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TOXICOLOGIA Universidade Federal Fluminense Profª. Elisa R.A.F. Avelino Niterói, 2013 Toxicidade dos metais O que é um metal? • alta refletividade • elevada condutividade elétrica • alta condutividade térmica e maleabilidade • força mecânica Podem reagir com sistemas biológicos perdendo um ou mais elétrons para formar cátions Metais essenciais Metais xenobióticos Sódio +1 Potássio +1 Magnésio +2 Cálcio +2 Ferro +2, +3 Zinco +2 Cobre +2 Manganês +2, +4, +7 (exceto +7) Cobalto +2, +3 Níquel +2 Cromo +3 Chumbo +2, +4 Cádmio +2 Mercúrio +1, +2 Arsênio +3, 0 , -3 Alumínio +3 Cromo +6 Metais – fontes de exposição atividades industriais atividade vulcânica embalagens metálicasalimentos atividades agrícolas tintas Movimento dos metais no meio ambiente Oceano Água subterrânea Sedimento volatilização Mecanismo de toxicidade dos metais inibição de enzimas biologicamente críticas • mimetismo dano oxidativo formação de adutos com o DNA e proteínas • ligação com centros nucleofílicos A absorção dos metais ocorre por transporte ativo Ligação com metalotioneína • Proteína pequena, essencialmente intra-celular (estoque de zinco) • Torna-se circulante com a morte celular (filtração renal e recaptação) • Mais abundante em fígado e rim • Síntese regulada pela concentração de metais, hormônios, etc. • A afinidade pelos metais é variável: Hg > Cu > Ag > Cd > Pb > Zn > > As, Ca, Mo • Tempo de meia-vida da metalotioneína renal (ligada ao cádmio) = 5 dias • Produz inativação transitória dos metais Profª Eliani Spinelli Recaptação renal da metalotioneína 1. A recaptação ocorre por endocitose, mediante a interação da metalotioneína com receptores de membrana nas células dos túbulos proximais. 2. Enzimas lisossomais–degradação da metalotioneína e liberação do metal para o meio intracelular 3. Indução da transcrição de novas metalotioneínas Profª Eliani Spinelli M M M Célula túbulo proximal Filtrado glomerular M Chumbo (Pb) • Utilizado pelo homem há mais de 4000 anos • Chumbo não é fisiológico • Chumbo inorgânico – grupo 2B (IARC): Provável carcinógeno para o homem = existe evidência limitada ou inadequada em homens, e menos que suficiente em animais • Encontra-se distribuído no ambiente e também em alimentos e bebidas como Pb metálico, íons inorgânicos, sais e compostos organometálicos Chumbo - utilização Chumbo - fontes de exposição • Principal via de exposição do homem ao Pb Alimentos e bebidas • Principal via de exposição em crianças Tinta contendo Pb Chumbo - fontes de exposição • No ambiente aquático: maior parte no sedimento e uma fração menor dissolvida na água • Nos vegetais: captação do metal pelas raízes e deposição do material contendo chumbo finamente particulado Chumbo - toxicocinética Trato gastrintestinal , pulmão Exposição ao chumbo PlasmaOssos (trabecular e cortical) 99% Sistema nervoso Rim Urina (2/3) Fígado Bile Fezes (1/3)suor, saliva, cabelos, unhas, leite Saturável: PbS = 40 μg/dL Chumbo no sangue se encontra preferencialmente nos eritrócitos, ligado principalmente à enzima δ- aminolevulínico desidratase (ALAD). Chumbo - toxicocinética Distribuição • Tempo de meia-vida no sangue = cerca de 36 dias. • Tempo de meia vida nas vísceras = cerca de 40 dias • Tempo de meia vida nos ossos = 27 anos 4% nos rins, cérebro e fígado 1% no sangue 95% na matriz óssea Carga corpórea Atravessa placenta (atenção: BHE do feto ainda não formada) Profª Eliani Spinelli Chumbo - toxicocinética Fatores que influenciam na absorção • Gravidez • Nutrição: absorção é influenciada