aula_2_toxicocinetica

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Toxicocinética
Prof. José Luiz da Costa
jose.jlc@fcf.unicamp.br
Toxicologia Geral
FR-804
mailto:jose.jlc@fcf.unicamp.br
Toxicologia
Substância química Organismo
Efeito nocivo
Elementos básicos
Substância química Organismo
Efeito nocivo
Toxicante Intoxicação
Toxicidade
1ª. Fase
Exposição
2ª. Fase
Toxicocinética
3ª. Fase
Toxicodinâmica
4ª. Fase
Clínica
Transporte
Absorção
Distribuição
Eliminação
Mecanismo
de ação
Toxicante Toxicidade Intoxicação
Manifestação de sinais
e sintomas
Fases da Intoxicação
1ª. Fase – Exposição ao 
Xenobiótico
✦Condições que afetam a disponibilidade:
• Dose ou concentração;
• Via de introdução no organismo;
• Duração ou frequência de exposição;
• Susceptibilidade individual
• Propriedades físico-químicas:
• Solubilidade;
• Pressão de vapor;
• Tamanho da molécula;
• Grau de ionização;
Estudo da relação entre a quantidade de um 
agente tóxico que atua sobre o organismo e a 
concentração dele no sangue, envolvendo os 
processos de absorção, distribuição e eliminação
do agente, em função do tempo.
2ª. Fase – Toxicocinética
TOXICOCINÉTICA
o que o organismo faz com o toxicante
TOXICODINÂMICA
o que o toxicante faz com o organismo
✦O conhecimento da toxicocinética contribui para:
- escolha do material biológico para ser analisado;
- período de tempo para detecção do xenobiótico no material 
analisado;
- determinação da melhor estratégia terapêutica;
- avaliação do risco - parâmetros experimentais extrapolação dos 
dados.
Toxicocinética
Absorção
Vias de Exposição, Absorção, Distribuição e 
Eliminação
Vias de absorção/introdução
importantes na Toxicologia
✦ Oral: alimentos, medicamentos ou drogas de abuso; 
poluentes da atmosfera (ambiental, ocupacional).
✦ Pulmonar: poluentes (ambiental e ocupacional), monóxido 
de carbono, gases asfixiantes (guerra, crimes, suicídios).
✦ Dérmica: agentes ocupacionais, poluentes, medicamentos (e 
cosméticos), agentes irritantes.
✦ Intravenosa: medicamentos e drogas de abuso.
Representação gráfica (logarítmica) da 
concentração plasmática em função do 
tempo.
A: administração endovenosa.
B: administração oral.
Absorção
✦ É a transferência de um agente químico do local de 
exposição, geralmente a superfície externa ou interna do 
corpo (trato respiratório e trato gastrintestinal) para a 
circulação sistêmica.
• Transporte passivo (filtração e difusão lipídica)
• Transporte ativo
• Difusão facilitada
Absorção
✦ Difusão passiva:
• Solubilidade
• Gradiente de concentração
• Grau de ionização
✦ Lipossolubilidade: 
conferida por grupamentos
alquílicos, fenílicos.
✦ Hidrossolubilidade: 
conferida por grupos como
–OH, -COOH, -NH2, -
SH.
quantidade dissolvida em óleo
quantidade dissolvida em água
Kow ou CP =
Solubilidade: coeficiente de partição óleo/água
Há uma variedade de métodos empíricos para
determinação do Log P, assim como ferramentas
computacionais para predizer o Log P para
qualquer composto*.
*Mannhold et al., J Pharm Sci, v.98, 2009
Absorção
Lei de Fick:
p = K A (C1-C2)
d
Onde: 
p = proporção do composto capaz de 
atravessar a membrana
K = constante de difusão
A = área disponível para difusão
d = espessura da membrana
C1 = concentração do composto no 
compartimento extracelular
C2 = concentração do composto no 
compartimento intracelular
Gradiente de concentração
Absorção
TRANSPORTE ATIVO:
• Transporte com gasto de energia
• Substâncias movem-se contra
gradiente de concentração
• Transportador seletivo: pode haver
competição
• O sistema de transporte é saturado
em altas concentrações
Absorção
Absorção
1. Via gastrintestinal (oral)
Absorção via TGI
Fatores que afetam a biodisponibilidade após administração oral (Flanagan, 
2007)
Via gastrintestinal
Tipos de transportes envolvidos:
- transporte passivo;
- transporte ativo:
Tálio, Cobalto e Magnésio - sistema que absorve ferro
Chumbo - transporte de cálcio
Principal local de absorção  intestino delgado, em
função do peristaltismo, da grande área superficial, alta
irrigação sanguínea e condição favorável de pH.
