TOXICITATEA ŞI FACTORII CARE O INFLUENŢEAZĂ TOXICOCINETICA TOXICOLOGIE curs II TOXICITATEA ŞI FACTORII CARE O INFLUENŢEAZĂ TOXICOCINETICA

TOXICITATEA ŞI FACTORII CARE O INFLUENŢEAZĂ Toxicitatea unei substanţe exprimă răspunsul dat de organismul în care aceasta a pătruns şi se manifestă prin - alterări metabolice, histochimice, morfopatologice şi clinice - strâns legate de mecanismul patogenetic prin care toxicul a acţionat. Toxicitate variază în funcţie de următorii factori: Factori dependenţi de substanţă Factori dependenţi de organism Factori dependenţi de mediu

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Doza Factorul cel mai important care determină toxicitatea unei substanţe -Doza terapeutică- -Doza toxică- -Doza letală-

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Principalele categorii de doze letale sunt următoarele: DL0=doza maximă tolerată (se produc efecte toxice dar nu letale) DL5 (DLM)=doza letală minimă DL50 (DML)=doza medie letală DL75 =doza fatală DL100=doza maximă letală (doza letală absolută)

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Indicele terapeutic Marja standard de siguranţa DL50 IT = --------- DE50 DL1 SSM = ––––––– DE99

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Indicele de cronicitate DL50 IC = ––––––– DL50/90

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Structura chimică a substanţei Grupările chimice - conferă caracterul de hidro sau liposolubilitate, deci şi tipul de acţiune biologică grupările toxofore (=C=, =S, -HO2, -H=C=) sunt responsabile de toxicitate grupările autotoxe (-NH2, -CH2-, C6H4, C6H5) intensifică acţiunea toxicului

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Stereoizomeria Determină variaţii în intensitatea şi tipul de acţiune toxică Izomerii optici sau geometrici ai unor substanţe pot dirija formarea legăturilor toxic-receptor (enzimă) Ex: izomerul D(-) al adrenalinei se leagă de receptor prin 3 puncte, în timp ce izomerul L(+) care se leagă de receptor numai prin 2 puncte are o acţiune mult redusă.

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Activitatea electronică (distribuţia şi conformaţia electronică în moleculă) poate determina un anumit tip de activitate. De exemplu în cazul hidrocarburilor policiclice cancerigene sunt importante două regiuni: - regiunea K condiţioneză apariţia activităţii cancerigene şi se caracterizează printr-un indice mic (<3,31β) de energie de localizare (energia mecanică a unui atom pentru a-şi menţine densitatea de electroni capabilă să declanşeze reacţia cu alt atom). - regiunea L micşorează sau anulează efectul regiunii K şi posedă un indice de energie de localizare superior (dacă este >5,66 β, activitatea cancerigenă a substanţei dispare complet)

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Proprietăţile fizico-chimice ale substanţei Starea de agregare - potenţialul toxic al substanţelor care se găsesc în stare gazoasă este foarte mare deoarece ele pătrund rapid în organism pe cale respiratorie

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Masa moleculară mare şi gradul mic de dispersie influenţează negativ toxicitatea Forma amorfă, care prezintă solubilitate mai mare, punct de topire mai redus şi stabilitate chimică mai redusă, asigură o absorbţie mai ridicată şi mai rapidă, induce efecte toxice mai puternice decât forma cristalină.

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Volatilitatea - influenţează activiatea toxică, încât la toxicităţi egale, riscul este mai mare la substanţe volatile

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Hidrosolubilitatea şi liposolubilitatea şi raportul dintre acestea Influenţează considerabil toxicitatea Moleculele care se absorb cel mai bine sunt cele care posedă un coeficient mediu de repartiţie lipide/apă (coeficient Owerton-Meyer) Hidrosolubilitatea are o importanţă deosebită mai ales pentru absorbţia pe cale respiratorie. Liposolubilitatea are o importanţă marcantă pentru pătrunderea toxicelor pe cale cutanată

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Ionizarea Gradul de ionizare influenţează uneori definitoriu toxicitatea. Astfel, compuşii metalelor grele sunt cu atât mai toxici, cu cât capacitatea lor de a pune în libertate ioni metalici este mai mare. De exemplu mercurul metalic este lipsit de toxicitae chiar administrat iv., în schimb biclorura de mercur, chiar în cantităţi foarte mici poate produce intoxicaţii grave

