Tossicologia

Le vie di assorbimento

Le vie di assorbimento sono:

• Via endovenosa.
• Via sottocutanea.
• Via intramuscolare.
• Via orale.
• Via inalatoria.
• Via rettale.

Ripasso: assorbimento

Il parametro dell’assorbimento in farmacologia è una cosa positiva, perché il farmaco deve venire assorbito.

Ma in tossicologia, l’assorbimento di una sostanza tossica è un parametro negativo.

Vie endovenosa, intramuscolare e sottocutanea

Endovenosa, intramuscolare, sottocutanea.

Le vie di assorbimento arrivano tutte al cuore, perché entrano nel circolo venoso.

Dal circolo venoso, il primo organo con cui entrano in contatto è il cuore e il secondo è il polmone.

Poi riparte il circolo, che diventa arterioso, e allora come organo si incontra il fegato, ma solo dopo.

Quindi si arriva per prima al cuore con circolo venoso → polmone → circolo arterioso, con fegato.

Via orale

Orale.

Per la via di assorbimento si hanno analogamente gli stessi passaggi.

Primo passaggio.

Tramite l’assorbimento per via orale si ha l’effetto di primo passaggio.

La sostanza incontra il fegato tramite il circolo venoso, quindi la molecola prima viene assorbita.

Via rettale

Rettale.

L’effetto di primo passaggio nel fegato è diretto se si ha l’assorbimento solo per via rettale.

Via inalatoria

Inalatoria.

L’assorbimento per la via è molto condizionato dalle dimensioni delle particelle che inaliamo.

Il problema delle dimensioni delle particelle non si ha se si inala un gas, ma se si ha una sospensione.

Tramite questa via si ha il passaggio diretto attraverso la BEE, se la sostanza riesce a superarla.

Tutte queste vie portano all’encefalo, sia in modo diretto o indiretto.

L’encefalo è protetto dalla barriera ematoencefalica BEE e quindi consente il passaggio solo di alcune sostanze.

Tramite la via inalatoria, le sostanze inalate arrivano direttamente al cervello, se riescono a passare la BEE.

Infatti, se inaliamo un solvente, l’effetto sull’encefalo è immediato.

Dopo ci sarà sempre un assorbimento sistemico e quindi avverrà anche un metabolismo di primo passaggio, ma l’effetto sull’encefalo sarà immediato.

Cosa succede quando inaliamo delle sostanze

Cosa succede quando inaliamo delle sostanze:

Quando respiriamo ci sono delle particelle che hanno un peso molecolare tale che riescono a raggiungere i polmoni.

Infatti quanto più una particella è piccola e più è la probabilità che raggiungerà gli alveoli polmonari.

Questa probabilità di raggiungere i polmoni è un altro parametro che in farmacologia è positivo ma in tossicologia è negativo.

Nelle vie aeree alte e intermedie → si ha la possibilità di espulsione delle particelle inalate.

Nei polmoni → non si ha la possibilità di espellere nulla.

Se si ha un diametro di 10 micrometri, PM10, si ha il cutoff di pericolosità per cui non si dovrebbero inalare particelle così piccole.

Quando si inalano delle sostanze tossiche, comunque abbiamo dei meccanismi di difesa, che sono la tosse oppure dei meccanismi che si trovano sugli epiteli delle vie respiratorie che riescono a buttare verso l’alto ciò che si deposita sopra, se le particelle sono abbastanza grandi da non finire nei bronchi.

Quindi le particelle riescono a risalire verso l’alto e poi verranno deglutite e finiranno nello stomaco.

Gli epiteli che costituiscono le vie aeree sono strutturati in modo da difendere il polmone, che è la parte più sensibile e vitale.

Cigliato.

Infatti si ha l’epitelio della trachea che, tramite le sue ciglia, riesce a trattenere le sostanze e poi con il movimento delle ciglia, che è costante, le butta verso l’alto.

Via cutanea

Via cutanea.

Assorbimento per via cutanea, focus rapido, poi fatta in altri corsi.

Una sostanza più è idrofila e più farà difficoltà ad attraversare lo strato corneo della pelle.

Invece le emulsioni in una base lipofila passano facilmente la pelle.

Infatti il benzene può essere assorbito.

Per questo si fa benzina con il self-service, così che i benzinai non siano continuamente esposti in modo cronico al benzene contenuto nella benzina.

Pericolosità di una sostanza

Pericolosità di una sostanza:

Per capire la pericolosità si deve tenere in conto la concentrazione e la frequenza dell’esposizione.

Barriere tissutali

Barriere tissutali.

Il nostro organismo è dotato di meccanismi di difesa = barriere → che possono essere tissutali o ematotissutali.

Struttura epiteli.

