusului este inhibată de hormoni şi glanda pituitară nu eliberează factorul feminizant.Efectul sexului asupra biotransformării xenobioticelor este adesea foarte pronunţat la animalele de experienţă, însă pare a avea o semnificaţie foarte redusă la om. Astfel, s-a constatat că şobolanii masculi adulţi metabolizează unii compuşi exogeni mult mai repede decât femelele. Un exemplu este susceptibilitatea diferită la leziunile hepatice induse de cloroform la şobolanii masculi şi şobolanii femele, acestea din urmă fiind mai sensibile. Se consideră că aceste diferenţe s-ar datora efectului testosteronului asupra activităţii enzimelor microzomiale hepatice. De aceea, tratamentul femelelor cu testosteron scade DL50, în timp ce administrarea de estradiol la masculi creşte DL50 a cloroformului. În ceea ce priveşte nefrotoxicitatea cloroformului la şoareci, s-a observat că şoarecii masculi sunt mai susceptibili. Această diferenţă poate fi anulată prin castrare şi poate fi restabilită prin administrare de androgeni la masculi. Explicaţia poate consta în faptul că testosteronul creşte metabolizarea mediată de enzimele microzomiale a cloroformului la metaboliţi toxici.Şi alte dezechilibre hormonale, în afara celor sexuale, pot modifica răspunsul animalelor la unele substanţe toxice. Este cazul hipertiroidismului, hiperinsulinemiei, stimulării axului hipofizo-corticosuprarenalian.Starea de gestaţie poate influenţa şi ea răspunsul la xenobiotice, activitatea multor enzime cum ar fi catecol-O-metiltransferaza şi monoaminoxidaza scăzând în această perioadă. Şobolanul femelă gestant este mai sensibil la acţiunea cancerigenă a etilnitrozureei, tumorile apărând cu o frecvenţă mai mare şi având o evoluţie mai rapidă.

4. VârstaÎn general, diferenţele de toxicitate sunt observate la extremele de vârstă: nou-născuţi sau bătrâni, şi se datorează unor diferenţe de cinetică sau de metabolizare.Diferenţe de cineticăLa nou-născuţi, absorbţia pe cale orală este mult alterată, deoarece evacuarea gastrică este lentă, iar absorbţia intestinală este crescută, datorită unei permeabilităţi mai mari a mucoasei. Acest aspect este responsabil de alergiile alimentare, care sunt frecvente la copii şi care se datorează absorbţiei de proteine şi de peptide exogene. Absorbţia cutanată şi cea la nivelul conjunctivelor sunt de asemenea crescute, ceea ce se reflectă în frecvenţa mai mare a reacţiilor cutanate.

