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Toxicologia Geral Maria José Nunes de Paiva Departamento de Análises Clínicas e toxicológicas Faculdade de Farmácia Sugestões de leitura Fonte: www.glastonburyus.org Introdução 146 milhões de substâncias orgânicas e inorgânicas divulgadas na literatura desde o início do século XIX 80.000 usadas cotidianamente O slogan comemorativo do 75⁰ aniversário da Associação Americana de Química foi: “Chemistry, key to better living” ESTAMOS CERCADOS POR SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS Introdução Medicamento (dose maior que a necessária) Cosméticos (completamente isento de toxicidade) Alimento (Agrotóxicos – organoclorados, organofosforados, carbamatos). Água (metais pesados, agrotóxicos etc). Exposição ocupacional (locais de trabalho onde se utilizam cola, solvente, thinner). Drogas (álcool, maconha, cocaína, crack, ecstasy). 5 Introdução Defensivos agrícolas - 2014, US$ 12,3 bilhões. California Wants to Serve a Warning With Fries (NY Times, Sept 21, 2005) Fish-mercury risk underestimated (CNN.com, Apr 12, 2001) Ephedra Ban: What Took So Long? (CBSNews.com, Dec 30, 2003) A Toxicologia Afeta o Homem Todos os Dias Introdução Orla gengival de Burton - chumbo Úlcera - cromo 7 Dermatites - Arsênio Leucemia - Benzeno 7 Introdução 8 8 Introdução Uso / Mau uso / Abuso Autoridades governamentais exigem testes de toxicidade para vários produtos: Drogas Medicamentos Agrotóxicos Domissanitários A ciência que estuda os efeitos nocivos decorrentes das interações de substâncias químicas com o organismo. FINALIDADES Introdução Organismo Efeito nocivo Substância Química ELEMENTOS DA TOXICOLOGIA O agente químico (AQ) capaz de produzir um efeito O sistema biológico (SB) com o qual o AQ irá interagir Introdução O QUE É TOXICOLOGIA? A ciência que estuda os efeitos nocivos decorrentes das interações de substâncias químicas com o organismo. Introdução é toda substância capaz de modificar ou explorar o sistema fisiológico ou estado patológico, utilizada com ou sem intenção de benefício do organismo receptor. Difere do fármaco. DROGA Efeito Benéfico Fármaco Farmacologia Efeito Adverso Agente Tóxico Toxicologia Introdução Toda substância de estrutura química definida, capaz de modificar ou explorar o sistema fisiológico ou estado patológico, em benefício do organismo receptor. Entretanto, a palavra droga tem aceitação popular para designar fármacos, medicamentos, matéria-prima de medicamentos, alucinógenos e agentes tóxicos. Fármaco Efeito Benéfico Fármaco Farmacologia Efeito Adverso Agente Tóxico Toxicologia Introdução TOXICOLOGIA PATOLOGIA - BIOQUÍMICA - GENÔMICA IMUNOLOGIA FISIOLOGIA FARMACOLOGIA EPIDEMIOLOGIA ESTATÍSTICA HIGIENE INDUSTRIAL QUÍMICA BIOLOGIA ECOLOGIA Introdução Povos pré-históricos: Conheciam os efeitos tóxicos e benéficos de materiais de origem vegetal e animal. Observação de qual alimento não produzia efeitos tóxicos ou doenças. Aspectos históricos Povos pré-históricos: 1500 a.C.: “Papiro de Ebers”800 ingredientes ativos Ópio, Metais(Pb, Cu, Sb) Alcalóides de plantas Aspectos históricos IDADE ANTIGA – Grécia 470-399 a.C. Sócrates – condenado a morte com cicuta A morte de Sócrates (470-399 a.C.) Jacques-Louis David, 1787 Coniun maculatum Aspectos históricos IDADE ANTIGA – Grécia 460-364 a.C. Hipócrates – Pai da Medicina – relação de venenos e princípios primitivos da Toxicologia clínica “ 370-286 a.C. Theophrastus – referência as plantas tóxicas no livro de Historia Plantarum 204-135 a.C. Nicandro – fez poemas descrevendo