Toxicologia - Avaliação e Gerenciamento de Risco / Monitoramento Ambiental e Aplicação de Bioindicadores em Estudos Toxicológicos

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Rafaela Bilhão 
07/06/2022 
TOXICOLOGIA 
TESTES TOXICOLÓGICOS – AVALIAÇÃO E 
GERENCIAMENTO DE RISCO 
→ A evolução da Farmacologia levou as agências 
regulatórias dos países desenvolvidos a 
formularem suas expectativas quanto aos estudos 
científicos a serem realizados pelo fabricante de 
um novo medicamento sob a forma de Diretrizes 
→ Recomendações da Agência Regulatória sobre a 
realização dos estudos toxicológicos para avaliar 
os riscos que esses compostos podem implicar aos 
seres humanos e ao meio ambiente 
→ 1 – Estudos Pré-clínicos: 
• Estudos Pré-clínicos químico-
farmacêuticos 
• Estudos Pré-clínicos fármaco-toxicológicos 
→ 2 – Estudos Clínicos: 
• Ensaio de Fase I (realizar uma avaliação 
preliminar de segurança e obter dados 
iniciais sobre o perfil farmacocinético e 
farmacodinâmico no homem) 
• Ensaio de Fase II (demonstrar a atividade e 
avaliar segurança do novo ingrediente 
ativo a curto prazo e em um número 
limitado de pacientes sofrendo a doença) 
• Ensaio de Fase III (demonstrar a eficácia e 
segurança a médio e longo prazo) 
• Ensaios de Fase IV (Estudos de fármaco-
vigilância, após comercialização) 
ESTUDOS PRÉ-CLÍNICOS FÁRMACO-TOXICOLÓGICOS 
→ Objetivos: 
• Obter o perfil toxicológico que possibilite a 
1ª administração a seres humanos (Fase I) 
• Complementar estudos clínicos de 
segurança que não seriam éticos em 
humanos (ex: reprodução, 
carcinogenicidade) 
• Esclarecer mecanismos de ação do novo 
produto 
TESTES DESCRITIVOS DE TOXICIDADE EM ANIMAIS 
→ Princípios em que se baseiam esses testes: 
1. Os efeitos produzidos por um composto 
em animais de laboratório, são aplicáveis 
a humanos 
➢ Por área de superfície 
➢ Por peso corporal 
➢ Carcinógenos 
 
2. A exposição experimental de animais a 
altas doses é um recurso necessário e 
válido para descobrir possíveis perigos 
humanos 
ESTUDOS TOXICOLÓGICOS RECOMENDADOS 
• Toxicidade aguda 
• Toxicidade de doses repetidas (sub-aguda, 
sub-crônica e crônica) 
• Toxicidade genética 
• Carcinogenicidade 
• Toxicocinética 
• Toxicidade reprodutiva 
TOXICIDADE AGUDA 
→ Toxicidade que resulta de uma única dose ou de 
administração fracionadas em um período de 24h 
→ Delineamento do Estudo: 
• Via de administração: 1 preconizada para 
o uso clínico e 1 alternativa 
• Espécie: 1 roedor e 1 não-roedor 
• Sexo: machos e fêmeas 
• Período de observação: 2 semanas (14 
dias) 
• Desfechos: morte (latência e modo) e 
efeitos não-letais 
• Determinações: relação dose-efeito e 
estimativa de dose letal (𝐷𝐿50 𝑜𝑢 𝐷𝐿𝐴) 
TOXICIDADE AGUDA DÉRMICA 
• Em coelhos 
• O local de aplicação é raspado e a 
substância é aplicada e fica em contato por 
24h 
• Após esse período o plástico é tirado e a 
pele é limpa com a finalidade de retirar 
qualquer substância restante 
• Os animais são observados por 14 dias, e a 
DL50 é calculada 
• Se não for observada toxicidade com 
2g/kg, outros testes de toxicidade aguda 
dérmica não são realizados 
 
