TEMA 1. TOXICOLOGÍa

TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA TOXICOLOGÍA CONCEPTOS BÁSICOS de TOXICOLOGÍA TÓXICO: Toda sustancia química que, incorporada al organismo vivo a determinada concentración, produce en virtud de su estructura química a través de mecanismos fisicoquímicos y bioquímicos, alteraciones de la fisicoquímica celular, transitorias o permanentes, siempre incompatibles con la salud y en algunos casos con la vida Sustancias exógenas al organismo: XENOBIÓTICOS Sustancias producidas por seres vivos: TOXINAS CLASIFICACIÓN de TÓXICOS: • • • • • • • • • •

ESTADO FÍSICO: Sólidos, líquidos, gaseosos CONSTITUCIÓN QUÍMICA: Inorgánicos, Orgánicos ORIGEN: Animal, vegetal, microbiano, mineral SISTEMÁTICA ANALÍTICA: No volátiles – Volátiles MODO DE ACTUACIÓN: Locales – Sistémicos ORGANO DIANA: Hepáticos, nerviosos, hemáticos, ... EFECTOS ESPECÍFICOS: Mutagénicos, cancerígenos, teratogénicos, ... USO: Aditivos alimentarios, plaguicidas, disolventes, medicamentos,... MECANISMO BIOQUÍMICO DE ACCIÓN: Inhibidores acetilcolinesterasa, productores de metahemoglobina,... POTENCIAL TÓXICO: Extremadamente tóxico, muy tóxico, ligeramente tóxico,...

INTOXICACIÓN: Enfermedad consecuente al daño ejercido por un tóxico sobre un organismo vivo. Se puede considerar como la suma de eventos que suceden desde la exposición o contacto del organismo con el tóxico, penetración, distribución, metabolización, excreción,... Voluntariedad o intención: Envenenamiento Situaciones accidentales: Intoxicación TIPOS DE INTOXICACIONES: • •

•

•

MAGNITUD DAÑO: leves, moderadas, graves CARACTERÍS TICAS APARICIÓN: o Efecto inmediato - retardado o Reversibles – Irreversibles o Local – sistémica TIEMPO DE APARICIÓN SÍNTOMAS o Intoxicación aguda o Intoxicación subaguda o Intoxicación crónica o Intoxicaciones recidivantes ETIOLOGÍA o Voluntarias: Homicidios, suicidios, toxicofilias, dopaje,... o Accidentales: ambientales, profesionales, medicamentosas, domésticas,...

alimentarias,

TOXICIDAD: Actividad tóxica, concreta y específica, vinculada a la estructura química de una sustancia exógena al organismo (xenobiótico) por su interacción con moléculas endógenas (receptor). Afecta la concentración de xenobiótico, del receptor, la afinidad del xenobiótico por el receptor. Puede ser: •

DIRECTA: Efecto tóxico producido por la estructura primaria del xenobiótico

•

INDIRECTA: Efecto metabolización

tóxico

producido

por

metabolito

formado

durante

la

Según el tiempo desde la exposición al tóxico y manifestación del daño tóxico: • Inmediata (aguda) (efectos por una dosis aparecen en corto periodo de tiempo < 25 dias) •

Diferida (efectos aparecen después de un largo periodo de tiempo). Puede ser prolongada (subcrónica) y a largo plazo (crónica)

EFECTO: Cambio producido por una sustancia química sobre un sistema biológico concreto. Varía según dosis. •

Efecto adverso: disminución en niveles normales de funciones anatómicas, fisiológicas o conducta del individuo

•

Efecto tóxico: alteración del equilibrio fisiológico corporal: o reversible: consecuencia de un enlace débil estructura tóxica- receptor. Depende de la presencia de tóxico. Desaparece el eliminar tóxico o irreversible: consecuencia de enlace covalente tóxico-receptor. Daño persiste aún cuando tóxico desaparece o o

gradual: aumenta de modo progresivo con el incremento de dosis hasta llegar a una dosis (Dm) en la que se alcanza efecto máximo (Em) cuántico: el efecto es máximo o bien no hay efecto (todo o nada)

RESPUESTA: Proporción de individuos de una población que manifiesta los efectos nocivos.

