Introdução à Toxicologia

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ECOTOXICOLOGIA 
Ementa 
 Princípios de Toxicologia: Toxicocinética e 
Toxicodinâmica; 
 Intoxicação e avaliação da toxicidade; 
 Efeitos causados pelos agentes físicos, químicos e 
biológicos sobre organismos vivos; 
Monitoramento de exposição à agentes tóxicos 
sobre populações e comunidades em seus 
ecossistemas. 
 Avaliação e gestão de risco ecotoxicológico à saúde 
humana. 
Bibliografia básica 
• BAIRD,COLIN; CANN, MICHAEL. Química 
Ambiental. 4ª edição, Bookman, 2008 
• LEHNINGER, ALBERT L. Princípios de 
Bioquímica. 3ª edição, Sarvier, 2002. 
• CONN, ERIC EDWARD. Introdução a 
Bioquímica, 10 reimpressão, Edgard Blucher, 
2007. 
Biografia Complementar 
• ALBERTS, Bruce. Fundamentos da Biologia 
Celular. 3ª edição. Artmed. 2011. 
• JUNQUEIRA, Luiz Carlos Uchoa. Biologia 
Celular e Molecular. 9ª edição. 2012. 
• CAMPBELL, Neil; REECE, Jane. Biologia. 8ª 
edição, Artmed. 2010. 
• ATKINS, Peter. Físico-química biológica. 1ª 
edição.LTC, 2006. 
 
Avaliações 
• N1 – Prova 1 
 
• N2 – Prova 2 
 
• N3 – Projeto (execução + artigo) 
 
• NF = N1 (*3) + N2 (*3) + N3 (*4) 
• Estuda os efeitos nocivos da interação 
de substâncias químicas com o 
organismo. 
Toxicologia 
Toxicologia 
• Tókson em grego significa arco e flecha, 
• Toksikós significa relativo a arco e flecha 
• Toksikón phármacon = veneno para flecha 
 
 Toxicum = tóxico/ veneno 
Histórico da Toxicologia 
• Na busca por alimentos, observação de vegetais 
nocivos. 
• Venenos extraídos de animais eram usados 
para caçar e guerrear. 
Surgiu com os primeiros humanos: 
 
Papiro de Ebers (1500 a.C.) 
• Um dos tratados médicos mais antigos e 
importantes que se conhece. Foi escrito no 
Antigo Egito e registra ~ 800 princípios ativos. 
• Propôs um dos princípios básicos da 
toxicologia: 
“Todas as substâncias são venenosas; a dose 
correta diferencia o veneno do remédio”. 
Paracelsus (1493 - 1541) 
Orfila (1787 - 1853): Pai da Toxicologia 
• Primeiro toxicologista a usar análise toxicológica 
como prova legal de envenenamento. 
Revolução industrial 
• Século XX: avanço tecnológico no campo da 
síntese química 
 
• Após a II Guerra Mundial desenvolvimento 
toxicológico: avaliação da segurança e risco e 
controle regulatório de substâncias químicas 
nos alimentos, no ambiente, nos locais de 
trabalho, etc. 
• Acidentes ambientais 
• Publicação do livro “Silent Spring”, Rachel 
Carson, 1962. 
Minamata 
• Em 1954 em Minamata, Japão, os moradores começaram a 
observar um comportamento estranho nos animais, principalmente 
os gatos que começavam a ter convulsões. 
• Em 1956 a doença se manifestou no primeiro humano, sendo 
conhecida como “Doença de Minamata”, causando convulsões, 
perda e descontrole das funções motoras. 
• Dois anos após concluiu-se que a doença estava relacionada ao 
envenenamento das águas com mercúrio. Uma indústria, a Chisso 
Corporation, lançou durante quatro décadas 27 toneladas de 
mercúrio no oceano, contaminando peixes e mariscos que eram a 
principal fonte de alimentação da população local. 
• Mais de 3 mil pessoas foram contaminadas e centenas morreram. 
Minamata 
 
Bophal/ Índia 
• No dia 2 de dezembro de 1984, um acidente 
em uma fábrica de pesticidas da Union 
Carbide em Bophal, na Índia, lançou 45 
toneladas de metil-isocianato na atmosfera. 
• Mais de 500 mil pessoas foram expostas e 
afetadas por estes gases, inclusive 
trabalhadores. Pelo menos 20 mil pessoas 
morreram, a população sofre até hoje com os 
efeitos. 
 
