Slides aula 3

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TOXICODINÂMICA 
 
 Toxicodinâmica 
 
 Ação do agente tóxico sobre o organismo; 
 
 O agente tóxico interage com os receptores 
biológicos no sítio de ação e desta interação resulta o 
efeito tóxico. 
 
 
Toxicocinética Toxicodinâmica 
Dose do agente 
químico 
administrada 
Resposta Tóxica 
Agente 
Químico no 
Local de 
ação 
Relaciona a dose-externa 
com a quantidade enviada ao 
órgão-alvo 
Biodisponibilidade - 
Depuração 
Meia-vida - Acúmulo 
Relaciona a dose-interna com 
a resposta do órgão-alvo 
Ativação - Destoxificação 
Citoproteção - Homeostase 
Meia-vida (t1/2) 
É o tempo gasto para que a concentração 
plasmática ou a quantidade de um 
determinado xenobiótico no organismo seja 
reduzida em 50%. 
Depuração (Clearance) 
É o processo pelo qual o agente químico é 
removido permanentemente da circulação, 
por biotransformação ou excreção. 
 
CL = taxa de eliminação do agente químico 
 Concentração plasmática 
Local de exposição: pele, trato 
GI, trato respiratório, placenta 
 
 
Toxicante 
 
 
Molécula-alvo (proteína, lipídio, ácido 
nucléico e macromoléculas) ou sítio-
alvo de ação 
Toxicante Final 
Absorção 
Distribuição para o alvo 
Ativação 
Eliminação pré-sistêmica 
Excreção 
Destoxicação 
A 
L 
C 
A 
N 
C 
E 
Processo de alcance do toxicante no sítio-alvo de ação 
 
Inibição irreversível de enzimas 
 
Inseticidas organo-fosforados  inibem 
irreversivelmente a acetilcolinesterase (AChE). 
Impedem que a acetilcolina (Ach) seja degradada em 
colina e ácido acético, após transmitir o impulso 
nervoso através da sinapse. 
Acúmulo de Ach  os efeitos tóxicos decorrentes 
deste acúmulo. 
Inibição reversível de enzimas 
 
Anti-metabólitos  quimicamente semelhantes ao 
substrato normal de uma enzima. 
 
AT é captado pela enzima  não consegue ser 
transformado por ela  interrompe reações 
metabólicas essenciais para o organismo. 
 
O próprio organismo ao final da exposição é capaz de 
revertê-la, em velocidade não muito lenta. 
 
 Interferência com a neurotransmissão 
 
Inibição enzimática 
 
 ATs atuam nos neurotransmissores  pré-sináptico, 
sináptico e/ou pós-sináptico 
 Ex.: Bloqueio na síntese ou metabolismo de 
neurotransmissores (mercúrio) 
 Inibição da liberação pré-sináptica dos 
neurotransmissores (toxina botulínica - Clostridium 
botulinum) 
 Estimulação da liberação de neurotransmissores 
(anfetamina) 
 
Seqüestro de metais essenciais 
 
 Vários metais atuam como cofatores em vários 
sistemas enzimáticos, como por exemplo os 
citocromos, envolvidos nos processos de oxi-
redução: Fe, Cu, Zn, Mn e Co 
 
 Alguns ATs podem atuar como quelantes  ligam 
ou sequestram os metais  impedem que eles 
atuem como cofatores enzimáticos. 
 
 
 
Interferência com o transporte de oxigênio 
 
 Hemoglobina (Hb)  constituída de uma parte 
protéica (globina) e outra não protéica (heme- Fe2+ 
ligada a quatro moléculas de protoporfirina) 
 
 Ferro  6 valências  restam ainda 2  uma é 
ligada à globina formando a hemoglobina  outra 
(a 6a) é ligada ao O2 (HbO2) 
 Ação mutagênica e carcinogênica 
 
 ATs alterarem o código genético  se ocorrer 
em células germinativas  efeito 
mutagênico. 
 
