02 - Toxicocinética

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09/03/2010 Tema 01 Toxicocinética Toxicocinética Estudo da relação entre a quantidade de um agente tóxico que atua sobre o organismo e a quantidade dele no plasma: - Absorção - Distribuição - Metabolismo (biotransformação) - Eliminação Todos esse parâmetros são avaliados de acordo com a função TEMPO Efeito tóxico – proporcional à concentração do agente tóxico no sítio de ação (tecido-alvo). Conhecer a concentração do toxicante no tecido alvo seria ideal para medir a lesão local.  Na prática mede-se a concentração no plasma (amostras de sangue para análise). 1 09/03/2010 Integração da Toxicocinética Local de Ação Livre Ligado Tecidos de depósito Livre Ligado Sítio Alvo Plasma DISTRIBUIÇÃO Dose Administrada ABSORÇÃO Xenobiótico Livre EXCREÇÃO Metabólitos Xenobiótico Ligado BIOTRANSFORMAÇÃO 3 Toxicocinética MECANISMOS DE TRANSPORTE ATREVÉS DE MEMBRANAS Membranas celulares: - 7 a 9nm de espessura - bicamada fosfolipídica Xenobióticos atravessam a membrana por mecanismos diversos: - Transporte Passivo - Transporte Ativo - Pinocitose - Difusão Facilitada 2 09/03/2010 Toxicocinética MECANISMOS DE TRANSPORTE ATREVÉS DE MEMBRANAS TRANSPORTE PASSIVO Mecanismo dependente do gradiente de concentração; Engloba: - passagem de xenobióticos polares por meio de poros da membrana - passagem de xenobióticos apolares pela própria membrana REGRA DA IONZAÇÃO - Substâncias de natureza ácida atravessam membranas mais facilmente em pH ácido; - Substâncias de natureza básica atravessam membranas mais facilmente em pH básico; Toxicocinética MECANISMOS DE TRANSPORTE ATREVÉS DE MEMBRANAS TRANSPORTE ATIVO Mecanismo caracterizado pelo consumo de energia; Movimenta-se o xenobiótico contra um gradiente de concentração; Existência de proteínas carreadoras específicas e passiveis de saturação. PINOCITOSE Mecanismo especializado na passagem de substâncias líquidas para o meio intracelular (semelhante a fagocitose). DIFUSÃO FACILITADA Mecanismo de transporte do xenobiótico por meio de carreadores; Não envolve gasto de energia; Passagem se faz a favor do gradiente de concentração. 3 09/03/2010 Toxicocinética MECANISMOS DE TRANSPORTE ATREVÉS DE MEMBRANAS Toxicocinética ABSORÇÃO Passagem da xenobiótico do local de contato até a corrente sanguínea; Principais vias de exposição: - dérmica - oral - respiratória Demais vias (I.M., I.V., subcutânea) estão mais relacionadas com administração de medicamentos:  a dose e a forma de administração podem tornar o medicamento em um agente nocivo. 4 09/03/2010 Toxicocinética Absorção dérmica Pele: - órgão corresponde a 10% do peso corpóreo; - camada externa (extrato córneo) – barreira limitante - camada mais interna (derme) - tecido adiposo, conjuntivo, vasos, folículos e glândulas - grau de penetração dependente de lipossolubilidade - Substâncias podem atuar diretamente na epiderme - efeito corrosivo, sensibilização ou mutações gênicas - ácidos, bases, agentes oxidantes - dependendo do grau de exposição (ação local ou sistêmica) Grau de penetração do xenobiótico: - fator dependente de lipossolubilidade - quanto maior o coeficiente de partição óleo/água (mais apolar) - penetração por folículos e glândulas 5 09/03/2010 Toxicocinética Absorção pela via respiratória Entrada importante para os toxicantes; Viabiliza penetração de partículas sólidas ou líquidas suspensas no