Absorção
estômago intestino
Absorção
1. Via gastrintestinal
1.1. Influência do grau de dissociação:
- Bases: pH=pKa + log [ñ. ionizada]
[ionizada]
[ionizada]
- Bases: 10pH-pKa = [ñ. ionizada]
Absorção
1. Via gastrintestinal
1.1. Influência do grau de dissociação:
- Ácidos: pH=pKa + log [ionizada]
[ñ. ionizada]
[ñ. ionizada]
- Ácidos: 10pH-pKa = [ionizada]
Absorção
1. Via gastrintestinal
1.1. Influência do grau de dissociação:
pH
Porção não ionizada (%)
Ácido benzóico (pKa=4) Anilina (pKa=5)
2 99,0 0,1
3 90,0 1,0
5 10,0 50,0
7 0,1 99,0
Absorção
Absorção
1. Via gastrintestinal
1.1. Influência do grau de dissociação:
1. Via gastrintestinal
1.2. Lipossolubilidade da fração não ionizada:
Fármaco
pKa % absorvida
barbital 7,8 4
secobarbital 7,9 30
tiopental 7,6 46
Absorção
1. Via gastrintestinal
1.3. Estado de plenitude / vacuidade gástrica
1.4. Tempo de permanência nas diferentes regiões
cavidade bucal = minutos;
esôfago = minutos;
estômago = uma hora;
intestino = 4 a 24 horas.
Absorção
1. Via gastrintestinal
1.4. Tempo de permanência nas diferentes regiões
órgão pH área superficial
estômago 1 a 3 < 5 m2
intestino delgado 5-7 ; 7-8
< 200 m2
intestino grosso 7 a 8
< 5 m2
Absorção
1. Via gastrintestinal
1.5. Características do indivíduo exposto (idade):
Nitratos - maior incidência de metemoglobinemia em crianças devido ao 
pH intestinal mais elevado: 
pH  E.coli : Nitrato Nitrito
1.6. Alterações da molécula do xenobiótico no suco 
gástrico.
Absorção
1. Via gastrintestinal
1.7. Alterações causadas por situação de overdose
• Diminuição do esvaziamento gástrico ou da motilidade 
intestinal
• Antidepressivos tricíclicos, anti-histamínicos, fenotiazínicos
• Irritação gástrica, êmese, aumento da motilidade 
intestinal
• AAS, teofilina, laxantes
• Saturação do metabolismo de primeira passagem
• Opióides
Absorção
2. Via dérmica
- Depende de: hidratação, circulação local, pilosidade local, 
espessura da membrana, área exposta, presença de algum 
veículo (solvente orgânico, detergente);
- grande dependência da lipossolubilidade da substância;
- velocidade de absorção mais lenta do que por outras vias;
- transporte transfolicular depende ainda do tamanho da 
molécula.
Absorção Via Dérmica
2. Via dérmica
- grande importância em toxicologia ocupacional;
- sais metálicos: absorção praticamente nula, por interação 
do metal com radicais sulfidrila;
Absorção Via Dérmica
3. Via respiratória
3.1. Material particulado no ar atmosférico
- DEPENDE: tamanho da partícula introduzida.
* partículas < 1 m  podem ser absorvidas, pois conseguem chegar até
alvéolos;
* partículas de 1 a 5 m geralmente depositam-se na região traqueobronquiolar;
* partículas maiores que 5 m tendem a ser retidas na região nasofaríngea.
Absorção
Via Respiratória
3. Via respiratória
3.1. Material particulado no ar atmosférico
Tamanho das 
partículas
retenção destino
< 1 m alvéolos pulmonares
Absorção ou remoção com o muco
através de movimentos ciliares ou
fagocitose
1 a 5 m traqueobronquiolar
Remoção com o muco através 
de movimentos ciliares
5 m nasofaríngeo Eliminação por espirro
3. Via respiratória
3.1. Gases e substâncias voláteis
- DEPENDE: basicamente da solubilidade da 
substância no sangue.
* vapores e gases (hidro)solúveis: parcialmente retidos
na fina camada de muco que recobre o trato
respiratório.
Absorção
Via Respiratória
3. Via respiratória
3.1. Gases e substâncias voláteis
- Coeficiente de partição sangue/ar
substância
Coef. part. 
sangue/ar
Tempo de 
equilíbrio (min)
Fator 
limitante
clorofórmio 15 Superior a 60 respiração
etileno 0,14 8 a 21 circulação
Absorção
Via Respiratória
Distribuição
Distribuição
✦Transporte dos xenobióticos absorvidos através do
sangue para diversos tecidos;✦Inicialmente: órgãos altamente irrigados recebem mais
xenobiótico. Ex. fígado.