 
 
 
Teratogênese  ação tóxica de xenobióticos 
sobre o sistema genético de células somáticas 
do embrião/feto  desenvolvimento 
defeituoso ou incompleto 
 
 
 
 
 Interferência com as funções gerais das 
células 
 
 - Interferência com o transporte de oxigênio e 
nutrientes para as células  AT se acumula na 
membrana  impede passagem destes 
nutrientes 
 
 
 
 Irritação direta dos tecidos 
 
ATs reagem quimicamente no local de contato  
irritação, efeitos cáusticos ou necrosantes 
 
 Pele, mucosas do nariz, boca, olhos, garganta e trato 
pulmonar 
 
 Ex.: gases irritantes (NO2, Cl) e lacrimogênicos (Br, Cl) 
 
 
Mecanismos de Toxicidade 
Estágios no 
desenvolvimento da 
toxicidade: 
2. Alteração do ambiente 
biológico 
- Compostos químicos podem adquirir 
características estruturais e reatividade por 
biotransformação, que permite uma interação 
mais eficiente com receptores e enzimas. 
 
- Esse aumento de reatividade pode ser devido 
à conversão em (1) eletrófilos; (2) radicais livres; 
(3) nucleófilos; ou (4) reagente redox-ativo. 
Estresse Oxidativo 
• Proteínas 
• Ácidos nucléicos 
• Lipídeos 
• Carboidratos 
Tioredoxina redutase 
O que são radicais livres? 
• São átomos ou 
moléculas altamente 
reativos com elétrons 
desemparelhados, ou 
seja, contém número 
ímpar de elétrons em 
sua última camada 
eletrônica. 
Redução do oxigênio 
• EROs= 3 a 5 % do O2 
consumido 
Oxigênio 
Superóxido 
Peróxido de hidrogênio 
Radical 
hidroxila 
Dano celular induzido por EROS 
Dano 
mitocondrial 
Dano às 
proteínas 
Peroxidação lipídica 
Dano às 
membranas 
Dano 
ao DNA 
Inchaço celular 
Aumento da 
permeabilidade 
Influxo massivo 
de Ca+ 
PEROXIDAÇÃO 
LIPÍDICA 
Iniciação 
Propagação 
Degadação 
Terminação 
Malondialdeído Peróxido lipídico 
degradado 
Peróxido lipídico 
Dano em proteínas 
• Prolina, arginina, histidina, cisteína e 
metionina são particularmente suscetíveis; 
• Alterações 
conformacionais 
nas proteínas 
(inativação) 
Alteração de bases do DNA 
• 8-hidroxiguanina como 
marcador de dano 
oxidativo; 
• Alteração de bases 
(mutação); 
• Quebra da fita do DNA. 
Guanina 
8-hidroxiguanina 
Antioxidantes 
Radical livre 
Compartimentalização das defesas 
antioxidantes 
Glutationa 
perxidase 
glutationa peroxidase + 
GSH 
Compartimentalização 
Citoplasma 
Mitocôndria 
Sequestro de Fe 
Bicamada lipídica de 
todas as membranas 
celulares 
Vitamina E + 
β-caroteno 
Superóxido Dismutase 
Superóxido 
Peróxido de hidrogênio 
Superóxid
o 
dismutase 
Catalase 
Peróxido de hidrogênio 
(peroxissomos) 
Glutationa (GSH) e 
Glutationa peroxidase 
Glicina 
Cisteína 
Glutamato 
Glutationa dissulfeto 
Glutationa 
peroxidase 
Ciclo redox da glutationa 
Via das 
Pentoses 
fosfato 
Glutationa 
peroxidase 
Glutationa 
redutase 
2. Reação do toxicante com a 
molécula alvo 
Tipos de reação: 
- Reação não-covalente 
- Reação covalente 
- Abstração de hidrogênio 
- Transferência de elétrons 
- Reações enzimáticas 
3. Disfunção celular e toxicidade 
resultante 
- Desregulação da expressão gênica 
- Desregulação da atividade celular 
- Depleção de ATP 
- Aumento prolongado de cálcio intracelular 
- Apoptose 
- Necrose 
 