Distribuţia la nou-născut este diferită datorită permeabilităţii vasculare mai mari şi a procentului de apă crescut. Procentul de proteine plasmatice este redus, modificând legarea xenobioticelor şi crescând fracţiunea liberă, care îşi poate manifesta acţiunea farmacologică sau toxică. Astfel, lidocaina este legată doar 20% de proteinele plasmatice faţă de 70% la adulţi. Distribuţia compuşilor în anumite compartimente poate fi de asemenea modificată. De exemplu, morfina este de 3 până la 10 ori mai toxică la şobolanii nou-născuţi, din cauza unei permeabilităţicrescute a barierei hemato-encefalice. În plus, ţesuturile şi organele noului-născut sunt constituite în proporţie mai mare din apă şi lipide, procentul de proteine şi de os fiind mai mic, iar encefalul reprezintă un procent mai mare din greutatea corporală, ceea ce favorizează pătrunderea substanţelor în SNC.Eliminarea renală este de asemenea mai redusă, deoarece funcţia renală este insuficient dezvoltată. De aceea, penicilinele şi teraciclina, care sunt excretate mai lent, pot fi mai toxice la nou-născuţi.Incidenţa mai mare a methemoglobinemiei la copiii mici a fost explicată prin faptul că aciditatea gastrică este mai redusă, ceea ce face ca flora bacteriană intestinală să se poată dezvolta în regiuni superioare, favorizând reducerea bacteriană a nitraţilor la nitriţi şi formarea methemoglobinei.La bătrâni, absorbţia pare a nu fi semnificativ afectată, deşi se observă o creştere a pH-ului sucului digestiv, o diminuare a motilităţii intestinale şi o atrofie a mucoasei cu scăderea numărului de celule care participă în procesul de absorbţie.Distribuţia este considerabil modificată fată de adulţi. Astfel, la persoanele peste 65 de ani se observă o diminuare cu 30-40% a volumului minut cardiac, ceea ce influenţează absorbţia substanţelor administrate intramuscular şi distribuţia celor care au fost deja absorbite, indiferent de calea de pătrundere. Se constată de asemenea existenţa unei cantităţi mai mici de albumine plasmatice şi de alte proteine transportoare. Prin urmare, cantitatea de substanţă liberă, capabilă să se lege de receptori, este mai mare cu 15-30%, fiind favorizată apariţia unor efecte mai intense la doze mai mici de xenobiotic decât la adult. Pe de altă parte, o dată cu înaintarea în vârstă creşte proporţia de ţesut adipos şi scad masa musculară şi apa totală, ceea ce determină modificarea volumelor de distribuţie. Pentru compuşii lipofili aceste volume cresc, fiind favorizată reţinerea în organism şi prelungirea efectului, în timp ce pentru substanţele hidrofile volumele de distribuţie scad, crescând concentraţiile plasmatice.În ceea ce priveşte excreţia, fluidul renal se diminuează cu aproximativ 1,5% pe an şi în acelaşi timp se deteriorează filtrarea glomerulară şi secreţia tubulară, reducându-se treptat eliminarea pe această cale. Acest fapt poate fi agravat de patologiile care sunt frecvente la această vârstă, cum ar fi insuficienţa cardiacă sau afecţiunile renale, care pot creşte timpul de înjumătăţire biologică a medicamentelor eliminate prin urină.Diferenţe de metabolizareAnimalele cu vârste extreme au în general un metabolism redus al compuşilor xenobiotici comparativ cu adulţii.Nou-născuţi. La mamifere, imediat după naştere se iniţiază creştereaactivităţii multor enzime hepatice implicate în biotransformarea compuşilor exogeni. În timpul gestaţiei, capacitatea ficatului de a desfăşura reacţii catalizate de sistemul monooxigenazelor microzomiale este foarte redusă. Ea începe să crească după naştere şi nu se observă diferenţe evidente între femelele şi masculii imaturi.Şi reacţiile din faza II pot fi dependente de vârstă. Astfel, glucuronoconjugarea multor substraturi este redusă sau absentă în ţesuturile fetale, dar creşte o dată cu înaintarea în vârstă. La multe specii, incapacitatea mamiferelor nou-născute de a forma glucuronoconjugaţi este

asociată cu deficienţa de glucuroniltransferaze şi de cofactor, acid uridin difosfat glucuronic. Această deficienţă, alături de alţi factori cum ar fi excreţia lentă a conjugatului bilirubinei şi prezenţa în sânge a pregnandiolului, un inhibitor al glucuronidării, sunt responsabili de apariţia icterului neo-natal. S-a constatat de asemenea o deficienţă a conjugării cu glicină şi cu glutation la şobolanii şi la cobaii nou născuţi. În schimb, sulfoconjugarea şi acetilarea par să nu fie afectate de vârstă.Efectul bătrâneţei asupra metabolismului xenobioticelor a fost mai puţin studiat. Se pare totuşi că la şobolani activitatea monooxigenazelor microzomiale şi a glucuroniltransferazelor scade, în timp ce activitatea monoaminoxidazei creşte.Aceste modificări ale metabolismului xenobioticelor se reflectă adesea în modificări ale toxicităţii lor. De exemplu, hepatotoxicitatea paracetamolului, care este activat de enzimele CYP450, este mai scăzută la nou-născuţi decât la adulţi.

5. Factori geneticiFactorii genetici care pot influenţa toxicitatea au fost foarte mult studiaţi în ultimele decenii şi se estimează că ei ar putea fi responsabili de 20 până la 40% din diferenţele inter-individuale care se semnalează în metabolizarea şi răspunsul la unele medicamente sau factori de mediu. Principalii factori genetici cu implicaţii toxicologice sunt polimorfismul enzimelor de metabolizare a xenobioticelor şi enzimopatiile.