EFECTO y RESPUESTA SON CONSECUENCIA DE LA ACTIVIDAD DE LA SUSTANCIA QUÍMICA DENTRO DEL ORGANISMO

ALGUNOS TÉRMINOS UTILIZADOS EN TOXICOLOGÍA Exposición: Situación que hace posible la penetración o absorción de una sustancia tóxica por un organismo vivo Peligro: Posibilidad que tiene una sustancia de provocar un efecto adverso, una vez dentro del organismo Riesgo: Frecuencia con la que cabe esperar que se presenten los efectos indeseables que proceden de la exposición a un agente tóxico (probabilidad) Toma: cantidad que se ingiere de una sola vez Dosis: cantidad (g o mg) que se absorbe en 24 h por unidad de peso corporal (Kg) en una o varias tomas Nivel sin efecto observable (NISEO): Máxima cantidad de sustancia a la que no se detecta ningún tipo de actividad Dosis terapéutica (Dt): cantidad mínima de sustancia que careciendo de efectos tóxicos presenta una acción favorable Dosis tóxica (DT): cantidad de sustancia capaz de manifestar un efecto tóxico Dosis tóxica mínima (DTm): cantidad más baja de sustancia capaz de manifestar un efecto tóxico Dosis letal (DL): cantidad de sustancia que resulta mortal al ser administrada Dosis letal mínima (DLm; DL01): cantidad mínima de sustancia que resulta mortal al ser administrada Dosis letal absoluta (DL100): cantidad mínima de sustancia capaz de provocar la muerte de todos los animales del grupo ensayado bajo condiciones definidas Dosis letal media (DL50): cantidad de sustancia que mata al 50% de la población Dosis umbral (Du): cantidad de sustancia por debajo de la cual no se espera que aparezcan efectos nocivos, aunque sean de carácter leve Concentración crítica celular: Concentración de xenobiótico capaz de provocar cambios funcionales, reversibles o irreversibles en una célula DOSIS LETALES ABSOLUTA (DL100): Mínima cantidad de sustancia con capacidad para provocar la muerte de todos los animales del grupo ensayado MEDIA (DL50): Cantidad de sustancia que mata al 50% de la población MÍNIMA (DL01): Menor cantidad de sustancia capaz de provocar la muerte de algún animal en el grupo experimental POTENCIA DE UN TÓXICO EN FUNCIÓN DE DL 1. 2. 3. 4. 5.

Extremadamente tóxico Altamente tóxico Moderadamente tóxico Ligeramente tóxico Prácticamente no tóxico

DL50 mg/Kg 10,0 > 5,0 > 2,5 < 2,5 que aparezcan

CONCEPTOS BÁSICOS SELECTIVIDAD Distintos sistemas biológicos integrados en un ser vivo pueden ofrecer respuestas diferentes a la agresión de un tóxico

• Existencia de órganos diana susceptibles de responder a la actividad del agente tóxico • Existencia de mecanismos capaces de concentrar dicha estructura en las proximidades de los lugares efectores

SENSIBILIDAD

• Individuos normales • Individuos hiposensibles • Individuos hipersensibles

SEGURIDAD

MARGEN SEGURIDAD

ÍNDICE TERAPÉUTICO (TI)

TOXICOLOGÍA ALIMENTARIA RAMA APLICADA DE LA TOXICOLOGÍA QUE ESTUDIA LAS SUSTANCIAS TÓXICAS EN ALIMENTOS: • • •

NATURALEZA, FUENTES, FORMACIÓN EFECTOS NOCIVOS, MECANISMOS, MANIFESTACIÓN DE LOS EFECTOS PREVENCIÓN DE INTOXICACIONES (Establecimiento de límites de seguridad de las sustancias)

CLASIFICACIÓN DE LOS TÓXICOS ALIMENTARIOS SEGÚN SU FUENTE (Repetto, 1995) •

Componentes tóxicos naturales de los alimentos • • • •

•

Contaminantes biológicos • • •

•

De origen animal De plantas superiores De hongos superiores Sustancias antinutritivas

Infecciones bacterianas Toxinfecciones bacterianas Micotoxinas

Contaminantes químicos • •

Sustancias inorgánicas ( metales, aniones) Sustancias orgánicas (plaguicidas, medicamentos)

•

Aditivos alimentarios

•

Tóxicos formados durante el procesado, preparación y almacenamiento de los alimentos y en el propio consumidor

•

Cancerígenos de origen alimentario

•

Interacciones nutrientes-xenobióticos en los alimentos

PRUEBAS DE TOXICIDAD (Hodgson y Levi, 1997) I.

Propiedades físicas y químicas del compuesto

II.

Exposición y dinámica en el medio

III.