4. Reparo ou falha no reparo 
- Reparo molecular (proteínas, lipídeos, DNA) 
- Reparo celular 
- Reparo tecidual 
Exemplo: 
Biomarcadores 
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
íveis d
o
s efeito
s eco
to
xico
ló
gico
s d
e u
m
a su
stân
cia 
BIOMARCADORES 
Avaliação da exposição à substâncias químicas 
+ 
Conhecimento dos efeitos à saúde 
 
• Avaliar o RISCO da população exposta 
• Fixação de NORMAS AMBIENTAIS p/ um 
contaminante químico 
• Observações clínicas em indivíduos 
expostos (geralmente ocupacional) 
• Experimentos com animais• Estudos epidemiológicos (dificuldade de 
se determinar efeitos de exposição à 
uma única substância - não deve ser 
base das decisões regulamentares) 
Avaliação da exposição aos 
contaminantes químicos 
• Detecção precoce: prevenção 
 
• Monitorização da exposição ambiental: 
 
1. Definir níveis permissíveis de exposição 
que não causem efeitos adversos 
2. Avaliar regularmente os riscos associados 
à estes limites permissíveis 
Monitorização Ambiental 
• Rotina de avaliação de parâmetros 
ambientais, com a finalidade de 
detectar riscos à saúde 
1. Medida da concentração do agente 
químico em amostras ambientais 
2. Medida de parâmetros biológicos 
(Bioindicadores e Biomarcadores) 
Monitorização Biológica 
• Para a avaliação biológica da exposição à 
substâncias químicas é necessário conhecer o 
mecanismo e ação e/ou a toxicocinética dos 
agentes químicos: 
– Como a substância é absorvida por diferentes 
vias 
– Distribuição no organismo 
– Biotransformação 
– Eliminação 
– Acumulação 
– Toxicodinâmica 
Biomarcador 
• Compreende toda substância 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 e o risco à saúde. 
Seleção e avaliação de biomarcadores 
Para que uma substância química, seu metabólito ou 
uma alteração biológica sejam validados e/ou 
propostos como bioindicadores é desejável que o 
mesmo apresente as seguintes características: 
• A quantificação do indicador deve: 
– Refletir a interação (qualitativa ou quantitativa) do sistema 
biológico com a substância química 
– Ter conhecida e apropriada sensibilidade e especificidade 
para a interação 
– Ser reprodutível qualitativamente e quantitativamente 
 
