Toxicologia

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Toxicologia
Esta fase é representada pelo período em que o ser humano fica exposto à substância tóxica. É o contato do toxicante com as superfícies externas ou internas do organismo. Nessa etapa, é de suma importância a disponibilidade química do agente tóxico, ou seja, a concentração da substância em condições de ser introduzida no organismo. Além da magnitude, deve-se considerar também, a duração e a freqüência da exposição, as vias de introdução e a suscetibilidade individual.
Dose ou concentração
 
A dose ou concentração determina o tipo e a magnitude da resposta biológica. Por definição, dose é a quantidade de um agente administrado para um indivíduo e, geralmente, é expressa usando-se unidades de massa por massa (ex, mg de agente tóxico / kg de peso corpóreo).
O termo concentração aplica-se à exposição do indivíduo a uma determinada concentração de um agente presente em um compartimento (ex, solo, água, ar). Neste caso, não se sabe exatamente quanto do agente efetivamente penetrou no organismo. A concentração é expressa em unidades de massa por volume do meio (ex, mg de agente tóxico / m3 de ar; mg de agente tóxico / litro de água, mg de agente tóxico / m3 de solo), mas, também pode ser por massa do meio (ex, mg de agente tóxico / g de solo). A concentração também é comumente expressa através das unidades ppm (partes por milhão) ou ppb (partes por bilhão).
Para facilitar, será usado somente o termo dose no resto desse módulo, mas, não se esqueçam de que, se a exposição for ambiental, o termo correto é concentração. Com relação à dose deve-se distinguir:
Dose efetiva 50 (DE50)
Trata-se da quantidade de substância (em mg, g ou mL por Kg de peso corporal) que, em condições bem determinadas, produz um determinado efeito na metade de um grupo de animais de certa espécie. 
Dose letal média (DL50)
É a dose calculada estatisticamente, em mg/Kg, de um determinado agente químico ou físico, necessária para matar 50% dos organismos vivos de uma população de animais, sob um conjunto de condições definidas. Os agentes químicos podem ser classificados, segundo cinco classes de toxicidade, de acordo com os valores de DL50. 
Tabela 1 - Classificação quanto ao grau de toxicidade
Categoria de toxidade aguda
DL50 oral para ratos
Extremamente tóxica
Altamente tóxica
Moderadamente tóxica
Levemente tóxica
Praticamente não tóxica
< ou = 1mg/kg
> 1 a 50 mg/kg
> 50 a 500 mg/kg
> 0,5 a 5 g/kg
> 5 g/kg
Esta classificação é utilizada para consultas rápidas, qualitativas, com finalidade de obter informações relativas à toxicidade intrínseca das substâncias. A falha desta classificação está no fato dela se basear apenas na toxicidade intrínseca da substância que é um parâmetro extremamente variável, sendo influenciado por uma série de fatores, relacionados principalmente ao agente químico, ao organismo e à exposição. Em situações práticas não se deve conhecer somente a toxicidade das substâncias, representadas geralmente pela DL50, pois tão importante como conhecer a toxicidade dos agentes químicos, é conhecer e saber avaliar o risco tóxico de uma substância química. 
Concentração efetiva 50 (CE50) e concentração letal 50 (CL50)
Quando se estuda a toxicidade de uma substância introduzida no organismo por inalação, considera-se sua concentração no ar e, portanto, fala-se em CE50 e CL50, devendo ser mencionada a duração da exposição do animal ao agente tóxico.
Vias ou locais de exposição
 
As principais vias de introdução dos toxicantes no organismo humano compreendem o trato gastrintestinal (ingestão), os pulmões (inalação) e a pele (cutânea). As vias parenterais (intramuscular e intravenosa) constituem meios normais de introdução de medicamentos que, dependendo da dose e das condições fisiológicas ou patológicas do indivíduo, podem produzir efeitos adversos acentuados, com lesões graves em diversos órgãos.
A via de introdução pode influenciar na toxicidade da substância química. Por exemplo, espera-se que um agente que é destoxificado pelo fígado seja menos tóxico quando introduzido no organismo por via oral (passagem pela circulação porta) do que por inalação (circulação sistêmica). A comparação da dose letal de um toxicante por diferentes vias de exposição também fornece informações úteis relacionadas à sua absorção. Nos casos em que as doses letais por via oral e dérmica são similares àquela administrada por via intravenosa, pressupõe-se que o agente é pronta e rapidamente absorvido por essas vias. Por outro lado, quando a dose letal dérmica é muito maior que a dose letal oral, significa que a pele constitui uma barreira efetiva à absorção do agente tóxico.
As substâncias químicas penetram no organismo humano, a partir das vias de exposição, em velocidades diferentes dependendo de suas propriedades físico-químicas e das condições existentes na superfície de contato como, por exemplo, a área e permeabilidade da membrana e o fluxo sangüíneo no local de contato. Assim, a intensidade do efeito tóxico e a rapidez da resposta em função da via de exposição apresentam-se na seguinte ordem decrescente de eficiência: endovenosa, respiratória, intraperitoneal, subcutânea, intramuscular, intradérmica, oral e cutânea.
Essas vias possuem maior ou menor destaque, de acordo com a área da Toxicologia em estudo.
Assim, as vias pulmonar e cutânea são as mais importantes na Toxicologia Ocupacional e Ambiental e a via gastrintestinal em Toxicologia de Alimentos e de Medicamentos e, também, nas intoxicações intencionais (suicídios e homicídios). As vias parenterais têm importância na Toxicologia Social e de Medicamentos. 
Duração e freqüência da exposição
 
O tempo e a freqüência com que o organismo permanece em contato com o toxicante são importantes na determinação e intensidade do efeito tóxico. Entretanto, em seres humanos, essas condições de exposição não são claramente definidas como nos estudos conduzidos em animais. Porém, os mesmos termos são usados para descrevê-las:
exposição a curto prazo (aguda) – quando o contato é de curta duração e a absorção do toxicante é rápida. A dose administrada pode ser única ou múltipla num período de tempo não superior a 24 horas;
exposição a médio prazo – quando as exposições são freqüentes ou repetidas num período de um mês ou menos (sobreaguda) ou no período de um a três meses (subcrônica);
exposição a longo prazo (crônica) – quando as exposições se repetem durante um longo período de tempo (meses, anos ou toda a vida).