1. Polimorfismul enzimelor de metabolizare a xenobioticelorPolimorfismul poate fi definit ca „apariţia în aceeaşi populaţie a două sau mai multe alele diferite situate pe acelaşi locus al unei gene, fiecare din ele cu o frecvenţă apreciabilă”. Polimorfismul genetic conduce deci la apariţia unor forme diferite ale unei gene şi ale produsului codificat de acestea, dintre care varianta cea mai puţin întâlnită trebuie să aibă o frecvenţă în populaţia respectivă de cel puţin1%. Se estimează că aproximativ 30% din genele umane prezintă polimorfisme. Variaţia structurii proteinelor influenţează răspunsul la substanţele toxice prin cel puţin trei mecanisme:- afectarea fenomenelor toxicocinetice de absorbţie, distribuţie, metabolizare sau excreţie- afectarea receptorilor şi a secvenţei de reacţii biochimice care decurg dinlegarea xenobioticului de aceştia- afectarea mecanismelor de apărare, în special a susceptibilităţii de declanşare a unui fenomen carcinogenUnele din enzimele implicate în metabolizarea xenobioticelor prezintă un astfel de polimorfism genetic, ceea ce face ca în populaţie să existe subgrupuri (fenotipuri) care diferă considerabil în ceea ce priveşte activitatea enzimatică. Polimorfismul enzimelor de metabolizare a xenobioticelor poate avea implicaţii toxicologice în următoarele cazuri:� Când toxicitatea se datorează compusului părinte şi biotransformarea la unmetabolit inactiv, uşor excretabil, este dependentă de un sistem enzimatic polimorf. În acest caz, indivizii cu un deficit enzimatic vor fi mai susceptibili să dezvolte o intoxicaţie. Dacă organismul este expus concomitent la altă substanţă care inhibă enzima în cauză, indivizii cu un fenotip normal vor suferi mai uşor o intoxicaţie.� Când calea metabolică pe care o catalizează enzima polimorfă este caleaprincipală de detoxifiere-eliminare, iar inhibarea sau saturarea acesteiadeviază metabolismul pe o cale ce conduce la formarea unui compus reactiv; indivizii cu un deficit enzimatic vor fi mai susceptibili să dezvolte o intoxicaţie� Când toxicitatea este mediată de un metabolit reactiv, care se obţine pe o cale

metabolică în care intervine enzima polimorfă; indivizii normali vor fi mai susceptibili să dezvolte toxicitate, în timp ce aceia cu enzima deficitară vor fi protejaţi.Sunt cunoscute şi caracterizate polimorfisme ale enzimelor din ambele faze de metabolizare.

1. Polimorfismul enzimelor citocromului P450Izoenzimele citocromului P450 cu importanţă toxicologică sunt CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, CYP2B6, CYP2A6, CYP2E1 şi CYP3A4/5. Există studii care au evidenţiat existenţa unui polimorfism genetic ,dar nu în toate cazurile semnificaţia funcţională a fost suficient documentată.6. Starea patologicăExistenţa unor leziuni sau a unor deficienţe organice poate afecta considerabil cinetica şi metabolismul compuşilor exogeni, influenţând toxicitatea acestora. În plus, expunerea cronică la o substanţă toxică poate induce leziuni patologice care pot modifica cinetica acesteia la o expunere ulterioară.1. Afecţiunile digestive şi sindromul de malabsorbţie pot afecta absorbţia xenobioticelor din tractul gastrointestinal.2. Afecţiunile hepaticeDeoarece ficatul este sediul major al biotransformării xenobioticelor, afecţiunile hepatice au efectul cel mai semnificativ asupra toxicităţii. Leziunile hepatice pot influenţa cinetica substanţelor exogene prin următoarele mecanisme:- modificarea activităţii enzimatice de la acest nivel- modificarea fluxului sanguin- modificarea concentraţiilor de albumină plasmatică şi deci a legării substanţeia) Modificarea activităţii enzimatice poate să apară în cazul unor afecţiuni de tipul hepatitelor şi cirozei, care reduc reacţiile de metabolizare din faza II, cum ar fi acetilarea, glucuronoconjugarea şi sulfoconjugarea, precum şi nivelul de citocrom P450. Consecinţa este creşterea nivelelor sanguine ale xenobioticelor. Icterul obstructiv poate scădea metabolismul xenobioticelor ca o consecinţă a acumulării de săruri biliare, care acţionează ca inhibitori ai unor enzime. Deoarece ficatul este sediul sintezei colinesterazelor, leziunile hepatice au drept consecinţă reducerea metabolizării substraturilor acestei enzime: aspirină, procaină, succinilcolină.b) Modificarea fluxului sanguin care se întâlneşte în afecţiunile colestatice poate afecta clearance-ul unor medicamentec) Modificarea concentraţiilor de albumină plasmatică poate să apară în cazul unor afecţiuni hepatice cronice, deoarece ficatul reprezintă sediul sintezei acestor compuşi. Pentru xenobioticele puternic legate de proteinele plasmatice, consecinţa este creşterea semnificativă a concentraţiilor plasmatice ale formei libere, cu posibilitatea apariţiei de fenomene toxice, în special la medicamentele cu indice terapeutic mic. De exemplu, anestezia cu tiopental poate fi prelungită la persoanele cu afecţiuni hepatice cronice, care au un nivel redus de albumine plasmatice.3. Afecţiunile renale pot modifica efectele toxice ale xenobioticelor prin:- mecanism direct, ca urmare a alterării funcţiilor de excreţie şi de metabolizare ale rinichiului

