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Profa. Ma.Tamires Amabile Valim Brigante tamiresbrigante@gmail.com UNIVERSIDADE METODISTA DE PIRACICABA FACULDADE DE CIÊNCIAS DA SAÚDE 2018 Bibliografia Toxicante Liberação Alteração do ambiente biológico Interação com molécula-alvo Disfunção celular, lesão Reparo inapropriado e adaptação T O X I C I D A D E XENOBIÓTICO TOXICANTE FINAL Absorção Distribuição em direção ao alvo Reabsorção Metabolismo (Intoxicação) Eliminação pré- sistêmica Distribuição não- específica Excreção Metabolismo (Detoxificação) Sítio Alvo Toxicocinética Estudo do comportamento de um agente nos diferentes compartimentos do organismo, que são dependentes dos processos de absorção, distribuição, biotransformação e eliminação. Toxicocinética • Efeito é proporcional a concentração no sítio- alvo • Correlação com concentração no sangue, já que não se pode quantificar no sítio alvo • Avaliar matematicamente os movimentos dos agentes tóxicos Toxicocinética Absorção Distribuição Distantes do local de exposição Efeito Sistêmico Exposição Toxicocinética Barreiras do organismo ² Físicas: ² Químicas: ² Biológicas: Pele e mucosas pH do estômago Flora natural Membrana Celular Meio exterior Meio interior Difusão Simples Filtração Difusão Facilitada Transporte Ativo Pinocitose Membrana Celular • Hidrossolubilidade e lipossolubilidade; • Coeficiente de partição: óleo- água; • Carga elétrica da partícula; • Tamanho da partícula; • Carga da partícula; Fatores que influenciam a passagem pelas membranas Absorção Passagem do local de contato para a corrente sanguínea Dérmica, oral e respiratória ² Intramuscular, intravenosa, subcutânea – fármacos ² Via intravenosa – fármacos e drogas de abuso Absorção dérmica ² Pele – 10% do peso ² Epiderme – barreira limitante ² Lipossolubilidade Absorção dérmica Efeito local na pele Corrosão, sensibilização e mutações gênicas Ex.: ácidos, bases e sais oxidantes Podem se restringir a pele ou chegar a camadas mais profundas Não ocorre absorção Absorção Absorção pela via respiratória Absorção pela via respiratória Efeito local Inflamação e irritação das vias aéreas superiores ² Vapores e gases hidrossolúveis retidos na mucosa nasal ² Gases - solubilidade no sangue Absorção pela via respiratória Equilíbrio dinâmico Sangue Ar ² Pouco solúveis – Rápido ² Altamente solúveis - Lento Fator limitante: ² Baixo CP sangue/ar Circulação Sanguínea ² Alto CP sangue/ar Frequência respiratória Absorção por via oral Ingestão acidental Ingestão voluntária Absorção por via oral ² Boca: Difusão simples e filtração. Poros pequenos. Ex: cocaína ² Estômago: Difusão simples e filtração. Ex: etanol. ² Intestino: Difusão simples e facilitada, filtração e transporte ativo. Poros grandes. Grande área. Ex: Pb por transportador de Ca. Absorção por via oral Fatores que influenciam a absorção pelo sistema digestivo ² Lipossolubilidade ² pH e pKa ² Irrigação ² Características físico-químicas ² Velocidade de esvaziamento gástrico ² Composição dos alimentos Absorção por via oral Fatores que influenciam a absorção pelo sistema digestivo ² pH e pKa Para ácidos: pKa – pH = log [moléculas] [íons] Para bases: pH - pKa = log [moléculas] [íons] Equação de Henderson-Hasselbach Maior absorção da porção não ionizada pH Ácido benzóico (pKa = 4) Anilina (pKa = 5) 2 99,0% 0,1% 3 90,0% 1,0% 5 10,0% 50,0% 7 0,1% 99,0% Porção não ionizada Absorção por via oral Ciclo entero-hepático Absorção no Intestino Conjugação Vesícula biliar Excreção no intestino Clivagem da conjugação Absorção por via oral Ferro Cálcio Ferritina Vitamina D Circulação Carregadores Absorção por outras vias Subcutânea Testes em animais: intraperitoneal e subcutânea (vias rápidas de absorção) Intravenosa Intramuscular Administração de fármacos e drogas de abuso Absorção Distribuição Distantes do local de exposição