Com relação à freqüência, observa-se que, uma simples exposição a um agente tóxico que produz um efeito drástico, pode determinar manifestações de menor intensidade ou não produzir efeitos se a mesma dose ou concentração total for fracionada e o tempo de exposição não for aumentado. É importante ressaltar que a redução do efeito provocado pelo aumento da freqüência (fracionamento da dose) somente acontecerá se:
a velocidade de eliminação for maior do que a de absorção, de forma que os processos de biotransformação e/ou eliminação ocorram no intervalo entre duas exposições;
o efeito tóxico causado pela substância for parcial ou totalmente revertido antes da exposição seguinte.
Se não houver nenhumas dessas situações, o aumento da freqüência poderá resultar em efeitos crônicos.
Para inúmeras substâncias, os efeitos tóxicos observados nas exposições agudas são diferentes daqueles produzidos por exposições repetidas. Por exemplo, a principal manifestação tóxica aguda do benzeno é a depressão do sistema nervoso central, enquanto exposições repetidas, podem resultar em toxicidade para a medula óssea com aumento do risco para o desenvolvimento de leucemia. Nas exposições agudas, as substâncias químicas são rapidamente absorvidas e os efeitos produzidos geralmente são imediatos. Entretanto, algumas vezes, nota-se a ocorrência de efeitos retardados, similares ou não aos efeitos produzidos nas exposições a longo prazo. Por outro lado, as exposições crônicas a um agente tóxico podemproduzir efeitos imediatos (agudos) após cada administração, além dos efeitos produzidos a longo prazo (crônicos) em baixas concentrações do agente.
Suscetibilidade individual
 
A variabilidade da resposta biológica em função da suscetibilidade de cada indivíduo é um outro fator importante em Toxicologia. Existem situações em que exposições iguais determinam respostas iguais e outras, nas quais se observam respostas diferentes. Por exemplo, para dois trabalhadores que desempenham funções iguais durante 30 anos e, portanto, expostos no mesmo ambiente e nas mesmas condições, é possível que apenas um deles desenvolva uma enfermidade determinada pela exposição aos toxicantes presentes no ambiente de trabalho. Nenhuma pessoa é igual à outra e, portanto, as respostas tóxicas podem variar de um indivíduo para outro.
Como são observadas respostas diferentes entre indivíduos de uma mesma espécie, espera-se que ocorram diferenças importantes nas respostas entre indivíduos de espécies diferentes. Essas diferenças interindividuais e intraespecíficas devem-se a diferenças metabólicas que podem ser determinadas pelo estado fisiológico ou pela estrutura genética do organismo. Portanto, a suscetibilidade do organismo está mais diretamente interligada às fases II e III da intoxicação, ou seja, aos processos toxicocinéticos e toxicodinâmicos.
	 
Nessa fase tem-se a ação do organismo sobre o agente tóxico, procurando diminuir ou impedir a ação nociva da substância sobre ele. É de grande importância, porque dela resulta a quantidade de toxicante disponível para interagir com o sítio alvo e, consequentemente, exercer a ação tóxica.
A toxicocinética é constituída pelos seguintes passos:
Absorção
Distribuição
Biotransformação
Excreção
A movimentação do agente tóxico no organismo, desde a sua entrada até a sua eliminação, envolve a transposição de membranas celulares. Assim, é de suma importância o conhecimento dos fatores que influenciam no transporte das substâncias químicas pelas membranas, os quais podem ser agrupados em duas classes distintas. 
	Fatores relacionados com a membrana
As membranas celulares têm espessura de 7 a 9 nm, em média e são constituídas por uma camada lipídica bimolecular, contendo em ambos os lados, moléculas de proteínas que penetram e às vezes transpõem esta camada. Os ácidos graxos presentes na camada lipídica não possuem uma estrutura cristalina rígida, ao contrário, em temperatura fisiológica eles têm características quase fluidas. Assim, o caráter fluido das membranas e, portanto, sua permeabilidade, é determinado, principalmente, pela estrutura e proporção relativa de ácidos graxos insaturados presentes na região. Este modelo denominado de “mosaico fluido”, foi proposto por Singer e Nicolson, em 1972, e continua sendo o mais aceito até hoje.
Considerando-se as características das membranas celulares, as substâncias podem atravessá-las por diferentes mecanismos, apresentados a seguir.
	Transporte passivo
Esse mecanismo é dividido em dois subtipos:
- Difusão simples - a maioria dos agentes tóxicos atravessa as membranas do organismo por difusão simples e o grau de penetração é determinado pelo coeficiente de partição lipídio/água, pelo gradiente de concentração na membrana e pelo pKa. A proporção de um composto atravessar a membrana por difusão simples pode ser determinada pela lei de Fick, expressa pela seguinte equação:
p = proporção do composto capaz de atravessar a membrana
k = constante de difusão
A = área disponível para a difusão
d = espessura da membrana
C1 = concentração do composto no compartimento extracelular do sistema
C2 = concentração do composto no compartimento intracelular do sistema
Desse modo, se os valores de A e d forem constantes, a capacidade de difusão da substância pode ser determinada pela expressão k (C1 – C2). No início, o processo de difusão é bastante rápido porque a diferença entre C1– C2é significativamente alta. Entretanto, com a efetivação do processo, há uma diminuição dos valores de C1 e aumento conseqüente de C2, com uma tendência de equilíbrio das concentrações nos dois compartimentos do sistema. O movimento unidirecional do composto através da membrana ocorre porque o valor de C2 tende sempre a diminuir em função da sua distribuição, biotansformação e excreção, de tal forma que C1 será sempre maior que C2, até que o processo de difusão se complete.