 
Seleção e avaliação de biomarcadores 
• Estar contido em um meio biológico acessível 
de análise, considerando a necessidade de 
manuseio da integridade da amostra entre a 
coleta e o procedimento analítico, e de 
preferência não ser invasivo. 
• Exatidão e precisão na medição analítica. 
• Conhecer os valores normais do indicador (em 
populações não expostas) assim como 
variações intra e interindividuais. 
Aplicação dos bioindicadores 
• Avaliação da exposição (quantidade 
absorvida ou dose interna) 
• Avaliação dos efeitos das substâncias 
químicas 
• Avaliação da susceptibilidade individual 
Aplicação dos bioindicadores 
• Sua utilização pode ter como finalidade 
elucidar a relação dose-efeito na 
avaliação de risco ou p/ fins de 
monitorização ambiental quando 
realizada de forma sistemática e 
periódica. 
Classificação dos biomarcadores 
• Biomarcadores de exposição: confirmar e 
avaliar a exposição individual ou de um 
grupo, para uma substância em particular 
estabelecendo uma ligação entre a exposição 
externa e a quantificação da exposição 
interna. 
Classificação dos biomarcadores 
• Biomarcadores de efeito: documentar as 
alterações pré-clínicas ou efeitos adversos à 
saúde decorrentes da exposição e absorção 
da substância química. Contribui para a 
definição da relação dose-resposta. 
• Biomarcadores de susceptibilidade: permitem 
elucidar o grau de resposta da exposição 
provocada nos indivíduos. 
Biomarcadores de exposição (ou dose interna) 
• Estima a dose interna, através da determinação 
da substância química ou de seu produto de 
biotransformação em fluídos biológicos quando 
a toxicocinética é bem conhecida. 
• Refletem a distribuição da substância química 
ou seu metabólito através do organismo (dose 
interna). 
• Obs.: Dose externa: concentração da substância 
química no ambiente em contato com o 
organismo. 
O termo dose interna pode abranger: 
• A quantidade da substância absorvida a 
curto, médio e longo prazo dependendo da 
meia vida da substância. 
• Quantidade armazenada em um ou vários 
compartimentos do organismo ou distribuído 
por todo organismo 
• Quantidade da substância ligada ao sítio alvo 
ou biodisponível para interagir. 
• Para a escolha do biomarcador é 
necessário conhecimento do 
comportamento cinético do agente 
químico presente no ambiente, bem 
como do tempo de permanência da 
substância química no organismo para a 
escolha do momento ideal para a coleta. 
Biomarcadores de efeito 
• Mede uma alteração biológica em um estágio 
ainda reversível (ou precoce), quando ainda 
não apresenta agravo à saúde. 
• Esta estratégia é baseada na identificação das 
alterações bioquímicas precoces e reversíveis 
que são indicadores sensíveis e específicos de 
uma resposta do organismo à exposição. 
• Para a ação preventiva de uma exposição 
excessiva (ou que provoca danos à saúde), o 
efeito biológico medido, que é um 
biomarcador, tem que ser, necessariamente, 
um efeito não adverso. 
• Dentre os indicadores biológicos de 
efeito tem-se: 
– carboxiemoglobina, 
–atividade da enzima colinesterase 
eritrocitária, 
–níveis de enzimas e intermediários da 
biossíntese do HEME, de proteínas na urina 
etc. 
• Cada um apresenta características 
diferentes segundo a sua especificidade. 
Colinesterases: 
Atividade das enzimas colinesterase 
eritrocitária e colinesterase plasmática 
 
Indivíduos expostos aos inseticidas 
organofosforados e/ou carbamatos 
 
Diagnóstico e tratamento das intoxicações. 
Inibição da 
colinesterase 
Enzima delta aminolevulinato desidratase 
(ALA-D) nos eritrócitos: 
• Sensível à inibição pelo chumbo: 
–Em uma concentração de chumbo na faixa 
de 5 a 40 mg/dL já é possível observar uma 
correlação negativa entre a atividade da 
ALA-D e o Pb. 
–Representa um adequado indicador de 
efeito para exposição ambiental ao 
chumbo. 
Inibição da ALAD por Pb 
Ácido delta aminolevulínico (ALA) na 
urina: 
• Devido à inibição da ALA-D pelo chumbo, o 
ALA se acumula nos tecidos e é excretado em 
grande quantidade na urina. 
• No entanto, este biomarcador apresenta 
correlação com concentrações de Pb acima 
de 40ug/dL, mostrando uma sensibilidade 
diferente da enzima. 
• É considerado mais adequado para avaliar a 
exposição ocupacional a este metal. 
Aumento nos níveis de 
Metalotioneínas 
• É composta de uma única cadeia de aminoácidos 
dos quais 20 são cisteínas, que representam em 
torno de 30% do total de aminoácidos. 
 