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TOXICIDADE AGUDA INALATÓRIA 
• São realizados da mesma forma dos outros 
estudos agudos, porém a via de exposição 
é inalatória 
• A duração da exposição é de 4h 
• Embora os valores de DL50 e CL50 tenham 
significado limitado, estudos de letalidade 
aguda são essenciais para caracterizar os 
efeitos tóxicos dos químicos e o seu 
prejuízo para humanos 
• A principal informação desses testes vem 
da observação clínica e do exame pós-
morte dos animais 
IRRITAÇÕES NOS OLHOS E NA PELE 
• A capacidade de químicos irritar a pele e os 
olhos após uma exposição aguda é 
determinada em coelhos 
• No teste de irritação dérmica (teste de 
Draize), coelhos são preparados pela 
remoção de pêlo, o químico é aplicado na 
pele e protegido com gaze por 4h 
• Após isso observa-se o grau de dano a pele, 
que pode ser: eritema, escara, edema e 
corrosão 
• Para determinar o grau de irritação ocular, 
o químico é instilado em um dos olhos do 
coelho e o outro serve de controle. Os 
olhos são examinados em vários períodos 
de tempo 
SENBILIZAÇÃO 
• Informações sobre o potencial de um 
químico sensibilizar a pele são necessárias 
além do teste de irritação para todos os 
materiais que entram em contato com a 
pele repetidamente 
• Procedimentos desenvolvidos para 
determinar o potencial das substâncias 
químicas induzirem reação de 
sensibilização em humanos 
TOXICIDADE DE DOSES REPETIDAS (SUB-AGUDA, SUB-
CRÔNICA E CRÔNICA) 
→ Toxicidade de doses repetidas: avaliar os 
efeitos adversos que resultam de várias doses 
→ Objetivos: 
• Identificar órgãos-alvo para ação tóxica 
• Estabelecer relação dose-efeito 
• Determinar o NOAEL 
• Fornecer indícios de mecanismo de ação 
• Seleção de doses para estudos 
subsequentes 
→ Delineamento do Estudo: 
• Via de administração: 1 preconizada para 
o uso humano 
• Espécies: 1 roedor e 1 não-roedor 
• Sexo: machos e fêmeas 
→ Duração do Tratamento: 
• Sub-aguda: 02 a 04 semanas 
• Sub-crônica: < 06 meses 
• Crônica: ≥ 06 meses 
→ O que avalia: 
• Sinais de Toxicidade: ganho de peso, 
consumo ração 
• Hematologia: leucócitos, hemácias, 
hemoglobina 
• Bioquímica do sangue e urina: glicose, 
creatinina 
• Peso de órgãos: fígado, rins, testículos, 
ovário, baço 
• Histopatologia: fígado, rins, bexiga, baço, 
timo 
→ Também pode observar efeitos sobre o sistema 
imune, enzimas microssomais, níveis sanguíneo de 
metabólitos 
TOXICIDADE GENÉTICA 
→ Se uma substância química é capaz de produzir 
alterações do material genético, contido em 
células germinativas ou somáticas, implicando em 
risco genético potencial para as gerações futuras e 
risco potencial de câncer para a geração atual, 
respectivamente 
CARCINOGENICIDADE (CARNCINOGÊNESE QUÍMICA) 
→ Capacidade de substâncias químicas ou outros 
fatores ambientais de induzir o aparecimento de 
neoplasias malignas 
TOXICOCINÉTICA 
→ Estudo do movimento de substâncias químicas 
no organismo 
 
