Tossicologia

Lezione 1 ecotossicologia

Esame

Esame: orale, non è diviso, è unico sia ecologia sia ecotossicologia. Fa la domanda a scelta ADME, cos’è metabolizzazione, cos’è eliminazione.

Tossicologia

La tossicologia può definirsi come quella branca delle discipline mediche che studia la natura, gli effetti, le proprietà e le dosi delle sostanze tossiche. Il cibo che noi mangiamo è fatto da elementi chimici tra cui il carbonio che proveniva da un’altra parte. Noi ci rinnoviamo continuamente ma alla fine sono sempre gli stessi atomi che si sono creati moltissimo tempo fa con il big bang. Noi siamo parti della natura e non ne possiamo uscire. Siamo in continua trasformazione, siamo dei sistemi dinamici di continuo.

La memoria è l’interazione con l’ambiente che avviene con tutti i sensi. La memoria rafforzativa è una specie di memoria. Non tutto si può misurare ma esiste comunque come i sentimenti, una sostanza tossica posso misurarla solo con gli appositi strumenti che ne misurano l’effetto. Ecco perché molte sostanze sono state vietate, ma in altre volte finché non si vede l’alterazione non si vede l’effetto.

Definizione di tossico

Un tossico è una sostanza chimica che, una volta venuta a contatto con un sistema biologico, determina una alterazione dello stato fisiologico non desiderata. Una sostanza tossica dipende dalla concentrazione, dal tempo di esposizione (più sto esposto più è tossico), e anche la velocità. Si può vedere la concentrazione della sostanza tossica in quanto tempo uccide la nostra coltura o l’animale o le piante. Così si riesce a calcolare l’unità di misura. La tossicità si riesce a misurare. L’evento più tossico che può accadere è la morte.

La tossicità cronica è quella più pericolosa a piccoli dosaggi per lungo tempo. È più difficile da calcolare. Sono alterazioni psicologiche. Si fanno sugli animali ma sono difficili da vedere sugli uomini. Il contenuto della concentrazione di spermatozoi è diminuito sempre di più, quindi si esano sempre di più le fecondazioni assistite. Le creme sono emulsioni di oli e grassi. I parabeni sono contenuti nei prodotti di bellezza.

I biberon e tutti i giocattoli per neonati sono trattati con prodotti che vengono rilasciati nell’acqua che poi bevono. Sono elasticizzanti. E fanno male, poi vengono tolti dal mercato. La tossicità è come un iceberg, quella esterna che si vede è quella acuta sopra in alto, quella cronica è quella sotto più complessa che non si vede.

Intossicazione

Per “intossicazione” s’intende una malattia acuta o cronica che si produce a seguito dell’esposizione dell’organismo ad una sostanza tossica. L’intossicazione è un fenomeno complesso ed è il risultato di processi che riguardano la sostanza, l’organismo e l’interazione tra sostanza ed organismo per la cui comprensione è necessario conoscere la chimica, la biochimica, la biologia, la fisiologia.

• Tossicità acuta, subacuta, cronica subcronica
• Tossicità immediata e ritardata
• Tossicità locale e sistemica
• Effetti tossici reversibili ed irreversibili

L'elemento che differenzia l'intossicazione da altre alterazioni dello stato fisiologico causate da altra natura (traumatica, infettiva, degenerativa) è l'estraneità (in senso qualitativo o quantitativo) dell'agente eziologico, intendendo come estranea una sostanza chimica che non è normalmente presente in un organismo o presente a concentrazioni non fisiologiche. Il concetto di estraneo (quantità e qualità) deve essere correlato sempre alla definizione di dose.

Evento tossico acuto in un ambiente: incendio di qualcosa, è diverso se va a fuoco un bosco o la gomma delle macchine. Ovviamente la gomma è tossica quindi prestiamo più attenzione. Il fumo dell’incendio è fatto da particelle solide disperse nell’aria, più sono grandi più sono dense e meno viaggiano. La densità del fumo varia. Se sono piccole le particelle viaggiano di più e si disperdono e si fa fatica a circoscrivere la zona. L’aerosol sono invece particelle liquide disperse nell’aria e più sono piccole più viaggiano.

Nessuna sostanza è un veleno di per sé stessa, ma è la dose che fa della sostanza un veleno! Da Filippo Aureolo Paraceslo 1493-1541. Più piccola è la quantità che provoca la morte maggiore è la tossicità di quella sostanza. Le sostanze per essere tossiche devono entrare con le vie aeree, alimentari e con il tatto che sono le vie naturali. La via alimentare è la principale. La via aerea è la più pericolosa perché viene assimilato di più e più velocemente perché arrivano sui polmoni e attaccano le vie di scambio. La distanza tra alveolo e capillare è circa 7mm, molto piccolo e la superficie di scambio è circa un campo da calcio. Diventa tossica la sostanza se altera dei parametri fisiologici.