✦Após algum tempo: órgãos menos irrigados, podem
acumular maior quantidade do xenobiótico, desde que
possuam maior afinidade.
DISTRIBUIÇÃO
PRIMEIRA FASE (mais rápida): determinada pelo fluxo
sanguíneo e pela razão de difusão dos capilares sanguíneos para
um tecido específico.
Células endoteliais hepáticas e capilar peritubular renal possuem poros
maiores (50 a 150 nm de diâmetro) que permitem a passagem mesmo de
xenobióticos ligados à proteínas. Isso favorece o acúmulo de substâncias
no fígado e nos rins.
Corrente sanguínea
DISTRIBUIÇÃO
SEGUNDA FASE: determinada pela afinidade dos
xenobióticos pelos tecidos.
A) Chumbo
2 horas: 50% no fígado
1 mês: 90% nos ossos
B) TCDD
5 minutos: 15% nos pulmões, 1% no tecido adiposo
24 horas: 0,3% nos pulmões, 20% no tecido adiposo
PROTEÍNAS PLASMÁTICAS COMO SÍTIO DE DEPÓSITO
 Eritrócitos: transporte de metais, ciclosporinas.
 Albumina: liga-se a diferentes compostos;
  e  Lipoproteínas: transporte de substâncias lipossolúveis como vitaminas,
colesterol, hormônios esteróides e outros xenobióticos;
 1-Glicoproteína: substâncias de caráter básico.
 A extensão de ligação a proteínas plasmáticas pode variar consideravelmente
entre xenobióticos:
 Antipirina não se liga a proteínas,
 Secobarbital se liga em uma proporção de 50%,
 Varfarina se liga a 99%.
DISTRIBUIÇÃO
FÍGADO E RINS COMO SÍTIO DE DEPÓSITO
Fígado e rins têm grande capacidade de se ligar a xenobióticos.
 Concentram mais toxicantes que todos os outros combinados.
 Mecanismos: transporte ativo/ligação a componente teciduais.
 Ligandina (proteína presente em hepatócitos): afinidade por ác.
orgânicos.
 Metalotioneína: liga-se a Cd e Zn com alta afinidade nos rins e fígado.
 Pb: após 30 min de uma dose simples, a concentração de chumbo no
fígado é 50x maior que a concentração sanguínea.
DISTRIBUIÇÃO
TECIDO ADIPOSO COMO SÍTIO DE DEPÓSITO
DISTRIBUIÇÃO
adipócitos
aldrin
DDT
TCDD
PCB
 a concentração 
no órgão alvo
TECIDO ÓSSEO COMO SÍTIO DE DEPÓSITO
 A deposição de toxicantes nos ossos pode ou não ser prejudicial:
 O chumbo é relativamente não-tóxico para os ossos,
Fluoreto (F-) pode substituir OH- enquanto chumbo substitui cálcio na hidroxi-hepatita -
Ca10(PO4)6(OH)2
A deposição de F- nos ossos causa fluorose.
Metais radioativos (p. ex. estrôncio): câncer ósseo
DISTRIBUIÇÃO
Distribuição
✦Fatores que influenciam a distribuição:
• Propriedades físico-químicas do xenobiótico;
Distrubuição
Influência do grau de dissociação:
Distribuição
✦Fatores que influenciam a distribuição:
• Propriedades físico-químicas do xenobiótico;
• Diferenças na irrigação dos órgãos.
%Dose
Horas
80
40
20
10
sangue
víscera
músculos
adiposo
IV BOLUS
1 2 3
TIOPENTAL
✦Resumindo:
• Grande importância, pois condiciona a disponibilidade da
substância.
• São distribuídas com maior facilidade substâncias mais
lipossolúveis e não-ionizadas (não encontram dificuldades para
cruzar barreiras biológicas).
• A fração ligada a proteínas é mais facilmente transportada,
contudo, somente a fração livre pode deixar a circulação e chegar
aos tecidos.
• Aprisionamento nos tecidos nem sempre é um processo benéfico
para o organismo.
Distribuição
Biotransformação
Fernanda Negrão
Doutoranda em BTPB
Laboratório ThoMSon de MS/UNICAMP
✦ Toda alteração que ocorre na estrutura química da substância, ocorrida
no organismo.
