TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA TOXICOLOGÍA

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1 TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA TOXICOLOGÍA CONCEPTOS BÁSICOS de TOXICOLOGÍA TÓXICO: Toda sustancia química que, incorporada al organismo vivo a determinada concentración, produce en virtud de su estructura química a través de mecanismos fisicoquímicos y bioquímicos, alteraciones de la fisicoquímica celular, transitorias o permanentes, siempre incompatibles con la salud y en algunos casos con la vida Sustancias exógenas al organismo: XENOBIÓTICOS Sustancias producidas por seres vivos: TOXINAS CLASIFICACIÓN de TÓXICOS: ESTADO FÍSICO: Sólidos, líquidos, gaseosos CONSTITUCIÓN QUÍMICA: Inorgánicos, Orgánicos ORIGEN: Animal, vegetal, microbiano, mineral SISTEMÁTICA ANALÍTICA: No volátiles Volátiles MODO DE ACTUACIÓN: Locales Sistémicos ORGANO DIANA: Hepáticos, nerviosos, hemáticos,... EFECTOS ESPECÍFICOS: Mutagénicos, cancerígenos, teratogénicos,... USO: Aditivos alimentarios, plaguicidas, disolventes, medicamentos,... MECANISMO BIOQUÍMICO DE ACCIÓN: Inhibidores acetilcolinesterasa, productores de metahemoglobina,... POTENCIAL TÓXICO: Extremadamente tóxico, muy tóxico, ligeramente tóxico,... INTOXICACIÓN: Enfermedad consecuente al daño ejercido por un tóxico sobre un organismo vivo. Se puede considerar como la suma de eventos que suceden desde la exposición o contacto del organismo con el tóxico, penetración, distribución, metabolización, excreción,... Voluntariedad o intención: Envenenamiento Situaciones accidentales: Intoxicación TIPOS DE INTOXICACIONES: MAGNITUD DAÑO: leves, moderadas, graves CARACTERÍSTICAS APARICIÓN: o Efecto inmediato - retardado o Reversibles Irreversibles o Local sistémica TIEMPO DE APARICIÓN SÍNTOMAS o Intoxicación aguda o Intoxicación subaguda o Intoxicación crónica o Intoxicaciones recidivantes ETIOLOGÍA o Voluntarias: Homicidios, suicidios, toxicofilias, dopaje,... o Accidentales: ambientales, profesionales, medicamentosas, alimentarias, domésticas,...

2 TOXICIDAD: Actividad tóxica, concreta y específica, vinculada a la estructura química de una sustancia exógena al organismo (xenobiótico) por su interacción con moléculas endógenas (receptor). Afecta la concentración de xenobiótico, del receptor, la afinidad del xenobiótico por el receptor. Puede ser: DIRECTA: Efecto tóxico producido por la estructura primaria del xenobiótico INDIRECTA: Efecto tóxico producido por metabolito formado durante la metabolización Según el tiempo desde la exposición al tóxico y manifestación del daño tóxico: Inmediata (aguda) (efectos por una dosis aparecen en corto periodo de tiempo < 25 dias) Diferida (efectos aparecen después de un largo periodo de tiempo). Puede ser prolongada (subcrónica) y a largo plazo (crónica) EFECTO: Cambio producido por una sustancia química sobre un sistema biológico concreto. Varía según dosis. Efecto adverso: disminución en niveles normales de funciones anatómicas, fisiológicas o conducta del individuo Efecto tóxico: alteración del equilibrio fisiológico corporal: o reversible: consecuencia de un enlace débil estructura tóxica- receptor. Depende de la presencia de tóxico. Desaparece el eliminar tóxico o irreversible: consecuencia de enlace covalente tóxico-receptor. Daño persiste aún cuando tóxico desaparece o o gradual: aumenta de modo progresivo con el incremento de dosis hasta llegar a una dosis (Dm) en la que se alcanza efecto máximo (Em) cuántico: el efecto es máximo o bien no hay efecto (todo o nada) RESPUESTA: Proporción de individuos de una población que manifiesta los efectos nocivos. EFECTO y RESPUESTA SON CONSECUENCIA DE LA ACTIVIDAD DE LA SUSTANCIA QUÍMICA DENTRO DEL ORGANISMO