principalmente por íons Ca, Fe e fosfato. • Idade • Jejum A absorção de chumbo pelas crianças (45 – 50%) é maior que pelos adultos (3 – 10%) Chumbo - toxicodinâmica • Compete com o cálcio pelos seus transportadores (mimetismo) • Liga-se a grupos sulfridrila (-SH) e amidas (-NHCO) de várias proteínas e enzimas, alterando suas configurações e atividade • Interferência na biossíntese do heme Chumbo – efeitos tóxicos • SNC (as crianças são mais sensíveis) • Sistema hematológico • SNP • Sistema cardiovascular • Sistema renal Efeitos neurológicos • Chumbo ativa proteína cinase C nas sinapses = aumenta liberação espontânea de neurotransmissores • Chumbo bloqueia canais de cálcio dependentes de voltagem = diminui a liberação estimulada de neurotransmissores • Quanto maior a carga corporal de chumbo, maior o risco de demência. Efeitos neurológicos em crianças • Interferência no desenvolvimento cognitivo, aprendizagem e memória • Sequelas: epilepsia, retardo mental, e em alguns casos, neuropatia óptica e cegueira. • Indicadores: testes psicomotores ou de QI • Letargia, vômito, irritabilidade, perda de apetite, tonturas, ataxia, nível reduzido de consciência. Efeitos neurológicos em adultos • Neuropatia periférica: desmielinização e degeneração axonal Efeitos hematológicos 2 moléculas de ALA Porfobilinogênio Uroporfirinogênio Coproporfirinogênio ALA –desidratase (ALA-D) CITOSOL Pb Pb Pb Fe Pb Coproporfirino gênio oxidase Pb Zn-Protoporfirina IX T ½ = 68 dias para níveis de Pb ≥ 50 µg/dL • Zincoprotoporfirina no sangue Biomonitoramento semestral • ALA na urina ou Efeitos cardiovasculares • Elevação da pressão sanguínea • Diminuição da taxa de filtração glomerular Efeitos renais (nefrotoxicidade) Intoxicação aguda Afeta túbulos proximais (síndrome de Fanconi) Intoxicação crônica Fibrose intersticial Perda progressiva dos néfrons Azotemia Falência renal Interferência no metabolismo da vitamina D 50% dos casos de nefropatia por chumbo evolui para hiperuricemia (Gota) Associada a níveis de chumbo > 60 µg/dL por muitos anos Efeitos sobre a cavidade oral Pb + H2S (tártato) = PbS Exposição excessiva pode levar ao aparecimento de linhas escuras (azul acinzentado) na gengiva–orla gengival de Burton Gengiva frouxa, esponjosa, hálito fétido. Profª Eliani Spinelli Efeitos gastrintestinais • alterações gastrintestinais: cólica, diarreia, vômitos, sabor metálico 100 –200 µg/dL em adultos 60 –100 µg/dL em crianças Efeitos nos músculos e ossos • Músculos: fraqueza, cãmibras e dores nas articulações • Ossos: interferência no crescimento dos ossos, retardamento do processo de mineralização nos dentes e aumento da incidência de cáries Efeitos sobre a reprodução • Abortos • Partos pré-maturos • Qualidade dos espermatozoides comprometida (Pb > 40 µg/dL) Efeitos sobre o desenvolvimento Níveis de chumbo nas mães e filhos Peso, circunferências abdominais, da cabeça e do comprimento das crianças após o nascimento Agentes quelantes empregados na redução de altas concentrações sanguíneas de Pb • EDTA cálcico-dissódico[CaNa2EDTA] –via injetável • Dimercaprol (BAL) –via injetável I.M. • D-penicilamina (“Cuprimine”) –via oral • Acido 2,3-dimercaptosuccínico [DMSA] ( “Chemet”) –via oral Pforª Eliani Spinelli Derivados Orgânicos de chumbo Derivados orgânicos em tintas especiais: navios (impede proliferação de fungos, depósito de algas, etc.) Chumbo tetraetila – Pb(CH2CH3)4 É um líquido imiscível em água. Não é ilegal no Brasil, mas desde 1978 não é mais utilizado na gasolina para automóveis. Usado como anti detonante em combustível de