Efeito Sistêmico Exposição Distribuição Corrente Sanguínea Órgãos, tecidos e células Sítio Alvo Distribuição Fatores que influenciam a distribuição: ² Diferenças regionais de pH ² Coeficiente de partição ² Fluxo sanguíneo e linfático ² Ligação as proteínas Distribuição Tecidos de depósito: ² Menos irrigados e levar ² Maior tempo para atingir equilíbrio ² Grande afinidade com o toxicante ² Se não for órgão alvo do toxicante, ajuda a proteger da intoxicação Pb Anestésicos Distribuição Volume de distribuição (Vd) Vd = dose administrada concentração Ex.: Dose administrada: 1000mg Concentração plasmática: 10 mg/L Vd= 1000/10 VD=100L ² Extensão da distribuição do xenobiótico ² Volume teórico dos compartimentos onde a substância estaria uniformemente distribuído ² Grande Vd - vários compartimentos, pequena fração na corrente sanguínea. ² Pequeno Vd - maior fração permanece no plasma L Distribuição Volume de distribuição (Vd) Vd = dose administrada concentração Ex.: Dose administrada: 1000mg Concentração plasmática: 10 mg/L Vd= 1000/10 VD=100L ² Extensão da distribuição do xenobiótico ² Volume teórico dos compartimentos onde a substância estaria uniformemente distribuído ² Grande Vd - vários compartimentos, pequena fração na corrente sanguínea. ² Pequeno Vd - maior fração permanece no plasma L Distribuição Ligação a proteínas plsmáticas: Albumina, lipoproteínas e alfa1-glicoproteína ácida ² Ligações revers íveis : l ig ações hidrofóbicas, ligações de hidrogênio e força de Van-der-Waals ² Competição entre substâncias aumenta fração livre ² C o n f o r m e s e d i f u n d e , m a i s substancia vai sendo liberada para a fração livre Distribuição Barreiras biológicas ² Proteção ² Maior seletividade às substâncias ² Transporte ativo de absorção e de efluxo Placentária: protege o feto Hematoencefálica: Protege o sistema nervoso centtral Distribuição Barreira Hematoencefálica 1. Células justapostas 2. Proteínas de efluxo atp-dependentes 3. Revestidas por astrócitos 4. [ ] de proteínas reduzido 5. Pouco desenvolvida nos recém-nascidos Distribuição Barreira Hematoencefálica 1. Células justapostas 2. Proteínas de efluxo atp- dependentes 3. Revestidas por astrócitos 4. [ ] de proteínas reduzido Pouco desenvolvida nos recém-nascidos Substâncias lipossolúveis e não ionizadas Distribuição Placenta ² Passagem de nutriente mãe -> feto ² Troca gasosa ² Remoção do material excretado pelo feto ² Controle hormonal do feto ² Biotransformação Distribuição Placenta Passagem de nutriente mãe -> feto; Troca gasosa; Remoção do material excretado pelo feto; Controle hormonal do feto; Biotransformação Distribuição Redistribuição de toxicantes Circulação Tecido de depósito (Tecido adiposo ou ósseo) Órgão alvo Absorção Circulação Meio Externo Absorção Excreção Biotransformação e Excreção Substâncias Lipossolúveis Circulação Meio Externo Absorção Excreção BiotransformaçãoBiotransformação e Excreção Substâncias Lipossolúveis Absorção Substâncias lipofílicas Excreção Substâncias hidrossolúveis ? Biotransformação Biotransformação e Excreção Biotransformação O que é a Biotransformação? Biotransformação “É toda alteração que ocorre na estrutura química das substâncias no organismo. É catalisada por enzimas inespecíficas.” Não Enzimática Enzimática Biotransformação Degradação Não Enzimática Bicarbonato de Sódio Ácido clorídrico gástrico Sódio Água Gás carbônico Eliminado Tipos de reações • Reações de fase I – Oxidação – Redução – Hidrólise • Reações de fase II – Glicuronidação – Sulfatação – Acetilação – Metilação – Conjugação com glutationa – Conjugação com aminoácidos Conjugação Distribuição das enzimas Tipos de reações Tecido hepático: Homogeneização + centrifugação Sobrenadante + Precipitado Enzimas solúveis no citosol (Citosólicas). Fragmentos do retículo endoplasmático (Microssomicas). Fase II Fase