Dioxina - agente laranja/ Vietnã 
• Clorofenóxis: ácido 2,4 dicloro fenoxiacético 
(2,4-D) e o ácido tricloro fenoxiacético (2,4,5-
T) 
dioxina 
• No período de 1961 a 1971, as tropas americanas aspergiram 80 
milhões de litros de herbicidas, que continham dioxina sobre o 
território vietnamita, de acordo com estatísticas oficiais. 
• Destruiram o habitat natural, 4,8 milhões de pessoas expostas ao 
agente laranja, provocaram enfermidades irreversíveis, sobretudo 
malformações congênitas, câncer e síndromes neurológicas em 
crianças, mulheres e homens do país. 
• Segundo o Chemical Abstract Service 
(CAS), estima-se que cerca de 54.000.000 
substâncias químicas disponíveis 
comercialmente 
• Apenas 283.000 estão inventariadas ou 
reguladas. 
Gerenciar o risco 
 
 
Estabelecer medidas de segurança na utilização de 
compostos químicos 
 
 
Assegurar a proteção do meio ambiente e da saúde 
humana 
Objetivos da Toxicologia 
• Conhecimento da toxicidade da substância 
 
• Conhecimento da condições de exposição à 
substância 
 
 
Índices que possibilitem a vigilância da 
exposição 
O gerenciamento do risco pressupõe: 
Áreas da 
Toxicologia 
Toxicologia 
de alimentos 
Toxicologia 
ambiental 
Toxicologia 
de medicamentos 
Toxicologia 
ocupacional 
Toxicologia 
social 
Toxicologia 
ambiental 
• Toxicologia Ambiental: estuda a exposição de 
humanos a agentes químicos lançados no 
meio ambiente. 
“O ramo da toxicologia preocupado com o 
estudo de efeitos tóxicos causados por 
poluentes naturais ou sintéticos, sobre 
quaisquer constituintes dos ecossistemas: 
animais (incluindo seres humanos), vegetais 
ou microorganismos, em um contexto 
integral" (Truhaut, 1977). 
Em 1969, René Truhaut cunha o termo 
Ecotoxicologia, que o definiu como sendo: 
Ecotoxicologia 
Ecologia + Toxicologia 
Compreende três áreas fundamentais 
de estudo: 
• Estudo das emissões e ingresso dos poluentes no 
ambiente, assim como sua distribuição e destino; 
 
• Estudos qualitativos e quantitativos dos efeitos 
tóxicos dos poluentes no ecossistemas e no 
homem; 
 
• Estudo do ingresso e destino dos poluentes na 
biosfera, enfatizando a contaminação das cadeias 
alimentares. 
 
Ecotoxicologia X Toxicologia Ambiental 
• Toxicologia Ambiental: exposição de 
humanos a agentes químicos lançados no 
meio ambiente. Avaliação de risco à saúde 
humana 
• Ecotoxicologia: É o estudo dos efeitos das 
substâncias tóxicas nos ecossistemas 
Toxicologia 
Ambiental 
Ecotoxicologia 
Indivíduo 
(homem) 
População 
(ecossistema) 
X 
PRINCÍPIOS DE TOXICOLOGIA 
Características da resposta tóxica 
Inter-relação entre: 
1. Substância (agente) capaz de produzir 
efeito. 
 