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→ ADME: 
➢ Absorção 
➢ Distribuição 
➢ Metabolismo 
➢ Eliminação 
→ Parâmetros: Cmax, Tmax, AUC0- 
(biodisponibilidade), Clearance, T1/2, Vd 
→ Metabolismo: 
• Metabólitos: sangue e urina 
• Enzimas envolvidas na biotransformação 
❖ Reação de Fase I do Metabolismo 
- Isoenzimas citocromo P450 
❖ Reação de Fase II do Metabolismo 
- Conjugação 
• Polimorfismo – substância é substrato 
para enzimas polimórficas? 
TOXICIDADE REPRODUTIVA 
→ Efeitos adversos sobre o processo reprodutivo, 
incluindo a fertilidade, o acasalamento, o 
desenvolvimento embrio-fetal, o parto e o 
desenvolvimento pós-natal dos descendentes até 
a maturidade reprodutiva 
→ É uma das áreas mais complexas da Toxicologia 
Preditiva 
→ O ciclo reprodutivo prolonga prolonga-se por 
grande parte da vida do indivíduo, iniciando-se 
com a produção dos gametas nos pais (ainda no 
período pré-natal), seguindo pela fertilização e 
desenvolvimento embrio-fetal, nascimento e 
desenvolvimento pós-natal até a maturidade 
sexual, quando o descendente adulto torna se 
capaz de procriar 
TOXICOLOGIA X AVALIAÇÃO DE RISCO 
→ Toxicologia: Estudos dos efeitos danosos de 
substâncias químicas em organismos vivos. 
Fornece a base de dados científicos na qual se 
apoia a avaliação de risco de efeitos adversos para 
a saúde 
→ Avaliação de risco: É o processo de se estimar a 
probabilidade que um composto químico 
apresenta de vir a produzir efeitos adversos numa 
dada população, em determinadas condições de 
exposição 
AVALIAÇÃO DE RISCO 
→ Estabelece a relação entre o risco e os 
benefícios de produtos e serviços de saúde ou de 
interesse da saúde. 
→ É uma atividade de caráter estatístico, realizada 
em diversas etapas. Na maioria das vezes, é um 
processo, complexo, de alto custo, e que envolve 
pessoal altamente qualificado, metodologias 
específicas e equipamentos sofisticados 
→ Por tudo isso, a avaliação do risco é quase 
inviável nos países mais pobres. Nos países ricos, é 
realizada sob a supervisãodas agências 
regulatórias, como a FDA, nos Estados Unidos, ou 
a Anvisa, no Brasil 
Qualidade dos dados toxicológicos 
↓ 
Precisão da Avaliação do Risco 
→ Risco Subestimado: Medidas de proteção não 
serão usadas adequadamente, e 
consequentemente uma alta incidência de efeitos 
adversos será observada na população exposta 
→ Risco Superestimado: Aumento no custo do 
gerenciamento de risco 
→ Avaliação do risco: 
➢ Identificação da periculosidade 
➢ Avaliação da relação dose-efeito 
➢ Avaliação da exposição 
➢ Caracterização do risco 
IDENTIFICAÇÃO DA PERICULOSIDADE 
→ A exposição a uma dada substância química 
causa efeitos adversos à saúde? Modelo Animal x 
Homem 
➢ Modelo Animal 
➢ Diferença entre espécies 
➢ Exposição única 
➢ A priori 
 
➢ Homem 
➢ Fator de incerteza menor 
➢ Habitat natural 
➢ A posteriori 
 
 
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AVALIAÇÃO DA EXPOSIÇÃO 
→ Qual o nível de exposição está sendo vivenciado 
(ou pode ser previsto) pela população, em 
diferentes condições de exposição? 
→ Parâmetros importantes: 
• Vias de exposição (água, ar, solo, alimento) 
• Duração da exposição 
• No de indivíduos expostos 
• Degradação biótica ou abiótica 
• Persistência e acumulação no meio 
ambiente 
• Absorção pela pele 
• Bioacumulação na cadeia alimentar etc 
→ Diferentes Cenários e.g.questões sócio-
econômicas (diferenças nutricionais, exposição 
ocupacional, uso ilícito de etc.) 
→ Qual a relação entre a dose e a incidência de 
reações adversas no homem? (NOAEL e LOAEL) 
• NOAEL: “No Observed Adverse Effect 
Level”, ou nível máximo de dose em que 
não observa-se efeito adverso 
• LOAEL: Lowest Observed Adverse Effect 
Level”, ou o menor nível de dose em que 
observa-se efeito adverso 
 
 
CARACTERIZAÇÃO DO RISCO 
→ Qual a incidência estimada de efeitos adversos 
em uma determinada população, sob 
determinadas condições de exposição? 
 