Regulação transcricional dos genes da 
MT 
Carboxiemoglobina (COHb): 
• A COHb, apesar de ser um biomarcador de 
efeito, apresenta uma correlação muito 
significativa com a exposição ambiental ao 
monóxido de carbono, e reflete a dose 
interna deste toxicante ligado ao tecido alvo; 
Biomarcadores de genotoxicidade 
• Técnicas sensíveis baseadas em métodos 
físico-químicos ou imunoquímicos para a 
detecção de uma variedade de substâncias 
conhecidas como carcinogênicas. 
• Entre estas estão incluídas as aflatoxinas, os 
hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, as 
aminas aromáticas, e os praguicidas. 
Biomarcadores de hepatoxicidade 
• Os efeitos de substâncias químicas no fígado 
têm sido estimados tradicionalmente por 
determinação da atividade de várias enzimas, 
como, por exemplo: 
– aminotransferases, 
– álcool desidrogenase, 
– lactato desidrogenase, 
– glutationa-S-transferase, 
– entre outras. 
• A hepatotoxicidade é causada por várias 
substâncias químicas que são metabolizadas 
pelo Sistema Citocromo P-450 a 
intermediários reativos. 
• As biomarcadores de efeito podem incluir 
também níveis de glutationa, peroxidação 
lipídica ou número de células necrosadas. 
Biomarcadores de nefrotoxicidade 
• Estes têm sido classificados como:– marcadores funcionais (por exemplo, creatinina 
sérica e uréia); 
– proteínas de baixo ou alto peso molecular (por 
exemplo, albumina, transferina, globulinas); 
– marcadores de citotoxicidade; 
– enzimas urinárias. 
Biomarcadores de neurotoxicidade 
• Efeitos neurotóxicos se iniciam tardiamente, 
após exposições prolongadas ou mesmo após 
um período de latência após terminada a 
exposição. 
Enfoque neurofisiológico 
• Estudo da condução nervosa, o 
eletroencefalograma etc. 
 
• É bastante útil no diagnóstico de desordens 
neurológicas, mas a utilização destes 
parâmetros na identificação dos efeitos 
neurológicos iniciais é ainda pouco 
estabelecida e por isso apresenta um baixo 
valor preditivo. 
Enfoque neurocomportamental 
• Métodos para avaliar alterações de funções 
cognitiva (aprendizagem e memória) são 
utilizados em indivíduos expostos a solventes 
e metais pesados. 
 
• Em relação aos testes 
neurocomportamentais, estes podem estar 
alterados por motivos outros que não por 
ação de um xenobiótico. 
Enfoque neuroquímico 
• No enfoque neuroquímico: os eventos 
bioquímicos precedem as alterações 
estruturais e danos permanentes ao SNC. 
• Principal limitação: inacessibilidade do tecido 
alvo. 
• Utilização de tecidos mais acessíveis para 
determinar indicadores “substitutos” 
daqueles localizados no tecido nervoso. 
• Alguns parâmetros bioquímicos e moleculares, 
semelhantes aos envolvidos na ação tóxica sobre o 
SNC, podem estar presentes em tecidos mais 
acessíveis (fluído cerebro-espinhal, sangue, plasma 
e células sangüíneas). Alguns destes parâmetros 
são: 
– Receptores: Receptores da Acetilcolina em linfócitos; 
Receptores em plaquetas 
– Enzimas: Acetilcolinesterase eritrocitária; MAO – 
tipo B em plaqueta; Dopamina Beta hidoxilase no 
soro 
– Sistema de recaptação: serotonina em plaquetas 
– Transdução do sinal nervoso: Concentração de cálcio 
intracelular; 
Biomarcadores de susceptibilidade 
• A predisposição genética, além de fatores 
externos, tais como idade, dieta, estilo de 
vida, podem influenciar/afetar a 
suscetibilidade de indivíduos expostos a 
substâncias químicas. 
• Os biomarcadores de suscetibilidade podem 
refletir fatores genéticos ou adquiridos que 
influenciam na resposta do organismo a uma 
determinada exposição química. 
• Identificam aqueles indivíduos na população 
que têm uma diferença genética ou adquirida 
na suscetibilidade para os efeitos da 
exposição a substâncias químicas. 
 
• Indicam quais os fatores podem aumentar ou 
diminuir um risco individual no 
desenvolvimento da resposta do organismo 
decorrente da exposição aos agentes 
químicos ambientais. 
Biomarcadores de suscetibilidade para 
alguns agentes químicos