2. Sistema biológico com o qual a 
substância possa interagir para 
produzir o efeito. 
3. Efeito (resposta) nocivo ao sistema 
com o qual interage 
1. A susbtância: 
• Classificadas de várias formas: 
1. Pela utilização (agrotóxico) 
2. Pela origem (toxinas animais) 
3. Pelo efeito (mutagênico) 
4. Pelo órgão atingido (hepatotóxico) 
Toxicidade 
• É uma propriedade intrínseca que 
cada SUBSTÂNCIA tem de produzir 
efeitos danosos a um determinado 
organismo quando este é exposto, 
durante um certo período de tempo, 
a determinadas concentrações. 
A toxicidade de uma subtância 
depende: 
• Quantidade a que um organismo é 
exposto 
• Frequência da exposição 
• Modo de exposição 
• Susceptibilidade do organismo 
Fatores que influenciam a toxicidade: 
• Rota de exposição (trato gastrointestinal, 
pulmões e pele) 
 
• Duração e frequência da exposição 
 
• Existência de processos físicos, químicos 
e biológicos no ambiente (temperatura, 
umidade, ventilação). 
Duração da exposição: 
• AGUDA: 24 horas ou menos 
»Dose elevada 
»Efeito imediato 
 
• CRÔNICA: Longos períodos 
»Dose pequena 
»Efeitos durante exposição, após 
exposição, nas gerações seguintes 
Frequência da exposição: 
• Fracionamento da dosereduz a intensidade 
do efeito 
Eliminação e biotransformação 
• Efeitos tóxicos crônicos podem ocorrer: 
Caso a substância se acumule no organismo 
(superando a biotransformação e/ ou excreção) 
Produza efeitos tóxicos irreversíveis 
Não haja tempo para se recuperar do efeito 
danoso 
Interações entre substâncias 
• A exposição simultânea a várias substâncias pode 
alterar uma série de fatores (absorção, ligação 
protéica, metabolização e excreção) que influem na 
toxicidade de cada uma delas em separado. 
• Assim, a resposta final a tóxicos combinados pode 
ser maior ou menor que a soma dos efeitos de cada 
um deles. 
 
Interações entre as substâncias 
 Efeito aditivo 
 
 Sinergismo 
 
 Potenciação 
 
 Antagonismo 
 
TIPOS DE INTERAÇÃO 
Efeito Aditivo 
• O efeito produzido por dois ou mais 
agentes tóxicos é igual à soma dos 
efeitos produzidos individualmente. 
 
TIPOS DE INTERAÇÃO 
Sinergismo 
• O efeito maior que a soma dos efeitos de 
cada agente em separado. 
TIPOS DE INTERAÇÃO 
Potenciação 
• O agente tóxico tem seu efeito 
aumentado por agir simultaneamente 
com um agente não tóxico ou com outro 
tipo de toxicidade. 
 
TIPOS DE INTERAÇÃO 
Antagonismo 
• O efeito de um agente é diminuído, inativado 
ou eliminado quando se combina com outro 
agente. 
2. O organismo: 
Toxicocinética: 
• Interação entre a substância e o 
organismo. 
• Transporte das substâncias absorvidas 
pelos vários compartimentos do sistema 
biológico afetado. 
 
Biodisponibilidade 
• Tendência de uma substância de entrar no 
sistema de um organismo durante a exposição 
 
• Varia de acordo com a forma química da 
substância (Ex.: metais pesados) 
 