- Filtração - considerando-se o fluxo de água através dos poros da membrana, as substâncias polares de baixo peso molecular (até 600 daltons) passarão através dos poros aquosos. O processo de filtração é dependente, portanto, além da hidrossolubilidade da substância, do tamanho dos poros da membrana que são relativamente grandes nos glomérulos renais (cerca de 40 Å) e pequenos na maioria das células (8 Å).
	Transportes especializados
Existem inúmeros compostos, cujo movimento através das membranas, não pode ser explicado por difusão simples nem por filtração. Alguns são muito grandes para passar através dos poros ou muito insolúveis em lipídios para se difundirem na membrana lipídica. Entretanto, essas substâncias são rapidamente transportadas através das membranas, mesmo contra gradientes de concentração. Para explicar esse fenômeno, foram propostos mecanismos de transportes especializados. Esses sistemas são responsáveis pelo transporte de muitos nutrientes como açúcares, aminoácidos e ácidos nucléicos e também de xenobióticos.
São eles:
transporte ativo - esse processo caracteriza-se pelo consumo de energia, movimento da substância contra gradiente de concentração e a existência de proteínas carregadoras de moléculas, as quais apresentam seletividade pelas substâncias e se saturam em altas concentrações.
difusão facilitada - nesse processo, a substância também é transportada por um carregador, sem contudo, haver consumo de energia. Outra diferença com o processo de transporte ativo é que na difusão facilitada a passagem acontece a favor de um gradiente de concentração.
endocitose - é um mecanismo especial no qual a membrana celular, sofre um processo de invaginação, devido a variações na tensão superficial pela presença de macromoléculas no fluido extracelular, e engloba partículas líquidas (pinocitose) ou sólidas (fagocitose). Esse tipo de transferência tem se mostrado útil na remoção de material particulado dos alvéolos pelos fagócitos e do sangue pelo reticulo endoplasmático do fígado e rim.
	Fatores relacionados com a substância química
A passagem dos toxicantes através das membranas celulares, de natureza lipoprotéica, será grandemente determinada por suas propriedades físico-químicas. Entre elas destacam-se:
Solubilidade
Devido à constituição lipoprotéica das membranas biológicas, as substâncias químicas lipossolúveis, ou seja, apolares, terão capacidade de transpô-las facilmente, pelo processo de difusão passiva. Já as substâncias hidrossolúveis não atravessam essas membranas, a não ser que tenham pequeno tamanho molecular e possam ser filtradas, através dos poros aquosos. A hidrossolubilidade é conferida à molécula por grupamentos que permitem a formação de pontes de hidrogênio com as moléculas de água em solução como, por exemplo, os grupos hidroxila (-OH), carboxila (-COOH), amino (-NH2); sulfidrila (-SH) e carbonila (-C=O). A lipossolubilidade é dada à molécula pela presença de grupos alquílicos, fenílicos, naftílicos, etc.
Coeficiente de partição óleo/água
É o parâmetro que permite avaliar o grau de lipossolubilidade das substâncias químicas, ou seja, é dado pela relação lipossolubilidade/hidrossolubilidade. Este coeficiente é obtido ao se agitar um agente químico em uma mistura de solvente orgânico e água (em condições de pH e temperatura controladas). As substâncias polares, hidrossolúveis, concentram-se na fase aquosa e as apolares, lipossolúveis, na fase orgânica. Quanto maior for a concentração da substância na fase orgânica, maior será a sua lipossolubilidade. Ex.: coeficientede partição n-octanol/água a 37o C e pH 7,4 de algumas substâncias:
clorpromazina = 79,7
ácido acetil salicílico = 11,7
paracetamol = 1,79
Grau de ionização ou de dissociação
A maioria dos agentes tóxicos comportam-se como ácidos ou bases fracas que possuem um ou mais grupos funcionais capazes de se ionizarem. A extensão desta ionização dependerá do pH do meio no qual a substância se encontra e do seu próprio pKa (logaritimo negativo da constante de dissociação da substância). É importante relembrar que a forma ionizada é polar, hidrossolúvel e com pouca ou nenhuma capacidade de transpor membranas por difusão passiva pela fase lipídica. O grau de ionização das substâncias, em diferentes pH, poderá ser obtido através da aplicação da equação de Henderson-Hasselbach, para ácidos fracos e bases fracas.
	Para ácidos fracos:
	[NI] = forma não ionizada
[I] = forma ionizada
	 
Para bases fracas:
	
Tomando-se como exemplo o ácido acetilsalicílico (um ácido fraco com pKa=3,4), qual será o seu comportamento no estômago e no plasma? No suco gástrico, com um valor de pH=1,4 tem-se:
3,4 - 1,4 = log NI/I
2 = log NI/I
NI/I = 102, ou seja, uma relação de 100 moléculas não ionizadas para cada uma que se dissocia.
Portanto prevalece a forma molecular, lipossolúvel e capaz de vencer a membrana celular.
No plasma, onde o valor pH é de 7,4 tem-se:
3,4 - 7,4 = log NI/I
-4 = log NI/I
NI/I = 10-4 nesse caso, a relação é de uma molécula não ionizada para cada 10 mil que se dissocia.
Portanto, prevalece a forma não ionizada, não lipossolúvel e incapaz de transpor a fase lipídica da membrana.
Esses dados permitem evidenciar que a difusão no sentido sangue ? estômago praticamente não ocorre, o que resulta na absorção do ácido acetilsalicílico no estômago e conseqüente distribuição. O contrário acontecerá com uma base fraca. Portanto, as substâncias ácidas passam as membranas muito mais facilmente em pH ácido, enquanto as de natureza alcalina encontrão melhores chances em pH alcalino.
Quando o pH do meio é igual ao pKa de um composto, a metade deste estará na forma ionizada e a outra metade na forma não-ionizada. Importante ressaltar que o pKa sozinho não indica se um composto tem caráter ácido ou básico, já que os ácidos fracos possuem pKa elevado, mas as bases fortes também. Da mesma maneira, os ácidos fortes apresentam pKa baixo assim como as bases fracas.