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Reactivitatea substanţei Substanţele puternice reactive (bazele tari, acizii tari) nu produc intoxicaţii acute propriu-zise, datorită efectelor caustice exercitate la nivelul căilor de intrare (denaturarea bruscă a proteinelor membranare şi citoplasmatice celulare)

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Concentraţia substanţei Ca şi doza este un element hotărâtor în determinismul toxicităţii Ex: 5 ml de acid sulfuric conc. poate cauza leziuni mortale, în timp ce aceeaşi cantitate, în diluţie de 2-3:1000, nu are efecte toxice

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Calea de administrare Influenţează intensitatea acţiunii toxice, perioada de latenţă ca şi durata acţiunii toxice Toxicitatea este mai mare când toxicele ajung în organism pe cale respiratorie sau parenteral (are loc ocolirea sistemului port hepatic) Unele substanţe (veninurile, heparina, etc.) îşi pierd toxicitatea dacă pătrund în organism pe cale orală De asemenea poate fi modificat tipul de acţiune al substanţei în funcţie de calea de administrare De exemplu sulfatul de magneziu administrat per os are efect purgativ, iar administrat iv. are efect deprimant al SNC

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Interacţiunea substanţelor poate să aibă loc când sunt administrate concomitent sau succesiv două sau mai multe xenobiotice

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Efectele interacţiunii pot fi: Efect indiferent – când acţiunea celor două substanţe se desfăşoară independent una de alta, fără să se influenţeze reciproc. Efect sinergic – când substanţele acţionează în acelaşi sens; este de două tipuri: Sumare (adiţie) – când suma efectelor este egală cu efectele celor două substanţe considerate separat Potenţare – când suma efectelor este mai mare decât efectele celor două substanţe considerate separat Ex: barbiturice + etanol, morfină + amfetamină. Efect antagonic – când acţiunea celor două substanţe este în sens contrar, rezultând un efect global micşorat, nul sau inversat Ex: anticolinergice + morfină, antiparkisoniene + fenotiazină

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Nivelul interacţiunii poate fi în oricare din fazele cineticii: Absorbţia poate fi stimulată sau inhibată de administrarea orală a mai multor xenobiotice prin: Modificări fizico-chimice în tubul digestiv: substanţe antiacide scad absorbţia substanţelor acide; chelatare sau complexare: ex. săruri ale metalelor grele + agenţi chelanţi; săruri de Ca, Mg, Fe, Al + tetracicline; neutralizări reciproce (heparină + protamină) Variaţii ale motilităţii gastrointestinale laxativele şi colinergicele, crescând peristaltismul reduc absorbţia unor substanţe (riboflavina în duoden); Lezionarea mucoasei gastrointestinale de câteva caustice şi corozive

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Fixarea pe proteine poate fi modificată prin două mecanisme Competiţia pentru proteinele plasmatice În timpul transportului sau depozitării substanţa cu afinitatea cea mai mare ocupă locul celeilalte Aceasta rămasă liberă se echilibrează la locul acţiunii la un nivel mai ridicat, rezultând potenţare Competiţia pentru receptorii tisulari Unele substanţe împiedicate să se fixeze pe proteina specifică, se fixează pe alţi centri; rezultă reducerea numărului centrilor de fixare

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Distribuţia substanţelor în cele două compartimente hidrice poate suferi modificări Modificarea pH-ului nu este uniformă în compartimentele extra şi intracelulare; astfel datorită difuziei neionice se face o trecere selectivă a xenobioticelor dintr-un compartiment în altul Au loc modificări în concentraţia plasmatică şi tisulară a xenobioticelor De exemplu fenobarbitalul, cu acţiune intracelulară, pierde din activitatea sa în prezenţa bicarbonatului de sodiu, realizând o concentraţie plasmatică mai mare

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Metabolizarea - Unele asocieri de substanţe exogene determină creşterea sau scăderea ratei de metabolizare. Inducţie enzimatică - reprezintă accelerarea metabolizării xenobioticelor ca urmare a stimulării sintezei şi activităţii enzimelor microzomiale (hipnotice, sedative, narcotice, etanol, analgezice, antipiretice etc.) Inhibiţia enzimatică - este fenomenul invers inducţiei (iproniazină, ozon, cloramfenicol, compuşi organofosforici).