Biotransformação
Biotransformação
Acetaminofeno
Substância ativa Substância ativa
Ex. codeína morfina
Biotransformação
O
N CH3
O OHCH3
O
N CH3
HO OH
CH2 CH CH3
NH2
CH CH CH3
NH2OH
Ex. anfetamina fenilpropanolamina
Codeína e anfetamina
Outros examplos
✦Figado
• Principal órgão na metabolização
• Alta concentração de enzimas
• Efeito de 1ª. Passagem
✦TGI
✦Pulmões
✦Rins
Locais de Biotransformação
Vias de Biotransformação
✦ São classicamente divididas em:
• Reações de oxidação/ redução – Fase I
• Reações de conjugação ou síntese - Fase II
O tipo de reação depende apenas da estrutura química do substrato e das 
enzimas atuantes.
FASE I
✦ Geralmente ocorre por enzimas hepaticas microssomais
localizadas no RE (Reações de oxidação/ redução).
✦ Tipicamente são OXIDASES 
• Hemeproteínas monooxigenases - CYP450 (75%)
• MAO – monoamina oxidases
• ALD – álcool desidrogenase
✦ Reações de hidrólise também ocorrem (esterases)
CH3
N
CH3
C
O
O -
OH
éster metilecgonina
OH
OH
O
C
CH3
N
1 ou pH
ec gonina
N
CH3
C
O
O - CH2 - CH3
OH
és ter etilec gonina
1
CH3
N
CH3
C
O
O -
O - C -
O
1 ou pH
N
CH3
C
O
OH
O - C -
O
1
O - CH2 - CH3
O
C
CH3
N
O
O - C -
N
C
H
3
C
O
O - CH3
metilec gonidina
O - C -
O
N
H
C
O
O - CH3
norcoc aína
O - C -
O
N
H
C
O
OH
benzoilnorec gonina
O - C -
O
N
H
C
O
O - CH2 - CH3
norcoc aetileno
2
2 2
1 ou p H
3
1 1
1
etanol
33
etanol
cocaína benzoilecgonina cocaetilenococaetileno
Produtos de biotransformação , transesterificação e pirólise da cocaína encontrados em urina.
1- Carboxilesterases ; 2 - Colinesterases ; 3 - Citocromo P450
SISTEMA CYP450
✦Complexo enzimático formado por hemoproteínas
✦Apresenta subclasses (isoenzimas) que dependem dos 
genes que codificam a CYP.
✦ Metaboliza 75% dos fármacos comumente prescritos
• 95% destes são reações de oxidação
• Enzimas altamente reativa
• Localizadas nos microssomas hepáticos
• NDPH e O2
CYP450
1: Fármaco liga-se ao P450
oxidado (Fe3+)
2: NADPH reduz o complexo
C450-fármaco.
3: e- reduz O2 e forma
complexo O2-P450-fármaco
4: rearranjo – O2 é transferido
ao fármaco e P450 é reciclado
Drugs on the market metabolized by various 
P450 isoforms
3A**
51%
2C*
15%
2D6
25%
1A2
5%
2A6
2%
2E1
2%
** Soma de 3A4 e 3A5
* Soma de 2C8, 2C9, 
2C18 e 2C19
Isoenzimas CYP 450
CYP3A4
INDUÇÃO E INIBIÇÃO
✦ Efeito indidental ou desejável
✦ Indução: aumento da expressão enzimática através do 
aumento da transcrição e tradução / diminuição da 
degradação. 
• Um xenobiotico pode induzir seu próprio metabolismo
– Carbamazepina
✦ Inibição: diminui metabolismo / clearance e aumenta
toxicidade. 
Fatores que influenciam na biotransformação
de xenobióticos
✦ Interações medicamentosas – antibioticos x 
anticoncepcionais; tolerância (carbamazepina); metanol x 
etanol
✦ Fatores individuais (farmacogenômica)
✦ Idade: crianças e idosos
✦ Dieta: deficiencia nutricional
✦ Ambiente: hidrocarbonetos
✦ Doenças hepaticas 
Farmacogenômica
✦ Estuda o efeito da variabilidade genética sobre o metabolismo de 
xenobióticos.
✦ A maioria dos estudos foca nas enzimas CYP450 justamente por
controlarem grande parte do metabolismo de xenobióticos.