3 ALGUNOS TÉRMINOS UTILIZADOS EN TOXICOLOGÍA Exposición: Situación que hace posible la penetración o absorción de una sustancia tóxica por un organismo vivo Peligro: Posibilidad que tiene una sustancia de provocar un efecto adverso, una vez dentro del organismo Riesgo: Frecuencia con la que cabe esperar que se presenten los efectos indeseables que proceden de la exposición a un agente tóxico (probabilidad) Toma: cantidad que se ingiere de una sola vez Dosis: cantidad (g o mg) que se absorbe en 24 h por unidad de peso corporal (Kg) en una o varias tomas Nivel sin efecto observable (NISEO): Máxima cantidad de sustancia a la que no se detecta ningún tipo de actividad Dosis terapéutica (Dt): cantidad mínima de sustancia que careciendo de efectos tóxicos presenta una acción favorable Dosis tóxica (DT): cantidad de sustancia capaz de manifestar un efecto tóxico Dosis tóxica mínima (DTm): cantidad más baja de sustancia capaz de manifestar un efecto tóxico Dosis letal (DL): cantidad de sustancia que resulta mortal al ser administrada Dosis letal mínima (DLm; DL 01 ): cantidad mínima de sustancia que resulta mortal al ser administrada Dosis letal absoluta (DL 100 ): cantidad mínima de sustancia capaz de provocar la muerte de todos los animales del grupo ensayado bajo condiciones definidas Dosis letal media (DL 50 ): cantidad de sustancia que mata al 50% de la población Dosis umbral (Du): cantidad de sustancia por debajo de la cual no se espera que aparezcan efectos nocivos, aunque sean de carácter leve Concentración crítica celular: Concentración de xenobiótico capaz de provocar cambios funcionales, reversibles o irreversibles en una célula DOSIS LETALES ABSOLUTA (DL 100 ): Mínima cantidad de sustancia con capacidad para provocar la muerte de todos los animales del grupo ensayado MEDIA (DL 50 ): Cantidad de sustancia que mata al 50% de la población MÍNIMA (DL 01 ): Menor cantidad de sustancia capaz de provocar la muerte de algún animal en el grupo experimental POTENCIA DE UN TÓXICO EN FUNCIÓN DE DL 1. Extremadamente tóxico 2. Altamente tóxico 3. Moderadamente tóxico 4. Ligeramente tóxico 5. Prácticamente no tóxico DL 50 mg/kg < Sumamente tóxica Muy tóxica Moderadamente tóxica Ligeramente tóxica COEFICIENTE DE ACCIÓN TÓXICA AGUDA (CATA) = DL 50 /D U COEFICIENTE DE ACCIÓN TÓXICA CRÓNICA (CATC) = DL U (ÚNICA EXPOSICIÓN) /D U (EXPOSICIÓN FRECUENTE) POTENCIALIDAD CATA CATC <6 > 10,0 < 18 > 5,0 < 50 > 2,5 > 50 < 2,5 Dosis umbral (Du): Cantidad de sustancia por debajo de la cual no se espera que aparezcan efectos nocivos, aunque sean de carácter leve

4 CONCEPTOS BÁSICOS SELECTIVIDAD Distintos sistemas biológicos integrados en un ser vivo pueden ofrecer respuestas diferentes a la agresión de un tóxico Existencia de órganos diana susceptibles de responder a la actividad del agente tóxico Existencia de mecanismos capaces de concentrar dicha estructura en las proximidades de los lugares efectores SENSIBILIDAD Individuos normales Individuos hiposensibles Individuos hipersensibles SEGURIDAD MARGEN SEGURIDAD ÍNDICE TERAPÉUTICO (TI)

5 TOXICOLOGÍA ALIMENTARIA RAMA APLICADA DE LA TOXICOLOGÍA QUE ESTUDIA LAS SUSTANCIAS TÓXICAS EN ALIMENTOS: NATURALEZA, FUENTES, FORMACIÓN EFECTOS NOCIVOS, MECANISMOS, MANIFESTACIÓN DE LOS EFECTOS PREVENCIÓN DE INTOXICACIONES (Establecimiento de límites de seguridad de las sustancias) CLASIFICACIÓN DE LOS TÓXICOS ALIMENTARIOS SEGÚN SU FUENTE (Repetto, 1995) Componentes tóxicos naturales de los alimentos De origen animal De plantas superiores De hongos superiores Sustancias antinutritivas Contaminantes biológicos Infecciones bacterianas Toxinfecciones bacterianas Micotoxinas Contaminantes químicos Sustancias inorgánicas ( metales, aniones) Sustancias orgánicas (plaguicidas, medicamentos) Aditivos alimentarios Tóxicos formados durante el procesado, preparación y almacenamiento de los alimentos y en el propio consumidor Cancerígenos de origen alimentario Interacciones nutrientes-xenobióticos en los alimentos