ar, assim como gases, substâncias voláteis; Facilidade de entrada na corrente sanguínea (HEMATOSE) - Fossas nasais - Laringe - Traqueia - Brônquios  Alvéolos  CORRENTE SANGUÍNEA Toxicocinética Absorção pela via respiratória ABSORÇÃO DE MATERIAL PARTICULADO Tamanho da partícula Zona de retenção Provável destino < 1 μm Alvéolos pulmonares Absorção sistêmica Absorção pelo sistema linfático Fagocitose (macrófagos) Remoção por muco (movimentos ciliares) 2 a 5 μm Traqueobronquiolar Remoção por muco (movimentos ciliares) Fagocitose (macrófagos) > 5 μm Nasofaríngea Eliminação mecânica (assopro, espirro, limpeza) 6 09/03/2010 Toxicocinética Absorção pela via respiratória A absorção de substâncias voláteis depende basicamente de sua solubilidade no sangue; Vapores ou gases hidrossolúveis: - retidos parcialmente pela mucosa nasal (camada de fluido) - moléculas atingem os alvéolos (difusão sanguínea) COEFICIENTE DE PARTIÇÃO SANGUE/AR - Razão ou constante de equilíbrio entre a quantidade de xenobiótico no espaço alveolar e a quantidade de xenobiótico na corrente sanguínea. COEFICIENTE DE PARTIÇÃO SANGUE/AR Todo xenobiótico (forma gasosa) inalado tende a entrar em equilíbrio de concentração. Substâncias POUCO SOLÚVEIS – equilíbrio estabelecido rapidamente  BAIXO coef. Substâncias MUITO SOLÚVEIS – equilíbrio estabelecido lentamente  ALTO coef. Substância Coef. sangue/ar Tempo de equilíbrio Fator limitante clorofórmio 15 > 60 min respiração etileno 0,14 8 a 21 min circulação No momento do equilíbrio, a passagem de GÁS do espaço alveolar para o sangue é igual ao retorno de GÁS do sangue para o espaço alveolar. 7 09/03/2010 Toxicocinética Absorção por via oral Importante via de exposição  TGI; Ingestão do xenobiótico de maneira acidental - por meio de água ou alimentos contaminados Ingestão do xenobiótico de maneira intencional - ato suicida, ingestão de drogas (dependentes químicos) Barreiras mucosas (estômago/intestino) -Lipoproteícas (apolares) -Substâncias de elevado coef. óleo/água (APOLARES) – difusão passiva -Substâncias polares – pouco absorvidas Toxicocinética Absorção por via oral O curare que imobiliza as caças indígenas não afeta os que consomem a carne dos animais apanhados: - curare: composto de amônio quaternário - não absorvido pelo TGI - não afeta os indígenas que comem a carne das caças Eletrólitos fracos (bases e ácidos) são altamente influenciáveis pelo pH do TGI 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 8 09/03/2010 Toxicocinética Absorção por via oral Particularidades dessa via de absorção: - possibilidade de ciclo entero-hepático (reabsorção de substâncias já excertadas por via biliar); - metabólitos tóxicos presos e circulantes por mais tempo no organismo; Presença de alimentos no TGI alteram o grau e a velocidade de absorção de xenobióticos: - o leite eleva a absorção de chumbo! (ao contrário do que divulgam); - CUIDADO AO ADMINISTRAR LEITE PARA REVERTER QUADROS TÓXICOS! Toxicocinética DISTRIBUIÇÃO Os xenobióticos trafegam pela corrente sanguínea e pelo sistema linfático; A distribuição das moléculas do xenobiótico dependem: - fluxo sanguíneo e linfático - capacidade de ligação à proteínas plasmáticas (albumina) - diferenças regionais de pH e coef. partição óleo/água - taxa de perfusão tecidual – Coração, fígado, TGI, rins, cérebro (>0,5 L/Kg/mim); – Músculos (<0,5 L/Kg/min); – Tecido adiposo (0,02 L/Kg/min). 