avião. Câncer - evidência inadequada no homem e inadequada ou limitada em animais. Grupo III da IARC. Pforª Eliani Spinelli Derivados Orgânicos de chumbo Pforª Eliani Spinelli Biotransformação: Tetrametil-PbTrimetil-Pb Pb++rápido T ½ longo Lipossolúvel; atravessa BHE Neurotóxico A longo prazo, nefrotoxicida de pode ser importante Biomonitoramento: chumbo urinário Intoxicação crônica pelo chumbo tetraetila A encefalopatia manifesta – se como ataxia, dor de cabeça, ansiedade, insônia, cansaço, irritabilidade, delírio, convulsões tonico-clonicas, coma, aumento da pressão intracraniana Encefalopatia com cefaléia severa, delírio e pode ocorrer coma. Pforª Eliani Spinelli O dano periférico manifesta – se como parestesia, fraqueza muscular e dor muscular. Dano muscular confirmado pela elevação da creatinina fosfoquinase Cádmio Foi descoberto em 1817 como impureza em um composto de zinco (calamina) Escasso na crosta terrestre Encontrado na natureza associado a sulfitos de minérios de zinco, cobre e chumbo Cádmio – fontes de exposição Alimento: principal fonte de exposição para a população não exposta por razões de trabalho • Água • Tabaco • Inalação de fumos ou de material aquecido contendo Cd (incineração de combustíveis fósseis e lixo urbano) • Atmosfera: na forma de material particulado suspenso • Solo Cádmio – utilização • Baterias de níquel-cádmio • Pigmentos • Estabilizadores de produtos de PVC • Recobrimento de produtos ferrosos e não-ferrosos • Ligas de cádmio • Componentes eletrônicos • Indústrias de ferro e aço, cimento e fertilizantes fosfatados Cádmio - toxicocinética Absorção: Trato respiratório e gastrintestinal Distribuição: na forma de complexo com a metalotioneína Excreção: urina, fezes, suor cabelo • Fumantes absorvem em torno de 25 a 50% de Cd (2 a 4 µg de Cd diários com 20 cigarros). • A absorção gastrintestinal é de 3 a 7% do ingerido • T1/2: 10 – 35 anos • Pode alcançar o feto no início da gestação Cádmio - toxicocinética • Após a formação da placenta: Cd-metalotioneína (efeito protetor) Cádmio – toxicodinâmica • Ligação à metalotioneína e acúmulo predominantemente no córtex renal, ao nível dos túbulos proximais • Intensa afinidade com estruturas biológicas que contêm grupos sulfidrilas (-SH): proteínas, enzimas, ác. nucléicos • Competição com o zinco e cálcio: mimetismo Cádmio – efeitos tóxicos • Efeitos renais: danos tubulares, proteinúria, deterioração da função renal e da saúde. • Efeitos nos ossos: osteoporose, osteomalácia, problemas no esmalte nos dentes. • Sintomas agudos: náusea, salivação, vômito, dores abdominais e dores de cabeça • Intoxicação crônica: Japão (1960): Doença conhecida como Itai-Itai entre os habitantes da margem do rio Jintsu (osteomalácia + osteoporose). Cádmio – efeitos tóxicos • Efeitos carcinogênicos: o cádmio e seus compostos são considerados cancerígenos para humanos (grupo 1 IARC) • Efeitos pulmonares: bronquite crônica, fibrose progressiva das vias aéreas inferiores, dano alveolar, enfisema (doença pulmonar obstrutiva) Cádmio – biomarcadores • Cádmio urinário • Cádmio no sangue • Valores de referência: Cádmio urinário: 0,1 – 4 µg/L Cádmio no sangue: 0,1 – 3 µg/L Agentes quelantes empregados na redução de altas concentrações sanguíneas de Cd • EDTA cálcico [CaEDTA] • Acido 2,3-dimercaptosuccínico [DMSA] ( “Chemet”) Mercúrio (Hg) Cinábrio (HgS): principal minério de mercúrio Brasil não produz mercúrio Totalmente importado Brasil exporta mercúrio em produtos – lâmpadas, computadores, TV – maioria para a América Latina. Mercúrio Antiguidade: uso do cinábrio