Tamanho e carga da partícula (molécula ou íon)
A existência de poros na membrana celular permitem a passagem de partículas hidrossolúveis menores que 8 Å . Aquelas com tamanho superior não sofrem esse processo de filtração. Alguns cátions também têm sua passagem dificultada, uma vez que os poros apresentam cargas positivas em razão da presença das proteínas e cálcio. Os ânions passaam com maior facilidade.
	 
	 
Uma vez que o agente tóxico alcança o seu alvo em concentração adequada, ele desencadeará alterações bioquímicas e fisiológicas que serão responsáveis pelo seu efeito deletério.
Algumas substâncias precisam, antes, passar pela bioativação para então desencadearem os efeitos tóxicos. A bioativação envolve a biotransformação da molécula original levando à formação de um metabólito tóxico. Assim sendo, os desencadeadores do efeito tóxico podem ser:
Agente tóxico original: ex. chumbo, tetrodotoxina, cianeto;
Metabólito do agente tóxico: ex. fluorocitrato (metabólito do fluoroacetato), ácido oxálico (metabólito do etilenoglicol);
Espécies reativas de oxigênio ou de nitrogênio: formação do radical hidroxila desencadeada pelo herbicida paraquate;
Compostos endógenos: ex. bilirrubina deslocada da albumina pela sulfonamida.
Quanto ao modo de ação, os agentes tóxicos podem ser:
Inespecíficos: ex. ácidos ou bases que atuam indistintamente sobre qualquer tecido, causando irritação e corrosão nos tecidos de contato;
Específicos: são mais seletivos e causam injúrias em determinado(s) tecido(s), sem lesar outros. A suscetibilidade de determinado(s) tecido(s) deve-se à presença de moléculas nas quais o agente tóxico se liga. Essas moléculas-alvo exercem importantes funções no organismo e podem ser enzimas, moléculas transportadoras, canais iônicos, proteínas reguladoras, ácidos nucléicos, etc.
Logicamente, quanto menor for a distribuição da molécula-alvo pelo organismo, mais seletiva será a ação do agente tóxico.
Entretanto, não é só a presença da molécula-alvo entre os diferentes tecidos que confere seletividade de ação aos agentes tóxicos. Às vezes, um agente pode ser potencialmente tóxico para vários tecidos, mas como ele se distribui em maior concentração para determinados tecidos, esses se tornam os alvos. Essa distribuição seletiva pode ser devido a:
porosidade do endotélio capilar: células endoteliais dos sinusóides hepáticos e capilares peritubulares renais têm fenestras maiores que as de outras células. Isto favorece acúmulo de agentes tóxicos nos rins e fígado, fazendo destes órgãos alvos freqüentes;
transporte de membrana especializado: por exemplo, no pneumócito existe um carreador de membrana que captura o herbicida paraquate e, assim, a concentração deste herbicida no pneumócito pode ser até 50 vezes maior do que nas outras células. Isto faz do pneumócito o principal alvo da intoxicação com paraquate;
ligação a compostos intracelulares: como exemplo, podemos citar a ligação da neurotoxina MPTP (1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina) ao pigmento melanina presente em grande quantidade na substância negra encefálica. Devido à essa afinidade, a MPTP acumula-se nesta estrutura e, quando metabolizada pela enzima monoaminooxidase-B, presente nos astrócitos, gera o metabólito MPP+ (1-metil-4-fenilpiridina) que lesará seletivamente os neurônios dopaminérgicos da substância negra.
	Relação dose-resposta ou concentração-resposta
	 
Um conceito fundamental na Toxicologia é o da relação dose-resposta proposta por Paracelsus: “Somente a dose correta diferencia o veneno do remédio." Ela correlaciona a exposição e a intensidade dos efeitos tóxicos produzidos. As curvas dose-resposta são construídas a partir de observações feitas em estudos experimentais com animais ou células isoladas, bem como observação clínica ou epidemiológica de humanos.
Acredita-se que, quanto maior a dose, maior e mais intensos (quanti e/ou qualitativamente) serão os efeitos e que deve existir uma condição de exposição que seja segura para a saúde humana, com exceção das substâncias mutagênicas.
Dependendo da variável que estiver sendo avaliada, existem dois tipos de relações possíveis:
Quantitativa: para variáveis que podem ser mensuradas em intensidade. Neste caso, quanto maior a dose do agente, mais intenso o efeito. Alguns toxicologistas chamam a relação quantitativa de relação dose-efeito. Ex: hipertrofia hepática;
Quantal: para variáveis do tipo tudo ou nada, como por exemplo, morte, convulsão. Nesse caso, quanto maior a dose, maior o número de indivíduos que apresentam tal efeito. Sempre será expressa em porcentagem de indivíduos que respondem a determinado efeito e só pode ser avaliada quando uma população de indivíduos é estudada, ao contrário da quantitativa, que pode ser avaliada em um indivíduo.
Existem dois tipos de curvas dose-resposta:
1. Para efeitos que apresentam limiar de segurança (“threshold”): a curva geralmente tem a forma de uma curva sigmóide e baixas doses não são tóxicas, já que o organismo tem capacidade para biotransformar o agente tóxico, bem como reparar eventuais injúrias que tenham sido causadas. O ponto no qual a toxicidade começa a se manifestar é conhecido como limite de segurança (“threshold”).
2. Para efeitos que não apresentam limiar de segurança (“threshold”): a curva é linear, pois se assume que qualquer dose produzirá um efeito deletério. Esse tipo de curva é usada para agentes mutagênicos.
	Mecanismos de toxicidade
	 
Os mecanismos pelos quais os diferentes agentes tóxicos específicosproduzem seus efeitos deletérios podem ser agrupados em:
Alteração da expressão gênica;
Alteração química de proteínas específicas;
Alteração do funcionamento de células excitáveis;
Prejuízo da síntese de ATP;
Aumento de cálcio intracelular;
Indução de estresse oxidativo.
	Alteração da expressão gênica
O DNA é composto por genes que codificam a síntese de proteínas estruturais e regulatórias. No processo de transcrição, uma das fitas do DNA é lida, gerando o RNA mensageiro. Uma vez formado, o RNA mensageiro levará à síntese de proteínas, processo chamado de transdução.