- mecanism indirect, consecutiv efectului insuficienţei renale asupra metabolismului hepatic. Astfel, la animalele cu insuficienţă renală s-a constatat o scădere a conţinutului de citocrom P450 din ficat.

S-a observat că timpii de înjumătăţire ai tolbutamidului, tiopentalului, hexobarbitalului şi cloramfenicolului sunt prelungiţi la pacienţii cu afectare renală.4. Afecţiunile cardiovasculare severe influenţează circulaţia hepatică şi renală, perturbând funcţiile de metabolizare şi de excreţie ale acestor organe, fapt care se reflectă în modificarea toxicităţii unor substanţe.5. Afecţiunile osoase cresc toxicitatea unor substanţe care se acumulează laacest nivel, cum ar fi plumbul.6. Afecţiunile căilor respiratorii, cum ar fi astmul, cresc sensibilitatea la acţiunea unor poluanţi atmosferici ca dioxidul de sulf.7. Deshidratarea creşte sensibilitatea la acţiunea toxică a compuşilor hidrosolubili (staniu, plumb), dar nu influenţează toxicitatea acută a substanţelor liposolubile.8. Bolile infecţioase pot afecta metabolismul, în special ca urmare a creşterii nivelelor de interferon endogen, care modifică activitatea unor enzime de metabolizare.7. Alţi factori dependenţi de organism care influenţează toxicitatea substanţelor sunt: bioritmul şi efortul fizic.

III. FACTORI DE MEDIU CARE INFLUENŢEAZĂ TOXICITATEA

1. Substanţe din mediuOmul este expus, concomitent sau secvenţial, la un mare număr de substanţe din mediu, care pot pătrunde în organism pe căi diferite. Poate cele mai cunoscute exemple de amestecuri chimice sunt cele din fumul de ţigară sau din apa, aerul şi solul din zonele de depozitare a deşeurilor. Amestecurile de substanţe chimice sunt ubicuitare în aerul pe care îl respirăm, în alimentele pe care le consumăm şi în apa pe care o bem. Printre amestecurile de substanţe chimice din mediu cele mai importante din punct de vedere toxicologic se numără gazele de eşapament ale automobilelor, produşii secundari rezultaţi în urma dezinfectării apei de băut prin clorurare sau ozonare, dioxina şi compuşii înrudiţi care se formează prin arderea incompletă a deşeurilor. Xenobioticele din mediu pot interacţiona între ele sau pot modifica toxicitatea substanţelor medicamentoase.Alte surse de substanţe exogene sunt alimentele şi medicamentele. Componenţii alimentari pot influenţa toxicitatea medicamentelor sau a poluanţilor din mediu, iar medicamentele pot interacţiona între ele atunci când sunt administrate concomitent.Cu excepţia interacţiunilor medicamentoase, pentru care există protocoale de studiu deja validate, studiul interacţiunilor cu substanţele din mediu, sau a acestora între ele, este dificil de realizat şi presupune dezvoltarea unor protocoale experimentale inovatoare şi eficiente, în vederea examinării concomitente a tuturor organelor ţintă şi a elucidării mecanismelor de acţiune. În acest sens, folosirea unor modele farmacocinetice-farmacodinamice elaborate pe baze fiziologice s-a dovedit a fi deosebit de utilă.