venenos, envenenamentos e antídotos (Alexipharmaca e Theric) Aspectos históricos IDADE ANTIGA – Grécia 40-90 a.C. Dioscórides – Pai da Farmácia 1a. classificação dos venenos - 16 séculos animais, vegetais minerais Descrição de desenhos dos venenos; Uso de eméticos em envenenamentos Ventosas para picadas de cobras Aspectos históricos IDADE ANTIGA – Roma 120 – 63 a.C. – Mitrídates – Rei do Ponto – experimentos com envenenamentos agudos e modos de evitar seus efeitos: ingestão voluntária de mistura de 36 diferentes ingredientes. Século IV a. C. – Locusta - envenenamentos em massa – Agripina, Cláudio Aspectos históricos Imperatriz Agripina Mãe de Nero Imperador Cláudio Pai de Britannicus Amanita phalloides LOCUSTA Envenenadora oficial Aspectos históricos IDADE ANTIGA – Roma Ano 82 a.C. – Sulla – Lex Cornelia, para punir envenenadores Lucius Cornelius Sulla Felix 37 – 68 d.C. – Nero – usou veneno para matar Britanicus (seu meio irmão) Nero Claudius Caesar Augustus Germanicus Aspectos históricos IDADE MÉDIA 1135-1204 – Maimonides (Moses bem Maimon) – escreveu um texto sobre tratamento dos envenenamentos por insetos, cobras e cachorros loucos. Venenos usados largamente com finalidade política Envenenadores “profissionais”: Spara (uso de veneno para fins matrimoniais e financeiros); Aspectos históricos Lucrécia Bórgia Água Toffana (arsênico) Giulia Toffana Catarina de Médicis Introducão na França IDADE MÉDIA Toffana (cosméticos à base de arsênio); Bórgias, como Alexandre VI e seus filhos Lucrecia e César Catarina de Médicis – venenos da Itália para a França Aspectos históricos IDADE MÉDIA Marquesa de Brinvillers – testava suas “receitas” em crianças, anotando seus efeitos (início dos efeitos, potência, local e modo de ação, sinais e sintomas) Catherine Deshayes, La Voisine – envenenadora na corte de Luís XIV – a qual é atribuída a morte de 2000 crianças Chambre Ardente – comissão judicial para punir envenenadores. Aspectos históricos “TUDO É VENENO. A DOSE CORRETA DISTINGUE UM VENENO DE UM REMÉDIO” PHILIPPUS AUREOLUS THEOPHRASTUS BOMBASTUS- VON HOHENHEIMPARACELSUS (1493-1541) Stormy Petrel of Medicine RENASCENÇA – IDADE MODERNA 1493-1541 – PARACELSUS – desenvolvimento do aspecto médico, científico da Toxicologia; necessidade de experimentação; dose diferencia remédio de veneno e outras idéias revolucionárias no campo da medicina e terapêutica. Publicou o primeiro tratado de doenças em mineradores. Aspectos históricos IDADE CONTEMPORÂNEA 1787-1853 – ORFILA “Pai da Toxicologia” escreveu o primeiro tratado voltado exclusivamente para a Toxicologia Aspectos históricos IDADE CONTEMPORÂNEA Traitè de Toxicologie – e este conhecimento passa a ser uma Ciência. Desenvolvimento do ASPECTO FORENSE DA TOXICOLOGIA, principalmente de métodos de detecção de toxicantes em material biológico. Aspectos históricos IDADE CONTEMPORÂNEA Século XIX – desenvolvimento extraordinário da Química Orgânica e síntese de novos compostos (fosgênio, gás mostarda – gases de guerra). Magendie (1783-1855) – brometo, ópio, estricnina na medicina; Claude Bernard (1813-1878) – ação tóxica do curare; Ehrlich (1845-1915) – mecanismos de ação de toxicantes. Aspectos históricos IDADE CONTEMPORÂNEA Segunda Guerra Mundial: síntese de SQ, organofosforados e organoclorados – visando uso na GUERRA. Paralelamente, houve o desenvolvimento de antídotos, como o BAL. Introdução dos aditivos para alimentos e seu controle Aspectos históricos IDADE CONTEMPORÂNEA Após a Segunda Guerra – desenvolvimento extraordinário da Toxicologia: condições