FATORES ARBITRÁRIOS DE INCERTEZA (OU 
SEGURANÇA) 
JECFA: 
x 10 = Sensibilidade entre espécies (extrapolação 
dos resultados obtidos em animais para o homem) 
x 10 = Heterogenicidade da população humana 
(extrapolação dos resultados obtidos entre 
indivíduos) 
INGESTÃO DIÁRIA ACEITÁVEL 
→ É o nível de ingestão diária, expresso em mg/kg 
de peso corpóreo, de um dado agente químico, em 
que não se observa risco apreciável à saúde, 
levando-se em consideração que a exposição 
ocorra por toda a vida do indivíduo. WHO,196 
→ IDA = NOAEL / FI 
• IDA incondicional 
• IDA não especificada 
• IDA temporária 
• IDA não alocada 
• IDA de grupo 
INGESTÃO DIÁRIA TOLERÁVEL 
→ Para poluentes ambientais, e.g. TCDD, utiliza-se 
o termo IDT, partindo-se do princípio de que a 
adição do composto no alimento não ocorre 
intencionalmente 
→ IDT = NOAEL / FI 
INGESTÃO SEMANAL TOLERÁVEL TEMPORÁRIA 
→ Os efeitos adversos de algumas substâncias 
químicas, e.g. metais pesados, são medidos de 
acordo com os níveis encontrados no soro 
sanguíneo, ao invés da dose ingerida 
→ É o nível de ingestão semanal, cujo balanço 
entre ingestão e eliminação é alcançado, não 
ocorrendo então acumulação 
AVALIAÇÃO DE RISCO 
→ Risco/Benefício (Gerenciamento de Risco) 
→ Avaliação x Gerenciamento de risco 
➢ Avaliação: exercício científico 
➢ Gerenciamento de risco: Julgamento 
Subjetivo, depende de condições culturais 
 
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e sócio-econômicas e por isso difere 
enormemente entre países 
GERENCIAMENTO 
→ Depois de avaliado, o risco precisa ser 
administrado e monitorado. É preciso tomar 
decisões sobre o controle do risco, confrontando 
confrontando-se os dados técnicos da avaliação 
com inúmeros fatores conjunturais de ordem 
cultural, econômica e política. É nesse momento 
que a VISA deve decidir se precisa atuar com maior 
ou menor rigidez 
 
 
COMUNICAÇÃO DO RISCO 
→ É obrigação dos órgãos de VISA divulgar 
informações que melhorem a consciência sanitária 
do setor regulado e da população 
→ A comunicação do risco aumenta a capacidade 
de os cidadãos escolherem, dentre as opções 
existentes, aquela que oferece menores riscos; 
exigirem seus direitos; e atuarem como parceiros 
do poder público no âmbito da VISA 
 
 
MONITORAMENTO AMBIENTAL E APLICAÇÃO DE 
BIOINDICADORES EM ESTUDOS TOXICOLÓGICO 
MONITORAMENTO AMBIENTAL 
→ Definição: “É a medida e a avaliação de 
agentes no ambiente para estimar a exposição 
ambiental e o risco à saúde por comparação dos 
resultados com referências apropriadas.” 
→ A monitoramento ambiental, entretanto, ao 
estimar a intensidade da exposição, não é 
inteiramente satisfatória para evitar o risco 
decorrente da exposição ocupacional ou 
ambiental a xenobiótico 
→ Objetivos: 
• Verificar se as concentrações dos agentes 
químicos determinados em amostras 
ambientais estão de acordo com os 
padrões de segurança estabelecidos 
• Estabelecer a relação entre a concentração 
de agentes químicos no ambiente e o 
estado de saúde dos indivíduos expostos 
• Verificar a eficiência de medidas de 
controle dos agentes químicos 
contaminantes do meio 
• Determinar as fontes que veiculam 
substâncias tóxicas para organismos vivos 
• Avaliar a necessidade de controle de uma 
fonte específica de emissão 
• Determinar os problemas específicos de 
contaminação por substâncias químicas 
em diferentes regiões 
ESTUDO DE CASO – ATIVIDADE DE MONOOXIGENASES 
HEPÁTICAS COMO BIOINDICADOR DA POLUIÇÃO 
AQUÁTICA 
→ Medições de mudanças biológicas induzidas por 
contaminação química podem ser muito úteis em 
programas de biomonitoramento para detectar a 
exposição à agentes químicos 
→ As monooxigenages citocromo (CYP) P450 
presentes em peixes são induzíveis por diversos 
poluentes ambientais, tais como: hidrocarbonetos 
aromáticos policíclicos (PAHs), bifenilas 
policloradas (PCBs), hidrocarbonetos aromáticos 
halogenados planos (pHAH), TCDD, entre outros, o 
que os tornam potenciais biomarcadores para a 
avaliação da contaminação ambiental 
 