Consecinţele interacţiunilor dintre substanţeToxicitatea unui compus poate fi modificată prin expunerea prealabilă, simultană sau consecutivă la o altă substanţă, efectele putându-se adiţiona, amplifica sau anula.1. Efectul aditiv presupune că răspunsul toxic rezultat în urma administrării a două substanţe este suma răspunsurilor individuale. În această situaţie practic nu are loc o interacţiune.2. Sinergismul presupune că răspunsul toxic al celor două substanţe, administrate concomitent sau secvenţial, este mai mare decât suma răspunsurilor individuale, iar pentru unul din compuşi toxicitatea sa intrinsecă este nulă sau foarte redusă. Un exemplu îl constituie folosirea sinergiştilor insecticidelor, cum ar fi piperonil butoxidul (sesamex), care cresc toxicitatea insecticidelor la insecte prin inhibarea citocromului P450 al acestora, împiedicând astfel

detoxifierea. Acest compus are de fapt o acţiune bifazică, el fiind atât inhibitor cât şi inductor al CYP450, dar efectul inhibitor se manifestă mult mai rapid decât cel inductor, ceea ce face posibilă utilizarea sa.3. Potenţarea conduce şi ea la creşterea răspunsului toxic peste suma răspunsurilor individuale, dar în acest caz ambii compuşi au o toxicitate apreciabilă atunci când sunt administraţi separat. Un exemplu este cel al interacţiunii dintre malation, insecticid organofosforic cu toxicitate redusă la mamifere datorită hidrolizei rapide, cu un alt insecticid organofosforic, EPN. Asocierea determină creşterea semnificativă a toxicităţii malationului, deoarece EPN inhibă carboxiesteraza responsabilă de inactivarea prin hidroliză.4. Antagonismul are loc atunci când una din substanţe scade efectul toxic al celeilalte. Acest fenomen este exploatat în tratamentul intoxicaţiilor prin folosirea de antidoturi.5. Inducţia şi inhibiţia enzimatică pot conduce la modificarea metabolismului uneia din substanţe, cu consecinţe asupra toxicităţii acesteia.Nivelele la care se produc interacţiunile dintre substanţeInteracţiunile dintre substanţe pot avea loc la diferite nivele, care includ absorbţia, distribuţia, metabolizarea, excreţia, locul acţiunii toxice sau mecanismele de reparare. Interacţiuni medicamentoaseAceste interacţiuni au drept consecinţă fie apariţia de reacţii adverse, unele foarte grave, la doze terapeutice ale medicamentelor administrate, fie reducerea răspunsului farmacologic şi ineficienţa tratamentului.Interacţiunile medicamentoase se pot produce prin mecanism chimic, farmacocinetic sau farmacodinamic şi pot fi influenţate de vârstă şi de factori genetici. Cele mai numeroase sunt interacţiunile farmacocinetice şi pot avea loc la nivelul absorbţiei din tractul gastrointestinal, la nivelul legării de proteineleplasmatice, la nivelul excreţiei şi la nivelul metabolizării. Interacţiunile la nivelul metabolizării se explică prin inducţie sau prin inhibiţie enzimatică şi conduc adesea la reacţii foarte serioase. Interacţiunile la nivelul receptorilor sunt în general interacţiuni antagoniste şi sunt exploatate pentru obţinerea de antidoturi care acţionează prin mecanism competitiv.Interacţiuni cu compuşi din dietăRegimul alimentar, prin conţinutul său în diferiţi compuşi nutritivi sau nu, poate modifica toxicitatea substanţelor. Mecanismele prin care componenţii din dietă pot modula toxicitatea xenobioticelor sunt:- efectele asupra absorbţiei- efectele asupra metabolismului- inactivarea metaboliţilor reactivi- inducţia reparării ADN- inhibarea proliferării celulelor canceroase prin modularea comunicării intracelulare, a expresiei oncogenelor şi a reglării hormonale- toxicitatea selectivă- inducerea diferenţierii- imunomodulare