Biodisponibilidade 
• Quantidade da susbstância distribuída pela 
circulação sanguínea. 
• Está relacionada com: 
o Vias de introdução da substância; 
oMecanismos usados pela substância para 
atravessar membranas celulares; 
oSítios de armazenamento; 
oBarreira hematoencefálica e placentária; 
oBiotransformação da substância; 
o Indução de sistemas enzimáticos; 
oEliminação da substância. 
Vias de introdução: 
Pode ocorrer por uma ou mais vias: 
• Trato gastrointestinal (ingestão) 
• Pulmões (inalatória) 
• Pele (tópica, percutânea ou dérmica) 
• Olhos (ocular) 
Susceptibilidade 
• Cada sistema biológico pode apresentar um 
tipo de resposta diferente, de acordo com sua 
susceptibilidade, estando esta 
susceptibilidade relacionada com os graus de 
sensibilidade e tolerância apresentados por 
este sistema. 
• Pode variar de indivíduo para indivíduo, 
fatores hereditários e idade são 
determinantes importantes. 
Susceptibilidade 
Tolerância 
• É um estado de diminuição da resposta 
aos efeitos de uma substância química 
como resultado de uma exposição prévia 
à mesma substância ou à outra 
quimicamente relacionada. 
Dois mecanismos principais podem 
ser responsáveis pela tolerância: 
1. Pela redução na quantidade da 
substância que chega ao local onde 
o efeito é produzido; 
2. Pela redução na resposta do tecido 
à determinada substância. 
3. O efeito adverso: 
• Conjunto de alterações genéticas, 
bioquímicas, morfológicas ou 
fisiológicas (sinais e sintomas) 
produzidos pela exposição à 
substância química. 
 
Toxicodinâmica 
• Interação das substâncias com os 
seus sítios específicos de ação. 
Intoxicação 
• Se expressa pelos efeitos adversos (sinais e 
sintomas) ocasionados pela ação de uma 
substância em um sistema biológico. 
• Esta resposta se manifesta por meio de 
processos toxicodinâmicos cuja intensidade 
depende da quantidade de substância no 
local de sua ação específica. 
• Ex: CO – hemoglobina = carboxiemoglobina 
Ensaios Toxicológicos 
Relação Dose-Resposta 
• Tipos: 
1. Descreve a resposta de um indivíduo 
(dose-efeito) às várias doses de uma 
substância, frequentemente observada 
como uma resposta gradual, em função 
de o aumento da medida do efeito ser 
proporcional ao aumento da dose 
2. Caracterizada como uma distribuição 
quantitativa da resposta (incidência do 
efeito) a diferentes doses, pelo fato de 
ser observada em uma população de 
indivíduos. 
 
A observação do fenômeno dose-resposta 
é extremamente importante para a 
toxicologia para se determinar a DL50 das 
substâncias químicas 
Curva Dose-Resposta 
LD50 
E
fe
it
o
 d
a
 d
ro
g
a
 
Dose 
Após este ponto, 
aumentos na 
dose não 
produzirá efeitos 
maiores 
Dose 
• Quantidade de substância química administrada a 
um organismo, introduzida por uma das vias. 
• É expressa geralmente em mg, g ou mL por kg de 
peso corpóreo. 
• Pela via respiratória, utiliza-se o parâmetro 
concentração expresso por mg/ m3 ou mg/ L. 
• O efeito tóxico é proporcional à dose. Quanto 
menor é a dose necessária para produzir um 
efeito nocivo, mais tóxica é a substância. 
• EFEITO AGUDO: 
Para efeito de estudo... 
–Dose Letal 50 (DL50): é a quantidade de 
uma substância química necessária para 
produzir a morte de 50% dos animais em 
estudo. 
- Concentração Letal 50 (CL50): para substâncias 
presentes no ambiente atmosférico ou aquático. 
 
Quando o objetivo é avaliar um efeito 
específico (de uma substância), porém não 
letal... 
–Dose Efetiva 50 (DE50) ou Concentração 
Efetiva 50 (CE50): dose ou concentração de 
uma substância que provoca um efeito 
específico em 50% dos animais em estudo. 
 
DL50 para diferentes substâncias 
 
Limiares para a relação dose-
resposta: NOAEL e LOAEL 
• NOAEL: No Observed Adverse Effect Level 
• LOAEL: Low Observed Adverse Effect Level 
Efeito tóxico 
Resposta 
Hormese 
E
F
E
IT
O
 
• EFEITO CRÔNICO: resposta referente à 
toxicidade cumulativa de uma substância 
química. 
 