6 PRUEBAS DE TOXICIDAD (Hodgson y Levi, 1997) I. Propiedades físicas y químicas del compuesto II. Exposición y dinámica en el medio III. Pruebas in vivo Toxicidad aguda Estimación de DL50 o CL50 Estudios de irritación ocular Estudios de irritación y sensibilidad dérmica Toxicidad subcrónica Pruebas de alimentación (90 dias) Pruebas de exposición dérmica (30 dias) Pruebas de exposición por inhalación (30 a 80 dias) Toxicidad crónica Pruebas de alimentación crónica Teratogenicidad Pruebas de reproducción Pruebas especiales Pruebas de neurotoxicidad Estudios de potenciación Estudios metabólicos Estudios de comportamiento IV. Pruebas in vitro Mutagenicidad (procariotas. Test de Ames) Mutagenicidad (eucariotas) Aberración cromosómica V. Efectos sobre la vida salvaje

7 Material a comprobar Evaluación de la exposición + Toxicidad aguda - Desechar Toxicología genética + - Desechar Metabolismo y + U farmacocinética - SE Desechar + Toxicidad subcrónica y reproducción? Aceptar - Desechar + Toxicidad crónica Aceptar - Desechar Aceptar

8 ESQUEMA SIMPLIFICADO DE LOS PASOS EN EL ANÁLISIS DE SUSTANCIAS TÓXICAS EN ALIMENTOS PREPARACIÓN DE LA MUESTRA SEPARACIÓN FÍSICA DE LOS COMPONENTES DEL ALIMENTO COMBINACIÓN DE MUESTRAS TROCEADO/HOMOGENEIZADO EXTRACCIÓN ACETONA ACETONITRILO LIMPIEZA (CLEAN UP) PARTICIÓN AGUA FASE ORGÁNICA AGUA FASE ORGÁNICA PURIFICACIÓN CROMATOG. COLUMNA CROMATOG. GEL OTROS PROC. NO LIMPIEZA DETERMINACIÓN SEPARACIÓN DETECCIÓN GLC TLC HPLC OTROS PROC.

9 FACTORES MOLECULARES QUE INFLUYEN EN LA TOXICIDAD DE UNA SUSTANCIA tóxico ) Coeficiente de reparto lípido-agua (K = [ ] l [ tóxico] a o Kow o Correlación logbcf(factor bioconc.) - logkow Constante y grado de ionización [ AH ] o pka = ph + log [ A ] [ RNH ] + 3 o pka = ph + log [ RNH ] 2 (ácidos débiles) (bases débiles) Acción sobre la estabilidad de las membranas Afinidad por algunos compuestos celulares Acción quelante Particularidades estructurales PROPIEDADES MOLECULARES QUE FAVORECEN BIOACUMULACIÓN Propiedad de la molécula Estructura química Peso molecular Estabilidad Log Kow Solubilidad en agua (mol/m 3 ) Grado de ionización Valores que dan bioacumulación (Connell, 1990) Alta proporción de C-C alifático, C-C aromático, enlaces C H y C-X >100 con capacidad máxima sobre 350 y disminuyendo a muy baja capacidad a valores de 600 Resistente a la degradación >2 dando una capacidad máxima sobre un valor de 6 y disminuye a muy baja capacidad sobre < 18 dando un máximo sobre con disminución de capacidad a valores más bajos Muy bajo

10 EFECTO DEL ph SOBRE LA ABSORCIÓN DE ÁCIDOS Y BASES DÉBILES EN INTESTINO DE RATAS Compuesto pka Porcentaje absorbido en diversos ph 3,6-4,3 4,7-5,0 7,0-7,2 7,8-8,0 Acidos nitrosalicílico salicílico benzoico 2,3 3,0 4, < < Bases anilina aminopireno quinina 4,6 5,0 8, DISTRIBUCIÓN RELATIVA DE INSECTICIDAS EN ALBÚMINA Y LIPOPROTEÍNAS Insecticida % enlazado DDT 99,9 Dieldrin 99,9 Lindano 98,0 Paratión 98,7 Diazinon 96,6 Carbaril 97,4 Carbofurano 73,6 Aldicarb 30,0 Nicotina 25,0 Porcentaje distribución de insecticida enlazado Albúmina Lipoproteína baja Lipoproteína alta densidad densidad < 1 < ACCIÓN QUELANTE EDTA-Pb 2+ PARTICULARIDADES ESTRUCTURALES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD TÓXICA Presencia de insaturación en la cadena carbonada acentúa la actividad tóxica H 2 C=CH-CHO > tox. que H 3 C-CH 2 -CHO acroleína propanal Estructuras con dobles enlaces cis suelen ser más tóxicas que trans Compuestos con estructuras simétricas suelen presentar más efectos tóxicos que asimétricas ClH 2 C-CO-CH 2 Cl H 3 C-CO-CHCl 2 1,3-dicloropropanona 1,1-dicloropropanona Alcoholes (orden mayor a menor toxicidad): TERCIARIO > SECUNDARIO > PRIMARIO Bifenoles (mayor-menor toxicidad): orto > para > meta