✦ Todos os genes que codificam a CYP450 são
POLIMÓRFICOS
✦ O fenótipo depende dos alelos herdados dos pais
✦ CYP2D6 e CYP2C19 são as mais estudadas
Fenótipos CYP2D6
✦ Metabolizador NORMAL (63%)
✦ Metabolizador INTERMEDIÁRIO (12%)
✦ Metabolizador LENTO (17%)
✦ Metabolizador ULTRARRÁPIDO (8%) 
Fenótipos CYP2C19
✦ Metabolizador NORMAL (60%)
✦ Metabolizador RÁPIDO (20%)
✦ Metabolizador LENTO (16%)
Alcool desidrogenase
FASE II
Na ✦ maioria dos casos, o processo de conjugac ̧ão torna o 
fármaco mais polar. 
Praticamente✦ todos os produtos conjugados são
farmacologicamente inativos.
Envolve✦ complexação com compostos endógenos
• Processo mais freqüente, ocorrendo em grupamentos –
COOH, -OH, -SH ou –NH2.
• Geralmente mediado por enzima (trans-glicuronilase).
• Sempre aumenta a hidrossolubilidade do composto.
Conjugação glicurônica
✦Sistema possui alta afinidade por hidroxilas aromáticas e 
alifáticas.
✦Mediado por enzimas sulfotransferases ou sulfoquinases, 
utilizando como cofator o PAPS (3-fosfato-5-fosfossulfato).
Conjugação com Sulfato
✦Átomos de N, O ou S podem receber radical metil, em reação 
mediada por enzimas próprias:
* N-metiltransferasesmetilaçãode N;
* O-metiltransferasesmetilação de O;
* S-metiltransferases metilação de S.
• a metilação dificulta a eliminação, pois origina sempre
compostos de menor solubilidade.
Metilação
✦Ocorre entre um aminoácido endógeno, especialmente glicina.
✦Ocorre principalmente com ácidos carboxílicos aromáticos.
✦Geralmente, grupamento amina do aa. vai originar grupamento 
amida pela ligação com grupamento ácido.
✦Enzima envolvida: acilase; cofator: Coenzima A; envolve gasto de 
ATP.
Conjugação peptídica
Conjugação peptídica
Biotransformação do 
Tolueno e Ác. Salicílico
(conj. glicina)
✦Fase II ou fase sintética
4. Conjugação mercaptúrica
- glutationa = acetilcisteína (radical –SH).
- sempre é reação de detoxificação.
- não há gasto de energia.
Acetilcisteína ou ácido 
mercaptúrico
Biotransformação
Importância do conhecimento da 
biotransformação
✦ Analises toxicológicas: 
• saber qual metabólito procurar e onde
✦ Monitorização terapêutica
• Importante para fármacos com janela terapêutica estreita
• Estudo da inibição e indução de metabolismo desejável
ou não
Excreção
Depuração | Clearance
✦ Principal parâmetro toxicocinético
✦ Limita a ação dos xenobióticos
✦ Taxa de eliminação de um xenobiótico do corpo em 
relação a concentração plasmática (volume por tempo) 
Afetada por -
✦ Fatores individuais (idade, sexo)
✦ Composição corporal
✦ Polimorfismo 
✦ Interações medicamentosas
Excreção renal
A taxa de eliminação de um toxicante
depende –
Filtração
Reabsorção
Secreção
Excreção
Fatores que aumentam a 
excreção
✦ Aumento do fluxo sangüíneo
✦ Aumento da taxa de filtração glomerular 
✦ Diminuição da ligação às proteínas plasmáticas 
Sequestro pelo pH
• Xenobiótico de caráter ácido: alcalinização do filtrado
glomerular favorece a eliminação.
• Xenobiótico de caráter básico: alcalinização do filtrado
glomerular favorece a reabsorção.
HAc H+ + Ac-
BOH B+ + OH-
✦Quantidade eliminada é menor que a eliminada pela via
renal.
✦-glicuronidase e sulfatases: catalisam a liberação de
moléculas ligadas ao ácido glicurônico ou a radicais sulfato.
✦Ex – morfina
Excreção Biliar
fígado bile intestino fezes
Sangue
(distribuição)
Sistema porta
Excreção Biliar
✦Depende do gradiente de concentração e da solubilidade da
substância no sangue (quanto maior a solubilidade no sangue,
menor a taxa de excreção pela via pulmonar).
✦Eliminação de gases é inversamente proporcional a absorção:
- baixo coeficiente de partição: etileno - excreção rápida.
- alto coeficiente de partição: clorofórmio - excreção lenta. 
Excreção Pulmonar
Suor✦ e saliva
Substâncias• que chegam as glândulas por serem lipofílicas
são eliminadas junto com as secreções.
Leite✦ materno
Rico• em lipídeos (3-5% de gordura) e pH ~ 6,5
pH• plasma=7,2
Excreção – Outras Vias