Muitos são os mecanismos pelos quais um agente tóxico pode influenciar a expressão gênica. Lembrem-se de que expressão gênica inadequada pode levar a alteração do número ou da estrutura da proteína que está sendo sintetizada. Alteração na expressão gênica pode levar a efeitos tóxicos como carcinogênese, teratogênese, etc.
Abaixo estão dois exemplos de agentes tóxicos que desencadeiam seus efeitos por alterar a expressão gênica:
Herbicida amitrole: hormônios da hipófise anterior exercem efeitos mitogênicos sobre glândulas periféricas agindo em receptores na membrana plasmática. A produção dos hormônios pela hipófise é controlada por retroalimentação negativa dos hormônios produzidos pelas glândulas periféricas. O herbicida amitrole, ao inibir a produção de hormônios tireoideanos estimula a secreção do hormônio tireo-estimulante (TSH) pela hipófise. Isso estimulará a divisão celular na tireóide levando à neoplasia tireoideana.
Arsenito: este composto promove uma ativação sustentada do fator de crescimento epidérmico, aumentando a transcrição do DNA e, conseqüentemente, promovendo mitose. Sugere-se que esse seja o mecanismo envolvido na formação de neoplasias de pele pelo arsenito.
	Alteração química de proteínas específicas
Alguns agentes tóxicos são capazes de se complexar com proteínas específicas, ativando ou inibindo-as. Metais, complexam-se com o grupamento sulfidrila de proteínas e inibem a função das mesmas. Os praguicidas organofosforados inibem a função da enzima acetilcolinesterase, responsável pela degradação do neurotransmissor acetilcolina, porque se ligam e fosforilam tal enzima.
	Alteração do funcionamento de células excitáveis
O funcionamento das células excitáveis (neurônios, músculo cardíaco, músculo liso e músculo esquelético) é regulado por moléculas sinalizadoras (neurotransmissores) que agem em receptores de membrana. A ligação dos neurotransmissores aos receptores levará à manifestação do efeito biológico por aumento dos níveis de cálcio intracelular, fosforilação protéica ou alterações do potencial de membrana (potencial de repouso).
Os agentes tóxicos podem alterar o funcionamento de células excitáveis agindo em diferentes estágios da neurotransmissão. A seguir estão relacionados os principais estágios que podem ser alterados e exemplos de agentes tóxicos que atuam nos mesmos.
Alteração da disponibilidade do neurotransmissor
Para alterar a disponibilidade do neurotransmissor, um agente tóxico pode alterar a síntese, a liberação, a recaptura ou a metabolização do mesmo. São exemplos:
a toxina botulínica, que promove paralisia flácida por clivar os microfilamentos que ancoram as vesículas de armazenamento da acetilcolina, impedindo a exocitose do neurotransmissor decorrente do desencadeamento de um potencial de ação;
a cocaína, que bloqueia a bomba de recaptura de noradrenalina, dopamina e serotonina aumentando a concentração dessas monoaminas na fenda sináptica e, conseqüentemente, os efeitos mediados pelas mesmas.
Interação com o receptor
Os agentes tóxicos podem se ligar a receptores e ativá-los ou não. Se o agente ativar o receptor, ele será chamado de agonista e, se não ativá-lo, de antagonista. O efeito do antagonista decorrerá da prevenção da ligação do neurotransmissor ao seu receptor. Como exemplos, pode-se citar:
o alucinógeno ácido lisérgico (LSD) é agonista do receptor 5-HT2A da serotonina, envolvido no controle da percepção e humor;
o relaxante muscular curare é antagonista do receptor nicotínico da acetilcolina, presente nas fibras musculares esqueléticas e responsável pela contração muscular.
Interação com canais iônicos
A ação em canais iônicos influenciará diretamente o potencial de membrana e, conseqüentemente, a probabilidade de um potencial de ação ser deflagrado e estimular a célula. Os agentes tóxicos podem tanto bloquear quanto abrir canais iônicos. Alguns exemplos:
a tetrodotoxina, uma toxina presente em algumas espécies de peixe comuns no Japão (no Brasil, é encontrada no baiacu), bloqueia canais de sódio do músculo esquelético induzindo paralisia flácida;
os antidepressivos tricíclicos bloqueiam canais de sódio na musculatura cardíaca promovendo arritmias;
os praguicidas piretróides bloqueiam canais de cloro no sistema nervoso central levando à hiperexcitabilidade neuronal;
a batracotoxina, uma toxina encontrada na pele de algumas espécies sul-americanas de sapo, e os praguicidas organoclorados prolongam o tempo de abertura do canal de sódio promovendo hiperexcitabilidade celular.
Alteração da fluidez das membranas
Acredita-se que compostos muito lipofílicos, como os solventes orgânicos, possam se intercalar na fase lipídica da membrana plasmática desestruturando-a e prejudicando seu funcionamento.
	Prejuízo da síntese de ATP
Em condições aeróbias, a síntese de ATP ocorre em três estágios:
produção de acetil-coenzima A (acetil CoA) a partir de aminoácidos, ácidos graxos ou piruvato (produzido na glicólise);
ciclo do ácido cítrico (Krebs ): acetil CoA é oxidada enzimaticamente na matriz mitocondrial até CO2 e a energia liberada é conservada nos transportadores de elétrons reduzidos;
fosforilação oxidativa: nas cristas mitocondriais, os transportadores são oxidados, desfazendo-se de prótons (H+) e elétrons. Os elétrons são conduzidos ao longo da cadeia respiratória (proteínas integrais da membrana capazes de aceitar ou doar elétrons) até uma molécula de oxigênio (O2), o qual eles reduzem para formar água. A transferência de elétrons é acompanhada pelo bombeamento de prótons para fora da membrana mitocondrial interna, o que leva a uma diferença transmembrana na concentração de prótons, já que a membrana interna é impermeável aos mesmos. Essa diferença de concentração de prótons gera energia eletroquímica, chamada de força próton-motora. Entretanto, na membrana, existem transportadores para os prótons representados pela enzima ATP-sintase. À medida que os prótons fluem passivamente de volta para a matriz através dos poros formados por esta enzima, a energia eletroquímica impulsiona a ATP-sintase a catalisar a incorporação de um fosfato ao ADP formando um ATP. Esse processo é chamado de fosforilação oxidativa e notem que a fosforilação do ADP é acoplada à transferência de elétrons e uma etapa não ocorre sem a outra.