FACTORI DEPENDENŢI DE SUBSTANŢĂ Eliminarea Competiţia pentru utilizarea aceleaşi căi Ex: penicilina cu probenecidul folosesc, ambele, transportul activ tubular, rezultând întârzierea eliminării penicilinei cu prelungirea activităţii sale Alcalinizarea sau acidifierea urinei - alcalinizanţii accelerează eliminarea substanţelor acide (barbiturice, sulfamide, etc.) - acidifianţii accelerează eliminarea substanţelor alcaline (amfetamine, baze purinice, etc.)

FACTORI DEPENDENŢI DE ANIMAL Specia Rasa Vârsta Sexul Masa corporală Stările patologice Sensibilitatea individuală

FACTORI DEPENDENŢI DE ANIMAL Specia Toxicitatea unei substanţe nu este aceeaşi pentru toate speciile Acest lucru se datorează inegalităţilor existente între diferitele specii, din punct de vedere al parametrilor cinetici de transport, distribuţie, depozitare, redistribuţie şi repartiţie sânge/ţesut, precum şi diferenţelor privind căile şi ritmurile de bioinactivare şi eliminare a toxicului

FACTORI DEPENDENŢI DE ANIMAL Exemple: păsările şi suinele sunt mai sensibile la NaCl rumegătoarele (oile) sunt mai sensibile la Cu şi rezistente la NaCl iepurele este foarte rezistent la atropină (datorită atropinesterazei) câinele este mai sensibil la atropină pisica este sensibilă la fenol morfina are efect: - deprimant la cal, câine şi om - rabiform la bovine - excitant la pisică - stare tetaniformă la broască - excitaţii medulare la şoarece (tetanos Straub)

FACTORI DEPENDENŢI DE ANIMAL Rasa Ex: oile Merinos sunt mai rezistente la intoxicaţia cu cupru; viţeii din rasa Friză sunt mai sensibili la gosipolul din turtele de bumbac decât cei din rasa Jersey.

FACTORI DEPENDENŢI DE ANIMAL Vârsta Nou născuţii sunt mai sensibili la substanţe exogene decât adulţii, datorită imaturităţii echipamentelor enzimatice Ex: DL la paration este de 1,5mg/kg la viţei şi 60mg/kg la bovine adulte.

FACTORI DEPENDENŢI DE ANIMAL Sexul S-a constatat o mai mare incidenţă şi intensitate a reacţiilor adverse şi a toxicităţii la unele medicamente şi toxice, la femele faţă de masculi Sunt incriminaţi factori metabolici (metabolism mai lent la femele) şi factori hormonali. Experimental, castrarea a dus la creşterea sensibilităţii masculilor la substanţe toxice; la femele administrarea de testosteron a indus creşterea rezistenţei la toxice. Ex: warfarina este mai toxică la femelele de şobolan; parationul este mai toxic la şobolancă, dar nu prezintă diferenţă de toxicitate între sexe la şoarece, pisică şi câine

FACTORI DEPENDENŢI DE ANIMAL Masa corporală În cadrul aceleaşi specii, exemplarele cu o masă corporală mică, necesită proporţional o cantitate mai mare de substanţă pentru a răspunde în acelaşi mod cu animalele cu masă corporală mai mare.

FACTORI DEPENDENŢI DE ANIMAL Stările patologice Afecţiunile hepatice determină încetinirea sau insuficienta metabolizare a substanţelor exogene Afecţiunile renale reduc eliminarea substanţelor excretate prepoderent pe cale urinară (antibiotice, digitalice)

FACTORI DEPENDENŢI DE ANIMAL Sensibilitatea individuală Hipersensibilitatea: idiosincrazia este de natură congenitală şi apare în urma administrării unor medicamente (sulfamide, antibiotice, iod); anafilaxia reprezintă sensibilitatea câştigată prin apariţia de Ac specifici faţă de compuşi proteici sau în urma formării cu substanţe chimice a complecşilor proteici cu proprietăţi antigenice; Hiposensibilitatea: obişnuinţa (mithriadismul) este capacitatea unui organism de a tolera un toxic administrat repetat fără a perturba starea de sănătate; filaxia presupune protecţia organismului faţă de un toxic, realizată sub acţiunea unei alte substanţe (sparteina este filactizantă faţă de veninul de viperă); imunitatea se poate instala faţă de toxice cu proprietăţi antigenice (veninuri de animale, ricina).