Pruebas “in vivo” Ø Toxicidad aguda q q q

Estimación de DL50 o CL50 Estudios de irritación ocular Estudios de irritación y sensibilidad dérmica

Ø Toxicidad subcrónica q q q

Pruebas de alimentación (90 dias) Pruebas de exposición dérmica (30 dias) Pruebas de exposición por inhalación (30 a 80 dias)

Ø Toxicidad crónica q q q

Pruebas de alimentación crónica Teratogenicidad Pruebas de reproducción

Ø Pruebas especiales q q q q

IV.

V.

Pruebas de neurotoxicidad Estudios de potenciación Estudios metabólicos Estudios de comportamiento

Pruebas “in vitro” Ø Mutagenicidad (procariotas. Test de Ames) Ø Mutagenicidad (eucariotas) Ø Aberración cromosómica Efectos sobre la vida salvaje

Material a comprobar

Evaluación de la exposición

Toxicidad aguda

+

Toxicología genética

Desechar

+

-

Desechar

Metabolismo y farmacocinética

+

-

U

SE Desechar

+ Desechar

+ Desechar

Toxicidad subcrónica y reproducción ¿?

Toxicidad crónica

Aceptar

Aceptar

Aceptar

ESQUEMA SIMPLIFICADO DE LOS PASOS EN EL ANÁLISIS DE SUSTANCIAS TÓXICAS EN ALIMENTOS

SEPARACIÓN FÍSICA DE LOS COMPONENTES DEL ALIMENTO COMBINACIÓN DE MUESTRAS TROCEADO/HOMOGENEIZADO

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

EXTRACCIÓN

ACETONA

ACETONITRILO

LIMPIEZA (CLEAN UP)

PARTICIÓN

AGUA

AGUA

FASE ORGÁNICA

FASE ORGÁNICA

PURIFICACIÓN CROMATOG. COLUMNA

CROMATOG. GEL

OTROS PROC.

NO LIMPIEZA

DETERMINACIÓN SEPARACIÓN DETECCIÓN

GLC

TLC

HPLC

OTROS PROC.

FACTORES MOLECULARES QUE INFLUYEN EN LA TOXICIDAD DE UNA SUSTANCIA

Ø Coeficiente de reparto lípido-agua (K =

[tóxico]l ) [tóxico]a

o Kow o Correlación logBCF(Factor bioconc.) - logKow Ø Constante y grado de ionización o pKa = pH + log

[ AH ]

(ácidos débiles)

[A ] −

[RNH ] (bases débiles) pKa = pH + log +

o

3

[RNH 2 ]

Ø Acción sobre la estabilidad de las membranas Ø Afinidad por algunos compuestos celulares Ø Acción quelante Ø Particularidades estructurales

PROPIEDADES MOLECULARES QUE FAVORECEN BIOACUMULACIÓN Propiedad de la molécula

Valores que dan bioacumulación (Connell, 1990) Alta proporción de C-C alifático, C-C aromático, enlaces C–H y C-X

Estructura química

Peso molecular

>100 con capacidad máxima sobre 350 y disminuyendo a muy baja capacidad a valores de 600

Estabilidad

Resistente a la degradación

Log Kow

>2 dando una capacidad máxima sobre un valor de 6 y disminuye a muy baja capacidad sobre 10-12 3

Solubilidad en agua (mol/m )

< 18 dando un máximo sobre 0.002 con disminución de capacidad a valores más bajos

Grado de ionización

Muy bajo

EFECTO DEL pH SOBRE LA ABSORCIÓN DE ÁCIDOS Y BASES DÉBILES EN INTESTINO DE RATAS Compuesto pKa Porcentaje absorbido en diversos pH 3,6-4,3 4,7-5,0 7,0-7,2 7,8-8,0 Acidos 2,3 40 27 para > meta

TEMA 2. ETAPAS DEL FENÓMENO TÓXICO

EXPOSICIÓN AL TÓXICO

ENTRADA EN EL CUERPO

Ingestión

Piel

Inhalación

ABSORCIÓN EN LA CORRIENTE SANGUÍNEA Y DISTRIBUCIÓN HACIA TEJIDOS Y ÓRGANOS

TOXICIDAD

ALMACENAMIENTO

EXCRECIÓN

METABOLISMO

ENTRADA Y RUTAS QUE SIGUEN LOS TÓXICOS EN EL CUERPO (Hodgson y Levi, 1997)

MODELO DE ESTRUCTURA DE MEMBRANA

FLUIDO INTERSTICIAL

MEDIO

Mucosa o piel

PLASMA

Membrana capilar

FLUIDO INTERSTICIAL

FLUIDO INTRA CELULAR

Membrana capilar Membrana célula diana

FLUIDO INTRA ORGÁNULO

Membrana orgánulo subcelular (mitocondria, núcleo, etc.)

MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS TÓXICOS (Derache, 1990)

1. FASE DE EXPOSICIÓN (Medio ambiente, alimentación + tóxico, desorción del tóxico) Disponibilidad física

2. FASE TOXICOCINÉTICA (Absorción, distribución, transformación metabólica, eliminación) Disponibilidad biológica (biodisponibilidad)

3. FASE TOXICODINÁMICA (Interacción con el tejido diana)

EFECTOS TÓXICOS

MODELOS FARMACOCINÉTICOS FISIOLÓGICOS

Ka: constante de primer orden de absorción Ke: constante de primer orden de eliminación 1

MODELO MONOCOMPARTIMENTAL

MODELO BICOMPARTIMENTAL Ka K12 1

2 K21

Kel

MODELO FISIOLÓGICO TOXICOCINÉTICO Pulmones

SNC

Tejidos bien perfundidos Tejidos mal perfundidos

Hígado Metabolismo

FASE DE EXPOSICIÓN Conjunto de factores que permiten la penetración, o absorción de una estructura química externa hasta el interior del organismo vivo Factores que determinan los grados de riesgo

Ø relacionados con la higiene y seguridad en el trabajo Ø vinculados a los hábitos alimentarios Ø fisicoquímicos ligados a la estructura química (posibilidad de atravesar membranas biológicas: pH, grado de ionización de la molécula, coeficiente de reparto)

ABSORCIÓN O PENETRACIÓN Fuentes: Medio ambiente y alimentos Factores que afectan: q q

q q q

Grado de lipofilia Concentración tóxico en medio externo Superficie intercambio Volumen total organismo Masa grasa del organismo

Penetración por la piel: prop. Fisicoquímicas (liposolubilidad,

pH, ioinización molecular, tamaño molecular, temperatura, flujo sanguíneo,...); Especie animal e integridad tejido epidérmico Penetración vías respiratorias: presión parcial gases; concentración tóxico en pulmones y sangre; capacidad del tóxico de enlazar con proteínas de sangre; solubilidad en lípidos sanguíneos Penetración vía oral: actividad enzimas digestivas, interacción con alimentos ingeridos, actividad bacterias intestinales

ABSORCIÓN DE SUSTANCIAS TÓXICAS Ø TRACTO GASTROINTESTINAL Absorción dependiente del lugar. Depende de

• Tipo de células • Tiempo de permanenecia • pH del estómago o intestino

Poca absorción. Excepciones: nicotina, nitroglicerina

pH 1-3 Poca absorción. Bases débiles Mucha absorción: Ácidos débiles Ruptura química de algunas sust. Presencia de comida

pH 5-8

Muy poca absorción

• Órgano de mayor absorción. • Bases y ácidos débiles poco disociados • Entrada por difusión pasiva, transporte facilitado y activo • Movimiento lento de sustancias • Microflora y enzimas afectan a la toxicidad (Nitrosaminas carcinogénicas)

ABSORCIÓN DE SUSTANCIAS TÓXICAS Ø TRACTO RESPIRATORIO. Depende de Región nasofaríngea Región traqueobronquial Región pulmonar (mayor absorción)

• Estado de la partícula (sólido, gas) • Solubilidad

Absorción de partículas sólidas (Depende del tamaño) Ø > 5 µm. Se depositan en región nasofaríngea (poca absorción) Ø 2-5 µm. Penetran a la región traqueobronquial Ø < 1 µm. Penetran en sacos alveolares, se depositan y se absorben

Solubilidad

Ø Solubles en agua (absorción más efectiva que GI y cutánea) Ø Solubles en lípidos (distribución a través de las membranas o depósitos de grasa)

ABSORCIÓN DE SUSTANCIAS TÓXICAS RUTA DÉRMICA. Más impermeable a iones y disoluciones acuosas Epidermis (estrato córneo:capa más importante; regula la entrada) Dermis Tejido subcutáneo