Os agentes tóxicos podem interferir com a formação de ATP:
inibindo a formação de acetil-CoA: como exemplo, temos o etanol que reduz a formação de coenzima A; o arsenito que inibe a piruvato desidrogenase;
inibindo o ciclo do ácido cítrico: como exemplo, o fluoracetato que inibe a aconitase; o etanol que inibe a α-cetoglutarato; a diclorovinilcisteína que inibe a succinato desidrogenase;
inibindo o transporte de elétrons: pode-se ter tanto compostos que funcionam como aceptores de elétrons (tetracloreto de carbono, doxorrubicina) quanto compostos que inibam as proteínas da cadeia respiratória (rotenona, cianeto, CO);
inibindo a chegada de oxigênio à cadeia transportadora: agentes que causam paralisia respiratória (depressores do sistema nervoso central, agentes convulsivantes); agentes que causam isquemia (alcalóides do ergot, cocaína); agentes que inibem o transporte de oxigênio pela hemoglobina (monóxido de carbono, agentes metahemoglobinizantes);
inibindo a fosforilação do ADP tem-se dois grupos: os inibidores da ATP-sintase, representados pela oligomicina,DDT, clordecona e os agentes chamados desacopladores da fosforilação oxidativa. Estes agentes prejudicam a formação da força próton-motora por serem ionóforos, ou seja, formam poros na membrana levando à dissipação do gradiente eletroquímico. Como exemplos, destaca-se o fungicida pentaclorofenol, vários herbicidas e a amiodarona.
Logicamente, a depleção de ATP, por qualquer um dos mecanismos citados acima, terá conseqüências importantes na célula, pois interferirá com a integridade da membrana, funcionamento de bombas iônicas, síntese protéica, enfim, todos os processos ATP-dependentes. Se for intensa, levará à perda das funções celulares e morte celular.
	Aumento de cálcio intracelular
O cálcio é essencial para várias funções celulares, como exocitose, contração muscular, ativação de algumas enzimas, etc. Entretanto, em excesso, ele é citotóxico. Assim, a célula dispõe de vários mecanismos para manter os níveis intracelulares de cálcio dentro de uma faixa adequada de concentração, como por exemplo, as bombas de cálcio e de cálcio-sódio (responsáveis pela extrusão de cálcio da célula); seqüestro de cálcio no retículo endoplasmático e na mitocôndria. É interessante notar que, como o transportador presente na mitocôndria tem menor afinidade para o cálcio do que o transportador presente no retículo endoplasmático, o seqüestro pela mitocôndria é importante em elevadas concentrações citoplasmáticas de cálcio.
Os agentes tóxicos podem aumentar o cálcio intracelular através dos seguintes mecanismos:
Aumento do influxo (entrada) de cálcio: pode ocorrer por abertura de canais iônicos de cálcio operados por ligante (ex, glutamato) ou dano à membrana plasmática. Os agentes que danificam podem ser ionóforos (clordecona, metilmercúrio), enzimas hidrolíticas (fosfolipases ofídicas), indutores de peroxidação lipídica (tetracloreto de carbono).
Diminuição do efluxo (saída): ocorre quando o funcionamento dos transportadores responsáveis pela saída do cálcio da célula ou pela captura do mesmo pelo retículo endoplasmático ou mitocôndria é prejudicado. Isso pode ocorrer quando os agentes se ligam ao carreador prejudicando sua função (ex, paracetamol, clorofórmio, tetracloreto de carbono, DDT) ou por diminuição dos níveis de ATP, já que tais transportadores são ATP-dependentes.
Mobilização de reservatórios intracelulares: pode ocorrer com agentes que lesem a membrana mitocondrial ou do retículo endoplasmático ou que sejam agonistas do receptor para inositol trifosfato (IP3), o qual está acoplado a canais de cálcio na membrana do retículo endoplasmático e cujo estímulo promove abertura desses canais com conseqüente saída do cálcio. O praguicida lindano possui tal atividade.
O aumento de cálcio intracelular pode trazer, como conseqüências:
Depleção das reservas de ATP: com a elevação dos níveis citoplasmáticos de cálcio, ocorre uma diminuição da síntese do ATP, bem como aumento do seu consumo. A diminuição da síntese ocorre tanto porque a captura do cálcio pela mitocôndria dissipa a força próton-motora da membrana quanto porque o cálcio ativa enzimas oxidativas que produzem espécies reativas lesivas à membrana. Já o aumento do consumo é provocado pelo aumento do trabalho dos transportadores de cálcio na tentativa de reduzir seus níveis citosólicos.
Dissociação dos microfilamentos: filamentos de actina mantêm a morfologia celular por ancoramento a proteínas presentes na membrana plasmática. O aumento do cálcio citoplasmático dissocia a actina dessas proteínas levando à formação de bolhas na membrana (“blebbing”) e predispondo-a a rupturas.
Ativação de enzimas hidrolíticas: existem proteases, fosfolipases, DNAses e RNAses cálcio-dependentes. A ativação sustentada dessas enzimas levará à citotoxicidade.
Geração de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio: o cálcio ativa enzimas envolvidas na geração de espécies reativas, como desidrogenases, xantina oxidase, etc.
	Indução de estresse oxidativo
Radicais livres são átomos, íons ou moléculas que têm um elétron não pareado no orbital externo. Caracterizam-se por uma grande instabilidade e, conseqüentemente, elevada reatividade por tenderem a acoplar o elétron não pareado a um outro presente em estruturas próximas à sua formação (pois têm meia-vida curta), como proteínas, lipídios, carboidratos. Eles também iniciam reações autocatalíticas, ou seja, as moléculas com as quais eles reagem são convertidas em radicais livres, ocorrendo lesão em cadeia.