em pinturas rupestres. Século XVI: utilizado em medicina para tratar a sífilis Século XVIII: começou a ser usado como agente anti-séptico. Uso ao longo do tempo... Mercúrio Atualmente • Indústria eletro-eletrônica (baterias, lâmpadas fluorescentes) •Aparelhos científicos de precisão: termômetros, barômetros, etc. •Odontologia: amálgamas •Indústria de tintas protetoras de cascos de navio •Indústrias químicas em geral Mercúrio Hg++ – Sais mercúricos (HgCl2) Hg0 – Forma metálica ou elementar CH3Hg+ - metilmercúrio Formas inorgânicas Formas orgânicas Um elemento, 4 formas Hg+ – Sais mercurosos (Hg2Cl2) Fulminato: (Hg(CNO)2): usado como detonante. Timerosal (COO-Na+(C6H4)(S-Hg-C2H6)): Profª Eliani Spinelli Cada uma de suas formas possui diferentes características de biodisponibilidade e toxicidade Mercúrio Forma amálgamas ou ligas com a maioria dos metais (exceto o ferro), principalmente, ouro, prata, cádmio e latão. Único metal liquido à temperatura ambiente Profª Eliani Spinelli Mercúrio • EMISSÕES - Naturais: atividade vulcânica evaporação de corpos aquáticos Mercúrio • EMISSÕES - Antrópicas: a) mobilização do mercúrio como impureza geração de energia, queima de combustíveis e biomassa Mercúrio • EMISSÕES - Antrópicas: b) resíduos de mercúrio originados de processos onde este metal é usado intencionalmente processos industriais garimpagem do ouro estudo recente indica que emissões de origem antrópica podem ter multiplicado os níveis gerais de mercúrio na atmosfera por um fator de aproximadamente 3 Garimpagem do ouro Ainda é a principal fonte de contaminação ambiental pelo mercúrio. Hg0 Profª Eliani Spinelli -queima de combustíveis fósseis , lixos - processos industriais AR Hg0 Hg2+ oxidação fotoquímica vapores chuva humanos peixes p/ ÁGUA SEDIMENTO Hg0 H2+Hg2+ CH3Hg + Hg2+ CH3Hg + bactériasbactérias bactérias peixe O movimento do mercúrio no ambiente HgS Problemas da biomagnificação do metilmercúrio • O Brasil produz mais de um milhão de toneladas/ano de pescado, gerando um PIB pesqueiro de R$ 5 bilhões • O potencial de crescimento é enorme e o Brasil pode se tornar um dos maiores produtores mundiais de pescado • O consumo de peixe é a principal rota de exposição ao metilmercúrio Baía de Minamata, Japão (1956) Corporação Chisso CH3Hg + Contaminação da biota por CH3Hg +: Mais de 2209 casos da chamada “Doença de Minamata” 200 a 600 toneladas de CH3Hg + • Paralização de pés e mãos • Parestesia, ataxia, disartria e surdez • Alterações visuais, redução do campo visual e cegueira • Alterações do olfato e paladar • Distúrbios emocionais • Fraqueza muscular • Tremores musculares e convulsões • Morte Primeiros sinais clínicos: EmbriotoxicidadeEmbriotoxicidade De deficiência cognitiva à paralisia cerebral Teratogênico Profª Eliani Spinelli Mercúrio - exposição � Via oral � Via inalatória (exposição ocupacional) � Via dérmica não é muito significativa Mercúrio - toxicocinética via oral via respiratória Hg metálico (vapor Hg0) - bem absorvido Hg metálico (Hg0) - absorção muito baixa (apenas se transformado em sais ou complexos mais solúveis) sais de Hg++ - absorção inferior a 8 % no ID metilmercúrio (HgCH3+) – absorção de 90- 100%, por transporte ativo (ligado à cisteína) � Absorção Hg0 Hg++ Hg++ Hg++ RHg RHg 95% Hg0 33% 50% 66% 5% Sais de Hg++ Metálico Orgânico (CH3Hg+) Metilmercúrio (CH3Hg+) atravessa a placenta e a barreira hematoencefálica A membrana do eritrócito possui vários grupos sulfidrilas. Mercúrio - toxicocinética � Distribuição Devido à sua carga iônica o íon mercúrico (Hg++) não atravessa com