Le barriere tissutali sono determinate dalla struttura di alcuni epiteli, tra cui:

• Barriera cutanea = la cute è costituita da vari strati, e le molecole più vanno verso gli strati più in superficie e maggiormente si disidratano e perderanno la capacità di duplicarsi. Queste cellule morte costituiscono lo strato cutaneo, prima barriera.
• Barriera mucosale = sia le mucose orali che nasali sono costituite da cellule in stretto contatto l’una con l’altra in modo tale che non esistono pori tra le cellule, quindi le molecole che riescono ad attraversare queste barriere sono solo quelle molto lipofile oppure devono essere trasportate da molecole.

Questa caratteristica è comune a tutti gli epiteli mucosali, anche nell’intestino che infatti non deve poter far uscire tutti i vari microrganismi che lo abitano.

Infatti hanno il compito di isolare quel compartimento dell’organismo che è a contatto con l’esterno.

Barriere ematotissutali

Struttura endotelio dei vasi sanguigni.

Le barriere ematotissutali non sono determinate dalla struttura dell’epitelio, ma dalla struttura dell’endotelio dei vasi sanguigni che le costituiscono, e abbiamo:

• Barriera ematoencefalica = è costituita da vasi in cui l’endotelio è formato da cellule che sono coese tra loro, no pori, e quindi non lasciano passare le sostanze; passano solo le sostanze per cui si hanno trasportatori specifici, ma sono pochi i trasportatori che si trovano nella barriera ematoencefalica. Quindi le molecole che possono passare la BEE sono estremamente poche.
• Nel muscolo cardiaco = anche qua non si hanno pori tra le cellule, infatti pochissime sostanze possono passare all’interno dei miociti, glucosio, amminoacidi, piccoli peptidi attraverso sistemi di trasporto specifici per essi.

Infatti il cuore è un organo che ha un basso indice di tossicità perché sono poche quelle molecole che riescono a passare il muscolo cardiaco.

L’unico danno che si può fare è che le poche molecole che riescono a passare attraverso i miociti, poi vadano a produrre specie radicali dell’ossigeno ROS che vanno a recare danno al muscolo cardiaco.

• Nel fegato = i sinusoidi, capillari, epatici sono costituiti da un endotelio finestrato perché in mezzo al contatto tra le cellule ci sono delle finestre, infatti la funzione del fegato è quella propria di assorbire le sostanze che arrivano e quindi deve far passare una grande varietà di molecole, tutto arriva nel parenchima epatico.

Infatti il fegato è il principale organo bersaglio della tossicità di farmaci e sostanze tossiche, proprio perché non ha meccanismi di difesa.

Esempio di sostanza assorbita

Esempio di sostanza assorbita:

L’etanolo, è un solvente organico, attraversa istantaneamente la barriera ematoencefalica e anche la barriera placentare, la concentrazione ematica di etanolo della madre è uguale alla concentrazione ematica del feto.

Perché è una molecola a basso peso molecolare e molto lipofila, e quindi riesce ad attraversare molto bene le barriere.

Il trucco è quello di ridurre l’assorbimento e quindi che subisca biotrasformazione invece che entri in circolo tramite la via venosa.

Caratteristica della barriera ematoencefalica BEE

Caratteristica della barriera ematoencefalica BEE:

• Ha una assenza di pori.
• Ha dei trasportatori di molecole specifiche.
• Ha dei capillari avvolti da processi astrocitari → è un ulteriore strato di protezione.
• Ha una bassa concentrazione di proteine nel liquido interstiziale → perché le molecole possono legarsi alle proteine e rimangono in quella zona, sono una riserva di molecole, e maggiore è il tempo di permanenza di una sostanza tossica, e maggiore è la possibilità di avere un danno. Quindi è meglio avere meno proteine a cui possono poi legarsi le sostanze.

Legame alle proteine plasmatiche

Legame alle proteine plasmatiche.

Maggiore è il legame alle proteine plasmatiche e maggiore è la permanenza, quindi maggiore è l’emivita.

Cinetica delle molecole assorbite

Cinetica delle molecole assorbite.

Per tossicità delle molecole, il parametro più importante è la cinetica di eliminazione.

Infatti al farmacologo interessa l’assorbimento di una molecola, invece al tossicologo interessa l’eliminazione di una molecola.

Velocità di eliminazione.

Quindi è importante capire la velocità di eliminazione di una molecola.

Maggiore è la velocità di eliminazione di una molecola → migliore è il suo profilo tossicologico.

Scelta del sistema a compartimenti

Scelta del sistema a compartimenti:

Per valutare la pericolosità di una molecola, si assume di essere in un sistema a due compartimenti, per evitare di complicare i concetti, ma per valutarne l’eliminazione, si può usare anche un sistema a un compartimento, perché:

Un compartimento.