9 09/03/2010 Toxicocinética DISTRIBUIÇÃO Esquema de tráfego do xenobiótico: Introdução do xenobiótico na circulação Plasma Líquido Intersticial Células alvo xenobiótico ligado às proteínas xenobiótico ligado às proteínas xenobiótico ligado a sítios internos xenobiótico livre xenobiótico livre xenobiótico livre complexo xenobiótico-alvo Eliminação Intensidade do efeito TÓXICO Fora do ORGANISMO Toxicocinética DISTRIBUIÇÃO A distribuição de xenobióticos pode ser relativa de acordo com o tempo de exposição: - Fase inicial de exposição: órgãos mais irrigados recebem maior quantidade do agente tóxico; - Após “tempo” de exposição: órgãos menos irrigados podem acumular maior quantidade do xenobiótico; COMO EXPLICAR O FATO? Existência de tecidos de depósito! A afinidade química pelo tecido (mesmo os menos irrigados) faz com que uma maior concentração da substância fique retida no local-alvo. EXEMPLO (Chumbo – Experimento com Animais) Após 2 horas da administração  50% da dose retida no fígado (elevada vascularização) Após 30 dias  90% da dose retida no tecido ósseo Liberação contínua para o sangue a medida que os níveis plasmáticos decaem. Intoxicação por anos – meia vida de 20 a 30 anos! 10 09/03/2010 Toxicocinética DISTRIBUIÇÃO VOLUME DE DISTRIBUIÇÃO Parâmetro toxicocinético que indica a extensão da distribuição de uma substância pelo organismo. Valores de Vd pequenos – indica que a maior fração do xenobiótico permanece no plasma (não se difunde pelos tecidos); Valores de Vd elevados – indica que a maior fração do xenobiótico não esta no plasma e que já se difundiu para tecidos-alvos. Toxicocinética DISTRIBUIÇÃO LIGAÇÃO DO AGENTE TÓXICO À PROTEÍNAS A ligação com proteínas plasmáticas (albumina, alfa1-glicoproteína ácida) permite ao xenobiótico uma via de transporte pela corrente sanguínea. O período de ligação com proteínas plasmáticas: - Deixa o xenobiótico na forma inativa; - Inviabiliza a eliminação do xenobiótico. A albumina representa a proteína sérica de destaque no transporte de fármacos e xenobióticos: - Substâncias ácidas (fenobarbital, fenilbutazona, naproxeno) ligamse quase exclusivamente com albumina; - Substâncias básicas (quinidina, imipramina) ligam-se com maior afinidade à alfa1-glicoproteína ácida. 11 09/03/2010 Toxicocinética DISTRIBUIÇÃO BARREIRAS BIOLÓGICAS Cada membrana biológica é encarada como uma barreira entre o xenobiótico presente no sangue e os tecidos. BARREIRAS BIOLÓGICAS COM DESTAQUE - Barreira hematoencefálica (sangue / SNC) Capilares cerebrais com células justapostas (pouco espaço entre elas) - Barreira placentária (sangue mãe/ sangue feto) - passagem de nutrientes da mãe para o bebê - troca gasosa (entrada de O2 e saída de CO2) - remoção de excretas do feto - controle hormonal do feto Toxicocinética DISTRIBUIÇÃO Tanto a placenta quanto a BHE (barreira hematoencefálica) são dotadas de transporte ativo de absorção (GASTO DE ENERGIA) que trabalha com seletividade sob a entrada e saída de substâncias, conferindo proteção ao feto e ao SNC. AMBAS POSSUEM PROTEÇÃO (isolamento) RELATIVO. 12 09/03/2010 Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO Todo xenobiótico absorvido deverá ser prontamente excretado. Os xenobióticos lipofílicos (APOLARES) são mais absorvíveis ao passo que são excretados com maior dificuldade. Os xenobióticos hidrofílicos (POLARES) são absorvidos com maior dificuldade e excretados com mais facilidade. Para facilitar a excreção (POLARIZAÇÃO) o organismo dispõem de mecanismos que metabolizam (biotransformam) os xenobióticos para que eles sejam excretados. Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO Biotransformar é o mesmo que modificar a estrutura química da molécula (xenobiótico ou fármaco). Processo natural com substâncias endógenas. A biotransformação de xenobióticos acaba sendo catalisada de maneira inespecífica (utilização das enzimas que metabolizam substâncias endógenas). Alguns sofrem degradação NÃO ENZIMÁTICA! Bicarbonato de Sódio Estômago (HCl)  NaCl + CO2 + H2O 13 09/03/2010 Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO TIPOS DE REAÇÃO A biotransformação em sua maior parte depende das enzimas do organismo para se desencadear. As enzimas estão amplamente distribuídas: (Pulmões, rins, adrenais, sangue, pele e mucosas) Maior concentração – FÍGADO Subdivisão da BIOTRANSFORMAÇÃO: - Reações de FASE I - Reações de FASE II Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO REAÇÕES DE FASE I - Oxidação - Redução - Hidrólise Conferem polaridade aos xenobióticos. Entrada de grupamentos polares (hidrofílicos) - Grupamentos sufidrila - Grupamentos hidroxilas, amina, carbonila Resultado - Metabólitos formados inativos ou ativos (mais tóxicos) devido a bioativação. 14 09/03/2010 Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO REAÇÕES DE FASE I Exemplo de substâncias que após FASE I originam metabólitos mais ativos Substância Metabólito Ativo Alopurinol (antigotoso) Amitriptilina (antidepressivo tricíclico) Codeína Diazepam (analgésico, antitussígeno) (ansiolítico, miorrelaxante, anticonvulsivo) Imipramina (antidepressivo tricíclico) Paration (agrotóxico) Aloxantina Nortriptilina Morfina Desmetildiazepam Desipramina Paraoxon Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO REAÇÕES DE FASE II - Glicuronidação - Sulfonação - Acetilação, Metilação - Conjugação com glutationa e aminoácidos CASO CLÍNICO PARACETAMOL Formação de Metabólitos Tóxicos! Degradação dos hepatócitos! 15 09/03/2010 Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO FATORES QUE INFLUENCIAM A BIOTRANSFORMAÇÃO Fatores INTERNOS Relacionados ao próprio organismo (sistema biológico) - Espécie e Raça - Fatores Genético - Gênero - Estado Nutricional - Estado Patológico Fatores EXTERNOS Dependente da própria substância, da via de exposição e do meio ambiente - Indução Enzimática - Inibição Enzimática Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO Fatores INTERNOS 16 09/03/2010 Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO FATORES INTERNOS Espécies e Raça - Variações qualitativas e quantitativas - Dependente da presença ou não de enzimas - Dependente da concentração de enzimas Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO FATORES INTERNOS Espécies e Raça (VISÃO QUALITATIVA) Inseticida N-2-fluorenilacetamida Ratos, camundongos, cães POSSUEM AS ENZIMAS DE METABOLISMO MAIOR SUSCETIBILIDADE METABOLISMO HEPÁTICO Reação de hidroxilação Metabólitos hidroxilados tóxicos 17 09/03/2010 Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO FATORES INTERNOS Espécies e Raça (VISÃO QUANTITATIVA) Inseticida (xenobiótico ativo) O-diisopropilbenziltiofosfato CAMUNDONGOS DL50 menor Mais afetados RATOS DL50 maior Menos afetados Menor capacidade de biotransformar Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO FATORES INTERNOS Fatores