11 TEMA 2. ETAPAS DEL FENÓMENO TÓXICO EXPOSICIÓN AL TÓXICO ENTRADA EN EL CUERPO Ingestión Piel Inhalación ABSORCIÓN EN LA CORRIENTE SANGUÍNEA Y DISTRIBUCIÓN HACIA TEJIDOS Y ÓRGANOS TOXICIDAD ALMACENAMIENTO EXCRECIÓN METABOLISMO ENTRADA Y RUTAS QUE SIGUEN LOS TÓXICOS EN EL CUERPO (Hodgson y Levi, 1997)

12 MODELO DE ESTRUCTURA DE MEMBRANA MEDIO FLUIDO INTERSTICIAL PLASMA FLUIDO INTERSTICIAL FLUIDO INTRA CELULAR FLUIDO INTRA ORGÁNULO Mucosa o piel Membrana capilar Membrana capilar Membrana célula diana Membrana orgánulo subcelular (mitocondria, núcleo, etc.)

13 MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS TÓXICOS (Derache, 1990) 1. FASE DE EXPOSICIÓN (Medio ambiente, alimentación + tóxico, desorción del tóxico) Disponibilidad física 2. FASE TOXICOCINÉTICA (Absorción, distribución, transformación metabólica, eliminación) Disponibilidad biológica (biodisponibilidad) 3. FASE TOXICODINÁMICA (Interacción con el tejido diana) EFECTOS TÓXICOS

14 MODELOS FARMACOCINÉTICOS FISIOLÓGICOS Ka: constante de primer orden de absorción 1 Ke: constante de primer orden de eliminación MODELO MONOCOMPARTIMENTAL Ka MODELO BICOMPARTIMENTAL K K21 Kel MODELO FISIOLÓGICO TOXICOCINÉTICO Pulmones SNC Tejidos bien perfundidos Tejidos mal perfundidos Hígado Metabolismo

15 FASE DE EXPOSICIÓN Conjunto de factores que permiten la penetración, o absorción de una estructura química externa hasta el interior del organismo vivo Factores que determinan los grados de riesgo relacionados con la higiene y seguridad en el trabajo vinculados a los hábitos alimentarios fisicoquímicos ligados a la estructura química (posibilidad de atravesar membranas biológicas: ph, grado de ionización de la molécula, coeficiente de reparto) ABSORCIÓN O PENETRACIÓN Fuentes: Medio ambiente y alimentos Factores que afectan: Grado de lipofilia Concentración tóxico en medio externo Superficie intercambio Volumen total organismo Masa grasa del organismo Penetración por la piel: prop. Fisicoquímicas (liposolubilidad, ph, ioinización molecular, tamaño molecular, temperatura, flujo sanguíneo,...); Especie animal e integridad tejido epidérmico Penetración vías respiratorias: presión parcial gases; concentración tóxico en pulmones y sangre; capacidad del tóxico de enlazar con proteínas de sangre; solubilidad en lípidos sanguíneos Penetración vía oral: actividad enzimas digestivas, interacción con alimentos ingeridos, actividad bacterias intestinales

16 ABSORCIÓN DE SUSTANCIAS TÓXICAS TRACTO GASTROINTESTINAL Tipo de células Absorción dependiente del lugar. Depende de Tiempo de permanenecia ph del estómago o intestino Poca absorción. Excepciones: nicotina, nitroglicerina ph 1-3 Poca absorción. Bases débiles Mucha absorción: Ácidos débiles Ruptura química de algunas sust. Presencia de comida ph 5-8 Muy poca absorción Órgano de mayor absorción. Bases y ácidos débiles poco disociados Entrada por difusión pasiva, transporte facilitado y activo Movimiento lento de sustancias Microflora y enzimas afectan a la toxicidad (Nitrosaminas carcinogénicas)