A un sistema a un compartimento si assume che l’assorbimento, la distribuzione e l’eliminazione avvengano allo stesso modo in tutti i tessuti, questa è una approssimazione molto grande <— è quello che si usa per valutare l’eliminazione.

Due compartimenti.

A un sistema a due compartimenti si ha un compartimento idrofilo, plasma, e un compartimento idrofobo, tessuto. Infatti appena introduciamo la sostanza nell’organismo, si ha tutta nel plasma e nessuna nel tessuto, e man mano che passa il tempo si va a creare un equilibrio tra la concentrazione nei due compartimenti.

Quando si raggiunge questo equilibrio → poi inizia il processo di eliminazione.

Questo processo di eliminazione può essere sovrapposto al sistema a un solo compartimento.

Tipi di cinetica in un sistema a 1 compartimento

Tipi di cinetica in un sistema a 1 compartimento:

La velocità di eliminazione può seguire due tipi di cinetica:

• Cinetica di ordine zero.
• Cinetica di ordine primo.

Ordine primo proporzionale.

La velocità di eliminazione è proporzionale alla concentrazione della sostanza.

Nella cinetica di ordine primo → quindi = più sostanza si inserisce e più ne viene eliminata e quindi l’emivita della sostanza non cambia.

Ordine zero costante.

La velocità di eliminazione non è proporzionale alla concentrazione della sostanza, ma è costante.

Nella cinetica di ordine zero → quindi l’organismo elimina quella sostanza sempre alla stessa velocità = elimina sempre la stessa quantità di sostanza.

Saturazione.

Quindi qua si può avere un accumulo, perché si ha un processo di saturazione dei processi di eliminazione perché non si potrà più aumentare la velocità di eliminazione = aumenta l’emivita di un farmaco.

Esempio di cinetica di etanolo

Esempio di cinetica di etanolo:

Si elimina sempre 10 ml all’ora.

Quindi più se ne assume e maggiore etanolo rimane in circolo nell’organismo.

Definizioni

Definizioni:

Evento avverso: è un qualsiasi episodio sfavorevole che si verifica dopo la somministrazione di un farmaco o di un vaccino, ma che non è necessariamente causato dall’assunzione del farmaco o dall’aver ricevuto la vaccinazione.

Esempio: se faccio il vaccino e poi scivolo nell’ospedale, questo è un effetto avverso.

Ma se questi eventi effetti avversi vengono ripetuti in più persone allora si passa a una reazione avversa.

Reazione avversa: è una risposta nociva e non intenzionale a un farmaco o ad una vaccinazione per la quale è possibile stabilire una relazione causale con il farmaco o la vaccinazione stessa.

Per distinguere, quindi, se siamo di fronte a un evento avverso o a una reazione avversa, dobbiamo valutare se è possibile risalire a una causa legata al prodotto medicinale. Non è sufficiente che l’evento si sia verificato a breve distanza dalla vaccinazione o dall’assunzione del farmaco.

Effetto indesiderato: è un effetto non intenzionale connesso alle proprietà del farmaco o del vaccino, che non è necessariamente nocivo ed è stato osservato in un certo numero di persone. Si tratta quindi di un possibile effetto verificatosi nel corso del tempo e considerato accettabile.

Esempio: con un farmaco anticancro si va a colpire anche altre cellule a rapida duplicazione quindi si perdono i capelli.

Come si valutano i risultati sperimentali

Come si valutano i risultati sperimentali:

Curve dose/risposta graduali.

Si usano = cioè si va ad aumentare la dose e si vede come varia l’effetto.

Esempio: i barbiturici.

I barbiturici sono farmaci che agiscono con lo stesso effetto delle benzodiazepine.

Ma in base alla concentrazione si ha un effetto differente.

Le benzodiazepine sono più sicure perché vengono metabolizzate più velocemente e quindi è difficile che raggiungano la dose letale.

Però se si uniscono le benzodiazepine con l’etanolo, allora si va a potenziare il loro effetto.

Però, in tossicologia, non sempre si possono usare queste curve dose/risposta graduali.

Quantità manifesta.

I tossicologi utilizzano delle curve dose/risposta che non valutano l’effetto, ma valutano la quantità di individui in cui si manifesta un determinato effetto tossico.

Quindi = si va a vedere in quanti individui e a quali dosi si manifesta l’effetto tossico.

Curve dose/risposta graduali = si valuta l’intensità di un effetto.

• Risposte tutto/nulla, morte/non morte, presenza/assenza di un sintomo.
• Si valuta la frequenza, numero di individui, con cui si verifica l’effetto.