FACTORI DEPENDENŢI DE MEDIU Alimentaţia Temperatura mediului Presiunea atmosferică Zgomotul Radiaţii ionizante

Fazele acţiunii substanţelor exogene asupra organismului Doză I Faza farmaceutică Dezintegrarea preparatului Dizolvarea substanţei active Faza de expunere II Faza farmacocinetică Absorbţie Distribuţie Biotransformare Eliminare Faza toxicocinetică III Faza farmacodinamică Interacţiunea drog-receptor Interacţiunea toxic-structură biologică Faza toxicodinamică Efect

TOXICOCINETICA Acţiunea organismului asupra toxicului corespunde fazei toxicocinetice şi cuprinde mai multe etape: pătrunderea absorbţia distribuţia depozitarea (acumularea) biotransformarea eliminarea

CĂILE DE PĂTRUNDERE A TOXICELOR ÎN ORGANISM Căi indirecte (mediate): - transcutanată - digestivă - pulmonară - Transmucoasă Căi directe (imediate, parenterale): - intravenoasă - intramusculară - intraperitoneală - subcutanată

CĂILE DE PĂTRUNDERE A TOXICELOR ÎN ORGANISM În funcţie de viteza trecerii substanţelor toxice în circulaţie: - iv, respiratorie, ip, im, sc, orală şi transcutanată

Calea pulmonară Este o bună cale de intrare, dat fiind: dimensiunea redusă a membranei alveolo-capilare buna distribuţie a capilarelor debit circulator pulmonar mare (singurul organ visceral în care debitul de perfuzie este egal cu debitul cardiac) realizarea unei mari suprafeţe de contact (140 m2=suprafaţa totală a mucoasei respiratorii la om)

Calea pulmonară Pe această cale se absorb: Gazele toxice: halogenii şi derivaţii gazoşi; derivaţi gazoşi de sulf, azot, fosfor şi arsenic; derivaţi oxigenaţi de carbon, sulfură de carbon, etc. Substanţe lichide cu tensiune mare de vapori: acetona, benzenul, eterul etilic, formaldehida, CCl4, etc. Aerosolii: ajung la diferite niveluri ale căilor aeriene, unde se depun şi acţionează local sau se absorb. - particulele mari (20-50 microni) se depun în căile aeriene superioare în proporţie de 95%; - particule medii (6 microni) se depun în arborele traheo-bronhic în proporţie de 95%; - particulele mici (2 microni) se depun în bronşiole şi sacii alveolari în proporţie de 70%; - particulele foarte mici (0,2-0,6 microni) nu se depun decât în proporţie de 25-43%, restul fiind exhalat.

Calea transcutanată Pielea este considerată o barieră fiziologică faţă de multe substanţe exogene: electroliţi anorganici, agregate moleculare şi molecule cu greutate moleculară mare Această caracteristică de impenetrabilitate este condiţionată de integritatea morfofuncţională a celor trei straturi ce interferează cu pasajul transcutanat al substanţei exogene:

Calea transcutanată stratul de emulsie lipide-apă cu pH 4,5-6 (eliberat de celulele keratinizate, glandele sebacee, glandele sudoripare): - favorizează penetrarea substanţelor liposolubile; - este uşor denaturat de detergenţi, hidrocarburi şi solvenţi organici stratul granular, situat sub stratul keratinizat, este format din celule dens aglomerate: - este impenetrabil pentru substanţele hidrosolubile, dar uşor penetrabil pentru substanţe nepolare liposolubile; - este denaturat de substanţe cum ar fi dimetil-sulfoxidul câmpul electric negativ orizontal se opune penetraţiei substanţelor cationice

CLASA SUBSTANŢE EFECTE MAJORE Acizi Acidul azotic Acidul clorhidric Acidul fosforic Necroză, şoc algic Alcooli Alcoolul alilic Alcoolul metilic Ulceraţii, hepatotoxicitate Tulburări vizuale Cianoderivaţi Acetona cianhidrică Acidul cianhidric Insuficienţă respiratorie, convulsii, comă, stop respirator Cloraţi Cloraţii şi percloraţii de potasiu şi amoniu Ulceraţii, şoc algic Derivaţi de plumb Fulminatul de mercur Clorura de etil- şi metilmercur Hidroxidul de etil- şi metilmercur Iodura de metilmercur Necroze, convulsii, tremor Nitraţi şi nitroderivaţi Anilina Dinitrofenolii Nitratul de metil şi propil Toluidina Dinitrocrezolii Methemoglobinemie, insuficienţă cardio-respiratorie, convulsii, comă Organofosforice Paration Malation Paraoxon Trition Diazinon Bradicardie, bronhospasm, convulsii, tremor, comă Organoarsenicale şi derivaţi Clorura de arsen Hidrogenul arseniat fosfat Levizita Iperita Convulsii, comă, edem pulmonar Di-, tri-, tetraetil de Pb Di-, tri-, tetrametil de Pb Di-, tri-, tetrabutil de Pb Neurotoxicitate, anemie saturniană Solvenţi organici halogenaţi Cloroformul Di-, tri-, tetracloretan Di-, tri-, tetracloretilena Tetraclorura de carbon Narcoză, şoc, comă, hepatotoxicitate Substanţe toxice ce pot fi absorbite pe cale cutanată (Mogoş şi Sitcai, 1988)