17 ABSORCIÓN DE SUSTANCIAS TÓXICAS TRACTO RESPIRATORIO. Depende de Región nasofaríngea Región traqueobronquial Región pulmonar (mayor absorción) Estado de la partícula (sólido, gas) Solubilidad Absorción de partículas sólidas (Depende del tamaño) > 5 µm. Se depositan en región nasofaríngea (poca absorción) 2-5 µm. Penetran a la región traqueobronquial < 1 µm. Penetran en sacos alveolares, se depositan y se absorben Solubilidad Solubles en agua (absorción más efectiva que GI y cutánea) Solubles en lípidos (distribución a través de las membranas o depósitos de grasa)

18 ABSORCIÓN DE SUSTANCIAS TÓXICAS RUTA DÉRMICA. Más impermeable a iones y disoluciones acuosas Epidermis (estrato córneo:capa más importante; regula la entrada) Dermis Tejido subcutáneo Estrato córneo. Eficiencia de penetración inversamente proporcional a espesor: Palma de la mano y pies ( µm) Brazos, espalda, piernas, abdomen (8-15 µm) Movimiento de tóxicos por difusión pasiva Estrato córneo (humedad: 7% peso). Hidratación adicional aumenta 3-5 veces capacidad de penetrar la epidermis de un compuesto polar

19 DISTRIBUCIÓN DEL TÓXICO Depende: Capacidad de atravesar membranas celulares Afinidad por los diversos tejidos Velocidad de distribución determinada por flujo sanguíneo. Transporte en la corriente circulatoria enlazados a proteinas plasmáticas (albúmina, transferrina, ceruloplasmina, lipoproteínas), mediante enlaces débiles, reversibles: puentes de H, van der Waals, iónicos. FIJACIÓN (RETENCIÓN) DEL TÓXICO Los xenobióticos se pueden acumular en algunos tejidos y órganos (afinidad por estructura, solubilidad, transporte activo, etc.) aumentando su concentración: En punto donde provocan efecto tóxico (CO afinidad por hemoglobina) En lugar diferente a donde ejerce su acción tóxica (Pb se acumula en tejido óseo y daña tejidos blandos) Hígado y Riñón: Organos donde más se concentran xenobióticos debido a presencia de proteinas enlazantes Grasas corporales: compuestos altamente lipofílicos: DDT, PCBs Tejido óseo: Pb, F, Sr

20 PROCESOS DE BIOTRANSFORMACIÓN DE TÓXICOS REACCIONES DE FASE I. Reacciones oxidación, reducción o hidrólisis. Objetivo: Adicionar o desenmascarar algún grupo polar en la estructura química. REACCIONES DE FASE II. Reacciones de conjugación para incrementar la solubilidad en agua de moléculas con grupos polares y facilitar excreción REACCIONES FASE I. SISTEMAS ENZIMÁTICOS OXIDACIÓN o Microsomales: Monooxigenasas de función mixta (citocromo P450 y monooxigenasas con FAD) y sistemas aminooxidasas o No microsomales: Alcohol-deshidrogenasa, aldehido deshidrogenasa REDUCCIÓN: Nitrorreductasas, azorreductasas HIDROLÍTICOS: Esterasas, amidasas

21 PRINCIPALES ENZIMAS P450 PRESENTES EN MICROSOMAS HEPÁTICOS HUMANOS Familia Subfamilia Isoenzima Algunos sustratos CYP 1 CYP 2 CYP 3 CYP 4 CYP 1A CYP 2A CYP 2B CYP 2C CYP 2D CYP 2E CYP 3A CYP 4A CYP 1A1 CYP 1A2 CYP 2A6 CYP 2B6 CYP 2C8 CYP 2C9 CYP 2C19 CYP 2D6 CYP 2E1 CYP 3A4 CYP 3A5 CYP 3A7 CYP 4A9/11 Benzo(a)pireno Aflatoxina, cafeína Aflatoxina, nicotina,cumarina Aflatoxina Warfarina Alcanos-X, alcoholes, Benzo(a)pireno, esteroides Paration Acidos grasos, prostaglandinas O 2 O 2 ll P 450 Fe 2+ XH NADPH + H + OXIDADA P 450 Fe 2+ XH P 450 Fe 3+ XOH NADP + FLAVOPROTEINA REDUCIDA P 450 Fe 3+ XH XH XH + O 2 + NADPH + H + XOH + H 2 O + NADP + ESQUEMA PROPUESTO PARA LA OXIDACIÓN DE UN COMPUESTO EXTRAÑO POR EL SISTEMA MONOOXIGENASA CITOCROMO P 450