I Tipos de reações Sobrenadante + Precipitado Núcleo, lisossomas, fragmentos de membrana, mitocôndrias. Reações de fase I ² Conferem polaridade aos xenobióticos. ² Exposição ou Inserção de grupamentos - SH, -OH,-NH3, -COOH. Hidrofilicidade Caráter eletrofílico, nucleofílico ou radicalar ⇓ Maior toxicidade Bioativação Oxidação Sistema citocromo P-450 (CYP) Forma oxidada + CO = complexo com pico de absorção espectrofotométrica em 450 nm. CYP 3 A 2 Citocromo P450 Família Subfamília Isoenzima 267 famílias de CYP 450 Reações de fase I Hemoproteína Microssomal Mecanismo de Oxidação NADPH NADP e NADPH CYP450 redutase e CYP450 (Fe3+) NADH NAD e NADPH Cit. b5 redutase e Cit. b5 e CYP450 (Fe2+) H2O Xenobiótico Oxidado Xenobiótico Reações de fase I Oxidação Reações de fase I A) Hidroxilação aromática Oxidação Reações de fase I B) Hidroxilação alifática CH2 CH3R CH CH3R OH NO2 CH3 NO2 CH2 OH p-nitrotolueno Álcool p-nitrotolueno Oxidação Reações de fase I C) Desalquilação R N C2H5 R NH + H3C-COH R HO + HCOHR O CH3 R CH3S R H + HCOHS Oxidação Reações de fase I C) Desalquilação Oxidação Reações de fase I C) Desalquilação Oxidação Reações de fase I C) Desalquilação Oxidação Reações de fase I D) Desaminação R CH2 NH2 R C H O Oxidação Reações de fase I E) Sulfoxidação R S R' R S R' O F) Dessulfuração R S R'C R R'C O Oxidação Reações de fase I G) Desalogenação R C H H X R C H X OH R C O H Oxidação Reações de fase I H) Epoxidação R O H H Oxidação Reações de fase I Oxidação – Outros sistemas enzimáticos Reações de fase I Álcool desidrogenase (ADH) e Aldeído desidrogenase (ALDH) Fonte: Toxicology –The Basic Science of Poisons. Casarett and Doulls, 7ª edition (2008) Fração solúvel Oxidação – Outros sistemas enzimáticos Reações de fase I Amina oxidase Mitocondrial Substratos: catecolaminas, serotonina, derivados do triptofano. Redução Reações de fase I ² Catalisadas por enzimas do CYP 450; ² Ocorrem em baixa concentração de oxigênio. N N OH NH2 NH2 OH Sudan 1 (1-fenil azo-2-naftol) Anilina 1-amino-2-naftol + NO2 NH2 Nitrobenzeno Anilina Nitro-redução: Azo-redução: Redução Reações de fase I Não microssomais 1) Redução de dissulfetos H2C S S C2H2S C2H5 SH Redutase As5+ As3+ Redutase 2) Redução de valência Hidrólise Reações de fase I Grupamentos funcionais: ² Ácido carboxílico ² Éster ² Amida ² Tioéster ² Éster de ácido fosfórico Enzimas ² Carboxilesterases ² Pseudocolinesterases ² Paroxonases Fração solúvel Hidrólise R – C = O + H2O R – C = O + OH – R’ OR’ OH Carboxilesterases Reações de fase I Destoxificação carboxilesterases Hidrólise R – C = O + H2O R – C = O + OH – R’ OR’ OH Carboxilesterases Reações de fase I Destoxificação Hidrólise Epóxido hidroláse Reações de fase I ² Catalisa a trans adição de água aos epóxidos. + OH2 OH H CH2OH O H Estireno 7, 8 epÛxido Estireno 7, 8 glicol Destoxificação Reações de fase II • Reações de fase II – Glicuronidação – Sulfatação – Acetilação – Metilação – Conjugação com glutationa – Conjugação com aminoácidos Conjugação Reações de fase II ² Incorporação de co-fatores endógenos às moléculas geralmente provenientes de reações de fase I ² Pode haver conjugação direta ² Reações de sintetases: síntese de co-fatores. ² Reações de transferases: catalisam a transferência de co-fatores. Reações de fase II Glicuronidação ² Conjugação mais frequente em mamíferos ² Conjugação com o ácido glicurônico ² Catalisada pela glicuroniltransferase (enzima microssomal) ² Destoxificação Co-fator ⇒ UDPGA Principais substratos: todo composto orgânico com grupamentos: -COOH, -OH, -SH ou –NH2. Formação do co-fator: Glicose 1 P + UTP UDP - 2 – D glicose (UDPG) UDPG + 2 NAD+ H2O UDP –GA + NADH + 2 H+ UDP-GA = uridina difosfato – ácido glicurônico Reações de fase II Glicuronidação Reações de fase II Glicuronidação Co-fator ⇒ PAPS Principais substratos: todo composto orgânico com