Calea digestivă Este cea mai importantă în toxicologia veterinară clinică, peste 85% din intoxicaţii la animale producându-se prin ingerarea toxicului Absorbţia poate avea loc la diferite niveluri:

Calea digestivă mucoasa bucală se pot absorbi toate substanţele hidrosolubile; se absorb cantităţi foarte mici de toxic datorită timpului de contact foarte scurt; alcoolul şi soluţiile alcoolice de substanţe toxice se absorb cu uşurinţă la acest nivel; pentru substanţele supertoxice (cianura, acidul cianhidric, nicotina, etc.) cantităţile care se absorb la acest nivel pot determina intoxicaţii acute grave uneori cu evoluţie fatală. la nivelul mucoasei esofagiene şi al mucoasei gastrice, pătrunderea toxicelor este lipsită de importanţă toxicologică

Calea digestivă cea mai importantă zonă de absorbţie este mucoasa intestinului subţire, datorită: suprafeţei mari de contact; structurii unistratificate a mucoasei; contactului intim cu vasele capilare şi chiliferul vilozităţilor intestinale. substanţele care irită mucoasa intestinului subţire, provocând hiperperistaltism (diaree), limitează cantitatea de toxic absorbit. pătrunderea toxicelor pe cale rectală, este lipsită de importanţă, cu excepţia unor clisme medicamentoase.

Calea digestivă Calea digestivă are o serie de posibilităţi de autoapărare, la diferite niveluri: zona reflexogenă faringo-esofagiană poate induce producerea vomei la ingestia unor substanţe iritante sau cu gust neplăcut; secreţia gastrică (pH puternic acid) neutralizează unele substanţele bazice, produce precipitarea unor emulsii (de exemplu pesticidele organofosforice) şi inactivează unele substanţe medicamentoase; pilorul reacţionează spastic la o serie de substanţe iritant-lezionale, putând induce voma; ficatul, organul cu funcţie majoră în detoxificare.

Calea digestivă Starea fiziologică şi morfologică a mucoasei digestive influenţează şi ea cinetica substanţelor toxice. Ritmul absorbţiei este influenţat şi de leziunile produse de unele toxice, astfel: Substanţele puternice reactive (acizii puternici, bazele puternice şi alte corozive) produc leziuni tisulare profunde în mucoasa bucală, esofagiană şi gastrică şi foarte rar trec bariera pilorică. Substanţele slab reactive (detergenţi) pătrund mai uşor la nivele inferioare ale tubului digestiv Pentru penetrabilitatea prin mucoasa digestivă, de mare importanţă este gradul de liposolubilitate a substanţei, iar pentru toxicele hidrosolubile, proporţia formei neionizate, absorbabile.

Calea parenterală Este legată deseori de intoxicaţiile acute iatrogene prin: erori în calcularea dozelor de substanţe (supradozări) administrarea unor lichide perfuzabile în cantitate sau ritm neadecvat (soluţii molare de KCl, NaCl, etc.) erori în tehnica de injectare; asocieri de medicamente efectuate nejudicios

Calea transmucozală Unele toxice pot pătrunde în organism prin mucoasa conjunctivală, nazală sau vaginală Absorbţia este favorizată la acest nivel de lipsa epidermului şi de vascularizaţia puternică Pe aceste căi se absorb gazele, lichidele şi unele pulberi fine, solubile Medicaţia sub formă de spălături cu soluţii antiseptice concentrate şi administrarea de ovule ce conţin medicamente cu un anumit grad de toxicitate

Calea transplacentară Structura anatomică a barierei placentare permite ca unele toxice vehiculate de sângele matern să ajungă în circulaţia fetală, în timp ce pentru altele acest lucru să fie imposibil. Exemple: alcoolul etilic consumat de mamă, induce „sindromul de alcoolism fetal” gazele, lichidele volatile (benzină, benzen); medicamente; metale grele, etc.