22 REACCIONES DE OXIDACIÓN CATALIZADAS POR CITOCROMO P 450 HIDROXILACIONES EPOXIDACIONES DESALQUILACIÓN EN ÁTOMOS DE O

23 REACCIONES DE OXIDACIÓN CATALIZADAS POR CITOCROMO P 450 DESALQUILACIÓN EN ÁTOMOS DE S DESALQUILACIÓN EN ÁTOMOS DE N DESAMINACIÓN OXIDATIVA

24 REACCIONES DE OXIDACIÓN CATALIZADAS POR CITOCROMO P 450 SUSTITUCIÓN DE S POR O SULFOXIDACIÓN

25 REACCIONES DE OXIDACIÓN CATALIZADAS POR AMINO-OXIDASAS Mono-amino-oxidasa (MAO) [O] R-CH 2 -NH 2 R-CH=NH R-CHO + NH 3 (amina 1 aria ) Diamino oxidasa (DAO) H 2 O CH 2 COOH R-N(CH 3 ) 2 R- N(CH 3 ) 2 (amina 3 aria ) O REACCIONES DE OXIDACIÓN CATALIZADAS POR SISTEMAS ENZIMÁTICOS NO MICROSOMALES ALCOHOL DESHIDROGENASAS (ADH) R-CH 2 OH + NAD + R-CHO + NADH + H + ALDEHIDO DESHIDROGENASAS (ALDH) R-CHO + NAD + R-COOH + NADH + H +

26 REACCIONES DE REDUCCIÓN Nitrorreductasas Azorreductasas REACCIONES DE HIDRÓLISIS Esterasas: R-CO-O-R + H 2 O R-CO-OH + R OH Amidasas: R-CO-NH 2 + H 2 O R-CO-OH + NH 3

27 REACCIONES IMPLICADAS EN LA FASE II DE LA BIOTRANSFORMACIÓN DE XENOBIÓTICOS Son reacciones de CONJUGACIÓN, catalizadas por enzimas citosólicas Su objetivo: hacer MÁS HIDROSOLUBLE la molécula xenobiótica y FACILITAR SU EXCRECIÓN Tienen lugar sobre la estructura 1 aria y principalmente sobre METABOLITOS FORMADOS en la fase I El proceso tiene lugar con CONJUGANTES de origen ENDÓGENO, mediante enlaces COVALENTES (poco reversibles) Son reacciones BIOSINTÉTICAS. Necesitan E suministrada por activación de cofactores o del sustrato Producto inicial Metabolito Conjugan con ácido glucurónico Sulfato Metilación Acetilación Glutatión (GSH) Aminoácidos Conjugante activado Sustrato activado

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32 REACCIONES DE FASE II. REACCIONES DE CONJUGACIÓN ÁCIDO GLUCURÓNICO Sobre estructuras con grupos: COOH; -OH (fenoles, alcoholes 2 arios, 3 arios ); -NH 2 ; -SH Reacción requiere UDPGA (α). Catalizada por UDPglucuronosil transferasa. Se produce cambio de configuración α a β Actividad localizada en retículo endoplasmático cel. hígado Excreción: orina; bilis SULFATO Sobre moléculas con grupos OH y aminas. Sulfatación. R-OH RO-SO 3 H R-NH 2 RNH-SO 3 H Donador de SO 4 2- : 3 fosfoadenosil-5 -fosfosulfato (PAPS). La fuente de SO 4 2- es la Cys. Esta via se agota rápido. A dosis elevadas el organismo acude a la excreción con glucurónico METILO Biotransformación de moléculas endógenas. No importante en biotransformación de xenobióticos. Sobre aminas aromáticas, fenoles y tioles, dando N-, O- y S- metil conjugados Grupos CH 3 transferidos por cofactor rico en E: (Sadenosil-metionina, SAM). Disminuye solubilidad en agua ACETILO Ruta biotransformación de aril aminas por N- acetiltransferasas. Cofactor acetil-coa.

33 REACCIONES DE FASE II. REACCIONES DE CONJUGACIÓN GLUTATIÓN (L-glutamil-L-cisteinil-glicina): GSH Biotransformación de compuestos orgánicos halogenados a derivados mercaptúricos Excreción: biliar 1) Conjugación del xenobiótico con forma reducida de GSH. Catalizada por glutatión-s-transferasas 2) Transferencia del grupo Glu. Gamma-glutamiltranspeptidasa 3) Pérdida de la molécula de Gly. Cisteinil-glicinasa 4) Acetilación final del componente L-Cys. Acetilasa. Esta fase requiere ATP AMINOÁCIDOS Moléculas con grupos COOH. Formación de enlace amida. Sobre todo Gly y Gln 1) Activación de la molécula xenobiótica bajo forma de derivado tioéster de la CoA y aporte energético de ATP. Enzimas ácido-coa-ligasas 2) Transferencia al grupo amino aceptor. N- aciltransferasa