Estrato córneo. Eficiencia de penetración inversamente proporcional a espesor: Palma de la mano y pies (400-600 µm) Brazos, espalda, piernas, abdomen (8-15 µm) Movimiento de tóxicos por difusión pasiva Estrato córneo (humedad: 7% peso). Hidratación adicional aumenta 3-5 veces capacidad de penetrar la epidermis de un compuesto polar

DISTRIBUCIÓN DEL TÓXICO Depende: q

q

Capacidad de atravesar membranas celulares Afinidad por los diversos tejidos

Velocidad de distribución determinada por flujo sanguíneo. Transporte en la corriente circulatoria enlazados a proteinas plasmáticas (albúmina, transferrina, ceruloplasmina, lipoproteínas), mediante enlaces débiles, reversibles: puentes de H, van der Waals, iónicos. FIJACIÓN (RETENCIÓN) DEL TÓXICO Los xenobióticos se pueden acumular en algunos tejidos y órganos (afinidad por estructura, solubilidad, transporte activo, etc.) aumentando su concentración: q

q

En punto donde provocan efecto tóxico (CO afinidad por hemoglobina) En lugar diferente a donde ejerce su acción tóxica (Pb se acumula en tejido óseo y daña tejidos blandos) v Hígado y Riñón: Organos donde más se concentran xenobióticos debido a presencia de proteinas enlazantes v Grasas corporales: compuestos altamente lipofílicos: DDT, PCBs v Tejido óseo: Pb, F, Sr

PROCESOS DE BIOTRANSFORMACIÓN DE TÓXICOS

REACCIONES DE FASE I. Reacciones oxidación, reducción o hidrólisis. Objetivo: Adicionar o desenmascarar algún grupo polar en la estructura química. REACCIONES DE FASE II. Reacciones de conjugación para incrementar la solubilidad en agua de moléculas con grupos polares y facilitar excreción

REACCIONES FASE I. SISTEMAS ENZIMÁTICOS v OXIDACIÓN o Microsomales: Monooxigenasas de función mixta (citocromo P450 y monooxigenasas con FAD) y sistemas aminooxidasas o No microsomales: Alcohol-deshidrogenasa, aldehido deshidrogenasa v REDUCCIÓN: Nitrorreductasas, azorreductasas v HIDROLÍTICOS: Esterasas, amidasas

PRINCIPALES ENZIMAS P450 PRESENTES EN MICROSOMAS HEPÁTICOS HUMANOS Familia Subfamilia CYP 1 CYP 1A CYP 2

CYP 3

CYP 4

CYP 2A CYP 2B CYP 2C

CYP 2D CYP 2E CYP 3A

CYP 4A

Isoenzima CYP 1A1 CYP 1A2 CYP 2A6 CYP 2B6 CYP 2C8 CYP 2C9 CYP 2C19 CYP 2D6 CYP 2E1 CYP 3A4 CYP 3A5 CYP 3A7 CYP 4A9/11

Algunos sustratos Benzo(a)pireno Aflatoxina, cafeína Aflatoxina, nicotina,cumarina Aflatoxina Warfarina

Alcanos-X, alcoholes, Benzo(a)pireno, esteroides Paration Acidos grasos, prostaglandinas O2 ll P450·Fe2+ · XH

O2

NADPH +H+

XOH

P450·Fe2+ · XH OXIDADA

P450·Fe3+

XH

FLAVOPROTEINA 3+

P450·Fe · XH NADP

+

REDUCIDA

XH + O2 + NADPH + H+

XOH + H2O + NADP+

ESQUEMA PROPUESTO PARA LA OXIDACIÓN DE UN COMPUESTO EXTRAÑO POR EL SISTEMA MONOOXIGENASA CITOCROMO P450

REACCIONES DE OXIDACIÓN CATALIZADAS POR CITOCROMO P450 v HIDROXILACIONES

v EPOXIDACIONES

v DESALQUILACIÓN EN ÁTOMOS DE O

REACCIONES DE OXIDACIÓN CATALIZADAS POR CITOCROMO P 450 v DESALQUILACIÓN EN ÁTOMOS DE S

v DESALQUILACIÓN EN ÁTOMOS DE N

v DESAMINACIÓN OXIDATIVA

REACCIONES DE OXIDACIÓN CATALIZADAS POR CITOCROMO P 450 v SUSTITUCIÓN DE S POR O

v SULFOXIDACIÓN

REACCIONES DE OXIDACIÓN CATALIZADAS POR AMINO-OXIDASAS Mono-amino-oxidasa (MAO) H2 O

[O]