da exposição, e não apenas a dose, como desencadeantes de efeitos tóxicos; estabelecimento do RISCO X SEGURANÇA no uso de SQ (padrões de segurança); conhecimento de mecanismos de ação tóxica; aspectos preditivos e preventivos da Toxicologia; Toxicologia comportamental, Imunotoxicologia, Toxinologia, Ecotoxicologia, entre outros. Aspectos históricos Século 20 oÁrea de alimentos:aditivos / contaminantes oÁrea agrícola: pesticidas / drogas veterinárias oÁrea farmacêutica: fármacos e excipientes Atualmente oAvaliação da segurança de uso oEstudos toxicológicos oEstudos farmacológicos Botica. Gravura colorida de Quiricus de Augustis - Dlicht d'Apotekers (Bruxelas, 1515) Aspectos históricos Toxicologia Moderna 1850 - : introdução de substâncias químicas na terapêutica Anestésicos (éter, clorofórmio, ácido carbônico); Desinfetantes; Farmacologia Experimental - Toxicologia Experimental; Final século XIX: benzeno, tolueno, xileno (escala comercial); radioatividade (Becquerel e Curies); I Guerra Mundial: vitaminas, arsenicais, TOCP, DDT, DES. II Guerra Mundial: antibióticos, sulfas. Marie Pierre Becquerel Aspectos históricos http://images.google.com/imgres?imgurl=www.if.ufrj.br/famous/becquerel.jpg&imgrefurl=http://www.if.ufrj.br/famous/physlist.html&h=480&w=412&prev=/images%3Fq%3DBecquerel%26svnum%3D10%26hl%3Dpt%26lr%3D%26ie%3DUTF8%26oe%3DUTF8%26sa%3DG http://images.google.com/imgres?imgurl=br.geocities.com/saladefisica3/fotos/curie.jpg&imgrefurl=http://br.geocities.com/saladefisica3/fotos.htm&h=384&w=312&prev=/images%3Fq%3DCurie%26svnum%3D10%26hl%3Dpt%26lr%3D%26ie%3DUTF8%26oe%3DUTF8%26sa%3DG http://images.google.com/imgres?imgurl=www.nobel.se/physics/laureates/1903/pierre-curie.gif&imgrefurl=http://www.nobel.se/physics/laureates/1903/pierre-curie-bio.html&h=198&w=140&prev=/images%3Fq%3DCurie%26start%3D20%26svnum%3D10%26hl%3Dpt%26lr%3D%26ie%3DUTF8% http://images.google.com/imgres?imgurl=www.earlmay.com/malathion.jpg&imgrefurl=http://www.earlmay.com/solutions-scaleinsects.htm&h=175&w=144&prev=/images%3Fq%3Dmalathion%26svnum%3D10%26hl%3Dpt%26lr%3D%26ie%3DUTF8%26oe%3DUTF8 http://images.google.com/imgres?imgurl=www.library.arizona.edu/branches/spc/naval-small.jpg&imgrefurl=http://www.library.arizona.edu/branches/spc/uaphoto.html&h=518&w=699&prev=/images%3Fq%3DII%2BWorld%2BWar%26start%3D40%26svnum%3D10%26hl%3Dpt%26lr%3D%26ie%3DUT http://images.google.com/imgres?imgurl=www.geocities.com/the500th/wwIIring.jpg&imgrefurl=http://www.geocities.com/the500th/&h=154&w=260&prev=/images%3Fq%3DII%2BWorld%2BWar%26start%3D60%26svnum%3D10%26hl%3Dpt%26lr%3D%26ie%3DUTF8%26oe%3DUTF8%26sa%3DN http://images.google.com/imgres?imgurl=www.chem.ox.ac.uk/mom/lindane/ddt.gif&imgrefurl=http://www.chem.ox.ac.uk/mom/lindane/lindane.html&h=167&w=198&prev=/images%3Fq%3DDDT%26svnum%3D10%26hl%3Dpt%26lr%3D%26ie%3DUTF8%26oe%3DUTF8%26sa%3DG Droga desenvolvida em 1954 por um laboratório alemão. Destinada a tratar a ansiedade e náuseas durante a gravidez. Década de 60: deformações congênitas. 1961 foi retirada do mercado. Apenas uma das formas enantioméricas (S) é responsável pela má formação dos fetos (focomelia) Falha: testes toxicológicos feitos apenas com 1 espécie de animal Farmacologia Toxicologia Talidomida Aspectos históricos Reconhecimento ligante - receptor Princípios farmacodinâmicos Resposta biológica Estereoquímica “O campo da Toxicologia na época atual está consideravelmente aumentado, tornando-se uma verdadeira ciência social, que tem como principal objetivo proteger a população e permitir que a mesma se beneficie com