Tossinfezione

La tossinfezione è quando è generato da tossine microbiologica. L’intossicazione alimentare può essere sia intossicazione sia tossinfezione se deriva da un batterio. Se è una manifestazione cronica può venire un tumore allo stomaco, quindi non si chiama più intossicazione. Accade per esempio con i cibi bruciati che contengono sostanze cargerogene. La intossicazione deriva invece da tossine chimiche.

Si può mettere in correlazione causa effetto con il tempo relativamente breve e si può definire intossicazione acuta. Questo causa un effetto visibile. Se non è visibile sarà una intossicazione cronica. L’effetto è la somma di diversi effetti o la somma di diverse sostanze ed non viene subito ma con il tempo.

Negli alcolici c’è l’alcol etilico aromatizzati. All’inizio può avere un effetto positivo, come l’essere meno timidi, però se è troppo crea un effetto acuta se ci si ubriaca, se si diventa alcolisti è un effetto cronico. Gli effetti possono essere reversibili o irreversibili. Creano mutazioni che possono essere replicate. La sostanza tossica non è nella normale composizione chimica dell’organismo. Di solito tendono a sostituirsi a sostanze simili già presenti. La vita è un equilibrio tra eccitazione e depressione. Se una sostanza inibisce una delle due si crea squilibrio. Le sostanze tossiche non creano nulla di nuovo ma alterano gli equilibri.

Agenti accoppianti o disaccoppianti

Gli ultimi sono come il calore che viene disperso e non si riprende più. Quelli accoppianti sono come l’ATP.

ET (i/r) = C (b) * R * AFs s (t) (n) (sr)

• ET=effetto tossico
• s= sostanza
• i/r=irreversibile o reversibile (nel tempo)
• T=tempo
• Cs= concentrazione della sostanza tossicocinetica
• B= biofase
• R=numero dei recettori tossicodinamica
• AF = Affinità S vs R (forza/tipo di legame/Costante di dissociazione, ecc.)

Può essere graduato e c’è una formula. L’effetto tossico dipende dalla concentrazione della sostanza DOVE? Dai recettori che costituiscono la biofase, e dipende anche il numero dei recettori e l’affinità della sostanza con il recettore. L’effetto tossico dipende dalla concentrazione della sostanza nella biofase, dal numero dei recettori ed all’affinità. La concentrazione della sostanza nella biofase è detta tossicocinetica, è il percorso che fanno le sostanze dal sito di ingresso fino alla biofase attraversando l’organismo, la maggior parte però si perde. È quello che fa l’organismo sulla sostanza tossica. Dipende principalmente alla concentrazione del tossico. Tossica ad una dose esterna di partenza ma quella interna sarà diversa perché passa attraverso l’ADME.

Riassunta dall’ADME= assorbimento, distribuzione, metabolizzazione, eliminazione. È ciò che la sostanza fa sull’organismo, è la cascata che crea nell’organismo, tossicodinamica. Domanda esame = differenza tra tossicocinetica e tossicodinamica.

Acido salicilsalicilico

Dell’acido salicilsalicilico, cioè l’aspirina, ci sono diversi composti, ma per essere assimilata deve esserci la molecola. La forma effervescente scioglie e le molecole sono già pronte, è più rapide. La compressa non ha le molecole pronte. Quella rapida mettere direttamente in bocca è ancora più rapida, perché ci sono più molecole che sono già pronte. La digestione viene principalmente nello stomaco perché è spesso. L’assorbimento avviene nell’intestino perché è più sottile con una superficie maggiore grazie ai villi e ai microvilli. Il fegato riesce a detossificare. Si interfaccia tra ambiente esterno e il metabolismo interno.

La tachipirina può dare delle epatiti fulminanti. Quindi è meglio prenderla come supposta perché non passa dal fegato. Quando mangio qualcosa prima di entrare al fegato passa dalla grande circolazione nella vena cava craniale e si perdono molto sostanze perché si diluiscono. Dall’ano le sostanze entrano nella vena cava caudale e non passa dal fegato.