1. ProteineleÎn general, o dietă săracă în proteine scade activitatea OFMM în ficatul de şobolan, efectele fiind dependente de sex şi de substrat. De exemplu, N-demetilarea aminopirinei şi hidroxilarea hexobarbitalului sunt scăzute în principal la masculi, în timp ce hidroxilarea anilinei este redusă la ambele sexe. De asemenea, s-a observat o scădere a activităţii azoreductazelor, consecinţa fiind creşterea gravităţii efectelor carcinogene ale dimetilaminoazobenzenului. Stricnina, care este detoxifiată de OFMM, este mai toxică la animalele cu o dietă săracă în

proteine, în timp ce tetraclorura de carbon, care este bioactivată de aceleaşi enzime, este mai puţin toxică. Şi reacţiile din faza II pot fi afectate. Astfel, glucuronidarea cloramfenicolului este redusă la cobaii cu deficit de proteine.2. LipideleO dietă deficitară în acizi graşi nesaturaţi conduce în general la o reducere a activităţii citocromului P450 la şobolan. Lipidele par a fi necesare pentru ca efectul inductorilor enzimatici, cum ar fi fenobarbitalul, să fie complet exprimat. Totuşi, la animalele cu o dietă bogată în lipide s-a observat o incidenţă crescută a cancerelor de sân şi de colon, care pare a fi corelată în special cu evenimentele din faza de promovare.3. GlucideleO dietă bogată în glucide are la şobolan un efect asemănător cu cel al unui aport proteic scăzut, scăzând activitatea unor enzime ale citocromului P450. Deoarece şobolanii tind să echilibreze aportul caloric total, această constatare ar putea reflecta mai degrabă un aport scăzut de proteine.4. VitamineleDeficienţele vitaminice conduc de obicei la o reducere a activităţii OFMM, deşi există şi unele excepţii. Deficienţa de riboflavină determină o creştere a hidroxilării anilinei, cu toate că în acelaşi timp produce o scădere a hidroxilării benzpirenului. Deficienţa de vitamină C scade activitatea atât a enzimelor din faza I cât şi a glucuronoziltransferazelor. Deficienţele de vitamine A şi E scad activitatea OFMM, în timp deficienţa de tiamină produce o creştere a acestei activităţi.5. MineraleleModificarea aportului de minerale prin dietă poate afecta activitatea OFMM. Astfel, un exces de cobalt, cadmiu, mangan şi plumb în dietă poate produce o creştere a nivelurilor hepatice de glutation şi o scădere a conţinutului în citocrom P450. Un aport scăzut de calciu şi fier în dietă favorizează absorbţia cadmiului şi a plumbului. Seleniul are un rol important în procesele de detoxifiere, deoarece intră în compoziţia unor enzime cum ar fi glutation peroxidaza, cu rol în inactivarea peroxidului de hidrogen şi a peroxizilor organici.6. Factori ne-nutritivi din dietăUnii compuşi din alimente cum ar fi cafeina, etanolul, anumite flavonoide (tangeretin, nobiletin), pot induce enzimele citocromului P450, dintre care unele sunt implicate în formarea de metaboliţi reactivi, mutageni.Sulfura de dialil din usturoi, precum şi metabolitul său dialil sulfona, inhibăireversibil 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 acţiune blocantă, iar naringeninul din grapefruit inhibă CYP1A2.Vanilina, aldehida cinamică şi cumarina induc unele mecanisme de reparare a ADN, iar componentele din ceai, printre care acidul galic, protejează împotriva mutaţiilor induse de radiaţiile UV în culturi bacteriene. Catechinele şi galocatechinele din ceaiul verde au efecte antimutagene şi anticarcinogene prin prevenirea inhibării comunicării intracelulare induse de unele carcinogene. Fitoestrogenii au rol protector împotriva tumorilor dependente de hormonii sexuali, în special împotriva tumorilor mamare şi de prostrată. Beta carotenul şi cantaxantina au efecte anticarcinogene şi imunomodulatoare.

2. TemperaturaVariaţiile de temperatură reprezintă o formă de stres şi de aceea pot produce modificări mediate prin interacţiuni hormonale. Temperatura poate determina:- creşterea toxicităţii atât la temperaturi scăzute cât şi la temperaturi ridicate,de exemplu creşterea toxicităţii cafeinei la şoareci;

- creşterea toxicităţii o dată cu creşterea temperaturii, cum este cazul D- amfetaminei, a cărei toxicitate este mai redusă la temperaturi joase.

3. Radiaţiile ionizanteÎn general, radiaţiile ionizante reduc viteza de metabolizare a xenobioticelor, atât in vivo, cât şi în preparate enzimatice.

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

ReferatLa Toxicologie

Tema: FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ TOXICITATEA

Elaborat de studenta ULIM , Facultatea biomedicine si ecologie,

Gr.TPCM33Vrabie Valeria