grupamentos: -OH. Reações de fase II Sulfatação ² Conjugação com ânion sulfato ² Catalisada pelas sulfotransferases ² Destoxificação Formação do co-fator: PAPS = 3-fosfoadenosina, 5- fosfosulfato ATP + SO4 APS + P2O7-4 APS + ATP PAPS + ADP Reações de fase II Sulfatação Co-fator ⇒ S-adenosilmetionina (SAM) Principais substratos: transfere para átomos de O, N ou S eletrolíticos. Reações de fase II Metilação ² Conjugação com grupo metila ² Catalisada pelas metiltransferases ² Destoxificação ou ativação Reações de fase II Metilação SAM R-SH R- OH R-NH2 R-SH-CH3 R- OH-CH3 R-NH-CH3 SAM ² Conjugação com grupo acetil; ² Catalisada pelas N-acetiltransferases; ² Destoxificação ou ativação. ² Polimorfismo bem estabelido Co-fator ⇒ Acetilcoenzima A Principais substratos: transfere para aminas primárias aromáticas e aminas alifáticas formando amidas. Reações de fase II Acetilação ² Conjugação com aminoácido glicina ² Catalisada pelas CoA ligases ² Destoxificação Co-fator ⇒ glicina Principais substratos: transfere para compostos contendo radicais carboxila. Reações de fase II Conjugação com glicina Reações de fase II Conjugação com glicina ² Conjugação com glutationa (GSH) ² Formada por 3 aminoácidos: Glicina-cisteína-ácido glutânimico) ² Catalisada pelas glutationa S- trasnferase; ² Destoxificação Co-fator ⇒ glutationa Principais substratos: transfere para compostos com átomos de C eletrofílicos. Reações de fase II Conjugação com glutationa Reações de fase II Conjugação com glutationa Fase I Fase II ² Internos (sist. Biológico) ü Espécie e Raça (Etanol, Barbitúricos) ü Fatores Genéticos (Diferentes fenótipos de metabolizadores) ü Gênero (relação da testosterona em ratos) ü Idade (recém nascidos, crianças e idosos) ü Estado nutricional(proteínas e minerais) ü Estado Patológico (Fígado, Rins e Coração) • Externos (subst., via de exposição e ambiente) ü Inibição Enzimática ü Indução Enzimática Fatores que modificam a biotransformação Fatores que modificam a biotransformação Espécie e Raça Fatores que modificam a biotransformação Espécie e Raça Fatores que modificam a biotransformação Fatores genéticos: Polimorfismo Com efeito e sem toxicidade Grupo de pacientes Mesmo diagnóstico e prescrição Efeito e toxicidade Sem efeito e sem toxicidade Sem efeito e com toxicidade ² Enzimas da CYP ² Acetilação Metabolizadores • Lentos • Intermediários • Rápidos • Ultra-rápidos Fatores que modificam a biotransformação Aldeídodesidrogenase Alcooldesidrogenase Glicuroniltransferase: ausente em neonatos Dificuldade no metabolismo de bilirrubina Hiperbilirrubinemia Glicuronidação Fatores que modificam a biotransformação Idade Fatores que modificam a biotransformação Indução enzimática Substâncias podem estimular a atividade enzimática e aumentar a metabolização delas e de outras substâncias Hormônios esteróides, inseticidas clorados, barbitúricos, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos Varfarina S-varfarina: CYP2C9 R- varfarina: CYP1A2, CYP2C19 e CYP3A4. Met. Inativos Rifampicina Biotransformação Varfarina Concentração Plasmática Risco de Trombose Indução enzimática Fatores que modificam a biotransformação Inibição enzimática Substâncias podem reduzir a expressão de enzimas metabolizadoras, diminuindo a metabolização delas e de outras substâncias Inseticidas fosforados, dissulfiram, éster dietilaminoetanol, tetraciiclina, cloranfenicol Inibição da produção de proteínas e competição com os substratos Varfarina S-varfarina: CYP2C9 R- varfarina: CYP1A2, CYP2C19 e CYP3A4. Met. Inativos Cetoconazol Biotransformação Varfarina Concentração Plasmática Risco de Sangramento Inibição enzimática Excreção Processo pelo qual uma substância é eliminada do organismo. Urinária, fecal e pulmonar Suor, saliva, lágrimas e leite Excreção Renal Substâncias polares e hidrossolúveis Filtração glomerular, reabsorção