segurança dos progressos da era contemporânea” René Truhaut Universidade de Paris Áreas da Toxicologia Áreas de Atuação Social Ambiental Ocupacional Medicamentos Alimentos Analítica Experimental Clínica TOXICOLOGIA OCUPACIONAL Monitorização do ambiente de trabalho (contaminantes no ar) NR-15 : Portaria 3 214, do MT, de 06/1978 Monitorização do trabalhador exposto NR-7: anexo 11, de 06/1983 e atualizada em 29/12/1994 TOXICOLOGIA DE ALIMENTOS Praguicidas Hormônios Antibióticos Micotoxinas Metais pesados Migrantes de embalagens no alimento destinado à exportação no alimento destinado ao consumo interno Estudo de substâncias tóxicas presentes em alimentos, sejam elas de origem natural ou ou sintéticas, inerentes ou adicionadas ao alimento A toxicologia de alimentos vai determinar em que condições os alimentos podem ser ingeridos sem causar danos ao organismo Segurança de uso TOXICOLOGIA DE ALIMENTOS TOXICOLOGIA DE MEDICAMENTOS ANÁLISES DE EMERGÊNCIA (hospitais, clínicas, CIFT/ MS) MONITORIZAÇÃO TERAPÊUTICA (níveis plasmáticos de fármacos) EFEITOS NOCIVOS NO USO DE MEDICAMENTOS TOXICOLOGIA AMBIENTAL Controle da poluição da atmosfera Controle da poluição de águas Controle da população exposta aos contaminantes http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_OAypfBdw1i8/SwWijohBB2I/AAAAAAAAAE8/xpfaROUKZo4/s1600/poluicao2.jpg&imgrefurl=http://science-meioambiente.blogspot.com/2009/11/poluicao-ambiental.html&usg=__SsodJttGEGK_PlS2PJCj8UXIGCI=&h=519&w=700&sz=91&hl=pt-br&start=6&zoom=1&itbs=1&tbnid=rvSlBRU_Z8F4DM:&tbnh=104&tbnw=140&prev=/images%3Fq%3Dpolui%25C3%25A7%25C3%25A3o%2Bambiental%26hl%3Dpt-br%26biw%3D1189%26bih%3D505%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1&ei=pwNkTfOSL8SBlAeBvMzkCw TOXICOLOGIA SOCIAL Controle da farmacodependência: em ocupações diversas em clínicas de tratamento de farmacodependentes Análises forenses (aspecto legal) Controle da dopagem ELEMENTOS DA TOXICOLOGIA Substância Química Toxicante Organismo Intoxicação Efeito nocivo Toxicidade DIVISÃO DA TOXICOLOGIA Analítica Clínica Experimental Urgência Monitorização Detecção do agente tóxico ou de parâmetros relacionados (ar, água...) Detecção de sintomas tóxicos no organismo para aplicar terapêutica específica Estudo do mecanismo de ação do agente sobre o sistema biológico Toxicologia Mecanística Toxicologia Descritiva Toxicologia Regulatória Avaliação de Risco Avaliar Toxicidade elucidar mecanismos Decidir se uma substância possui risco suficientemente baixo para o uso pretendido DIVISÃO DA TOXICOLOGIA AGENTE TÓXICO: (toxicante): é a substância química que provoca um efeito, considerado nocivo, ao interagir com o organismo. CONCEITOS BÁSICOS Xenobiótico: Substância estranha ao organismo quali ou quantitativamente Todo toxicante é um xenobiótico, mas nem todo xenobiótico é toxicante. Classificação dos toxicantes Os toxicantes podem ser classificados de diversas maneiras dependendo dos critérios utilizados. A seguir são apresentadas classificações quanto às características físicas e químicas, e quanto ao tipo de ação tóxica. Quanto às características físicas: Gases: são fluídos sem forma, que permanecem no estado gasoso em condições normais de pressão e temperatura. • Ex.: CO, NO e NO2, O3 etc. 49 Vapores: são as formas gasosas de substâncias normalmente sólidas ou líquidas nas condições ambientais Ex: vapores resultantes da volatilização de solventes orgânicos como benzeno, tolueno, xileno etc. Partículas ou aerodispersóides: partículas de tamanho microscópico, em estado sólido ou líquido. Ex: poeiras e fumos; neblinas e névoas Quanto às características químicas: Esta classificação se baseia na estrutura química das substâncias que mais se destacam quanto ao interesse toxicológicos (relação estrutura / toxicidade – in silico) Ex: Halogêneos; Produtos alcalinos; Hidrocarbonetos alifáticos; Hidrocarbonetos aromáticos; Metais; outros Quanto ao tipo de ação tóxica (biológica): ****** Nefrotóxico; Neurotóxico; Hepatotóxico; Outros 50 INTOXICAÇÃO É um conjunto de sinais e sintomas que evidenciam os efeitos nocivos provocados por uma substância química. Processo patológico CONCEITOS BÁSICOS Sinal: algo mensurável, concreto. Sintoma: impossível de mensurar, abstrato. ANTÍDOTO É um agente capaz de antagonizar os efeitos tóxicos de uma substância. TOXICIDADE é a capacidade inerente e potencial, que apresenta a substância química de produzir efeitos tóxicos aos organismos condições específicas de uso. CONCEITOS BÁSICOSSubstância muito tóxica ⇒ efeito tóxico em baixa [ ] Substância pouco tóxica ⇒ efeito tóxico em alta [ ] QUAIS SÃO OS TESTES ??? Toxicidade pré-clínica: realizada em animais: Toxicidade aguda: Dose letal 50 (DL50) Toxicidade sub-crônica Toxicidade crônica Teste de carcinogenicidade Teste de mutagenicidade Teste de teratogenicidade Testes comportamentais Toxicidade clínica: realizada no ser humano (observação) Fatores que influem na toxicidade: Fatores ligados ao agente químico Propriedade físico-química (solubilidade, grau de ionização, coeficiente de partição óleo/água, pka, tamanho molecular, estado físico, etc.) Impurezas e contaminantes (medicamentos, cosméticos e drogas de abuso) Fatores envolvidos na formulação (veículo, adjuvantes) Fatores relacionados com o organismo Espécie, linhagem, fatores genéticos Fatores imunológicos, estado nutricional, dieta Sexo, estado hormonal, idade, peso corpóreo Estado emocional, estado patológico. Fatores relacionados com a exposição Via de introdução Dose ou concentração Frequência. Fatores relacionados com o ambiente Temperatura, pressão Radiações Outros (luz, umidade, etc.). Dose Via de administração Freqüência de exposição RISCO Probabilidade de que um efeito adverso ocorra devido à exposição a uma substância química RISCOS ACEITÁVEIS Probabilidade de que um efeito ou dano seja tolerado por um organismo. Ou seja, que o benefício real trazido pelo uso da substância seja maior do que o risco. CONCEITOS BÁSICOS Fatores a serem considerados na determinação do risco aceitável Necessidade do uso da S Disponibilidade de substâncias alternativas Efeito sobre a qualidade do ambiente Considerações sobre o trabalho (usada em meio ocupacional) Avaliação antecipada de seu uso público (o que ela poderá causar na população Custo das substâncias Fases da intoxicação Espectro do Efeitos Tóxicos Natureza: naturais e sintéticos Órgão de ação: SNC, fígado, asfixiantes, irritantes, narcóticos... Uso: inseticida, medicamento... Fonte: industrial, alimento... Efeito: depressor do SNC, câncer... Estado físico: aerossol, líquido, sólido, gasoso... Estrutura química: aminas, hidrocarbonetos... Potencial tóxico: muito tóxico, moderadamente tóxico... Mecanismo de ação: metemoglobinizante, anticolinesterásico... Geral: agentes ocupacionais, poluentes do ar/aguá... Classificação dos agentes tóxicos Fonte agente exposição organismo efeito FASE DA EXPOSIÇÃO Como o agente ingressa no organismo FASES TOXICOCINÉTICA e TOXICODINÂMICA - Biodisponibilidade - Toxicidade Alguns fatores críticos na interação agentes químicos X organismos Fonte: IPCS-EHC 155 FASE