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→ Objetivos: 
• Comparar as atividades das 
monooxigenases hepáticas de Tilápias do 
Nilo de ambos os sexos capturadas em 4 
locais distintos 
• Procurar verificar, comparando as 
atividades de EROD (etoxiresorufina-
O desetilase) e MROD (metoxiresorufina-
O-desmetilase), se Tilápia do Nilo expressa 
as duas isoformas de CYP1A encontradas 
em mamíferos ou se possui apenas a 
isoforma híbrida, como já foi sugerido em 
outras espécies de peixes 
• A determinação das atividades dos 
citocromos P450 da Tilápia do Nilo dos 
diferentes locais estudados servirá como 
parâmetro para avaliar a contaminação 
local por substâncias indutoras destas 
enzimas, e comparar os efeitos dos 
diferentes tipos de poluição 
→ Metodologia: 
→ A Tilapia do Nilo é um peixe onívoro de água 
doce disseminado em rios, lagos e represas, e uma 
importante fonte de alimentação para populações 
ribeirinhas. É altamente resistente às variações 
ambientais, sobrevivendo em ambientes 
densamente poluídos e de alta salinidade, o que a 
torna interessante para ser usada como 
bioindicador da contaminação ambiental e em 
estudos de bioquímica comparada 
→ Os peixes foram capturados: 
• Centro de Aqüicultura da Região Sul – 
EMATER –não poluída 
• Lago Açu da UFRRJ – alta contaminação por 
material orgânico (presença de aguapés) 
• Lago da estação de piscicultura (UFRRJ) – 
contaminado por material orgânico 
• Rio Guandu – subst poluidoras: metais 
pesados e PAHs 
→ Os peixes foram sacrificados por decapitação, 
os fígados foram retirados, congelados e 
armazenados em nitrogênio líquido 
→ Após degelo, foi feito um pool com fígados 
provenientes de três animais da mesma origem 
→ Esse pool foi homogeneizado por centrifugação, 
o sobrenadante foi filtrado em gaze e novamente 
armazenado em nitrogênio líquido, até as análises 
enzimáticas e a determinação da concentração de 
proteínas 
→ Determinação da concentração de proteínas – 
método colorimétrico 
→ A medida das atividades enzimáticas foirealizada em cubetas de quartzo no 
espectrofluorímetro 
→ Resultados: 
→ Peixes Controle: Valores encontrados foram 
considerados basais, não sofreram nenhuma 
interferência do meio externo 
→ Peixes Lago Açu: As atividades EROD e MROD 
estavam significativamente induzidas quando 
comparadas à média obtida para os animais 
controle 
→ Peixes do Lago da Estação de Piscicultura: A 
atividade de EROD dos animais não foi alterada 
quando comparada com o controle, já a atividade 
da MROD houve uma discreta indução, porém 
significativa 
→ Peixes Rio Guandu: As atividades EROD e 
MROD estavam extremamente induzidas quando 
comparadas com a atividade dos animais controle 
→ Conclusões finais: 
1. A Tilápia do Nilo é uma espécie adequada 
para o monitoramento da contaminação 
ambiental 
2. As atividades EROD e MROD na fração sub-
celular do peixe são biomarcadores 
eficientes da poluição aquática de origem 
industrial 
3. A indução de EROD e MROD dos peixes do 
Lago Açu pode estar associada à presença 
de algum contaminante indutor no esgoto 
doméstico 
4. As atividades de EROD e MROD 
mostraram-se eficientes como 
biomarcadores da contaminação química 
por substâncias indutoras de CYP1A, tais 
como hidrocarbonetos aromáticos 
policíclicos 
 