Várias reações do metabolismo celular levam à formação de radicais livres e, portanto, nosso organismo possui um sistema de defesa antioxidante para remover radicais livres conforme eles vão sendo formados. Esse sistema é composto por enzimas (superóxido dismutase, catalase, glutationa peroxidase) e pequenas moléculas sem atividade enzimática (ácido ascórbico, tocoferol, glutationa).
Em condições normais, existe um equilíbrio entre a formação e a remoção de radicais livres no organismo e agentes tóxicos podem desequilibrar esse sistema aumentando a formação de radicais livres (ex, tetracloreto de carbono, paraquate, paracetamol, cromo) e/ou diminuindo a função do sistema de defesa antioxidante (chumbo, mercúrio). Nesta situação de desequilíbrio, temos o chamado estresse oxidativo, que pode levar a injúria celular. Três reações são importantes para a injúria celular decorrente de estresse oxidativo:
Peroxidação lipídica das membranas: o dano oxidativo começa quando a ligação dupla de ácidos graxos insaturados é atacada por radicais livres, especialmente radical hidroxila. Isso leva à formação de peróxidos que também são instáveis e reativos e uma reação autocatalítica em cadeia é iniciada (propagação), que pode resultar em dano extenso à membrana plasmática;
Peroxidação protéica: radicais livres oxidam resíduos de aminoácidos de cadeias laterais, formam ligação cruzada entre proteínas e alteram a estrutura protéica. Com isso, podem levar à fragmentação da proteína e/ou perda de função;
Lesões ao DNA: radicais livres podem interagir com o DNA, modificando bases e produzindo mutações. 
	Considerações finais
Como pôde-se observar, muitos são os mecanismos de toxicidade. O objetivo desta seção foi familiarizar os leitores com os principais mecanismos existentes.
É importante reconhecer:
Mais de um mecanismo pode ser responsável pela toxicidade de um agente e eles podem ocorrer concomitantemente ou seqüencialmente. O chumbo altera proteínas específicas, mobiliza cálcio e gera estresse oxidativo ao mesmo tempo. Já a toxicidade do herbicida paraquate inicia-se com a geração de radical livre no pneumócito o que lesa a membrana e leva, secundariamente, ao aumento de cálcio intracelular.
Alguns agentes tóxicos têm mecanismos mais seletivos enquanto outros têm múltiplos mecanismos e induzem múltiplos efeitos. Como exemplo de agente mais seletivo temos o curare que é um antagonista do receptor nicotínico da acetilcolina e produz, na sua intoxicação, paralisia flácida. Já o chumbo leva a: efeitos hematológicos por inibir enzimas com grupamento sulfidrila; efeitos neurotóxicos por alterar a neurotransmissão; hipertensão por induzir estresse oxidativo e alterar os níveis de cálcio.
Alguns efeitos tóxicos resultam de múltiplos mecanismos. Assim, a hipertensão induzida pelo chumbo origina-se da geração de espécies reativas de oxigênio que são vasoconstrictoras; da inibição da enzima oxido nítrico-sintase que produz o óxido nítrico, importante vasodilatador endógeno; do aumento de tônus vascular promovido pelo aumento de cálcio na musculatura lisa; da liberação de renina provocada pelo aumento de cálcio nas células justaglomerulares.
 
	Interações
	 
Geralmente, estamos expostos a uma mistura de substâncias químicas e não a uma substância química isolada. Por exemplo, na água de beber podemos encontrar pequenas quantidades de praguicidas, metais, solventes, produtos formados durante a cloração, etc. Logicamente, essas diferentes substâncias químicas podem interferirnos efeitos umas das outras, tanto os aumentando quanto os diminuindo. Esta interferência é chamada de interação. Apesar da comunidade científica reconhecer a existência e a importância deste fenômeno, a compreensão da toxicologia de misturas ainda está longe de ser atingida devido à dificuldade de se prever quali e quantitativamente as combinações possíveis. Existem três mecanismos de interações:
	Toxicocinética
Ocorre quando um agente tóxico modifica a toxicocinética (absorção, distribuição, biotransformação ou a excreção) do outro.
Como exemplo de uma interação toxicocinética que resulta em aumento de efeito, podemos citar a interação entre o anticoagulante varfarina e o antiinflamatório fenilbutazona. A taxa de ligação da varfarina à albumina é de, aproximadamente, 98%, o que significa que somente 2% fica na forma livre (farmacologicamente ativa). Como a fenilbutazona também se liga à albumina, na presença dela há um aumento da fração livre da varfarina, o que pode causar hemorragia fatal.
Como exemplo de uma interação toxicocinética que resulta em diminuição de efeito, podemos citar a alcalinização da urina com bicarbonato feita em pacientes intoxicados agudamente com barbituratos. Como o barbiturato é um ácido fraco, a elevação do pH urinário pelo bicarbonato aumenta a fração do barbiturato na forma iônica (polar) e, portanto, aumenta a taxa de eliminação do mesmo.
	Toxicodinâmica
Ocorre quando um agente modifica o efeito do outro por ligação aos seus receptores ou estruturas-alvo.
O álcool produz depressão do sistema nervoso central por aumentar a ligação do neurotransmissor inibitório acido gama-aminobutírico (GABA) no receptor GABAA e por diminuir a ligação do neurotransmissor excitatório glutamato no receptor NMDA. Os benzodiazepínicos também são drogas depressoras do sistema nervoso central que atuam aumentando a ligação do GABA no receptor GABAA. Assim, dizemos que a interação entre álcool e benzodiazepínicos é toxicodinâmica e resulta em um aumento do efeito dos dois compostos.
Um outro exemplo de interação toxicodinâmica é a que ocorre entre opióides (morfina, heroína) e a naloxona (Narcan®). Os opióides produzem seus efeitos ligando-se a receptores opioidérgicos presentes no organismo. A naloxona é um antagonista destes receptores, ou seja, liga-se a eles, não os estimula, mas impede os agonistas (morfina, heroína) de se ligarem. Neste exemplo temos uma interação toxicodinâmica que resulta em diminuição do efeito do agente tóxico.