 
–Mutagênese 
 
–Carcinogênese 
 
–Teratogênese 
Vias de entrada se substâncias tóxicas 
nos ecossistemas 
• Esgoto doméstico: matéria orgânica 
• Esgoto industrial: metais pesados, poluentes 
orgânicos 
• Resíduos lixiviados do solo 
Água 
• Herbicidas e pesticidas aplicados na 
agricultura 
• Repositório de poluentes atmosféricos: 
depositam-se no solo (partículas) 
• Depósitos de lixo e resíduos 
• Esgoto 
 
Solo 
Fontes industriais, 
automotivas: 
 
• Material orgânico 
• Substâncias ácidas 
• Metais pesados 
• Produtos secundários formados por processos 
químicos atmosféricos (chuva ácida, ozônio) 
Ar 
• Alimentos contaminados 
com pesticidas e outros 
compostos orgânicos 
 
• Acúmulo na cadeia/teia 
alimentar 
Alimento 
Introdução de substâncias químicas 
no ambiente 
• Sólidos, líquidos, gases, vapores, aerosóis ou 
pós; 
• A persistência no ambiente depende da 
espécie química; 
• As substâncias químicas apresentam ciclos de 
vida característicos que compreende todas as 
etapas que envolvem esta substância desde 
sua produção até sua decomposição ou 
disposição final. 
 
Transferência de substâncias tóxicas entre as 
esferas ambientais 
Transporte de contaminantes na 
atmosfera 
• É ocasionado por movimentos turbulentos do 
ar, que dependem também das características 
dos ventos; 
• Sofre influência das características geográficas 
da área onde a fonte emissora está situada; 
• Depende também da condições atmosféricas 
predominantes durante a emissão. 
Transporte de contaminantes no solo 
• Depende da natureza da substância, das 
características do solo e de fatores como pH, 
teor de matéria orgânica, temperatura, etc. 
• Pode ser dispersa pela água presente ou seinfiltrar e atingir o lençol freático. 
• Podem ser degradadas pela comunidade 
biótica. 
 
Transporte de contaminantes no 
ambiente aquático 
• Volume de diluição, caractérísticas de mistura e 
velocidade de transporte variam muito entre os 
diferentes corpos d’água (rios, lagos, mares, 
estuários e oceanos). 
• Interações com componentes abióticos e bióticos 
são facilitadas. 
• Um contaminantes sofre dispersão, interação 
com material particulado em suspensão, 
deposição (sedimentação) e absorção biológica. 
 
 
Transporte de contaminantes no 
ambiente aquático 
 
Uma vez introduzido no ambiente, 
um contaminante pode: 
• Se dispersar naquele meio (ar, solo, água); 
• Interagir com outros constituintes desse meio 
• Ser transportado a certas distâncias; 
• Ser transferido para outros compartimentos 
ambientais; 
• Ser degradado, transformado ou imobilizado. 
Interação entre os compartimentos ambientais 
 
Principais fatores que interagem e influenciam na 
dinâmica das substâncias químicas no ambiente: 
• Quantidade da substância; 
• Frequência na emissão da substância; 
• Características físico-químicas próprias da 
substância; 
• Características fisico-químicas do compartimento 
ambiental receptor; 
• Presença e natureza dos organismos vivos 
existentes no ambiente; 
• Grau e tipo de interação entre os organismos 
vivos e as substâncias. 
Fatores intrínsecos do local que afetam o 
transporte dos contaminantes: 
• Taxa de precipitação anual; 
• Temperatura; 
• Velocidade e direção dos ventos; 
• Condições diurnas e estacionais; 
• Características geomorfológicas; 
• Características hidrogeológicas; 
• Canais de águas superficiais; 
• Características do solo; 
• Cobertura do solo e características da vegetação; 
• Flora e fauna; 
• Obras públicas. 
Fatores das substâncias que podem 
influenciar na sua cinética: 
• Solubilidade na água; 
• Pressão de vapor; 
• Fator de bioconcentração; 
• Densidade; 
• Tamanho da partícula 
• Coeficiente de partição de octanol/ água 
(Kow). 
• Sustâncias lipofílicas persistentes, 
pobremente metabolizadas tentem 
a persistir e a aumentar em 
concentração em organismos de 
maior nível trófico 
 