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5. O Rio Guandu oferece riscos reais para 
toda a sua comunidade biótica, bem como 
para a população que vive em suas 
margens (sobrevivendo da pesca) e para as 
pessoas que são abastecidas por suas 
águas através da rede pública de água 
potável 
MONITORAMENTO BIOLÓGICO 
→ Definição: “A medida e avaliação de agentes 
químicos ou de seus produtos de 
biotransformação em tecidos, secreções, 
excreções, ar exalado ou alguma combinação 
desses, para estimar a exposição ou risco à saúde 
quando comparado com uma referência 
apropriada.” 
→ Objetivo principal: 
• Verificar: 
• A quantidade do agente químico 
recentemente absorvido ou seus produtos 
de biotransformação 
• A quantidade armazenada num ou em 
vários compartimentos do organismo 
• Quantidade do agente químico ligado aos 
sítios de ação 
→ Objetivos: 
• Complementar a avaliação ambiental 
• Fornecer dados para o estabelecimento de 
limites de tolerância 
• Estabelecer valores de referência dos 
Indicadores Biológicos de exposição para 
grupos específicos da população 
• Determinar o risco químico de agentes 
tóxicos e contaminantes ambientais para a 
saúde individual e coletiva 
• Avalia possíveis efeitos nocivos 
• Recomenda programa de atuação para a 
prevenção da exposição ocupacional 
• Avalia a eficiência destes programas 
INDICADOR BIOLÓGICO 
→ O termo indicador biológico (ou biomarcador) é 
utilizado para representar qualquer medida que 
reflita uma interação entre um sistema biológico e 
um agente ambiental, quer este seja químico, 
físico ou biológico 
→ No específico âmbito da exposição aos agentes 
químicos, consideram-se três diferentes tipos de 
Indicadores 
→ Indicador biológico de exposição (ou dose 
interna): 
• Substância exógena ou seu metabolito, ou 
o produto da interação entre um 
xenobiótico e uma molécula-alvo ou célula, 
que é medido num compartimento 
orgânico 
- Importância: O parâmetro biológico da 
exposição (ou dose interna) está mais diretamente 
relacionado com os efeitos nocivos à saúde do que 
na monitoramento ambiental 
→ Indicadores biológicos de exposição humana – 
Compreende todo e qualquer xenobiótico ou seu 
produto de biotransformação, assim como 
qualquer alteração bioquímica precoce cuja 
determinação nos fluidos biológicos, tecidos ou ar 
exalado avalie a intensidade da exposição ao 
agente químico contaminante ambiental ou 
ocupacional 
• Agentes exógenos não alterados (ex: 
metais pesados, solventes) 
• Agentes metabolizados (ex: fenol) 
• Moléculas produzidas endogenamente 
(ex: ALA-U para chumbo) 
• Alterações metabólicas (ex: 
acetilcolinesterase para organofosforados) 
• Alterações celulares ou teciduais (ex: 
mobilidade do esperma) 
→ Indicadores de dose interna: Pode refletir a 
dose real da substância no sítio onde ela exerce a 
sua ação ou estimar, de forma indireta, o grau de 
exposição desde que o nível da substância no 
material biológico esteja correlacionada com a 
concentração ambiental 
→ Indicador biológico de efeito: alteração 
bioquímica, fisiológica, comportamental, ou de 
outra natureza, quantificável, que, dependendo 
da magnitude, pode ser reconhecida como 
associada com uma possível alteração de saúde ou 
doença 
 
 
 
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→ Essa alteração é considerada não nociva 
quando: 
• Ao ser produzida numa exposição 
prolongada, não resulta em transtornos da 
capacidade funcional nem da capacidade 
do organismo para compensar nova 
sobrecarga 
• É reversível e não diminui a capacidade do 
organismo manter sua homeostasia 
• Não aumenta a suscetibilidade do 
organismo aos efeitos indesejáveis de 
outros fatores de risco ambiental, tais 
como os químicos, os físicos, os biológicos 
ou sociais 
→ Vantagem: Fornecem melhor informação sobre 
a quantidade do agente químico que interage com 
o sítio de ação 
→ Indicador biológico de susceptibilidade: 
Indicador de uma capacidade inata ou adquirida 
de um organismo para responder ao impacto da 
exposição a uma substância xenobiótica