R-CH2-NH2 (amina 1aria )

R-CH=NH

R-CHO + NH 3

Diamino oxidasa (DAO)

CH2 COOH

R-N(CH3) 2 (amina 3aria )

R- N(CH3) 2 O

REACCIONES DE OXIDACIÓN CATALIZADAS POR SISTEMAS ENZIMÁTICOS NO MICROSOMALES v ALCOHOL DESHIDROGENASAS (ADH) R-CH2OH + NAD +

R-CHO + NADH + H+

v ALDEHIDO DESHIDROGENASAS (ALDH) R-CHO + NAD +

R-COOH + NADH + H+

REACCIONES DE REDUCCIÓN

Nitrorreductasas

Azorreductasas

REACCIONES DE HIDRÓLISIS

Esterasas: R-CO-O-R’ + H2O R’OH

R-CO-OH +

Amidasas: R-CO-NH2 + H2O

R-CO-OH + NH 3

REACCIONES IMPLICADAS EN LA FASE II DE LA BIOTRANSFORMACIÓN DE XENOBIÓTICOS

Ø Son reacciones de CONJUGACIÓN, catalizadas por enzimas citosólicas Ø Su objetivo: hacer MÁS HIDROSOLUBLE la molécula xenobiótica y FACILITAR SU EXCRECIÓN Ø Tienen lugar sobre la estructura 1aria y principalmente sobre METABOLITOS FORMADOS en la fase I Ø El proceso tiene lugar con CONJUGANTES de origen ENDÓGENO, mediante enlaces COVALENTES (poco reversibles) Ø Son reacciones BIOSINTÉTICAS. Necesitan E suministrada por activación de cofactores o del sustrato

Producto inicial Metabolito

Conjugan con

• • • • • •

ácido glucurónico Sulfato Metilación Acetilación Glutatión (GSH) Aminoácidos

Conjugante activado

Sustrato activado

REACCIONES DE FASE II. REACCIONES DE CONJUGACIÓN v ÁCIDO GLUCURÓNICO Sobre estructuras con grupos: –COOH; -OH (fenoles, alcoholes 2arios , 3arios ); -NH2; -SH Reacción requiere UDPGA (α). Catalizada por UDPglucuronosil transferasa. Se produce cambio de configuración α a β Actividad localizada en retículo endoplasmático cel. hígado Excreción: orina; bilis v SULFATO Sobre moléculas con grupos –OH y aminas. Sulfatación. R-OH à RO-SO3H R-NH2àRNH-SO3H Donador de SO 42- : 3’ fosfoadenosil-5’-fosfosulfato (PAPS). La fuente de SO 42- es la Cys. Esta via se agota rápido. A dosis elevadas el organismo acude a la excreción con glucurónico v METILO Biotransformación de moléculas endógenas. No importante en biotransformación de xenobióticos. Sobre aminas aromáticas, fenoles y tioles, dando N-, Oy S- metil conjugados Grupos –CH 3 transferidos por cofactor rico en E: (Sadenosil-metionina, SAM). Disminuye solubilidad en agua v ACETILO Ruta biotransformación de aril aminas por Nacetiltransferasas. Cofactor acetil-CoA.

REACCIONES DE FASE II. REACCIONES DE CONJUGACIÓN

v GLUTATIÓN (L-glutamil-L-cisteinil-glicina): GSH Biotransformación de compuestos orgánicos halogenados a derivados mercaptúricos Excreción: biliar 1) Conjugación del xenobiótico con forma reducida de GSH. Catalizada por glutatión-S-transferasas 2) Transferencia del grupo Glu. Gamma-glutamiltranspeptidasa 3) Pérdida de la molécula de Gly. Cisteinil-glicinasa 4) Acetilación final del componente L-Cys. Acetilasa. Esta fase requiere ATP v AMINOÁCIDOS Moléculas con grupos –COOH. Formación de enlace amida. Sobre todo Gly y Gln 1) Activación de la molécula xenobiótica bajo forma de derivado tioéster de la CoA y aporte energético de ATP. Enzimas ácido-CoA-ligasas 2) Transferencia al grupo amino aceptor. Naciltransferasa