Levando à BIOMAGNIFICAÇÃO de 
substâncias tóxicas em organismos 
superiores na cadeia alimentar. 
Bioconcentração 
• Processo por meio do qual uma substância 
alcança, em um organismo, uma concentração 
mais elevada que aquela observada no 
ambiente ao qual este organismo está 
exposto. 
Bioacumulação 
• É o aumento progressivo na quantidade de 
uma substância química em um organismo ou 
parte dele e se deve ao fato de a taxa de 
absorção exceder à capacidade de eliminação 
orgânica. 
Biomagnificação 
• É observada quando há um aumento das 
concentrações de uma dada substância ao 
longo da cadeia alimentar. Ou seja as 
concentrações mais elevadas são observadas 
nos organismos pertencentes aos níveis 
tróficos mais altos. 
Destino dos contaminantes: 
transformações e sumidouros 
• Conversão dos contaminantes em diferentes 
formas; 
• Transferência entre os diferentes 
compartimentos ambientais; 
• A transformação de uma substância química 
no ambiente pode ocorrer por processos 
químicos (fotoxidação), físicos (solubilidade e 
deposição) ou biológicos (metabolismo 
bacteriano). 
Remoção de contaminantes na 
atmosfera 
• Podem ser removidos na sua forma original ou 
sob a forma de produtos resultantes de 
processos reacionais; 
 
• Depende da forma como o contaminante foi 
introduzido, na forma de partículas ou fase 
gasosa; 
 
• Partículas: são removidas por deposição 
gravitacional, impacto e interceptação por 
objetos da superfície do solo ou ser carreado 
pela chuva. 
 
• Fase gasosa: absorção ou reação com objetos 
terrestres, transferência para outros 
compartimentos, reações químicas na 
atmosfera. 
Remoção de contaminantes na 
hidrosfera 
• Mecanismos físicos: sorção e sedimentação 
• Quimicos: reações dependentes do pH e do 
potencial redox 
• Biológicos: metabolismo de microrganismos 
 
Estes processos podem ocorrer 
simultaneamente interagindo um com o outro 
Remoção de contaminantes do solo 
• Degradação por ação microbiana; 
• Degradação química; 
• Evaporação/ volatilização; 
• Percolação; 
• Interações com o material do solo; 
• Absorção pela biota. 
Depuração ambiental 
• Os contaminantes podem sofrer alterações em 
sua estrutura química em razão de processos 
bióticos e abióticos; 
• Provocada por organismos vivos – 
biodegradação; 
• Compostos químicos podem servir de elementos 
estruturais para a célula ou de fonte de energia 
para o organismo. 
• Produção de moléculas mais simples: CO2, 
metano, água, íons Cl. 
Os processos de degradação abiótica 
podem ser divididos em: 
• Hidrólise: alteração da estrutura química por 
reação direta com a água; 
• Oxidação: a modificação química envolve 
transferência de elétrons do contaminante para 
um aceptor de elétrons (oxidante); 
• Redução: a modificação química envolve 
transferência de elétrons de um agente redutor 
para o xenobiótico a ser reduzido; 
• Degradação fotoquímica: transformação causada 
por interação com a luz solar 
Biodegradação 
• Um dos mecanismos mais importantes para a 
degradação de substâncias químicas. 
• Algumas substâncias são persistentes no 
ambiente e não sofrem biodegradação 
(biomagnificação). 
Biodegradação microbiana 
• Desempenha papel crucial na remoção desses 
compostos do ambiente. 
• Em ambiente anaeróbico a degradação 
microbiana é mais lenta e nem sempre resulta na 
mineralização completa das substâncias químicas. 
• Pode ser tão lento que leve à bioacumulação do 
contaminante, causando comprometimento aos 
organismos de toda a cadeia alimentar. 
 
Entrada do agente tóxico ou poluente no sistema 
Alterações fisiológicas nos 
organismos levando à morte 
Variações populacionais 
Alteração na constituição das 
comunidades 
Ecossistema afetado 
N
íve
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