Curve dose/risposta quantali frequenza = si valuta la frequenza di un effetto atteso in relazione alle dosi.

Tramite queste curve dose/risposta quantali si ottiene una distribuzione normale.

Ad esempio:

Do 10 → muoiono 2 animali.

Do 12 → muoiono 4 animali.

Do 15 → muoiono 10 animali.

Do 25 → muoiono il 40% animali.

Do 30 → muoiono il 30% di animali = si ha una risposta diversa.

Cumulative.

Sono delle curve dove si sommano gli animali morti con quella dose e sommati agli animali già morti prima a dosi minori precedenti.

Studio di tossicità acuta

Studio di tossicità acuta.

Questo test di tossicità acuta serve per dire quale effetto provoca la singola esposizione a quella sostanza, in relazione alla dose.

Questi studi sono fatti su animali, ma solo nella fase finale dello studio, perché lo studio preclinico viene fatto invece in vitro.

La modalità di somministrazione può essere a singola dose oppure con somministrazioni ripetute entro 24h.

DL50 dose letale nel 50% dei casi.

L’obiettivo è quello di identificare la DL50 = cioè la dose letale nel 50% dei casi.

Un altro obiettivo è quello di capire qual è l’organo bersaglio, che può variare in base se si tratta di tossicità acuta o cronica, ad esempio il benzene.

Dopo la somministrazione della molecola, si fa la zoopsia dopo 14 giorni dalla somministrazione.

Oltre agli animali trattati con la molecola di studio, si hanno anche animali che vengono trattati con il solo veicolo e vanno a costituire il bianco.

Le gabbie dei controlli sono mescolate.

La DL50 serve per:

• Classificazione sostanze chimiche.
• Calcolo indice terapeutico, DL50/DE50.

Non è una costante assoluta: dipende da specie e condizioni sperimentali.

Di sicurezza DE99/DL1 dose efficace nel 99% dei casi dose letale nel 1% dei casi.

Infatti si preferisce utilizzare l’indice = DE99/DL1.

Quindi.

Gli studi di tossicità acuta servono per:

• Individuare la DL50.
• Capire quale è l’organo bersaglio.
• Le dosi da utilizzare nei test successivi.

Studi di tossicità cronica/subcronica

Studi di tossicità cronica/subcronica.

Sono il passaggio successivo dei test di tossicità acuta.

Lo scopo di questi studi è quello di:

• Identificare l’organo bersaglio di quella molecola per esposizione cronica.
• Identificare il NOAEL = cioè livello di dose massima al quale non si osservano effetti avversi → cioè è la dose minima che non provoca effetti avversi.

NOAEL dose massima al quale non si osservano effetti avversi.

Come si esegue

Come si esegue:

La durata è sui 90 giorni per la tossicità subcronica.

Per la tossicità cronica, che si intende la somministrazione per periodi prolungati o per tutta la vita, gli esperimenti possono durare 90 giorni oppure tutta la vita dell’animale.

Le modalità di esecuzione sono uguali, ma cambiano solo i tempi di esposizione.

Prendiamo ad esempio la via di somministrazione per via orale.

Si somministra la sostanza per la stessa via per la quale l’uomo la somministrerà.

Si preferisce la via orale o inalatoria che sono le più semplici e meno stressanti per l’animale, che infatti dovrà assumere la sostanza per un periodo di tempo prolungato, 90 giorni o per tutta la vita dell’animale.

Bisogna osservare l’animale per vedere se ci sono dei cambiamenti, ad esempio nel comportamento.

Poi si fanno anche dei prelievi per valutare i parametri ematici e controllo delle urine.

Questo lo si fa per tutta la sua durata della vita.

Si tiene un registro anche sugli animali che muoiono.

Poi bisogna fare la zoopsia.

Poi si sacrifica l’animale e si fa la zoopsia, che la si fa su tutti gli organi dell’animale.

Tutto ciò si fa con l’obiettivo di:

• Per identificare l’organo bersaglio e il NOAEL.
• Per identificare l’ADI, Acceptable Daily Intake = cioè la dose di sostanza che può essere assunta quotidianamente senza danni alla salute. Per calcolare l’ADI si parte dal NOAEL.

ADI

ADI.

Si capisce quanto il nostro organismo può tollerare quella sostanza giornalmente.

La definizione è: quantità giornaliera di un composto chimico che assunta per tutto il periodo della vita appare essere priva di apprezzabili rischi per la salute, sulla base di tutte le conoscenze al momento disponibili.

“Appare” “Apprezzabili” = notare che si usa questo verbo perché si fa una sperimentazione sulla base di apparecchi che si ha al momento e quindi se faccio lo stesso esperimento più avanti con tecniche più.