Genéticos 1 – Genética (condições fisiopatológicas) - Fatores genéticos levam ao desenvolvimento de patologias - A presença de doenças levam a suscetibilidade de intoxicações 2 – Genética (evolução - adaptação) - Coelhos possuem enzima atropinesterase e são resistentes à ação tóxica da atropina 18 09/03/2010 ATROPINA Antagonista Muscarínico Direto Ação parassimpaticolítica Reações Redução da motilidade gástrica; Atropa belladona (beladona) Redução de secreções (lacrimal, salivar e gástrica); Dilatação da pupila (midríase); Secura na mucosa oral, nasal, na garganta e na pele. Altas doses: visão turva, taquicardia, febre, alucinações, excitação do SNC. Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO FATORES INTERNOS Gênero - Variações de gênero = variações na capacidade de biotransformação - Experimento: Ratos MACHOS Ratas FÊMEAS Teor de CYP 450 até 40% maior que ratas Menor capacidade de biotransformação Maior capacidade de biotransformação Menor capacidade de polarizar xenobióticos lipossolúveis Maior capacidade de polarizar xenobióticos lipossolúveis Continuação 19 09/03/2010 Continuação Substâncias ATIVAS Metabólitos INATIVOS Substâncias INATIVAS Menor efeito tóxico nos MACHOS Metabólitos ATIVOS Maior efeito tóxico nas FÊMEAS Maior efeito tóxico nos MACHOS Menor efeito tóxico nas FÊMEAS Ratas FÊMEAS Tratadas com aplicação de testosterona testosterona Apresentaram maior capacidade de BIOTRANSFORMAÇÃO (aproximava-se da capacidade dos machos) Influência da testosterona nas funções enzimática! Ratos MACHOS estradiol Tratados com aplicação de estradiol Não apresentaram alterações de BIOTRANSFORMAÇÃO (sem mudança de atividade hepática) 20 09/03/2010 Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO FATORES INTERNOS Idade - Recém nascidos são praticamente desprovidos da capacidade de biotransformação de xenobióticos (amadurecimento hepático) - Fetos (até 2° trimestre) possuem apenas de 20 a 50% da enzimática do capacidade CYP 450 - Fase adulta: observa-se uma elevação da função enzimática CYP 450 - Senilidade: decaimento da função hepático (menor ação CYP 450) ATIVIDADE DO CYP 450 Amadurecimento do Sistema CYP 450 Feto Recém-Nascido Amadurecimento do sistema CYP 450 Criança Adulto Maior ação CYP 450 Senilidade Decaimento de ação do sistema CYP 450 21 09/03/2010 Experimento TESTE COM RATOS - Com 30 dias de vida já atingem total ação do CYP 450 - Com 600 dias de vida a ação do CYP 450 decai (senilidade) Recém Nascido Menor biotransformação: maior toxicidade Rato Adulto Maior biotransformação: menor toxicidade maior excreção Senilidade Menor biotransformação: maior toxicidade Obs.: regra válida apenas para xenobióticos ativos Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO Obs.: tocoferol = vitamina E FATORES INTERNOS Estado Nutricional - DIETAS POBRES EM PROTEÍNAS - Redução da ação enzimática hepática - Baixa de elementos (ferro, cobre, magnésio, Ca, Zn, compl. B, ácido ascórbico, tocoferol) - Funcionariam como co-fatores enzimáticos DIETA POBRE em proteínas Maior toxicidade de xenobióticos ativos Necessidade metabólica  excreção não alcançada Menor toxicidade de xenobióticos não-ativos Necessidade metabólica para ação tóxica 22 09/03/2010 Experimento Dimetilnitrosamina Possui propriedades alquilantes, carcinogênicas e mutagênicas. Causa lesão hepática grave e é hepatocarcinógena em roedores. Biotransformação por reação de