34 FACTORES BIOLÓGICOS Y AMBIENTALES QUE INFLUYEN EN LA CINÉTICA DE BIOTRANSFORMACIÓN (GENÉTICOS, ESPECIE, RAZA, SEXO, EDAD, GESTACIÓN, DIETA, RITMOS CIRCADIANOS, FACTORES AMBIENTALES, ESTADOS FISIOLÓGICOS ANORMALES) ESPECIE

35 FACTORES BIOLÓGICOS Y AMBIENTALES QUE INFLUYEN EN LA CINÉTICA DE BIOTRANSFORMACIÓN (GENÉTICOS, ESPECIE, RAZA, SEXO, EDAD, GESTACIÓN, DIETA, RITMOS CIRCADIANOS, FACTORES AMBIENTALES, ESTADOS FISIOLÓGICOS ANORMALES) SEXO Especie Tóxico Rata Gato Conejo Ratón Perro Paratión, warfarina Plomo, aldrin Dinitrofenol Benceno Nicotina Digitoxina Susceptibilidad Fem > Masc Masc > Fem Fem > Masc Fem > Masc Masc > Fem Masc > Fem DIETA

36 EXCRECIÓN DEL TÓXICO Procesos que conducen a eliminación de la estructura 1 aria o de sus metabolitos por la vía más congruente con sus propiedades químicas Influye en t 1/2 del compuesto dentro del organismo y duración de actividad tóxica Dificultad en eliminación: incremento tiempo permanencia y riesgo de daños Tipos: Urinaria, biliar, pulmonar, glándulas mamarias, sudor, saliva Excreción Urinaria Eliminación moléculas hidrosolubles, por: o Filtración glomerular (Pm < D) o Difusión tubular pasiva o Secreción tubular activa Velocidad filtración regulada por intensidad de enlace xenobiótico-proteína plasmática. Sólo filtra disociados. Acidos débiles: eliminación mejor con orina alcalina Bases débiles: eliminación favorecida con orina ácida

37 Excreción biliar Higado: Elimina xenobióticos absorbidos en tracto gastrointestinal a través de la bilis (sustancias Pm > 300D) Depende del animal estudiado (ratas y ratones buenos excretores biliares) Según [bilis]/[plasma]: [bilis]/[plasma] = 1. Clase A (Hg, Tl, Cs, Co,...) [bilis]/[plasma] > 1. Clase B (Pb, AS, Mn,..) [bilis]/[plasma] < 1. Clase C (Zn, Fe, Cr,...) Sustancias polares excretadas por la bilis, vuelven a intestino y se arrastran con heces. Hidrolasas producidas por bacterias intestinales hidrolizan y devuelven carácter lipofílico primario. En ese caso las moléculas se reabsorben por la mucosa intestinal: Ciclo enterohepático. Efecto del Pm sobre ruta de excreción en ratas Xenobiótico Pm Orina (%) Heces (%) Bifenilo 4-monoclorobifenilo 4,4 -diclorobifenilo 2,4,5,2,5 -pentaclorobifenilo 2,3,6,2,3,6 -hexaclorobifenilo

38 FASE TOXICODINÁMICA INTERACCIÓN ESTRUCTURA ACTIVA-MOLÉCULA ENDÓGENA (ADN, ARN, proteínas estructurales, libres o asociadas en membranas, enzimas, lípidos, etc.) Efectos tóxicos No específicos: Sustancias capaces de afectar a diversos órganos (Pb, Cd) Específicos: - por reacción específica del tóxico con los receptores de ese órgano - por distribución desigual en el organismo - el metabolito tóxico se forma en ese órgano y no en otro Receptor Estructuras moleculares portadoras de zonas nucleófilas, implicadas en la acción primaria del tóxico. Reconocer de modo específico al agente químico Responder con un efecto bioquímico o biofísico a la acción de ese agente Acciones tóxicas - afectan a la estructura celular (órganos subcelulares, alteración de membranas,...) - afectan a la función celular (modificación de AE, alteración en la permeabilidad membranas, cambios en la reproducción,...) Rutas para desarrollar efecto tóxico Acción local en el mismo punto de contacto. Sustancias de ph extremos, agentes oxidantes, deshidratantes,...destrucción MASIVA DE TEJIDOS Mera presencia xenobiótico en el lugar crítico sin interaccionar con molécula endógena. Interacción de estructuras activas (estructura primaria, metabolito del producto inicial, compuesto intermediario reactivo) con molécula diana. ALTERACIÓN DE LA ESTRUCTURA O FUNCIÓN CELULAR.