facilidade a barreira hematoencefálica ou a placenta. Hg++ Hg0 Hg++Catalase Hidrogênio peroxidase ‘ GSH-Hg-HSG Glutationa � Biotransformação Hg metálico e sais de Hg++ Enzimas lisossomais Indução da transcrição de metalotioneínas Hg++ Complexo metalotioneína-Hg++ filtração glomerularreabsorção tubular Órgão alvo crítico aos efeitos nocivos do Hg++ � Excreção Hg metálico (Hg0) e sais de Hg++ GSH-Hg-HSG Rim Bile GSH Hg HSG Intestino Hg++ 6 – 10% reabsorvido Hg++ T ½ = 20 – 90 dias 7 – 14% da dose de Hg0 inalado é excretada pelo ar exalado em até 1 semana. Ocorre também excreção via suor e saliva. Hg0 < 0,1% na urina 80% excretado como Hg++ (via fezes e urina, principalmente) T½ de 35 - 90 dias. Exposição intensa e prolongada: RIM >>> Fezes Exposição suave ou curta: Fezes >>> RIM Profª Eliani Spinelli � Biotransformação do CH3Hg+ CH3Hg+ Hg++ GSH-HgCH3 glutationa Filtração glomerular Túbulos proximais γ-glutamiltransferase cisteinilglicinase Cisteína-HgCH3 reabsorção Semelhança com metionina Profª Eliani Spinelli CH3Hg-Cis→→→→ Hg ++ Órgão alvo crítico aos efeitos nocivos do CH3Hg+ GSH HgCH3GSH-HgCH3 Rim Bile % reabsorção Hg++ 90% da dose é excreta da pelas fezes T ½ = 44 dias Intestino � Excreção do CH3Hg+ Profª Eliani Spinelli Mercúrio - toxicodinâmica Forte ligação a grupos sulfidrila (-SH) Afinidade por –CONH2, -NH2, -OOH, -PO4 Lipoperoxidação lipídica Leva à necrose celular (exposição excessiva) Ou apoptose (exposição suave, a longo prazo) Mercúrio – efeitos tóxicos Efeitos neurológicos (CH3Hg+): demência semelhante à verificada no mal de Alzheimer, deficiência de atenção, ataxia, disartria, tremores subclínicos dos dedos, danos na visão e audição, distúrbios sensoriais e aumento da fadiga. O feto é mais vulnerável aos efeitos do CH3Hg+ Efeitos renais (Hg++): insuficiência renal, necrose tubular, poliúria, albuminúria, nefrite. Efeitos na reprodução (CH3Hg+): exposição crônica a níveis elevados de mercúrio ocorrência de aborto espontâneo, natimortos e malformação congênita. Efeitos pulmonares (Hg0): A irritação pulmonar pela inalação pode evoluir para pneumonite intersticial, com infiltrados e áreas de enfisema e atelectesia na radiografia torácica, até bronquiolite necrosante, hemorragia, pneumotórax ou edema pulmonar, dependendo da intensidade da exposição. Mercúrio – efeitos tóxicos Efeitos imunológicos (Hg++, CH3Hg+): Reduz a imunidade celular e humoral comprometendo a resposta de Th1 e aumentado a resposta de Th2, com alteração da resposta antigênica. Mercúrio – efeitos tóxicos Efeitos carcinogênicos: • mercúrio e seus compostos inorgânicos: grupo 3 IARC (não classificado como carcinogênico para humanos); • metilmercúrio: grupo 2B IARC (possivelmente carcinogênico para humanos) *Hg urinário: acima de 10-20 µg/L indica exposição excessiva *Manifestações neurológicas: 100 µg/L ou acima Mercúrio - diagnóstico Regulamentação Portaria nº685/1998 Estabeleceu limites máximos para mercúrio em peixes e produtos de pesca de 0,5 mg/Kg e para os peixes predadores 1,0 mg/Kg. Portaria nº518/2004 Estabeleceu o teor máximo de 0,001 mg/L para o padrão de potabilidade da água. Arsênio (As) • É amplamente distribuído na crosta terrestre (3,4 ppm) dependendo da região • Encontrado principalmente na forma de sulfetos e minérios • Foi utilizado na Idade Média em envenenamentos para fins políticos Composto Fórmula Arsina Ácido arsenioso As (III) Ácido arsênico As (V) Ácido monometilarsônico MMA (V) Ácido dimetilarsínico DMA (V) Arsenobetaína (AsB) Arsenocolina (AsC) AsH3 • O As, nas formas trivalente (III) e