tubular e secreção tubular Excreção Renal Filtração glomerular ² Poro de 70nm ² Moléculas não ligadas à proteínas plasmáticas Reabsorção ² Substâncias lipossolúveis são reabsorvidos Secreção ² Transporte ativo ² Moléculas ligadas às proteínas plasmáticas Excreção Renal ² Moléculas ácidas e básicas sofrem grande influência do pH da urina Intoxicação por barbitúricos Aumenta pH Reabsorção Eliminação Aumenta ionização Bicarbonato de sódio Excreção Renal • Idade • Insuficiência renal ou circulatória • Interações medicamentosas ² Competição entre substâncias pelos transportadores ² Polimorfismo nos sistemas de transporte ativo: ² Transporte ativo aumenta a excreção de xenobióticos contra gradiente de concentração. Ex.: Chumbo Excreção Renal • Recém-nascidos: funções renais não estão completamente desenvolvidas Eliminação mais lenta Maior toxicidade Excreção Fecal ² Substâncias não absorvidas pela via urinária ² Excreção biliar ² Excreção intestinal: difusão passiva (lento) Excreção Fecal Eliminação pré sistêmica Absorção no Intestino Biotransformaçã o no fígado Vesícula biliar Excreção no intestino Circulação Sistêmica Excreção Pulmonar ² Substâncias gasosas e voláteis ² Difusão simples ² Baixa solubilidade no sangue: rápida eliminação – limitada pela circulação ² Alta solubilidade no sangue: eliminação lenta – limitada pela respiração Excreção Pulmonar Etilômetro Excreção por outras vias ² Diferença de pH entre o plasma e as glândulas ou tecidos ² pka da substância ² Lipossolubilidade ² Presença de transportadores ativos. Leite: ² pH menor que do sangue substâncias básicas e lipossolúveis Ex.: DDT Excreção por outras vias Suor e Saliva: ² Menor [ ] que outras vias ² pH menor que do sangue substâncias básicas Ex.: Cocaína e anfetaminas Coleta não invasiva Parâmetros Biológicos Indicadores de Eliminação ² Meia-vida biológia (t1/2): Tempo necessário para que a concentração plasmática seja reduzida a 50% após a completa absorção e distribuição. ² Depuração ou Clearance (Cl): Capacidade do organismo em eliminar a substância – Renal – Hepática Resumindo... Ø Absorção: Passagem do local de contato para a corrente sanguínea Ø Distribuição: Passagem da corrente sanguínea para o tecido-alvo Ø Biotransforção: é toda alteração que ocorre na estrutura química das substâncias no organismo. É catalisada por enzimas inespecíficas ou não. Ø Excreção: Processo pelo qual a substância é eliminada do organismo XENOBIÓTICO TOXICANTE FINAL Absorção Distribuição em direção ao alvo Reabsorção Metabolismo (Intoxicação) Eliminação pré- sistêmica Distribuição não- específica Excreção Metabolismo (Detoxificação) Sítio Alvo ADEC: caso clínico Paciente, D.A.S., 35 anos, sexo masculino, alcoólatra por 5 anos, dá entrada ao hospital queixando-se de dores abdominais. São observados nódulos amarelados pelo corpo do paciente, inchaço no abdômen e icterícia. O paciente relata perda de apetite e tosse com presença de sangue nos últimos dias. Os médicos solicitaram ultrassom e exames laboratoriais. Com os dados clínicos e laboratoriais foi diagnosticado cirrose hepática. Com o objetivo de retardar o progresso da doença o médico orienta que o paciente pare de consumir bebida alcoólica. Foi receitado DISSULFIRAM, 125-250 mg/dia pela manhã durante dois meses. No entanto, o paciente não avisou ao médico que fazia uso da TEOFILINA, por possuir asma. Após alguns dias de tratamento com o dissulfiram o paciente apresentou crises convulsivas, cefaleia, vômitos e cólicas abdominais. 1) Porque esses sintomas apareceram? 2) Como ocorre a biotransformação do álcool no organismo? 3) Qual o mecanismo de ação de dissulfiram? 4) Quais fatores apresentados pelos pacientes podem interferir na biotransformação de xenobióticos? 5) Qual o tratamento indicado? ADEC: caso clínico Alguma dúvida? Obrigada! tamiresbrigante@gmail.com