39 FASE TOXICODINÁMICA TIPOS DE REACCIONES INVOLUCRADAS EN EFECTOS TÓXICOS DE XENOBIÓTICOS FORMACIÓN DE ENLACE DÉBIL (REVERSIBLE) Tóxicos que actúan de modo directo sin bioactivación previa. Efectos que pueden ser agudos a corto plazo: Estructuras interfieren en neurotransmisión (bien agonistas bien antagonistas), toxina botulínica, alcaloides cornezuelo centeno FORMACIÓN ENLACE COVALENTE (IRREVERSIBLE) Tóxicos reactivados por biotransformación. Al bioactivarse se convierten en estructuras electrofílicas: - Por oxidación dando cetonas, epóxidos, quinonas - Por ruptura heterolítica de enlaces covalentes C-O, N-O dando compuestos electrófilos catiónicos - Por reacción con compuestos inorgánicos La estructura electrófila enlazan con facilidad con las zonas nucleófilas (grupos -NH 2, - SH,...) de macromoléculas (ADN, ARN, proteinas, lípidos insaturados,...). La gravedad del daño depende de la biomolécula receptora: mutagénesis, carcinogénesis, teratogénesis, sensibilización alérgica, necrosis celulares. FORMACIÓN DE RADICALES LIBRES Efectos tóxicos debidos a intermediarios reactivos formados en la biotransformación: Estructuras electrofílicas potentes o radicales libres (moléculas que poseen en su orbital externo 1 electrón desapareado) FORMACIÓN DE SUPERÓXIDOS Radical superóxido aparece en procesos bioquímicos normales. Anión superóxido implicado en acción tóxica de algunos plaguicidas

40 FASE TOXICODINÁMICA TIPOS DE DAÑOS SOBRE LAS FUNCIONES CELULARES INTERFERENCIAS EN ACTIVIDADES ENZIMÁTICAS Específicas: Plaguicidas OP sobre acetilcolinesterasa No específicas: As, Hg, Pb sobre grupos SH de enzimas INTERFERENCIAS EN FUNCIONES GENERALES DE LA CÉLULA Sustancias lipófilas por acumulación en membranas INTERFERENCIAS EN FUNCIONAMIENTO DE SISTEMA ADN-ARN- SINTESIS DE PROTEINAS DAÑOS POR BLOQUEO DE CAPACIDAD TRANSPORTADORA DE OXÍGENO DE LA HEMOGLOBINA Oxidación de Fe 2+ a Fe 3+ (transformación de hemoglobina a metahemoglobina) DAÑOS POR REACCIONES DE SENSIBILIZACIÓN Desarrollo de mayor susceptibilidad de algunos seres biológicos a la actividad de un xenobiótico. Alérgenos (sustancia muy reactiva frente a proteínas y da hipersensibilidad alérgica) DAÑOS POR IRRITACIÓN QUÍMICA DIRECTA DE LOS TEJIDOS Producen dermatitis química, irritación de mucosas

41 TIPOS DE EFECTOS TÓXICOS MUTAGÉNESIS. Modificación del material genético ESTABLE y TRANSMISIBLE a células hijas. Proceso tóxico producido por inducción de cambios en secuencia normal de pares de bases. o Mutaciones génicas (sólo afectan 1 o varios pares de bases) o Mutaciones cromosómicas (grandes fragmentos ADN afectados) CARCINOGÉNESIS. Enfermedad crónica relacionada con la exposición a compuestos presentes en el ambiente TERATOGÉNESIS. Proceso por el que se producen malformaciones en el embrión y feto HEPATOTOXICIDAD NEFROTOXICIDAD TOXICIDAD SOBRE EL TEJIDO SANGUÍNEO TOXICIDAD SOBRE EL TEJIDO INMUNE TOXICIDAD SOBRE EL SISTEMA NERVIOSO

42 EXPOSICIÓN ABSORCIÓN EN SITIOS DE ENTRADA DISTRIBUCIÓN EN EL CUERPO EXCRECIÓN METABOLITOS MÁS TÓXICOS METABOLISMO METABOLITOS MENOSTÓXICOS PRODUCTOS CONJUGACIÓN DISTRIBUCIÓN INTERACCIÓN CON MACROMOLÉCULAS (Proteínas, DNA, RNA, Receptores, etc.) Movilización y reparación EFECTOS TÓXICOS (Genéticos, carcinogénicos, reproductivos, inmunotóxicos, etc.)