FACTORES BIOLÓGICOS Y AMBIENTALES QUE INFLUYEN EN LA CINÉTICA DE BIOTRANSFORMACIÓN (GENÉTICOS, ESPECIE, RAZA, SEXO, EDAD, GESTACIÓN, DIETA, RITMOS CIRCADIANOS, FACTORES AMBIENTALES, ESTADOS FISIOLÓGICOS ANORMALES)

v ESPECIE

FACTORES BIOLÓGICOS Y AMBIENTALES QUE INFLUYEN EN LA CINÉTICA DE BIOTRANSFORMACIÓN (GENÉTICOS, ESPECIE, RAZA, SEXO, EDAD, GESTACIÓN, DIETA, RITMOS CIRCADIANOS, FACTORES AMBIENTALES, ESTADOS FISIOLÓGICOS ANORMALES)

v SEXO Especie Tóxico Rata Paratión, warfarina Plomo, aldrin Gato Dinitrofenol Conejo Benceno Ratón Nicotina Perro Digitoxina v DIETA

Susceptibilidad Fem > Masc Masc > Fem Fem > Masc Fem > Masc Masc > Fem Masc > Fem

EXCRECIÓN DEL TÓXICO Procesos que conducen a eliminación de la estructura 1aria o de sus metabolitos por la vía más congruente con sus propiedades químicas Influye en t1/2 del compuesto dentro del organismo y duración de actividad tóxica Dificultad en eliminación: incremento tiempo permanencia y riesgo de daños Tipos: Urinaria, biliar, pulmonar, glándulas mamarias, sudor, saliva Excreción Urinaria Eliminación moléculas hidrosolubles, por: o Filtración glomerular (Pm < 60.000 D) o Difusión tubular pasiva o Secreción tubular activa Velocidad filtración regulada por intensidad de enlace xenobiótico-proteína plasmática. Sólo filtra disociados. Acidos débiles: eliminación mejor con orina alcalina Bases débiles: eliminación favorecida con orina ácida

Excreción biliar Higado: Elimina xenobióticos absorbidos en tracto gastrointestinal a través de la bilis (sustancias Pm > 300D) Depende del animal estudiado (ratas y ratones buenos excretores biliares) Según [bilis]/[plasma]: [bilis]/[plasma] = 1. Clase A (Hg, Tl, Cs, Co, ...) [bilis]/[plasma] > 1. Clase B (Pb, AS, Mn, ..) [bilis]/[plasma] < 1. Clase C (Zn, Fe, Cr,...) Sustancias polares excretadas por la bilis, vuelven a intestino y se arrastran con heces. Hidrolasas producidas por bacterias intestinales hidrolizan y devuelven carácter lipofílico primario. En ese caso las moléculas se reabsorben por la mucosa intestinal: Ciclo enterohepático.

Efecto del Pm sobre ruta de excreción en ratas Xenobiótico Pm Bifenilo 154 4-monoclorobifenilo 188 4,4’-diclorobifenilo 223 2,4,5,2’,5’-pentaclorobifenilo 326 2,3,6,2’,3’,6’-hexaclorobifenilo 361

Orina (%) 80 50 34 11 1

Heces (%) 20 50 66 89 99

FASE TOXICODINÁMICA INTERACCIÓN ESTRUCTURA ACTIVA-MOLÉCULA ENDÓGENA (ADN, ARN, proteínas estructurales, libres o asociadas en membranas, enzimas, lípidos, etc.) Efectos tóxicos No específicos: Sustancias capaces de afectar a diversos órganos (Pb, Cd) Específicos: - por reacción específica del tóxico con los receptores de ese órgano - por distribución desigual en el organismo - el metabolito tóxico se forma en ese órgano y no en otro Receptor Estructuras moleculares portadoras de zonas nucleófilas, implicadas en la acción primaria del tóxico. v Reconocer de modo específico al agente químico v Responder con un efecto bioquímico o biofísico a la acción de ese agente Acciones tóxicas -

afectan a la estructura celular (órganos subcelulares, alteración de membranas,...) afectan a la función celular (modificación de AE, alteración en la permeabilidad membranas, cambios en la reproducción,...)

Rutas para desarrollar efecto tóxico v Acción local en el mismo punto de contacto. Sustancias de pH extremos, agentes oxidantes, deshidratantes,...DESTRUCCIÓN MASIVA DE TEJIDOS v Mera presencia xenobiótico en el lugar crítico sin interaccionar con molécula endógena. v Interacción de estructuras activas (estructura primaria, metabolito del producto inicial, compuesto intermediario reactivo) con molécula diana. ALTERACIÓN DE LA ESTRUCTURA O FUNCIÓN CELULAR.