desmetilação (Reação de Redução em Fase I) Agente alquilante (ação tóxica) Em caso de cobaias DESNUTRIDAS observa-se uma redução HEPATOTOXICIDADE devido dieta pobre em proteínas! JEJUM maior que 24 horas! QUEDA DAS CONCENTRAÇÕES DE GLUTATIONA Envolvida da desintoxicação hepática! Maior risco de toxicidade hepática para medicamentos como o PARACETAMOL (formação de NAPQI – metabólito tóxico) 23 09/03/2010 Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO FATORES INTERNOS Estado Patológico - Biotransformação pode ser alterada em estados patológicos: - Cirrose hepática - Carcinomas hepáticos - Comprometimento cardiovascular (↓ fluxo sanguíneo hepático) Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO Fatores EXTERNOS 24 09/03/2010 Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO FATORES EXTERNOS Indução Enzimática Fenobarbital X Paracetamol Queda da meia-vida do paracetamol Indução em ratos: 3 dias Indução em humanos: 1 semana Hormônios Esteróides Inseticidas Clorados Barbitúricos Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos Rifampicina X Varfarina (antibiótico X anticoagulante) ACELERAÇÃO do sistema das oxidases de função mista (CYP 450) Queda da [plasma] da varfarina Toxicocinética BIOTRANSFORMAÇÃO FATORES EXTERNOS Inibição Enzimática Fármacos Diversos Inseticidas Organofosforados Inseticida Organofosforado Inibe ação da colinesterase humana Acúmulo de ACh (suor, saliva, lágrima, diarréia)... Dissulfiram INIBIÇÃO do síntese de proteínas e competição com substratos no centros enzimáticos Inibe ação da acetaldeído desidrogenase Acúmulo de acetaldeído (antabusen) 25 09/03/2010 Etanol Álcool desidrogenase (enzima hepática) Dissulfiram Acetaldeído Acetaldeído desidrogenase (enzima hepática) Acetaldeído desidrogenase Acetato AUMENTO de acetaldeído CO2 + H2O Vômito, cefaléia, sudorese, dispinéia (falta de ar). Toxicocinética EXCREÇÃO Processo de eliminação dos xenobióticos do organismo; Produtos excretáveis sempre mais hidrossolúveis COMPORTA DIFERENTES VIAS 3 VIAS PRINCIPAIS: URINÁRIA Produtos hidrossolúveis pós metabolismo FECAL/BILIAR Substâncias não absorvidas por V.O. / Excretas da bile RESPIRATÓRIA Gases e vapores de xenobióticos 26 09/03/2010 Toxicocinética EXCREÇÃO EXCREÇÃO RENAL (Via Urinária) Eliminação de compostos polarizados Xenobióticos ligados (forma conjugada) não são eliminados Moléculas lipossolúveis são reabsorvidas (túbulo proximal) Excreção de ácidos e de bases dependem do pH urinário - Uso de bicarbonato de sódio para alcalinizar a urina - Ionização de compostos ácidos (barbitúricos, A.A.S.) Toxicocinética EXCREÇÃO EXCREÇÃO PELO TGI (Fecal/Biliar) A parte não absorvida dos xenobióticos por V.O. é excreta nas fezes Nas fezes ocorrem produtos da biotransformação hepática (ciclo biliar) Ciclo Entero-Hepático TGI  Sistema Porta  fígado  biotransformação  metabólitos  vesícula biliar  produção de bile  ducto biliar  DUODENO Eliminação pelas fezes Retorno do tóxico para a corrente sanguínea Reabsorção Intestinal 27 09/03/2010 Toxicocinética EXCREÇÃO EXCREÇÃO PULMONAR (Via Respiratória) Substâncias gasosas / voláteis são excretadas facilmente pelos pulmões Excreção de um gás é INVERSAMENTE proporcional a sua solubilidade: Gás ETILENO CLOROFÓRMIO Baixa solubilidade do gás no SANGUE Alta solubilidade do gás no SANGUE Elevada EXCREÇÃO PULMONAR Baixa EXCREÇÃO PULMONAR Cenas dos próximos CAPÍTULOS... TOXICODINÂMICA! 28