pentavalente (V) é amplamente distribuído na natureza nas formas inorgânicas e orgânicas • O As (III) é cerca de 10 vezes mais tóxico que o As (V) • Os organo-arsenicais são menos tóxicos que os inorgânicos • EMISSÕES Arsênio Fontes naturais atividade vulcânica poeiras • EMISSÕES Arsênio Fontes antrópicas incineração de lixo mineraçãoqueima de carvão indústria de fundição aplicação e fabricação de praguicidas Movimento do arsênio no ambiente Bangladesh, 1993 Contaminação por arsênio de águas subterrâneas usadas pela população para consumo A intoxicação acidental atingiu pelo menos 85 dos 125 milhões de habitantes Bangladesh, 1993 Manifestações clínicas: Lesões cutâneas Câncer de bexiga, rim, pulmão e pele Enfermidades cardiovasculares Arsênio - toxicocinética Absorção: via oral (água e alimentos contaminados) via respiratória (ocupacional) arsenatos e arsenitos são bem absorvidos (~95%) arsênio orgânico após biotransformação (75–85%) via dérmica penetração na pele e ligação a grupos sulfidrila da queratina (câncer) maior para compostos orgânicos inalação de poeiras ou fumos Distribuição: Arsênio - toxicocinética • Após a absorção o arsênio é distribuído por todo organismo • Deposita-se nos cabelos, unhas e pele • Arsênio inorgânico pode atravessar a placenta e entrar em contato com tecidos fetais. • Apenas uma pequena parte do As consegue penetrar a barreira hemato-encefálica Biotransformação: Arsênio - toxicocinética A metilação é considerada um processo de desintoxicação: • menor toxicidade aguda dos produtos formados • da menor reatividade com componentes de tecidos • maior velocidade de excreção As (V) As(III) MMA e DMA METILAÇÃO metiltransferases Excreção: Arsênio - toxicocinética urina e fezes: lenta, forma orgânica (MMA e DMA) e inorgânica após 1 – 3 dias da absorção do arsênio inorgânico: 45 – 85% (urina) e pouco nas fezes após absorção de MMA e DMA: 75 – 85% excretados no 1º dia na urina Arsênio - toxicodinâmica → alta afinidade por grupos sulfidrila (SH) de enzimas e proteínas Forma trivalente - As (III) - é mais tóxica ác. lipóico As Ciclo de Krebs: - uma das etapas da respiração celular - forma 2 ATPs danos no SNC Arsênio - toxicodinâmica Arsênio – efeitos tóxicos alterações gastrintestinais: náuseas, vômitos, dores epigástricas, desconforto �diarréias (água de arroz até sanguinolentas) �irritação das mucosas do esôfago, estômago e intestino �morte (2 – 3 dias) 70-180 mg – anorexia, hepatomegalia, melanose, arritmia cardíaca, convulsão, coma e morte INTOXICAÇÃO AGUDA: MEPBSMEPBSMEPBSMEPBS Arsênio – efeitos tóxicos INTOXICAÇÃO CRÔNICA: �Pele: hiperqueratose, hiperpigmentação Carcinogênico, teratogênico e mutagênico �Sistema cardiovascular: lesão vascular periférica (doença dos pés pretos) �Sistema nervoso: neurotoxicidade, polineuropatias (irreversível) alteração sensorial, parestesia, fraqueza muscular �Sistema hematopoiético: leucopenia MEPBSMEPBSMEPBSMEPBS linhas de Mees Arsênio- valores de exposição humana Ingestão diária calculada em 12 – 40 µg/ 70 kg FAO/ OMS Máximo aceitável para adultos: 2 µg/ kg/dia NOAEL: 0,8 µg/ kg/ dia MEPBSMEPBSMEPBSMEPBS Arsênio- diagnóstico • Dosagem do arsênio no cabelo e nas unhas (intoxicação crônica) • Exame radiológico simples de abdome (ingestão recente) • Detecção e dosagem laboratorial de arsênio na urina (50µg/L em dosagem de urina pontual, ou um total de 100µg em urina de 24h) Arsênio- tratamento • Dimercaprol (BAL) –via injetável I.M. • Acido 2,3-dimercaptosuccínico [DMSA] ( “Chemet”) –via oral
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