FASE TOXICODINÁMICA TIPOS DE REACCIONES INVOLUCRADAS EN EFECTOS TÓXICOS DE XENOBIÓTICOS v FORMACIÓN DE ENLACE DÉBIL (REVERSIBLE) Tóxicos que actúan de modo directo sin bioactivación previa. Efectos que pueden ser agudos a corto plazo: Estructuras interfieren en neurotransmisión (bien agonistas bien antagonistas), toxina botulínica, alcaloides cornezuelo centeno v FORMACIÓN ENLACE COVALENTE (IRREVERSIBLE) Tóxicos reactivados por biotransformación. Al bioactivarse se convierten en estructuras electrofílicas: -

Por oxidación dando cetonas, epóxidos, quinonas Por ruptura heterolítica de enlaces covalentes C-O, N-O dando compuestos electrófilos catiónicos Por reacción con compuestos inorgánicos

La estructura electrófila enlazan con facilidad con las zonas nucleófilas (grupos -NH2 , SH, ...) de macromoléculas (ADN, ARN, proteinas, lípidos insaturados, ...). La gravedad del daño depende de la biomolécula receptora: mutagénesis, carcinogénesis, teratogénesis, sensibilización alérgica, necrosis celulares. v FORMACIÓN DE RADICALES LIBRES Efectos tóxicos debidos a intermediarios reactivos formados en la biotransformación: Estructuras electrofílicas potentes o radicales libres (moléculas que poseen en su orbital externo 1 electrón desapareado) v FORMACIÓN DE SUPERÓXIDOS Radical superóxido aparece en procesos bioquímicos normales. Anión superóxido implicado en acción tóxica de algunos plaguicidas

FASE TOXICODINÁMICA

TIPOS DE DAÑOS SOBRE LAS FUNCIONES CELULARES

v INTERFERENCIAS EN ACTIVIDADES ENZIMÁTICAS Específicas: Plaguicidas OP sobre acetilcolinesterasa No específicas: As, Hg, Pb sobre grupos –SH de enzimas v INTERFERENCIAS EN FUNCIONES GENERALES DE LA CÉLULA Sustancias lipófilas por acumulación en membranas v INTERFERENCIAS EN FUNCIONAMIENTO DE SISTEMA ADN-ARNSINTESIS DE PROTEINAS v DAÑOS POR BLOQUEO DE CAPACIDAD TRANSPORTADORA DE OXÍGENO DE LA HEMOGLOBINA Oxidación de Fe 2+ a Fe 3+ (transformación de hemoglobina a metahemoglobina) v DAÑOS POR REACCIONES DE SENSIBILIZACIÓN Desarrollo de mayor susceptibilidad de algunos seres biológicos a la actividad de un xenobiótico. Alérgenos (sustancia muy reactiva frente a proteínas y da hipersensibilidad alérgica) v DAÑOS POR IRRITACIÓN QUÍMICA DIRECTA DE LOS TEJIDOS Producen dermatitis química, irritación de mucosas

TIPOS DE EFECTOS TÓXICOS

MUTAGÉNESIS. Modificación del material genético ESTABLE y TRANSMISIBLE a células hijas. Proceso tóxico producido por inducción de cambios en secuencia normal de pares de bases. o Mutaciones génicas (sólo afectan 1 o varios pares de bases) o Mutaciones cromosómicas (grandes fragmentos ADN afectados) CARCINOGÉNESIS. Enfermedad crónica relacionada con la exposición a compuestos presentes en el ambiente TERATOGÉNESIS. Proceso por el que se producen malformaciones en el embrión y feto HEPATOTOXICIDAD NEFROTOXICIDAD TOXICIDAD SOBRE EL TEJIDO SANGUÍNEO TOXICIDAD SOBRE EL TEJIDO INMUNE TOXICIDAD SOBRE EL SISTEMA NERVIOSO

EXPOSICIÓN

ABSORCIÓN EN SITIOS DE ENTRADA

DISTRIBUCIÓN EN EL CUERPO

EXCRECIÓN

METABOLISMO METABOLITOS MÁS TÓXICOS

METABOLITOS MENOSTÓXICOS

PRODUCTOS CONJUGACIÓN

DISTRIBUCIÓN

INTERACCIÓN CON MACROMOLÉCULAS (Proteínas, DNA, RNA, Receptores, etc.)

Movilización y reparación

EFECTOS TÓXICOS (Genéticos, carcinogénicos, reproductivos, inmunotóxicos, etc.)