	Químico
Envolve uma interação química direta entre os dois agentes tóxicos. O exemplo clássico deste tipo de interação é a que ocorre entre metais e agentes quelantes (dimercaprol, EDTA, etc). Devido à grande afinidade que os metais têm por alguns grupos funcionais dos quelantes, quando uma pessoa intoxicada com metais é tratada com um quelante, o metal liga-se ao agente quelante e deixa de produzir seus efeitos tóxicos, pois o complexo metal-quelante é desprovido de atividade tóxica.
Como visto, uma vez que uma interação tenha ocorrido, o efeito resultante poderá ser maior ou menor. As interações do tipo adição, sinergismo e potenciação resultam em aumento de efeito, enquanto o antagnismo resulta em diminuição de efeito. Esses tipos de interação são discutidos a seguir.
Adição – é um tipo bastante comum de interação caracterizada quando o efeito induzido por dois ou mais compostos juntos, é igual à soma dos efeitos de cada agente em separado. Assim, quando dois praguicidas organofosforados estão presentes, observa-se um prejuízo da condução nervosa igual ao que se observaria se fossem somados o efeito de cada um deles separadamente.
Sinergismo - é o tipo de interação na qual o efeito induzido por dois ou mais compostos juntos é maior do que a soma dos efeitos de cada agente em separado. Quando os agentes são sinérgicos, a toxicidade dos mesmos deve ser reavaliada considerando suas propriedades sinergísticas, pois o sinergismo pode ter sérios efeitos sobre a saúde. Como exemplo, podemos citar a interação entre cigarro e exposição a asbesto. Sabe-se que a exposição a esses dois compostos produz um risco de desenvolvimento de câncer de pulmão muito maior do que a soma dos riscos de cada composto em separado.
Potenciação - este tipo de interação ocorre quando um agente desprovido de atividade tóxica aumenta a toxicidade de um agente tóxico. Um exemplo é a interação entre o tetracloreto de carbono e isopropanol. Embora o isopropanol não seja hepatotóxico, ele aumenta a hepatotoxicidade desencadeada pelo tetracloreto de carbono. Um outro exemplo é o que ocorre entre os componentes do chá de Santo Daime, usado em seitas religiosas. Este chá é feito com um cipó (Banisteriopsis caapi - “mariri”) e folhas de (Psychotria Viridis - “chacrona”). Quando administradas individualmente, nenhuma das duas plantas produz alucinação. Entretanto, quando administradas em conjunto, observa-se alucinação e isso ocorre porque o mariri impede o metabolismo de primeira passagem do princípio ativo alucinógeno dimetiltriptamina, encontrado na chacrona.
Antagonismo - no antagonismo, um agente leva à diminuição do efeito de um outro agente. Na Toxicologia, este efeito é sempre desejado, já que resulta em uma diminuição da toxicidade e é o modo de ação de muitos antídotos usados no tratamento de diferentes intoxicações.
Os diferentes livros de Farmacologia apresentam diferentes classificações dos tipos de antagonismo. Nesta seção, optou-se pela mais simplificada para facilitar a compreensão.
Assim sendo, de uma maneira geral, existem três tipos principais de antagonismo:
Antagonismo farmacológico: é aquele no qual um agente diminui a ação do outro evitando sua ligação no receptor. Existem dois tipos de antagonismo farmacológico:
Competitivo: o antagonista combina-se com o mesmo sítio do receptor que o agonista mas não induz nenhuma resposta. O antagonista compete com o agonista pelo sítio de ligação do receptor. Liga-se ao receptor aquele composto que estiver em maior concentração na biofase e, portanto, o antagonismo é reversível. Como exemplos, cita-se o antagonismo entre naloxona e opióides; atropina e acetilcolina; curare e acetilcolina, etc.
Não competitivo: o antagonista liga-se no receptor ou em um sítio fora do receptor do agonista alterando estruturalmente o receptor. Assim, o antagonismo é irreversível pois não adianta aumentar a quantidade de agonista na biofase, uma vez que não haverá receptor para ele se ligar. Como exemplo, pode-se citar a fenoxibenzamina que forma ligações covalentes com adrenoceptores.
Antagonismo funcional: é aquele no qual dois agentes tóxicos atuam em receptores diferentes produzindo efeitos opostos. Assim, indiretamente, cada um deles irá anular ou reduzir o efeito do outro. Como exemplo, podemos citar a interação entre DDT e benzodiazepínicos. O DDT promove hiperexcitabilidade neuronal por lentificar o fechamento dos canais de sódio, deixando a membrana parcialmente despolarizada. Os benzodiazepínicos promovem hiperpolarização da membrana por aumentarem a ação do neurotransmissor inibitório GABA, que abre canais de cloreto. Por isso, uma pessoa intoxicada com DDT que apresenta convulsão é tratada com benzodiazepínico.
Antagonismo químico: já descrito acima na interação medicamentosa do tipo química.
O quadro abaixo, retirado do site do NIH (National Institutes of Health), ilustra qualitativamente a porcentagem da população afetada pela exposição aos agentes A e B em separado, bem como a uma combinação dos dois, simulando os diferentes tipos de exposição.
	Tipo de interação
	Efeito tóxico do agente A
	Efeito tóxico do agente B
	Efeito combinado de A + B
	Adição
	20%
	30%
	50%
	Sinergismo
	5%
	10%
	100%
	Potenciação
	0%
	20%
	50%
	Antagonismo
	20%
	30%
	5%
É interessante notar que diferentes tipos de interações podem ocorrer em diferentes sistemas com a mesma combinação de agentes. Por exemplo, inseticidas clorados e solventes halogenados (presentesnas formulações), podem produzir uma interação do tipo adição quanto à hepatotoxicidade e uma interação do tipo antagonismo funcional no sistema nervoso central, já que os inseticidas são estimulantes e os solventes, depressores do sistema nervoso central.
http://ltc.nutes.ufrj.br/toxicologia/modIII.htm