CLÍNICA Evidências detectáveis do efeito nocivo CARACTERISTICAS DOS EFEITOS TÓXICOS 1) Quanto ao nível do sistema biológico Efeito local Efeito sistêmico • o efeito sistêmico requer absorção e distribuição • em geral há maior efeito em alguns órgãos (alvos) 2) Quanto a duração da exposição Agudo Subcrônico Crônico Efeito tóxico crônico desenvolvido pelo mecanismo de acúmulo do AT Efeito tóxico crônico desenvolvido pelo mecanismo de acúmulo do efeito tóxico 3) Reações idiossincráticas Reatividade anormal, geneticamente determinada, caracterizada por ser qualitativamente igual, porém com alta susceptibilidade a pequenas doses ou baixa susceptibilidade a altas doses Exemplo: deficiência da cit. B5 - redutase Idiossincrático reforça o fato que outros indivíduos reagiriam de modo diferente, ou não reagiriam, e que a reação é individual e baseada em uma condição específica daquele que sofreu a reação. 4) Toxicidade imediata e retardada Toxicidade imediata é a que se manifesta após exposição única Toxicidade retardada manifesta-se após algum lapso de tempo. Exemplos: • latência para carcinogênese: as filhas do DES(dietilestilbestrol) • neurotoxicidade de alguns organofosforados que reagem com uma enzima (neuropathy target esterase - NTE) e iniciam a degeneração de axônios longos no SNC e SNP (Ex. TOCP) 5) Efeitos reversíveis e irreversíveis A habilidade de regeneração do tecido determina a reversibilidade do efeito. Exemplos: • muitos danos hepáticos são reversíveis • carcinogênese, teratogênese e danos ao SNC geralmente são irreversíveis 6) Exacerbação de doença pré existente 7) Hiper e hiporreatividade 34,13% 34,13% 13,59% 13,59% 2,14% 2,14% 4 5 0,13% 0,01% 4 5 0,13% 0,01% ~50% Reações alérgicas Reações adversas que ocorrem somente após uma prévia sensibilidade do organismo ao AT ou produto quimicamente semelhante (hapteno na primeira exposição). hapteno + proteína = antígeno anticorpos Manifestações documentadas em humanos: Cutâneas: dermatite, urticária e coceira Ocular: conjuntivites Pulmonar: asma quimicamente induzida 1-2 semanas reexposição: antígeno x anticorpos alergia Interações entre agentes Toxicocinéticas: absorção, distribuição, excreção, biotransformação Toxicodinâmicas: o efeito resultante Aditivo (2+2=4):soma dos efeitos individuais. ex: solventes no SNC Sinérgico (2+2=20): resultante é muito maior que a soma dos efeitos individuais ex: etanol e tetracloreto Potenciação (0+2=10): substância sem efeito sobre um órgão, porém, junto a outra que o tenha, resulta em efeito muito maior desta. ex: isopropanol (não hepatotóxico) e CCl4 Interações entre agentes Toxicodinâmicas: o efeito resultante Antagonismo 4+6=8 ou 4+(-4)=0 ou 4+0=1: ocorre quando as substâncias interferem com as ações umas das outras. São desejáveis e constituem a base de muitos antídotos. Podem ser de 4 tipos: Antagonismo funcional: quando os efeitos são opostos Ex: barbitúrico e epinefrina sobre PA Antagonismo químico (inativação): reação entre compostos que resulta em molécula menos ativa Ex: BAL e As e outros metais Antagonismo de disposição: Quando a absorção, distribuição, biotransformação, ou excreção são alterados de modo a diminuir a concentração ou permanência no órgão alvo Ex: eméticos, diurese, MeOH e EtOH Antagonismo de receptor (bloqueadores): Quando duas substâncias podem se ligar ao mesmo receptor Ex: atropina e organofosforados, Naloxona no tratamento de intoxicação por opiáceos Interações entre agentes Toxicodinâmicas: o efeito resultante
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