Vie d'uscita

• Dal rene ha la funzione di pulire il sangue. Una sostanza per essere eliminata deve essere idrosolubile per sciogliersi nelle urine, mentre se è idrofobica passa la membrana plasmatica.
• Dalla pelle con il sudore è una via di eliminazione. È prodotto dalle ghiandole sudoripare.
• Dalle ghiandole mammarie, qui si riescono a liberare molte sostanze liposolubili che danno alla prole nella prima lattazione (colostro).
• Dalle uova vengono eliminate molte sostanze.
• Dalla gravidanza vengono eliminate molte sostanze con una barriera placentare.
• Gli annessi cutanei, i peli, i capelli, per capire lo stadio di composizione minerale.
• Dalla bocca con la saliva.
• Le lacrime.
• Naso, anche se poco.

Fattori che influenzano la risposta tossicologica

A) Fattori relativi alla sostanza (dose, caratteristiche molecolari, meccanismo d’azione)
B) Fattori relativi all’individuo (tossicocinetica, variazioni individuali nella sensibilità al tossico)
C) Fattori relativi al tempo di contatto con la sostanza tossica che permettono di distinguere la natura acuta o cronica dell’intossicazione

Fattori relativi alla sostanza

• Dose: più c’è più si assorbe
• Caratteristiche molecolari
• Meccanismo d’azione

Il cianuro è un veleno potente perché blocca i tessuti e la respirazione cellulare, attacca soprattutto i tessuti più sensibili come cuore e cervello e il sistema nervoso perché poi si blocca tutto e nulla funziona più.

• Tossicocinetica
• Caratteristiche tipiche delle specie
• Caratteristiche di ogni singolo individuo

La velocità di assorbimento di un cane e un bovino è completamente diversa. Ogni specie ha la sua velocità. Ma anche ogni individuo.

• Intossicazioni acute: tempo limitato, alta dose
• Intossicazione cronica: tempo lungo, bassa dose, superati i 28 giorni si parla di cronicità

La dose

Per dare la stessa dose devo riferirmi a un’unità di misura. La dose è la quantità di sostanza espressa in unità di peso o di volume per unità di peso corporeo. mg/kg e ml/kg sono diverse unità di misure!

1 litro di acqua pesa 1 kg. 1 millilitro sono 1000 milligrammi: perché il milligrammo è 10^-3 di un grammo, e il millilitro peso come 1 grammo! 1L=1kg 1g=1mL 1cc è un centimetro cubo

C’è differenza tra dose e concentrazione?

Concentrazione: quantità di sostanza espressa in un volume, microg/L, mg/L, o gL. La concentrazione si misura in moli. La mole è il peso molecolare espresso in grammi. 1 mol = 1 mol di sostanza in 1 L = 1 peso molecolare espresso in grammi in 1L.

Dose letale 50 dell’alcol etilico nella media degli uomini grammi per kg. Un uomo peso 60kg se beve 1L di una bottiglia di 45% di vodka supera la dose letale? In una bottiglia contiene 450ml di alcol, la dose letale è 480ml. Quindi sicuro sta male. Esercizio

• Dose= mg/kg su peso corporeo
• Concentrazione=mg/L, ug/L, mg/ml, % su un volume
• Dose= 10 mg/kg
• Peso animale= 40 kg
• Concentrazione farmaco= 5% – 5g in 100 ml –

Calcolo

Quantità di sostanza che devo dare all’animale: 40mg/kg x 10kg = 400mg (il kg si elide) 5g= 5000mg 5000mg : 100ml = 400mg : x X= (100ml x 400mg)/5000mg= 8 ml di volume da prelevare

End point tossicologica

End point tossicologica: dose letale media o letale. È in grado di portare la morte al 50% degli organismi. Di solito deriva dagli studi sulle intossicazioni acute.

Dose letale 50 o dose letale media o DL50

È definita come quella dose che somministrata in una determinata specie per una determinata via è in grado di determinare la morte del 50% degli animali trattati.

Efficacia, tossicità, letalità

• ED50 – Dose Efficace 50; la dose a cui il 50% della popolazione o del campione manifesta un determinato effetto; usato con curve dose risposta quantali
• TD50 - Dose Tossica 50 - la dose a cui il 50% della popolazione o del campione manifesta un determinato effetto tossico
• DL50 - Dose Letale 50 – la dose che porta a morte il 50% dei soggetti

La dose che somministro si chiama dose esterna, poi entra nell’organismo, poi subisce ADME e la dose che rimane e raggiunge l’organo o il tessuto bersaglio è la dose interna. All’aumentare della dose aumentano gli effetti fino di arrivare alla morte. All’aumentare della dosa aumenta la risposta perché più molecole occupano la biofase più recettori vengono occupati (biodisponibilità). La cosa biodisponibile dipende da assorbimento, metabolizzazione e escrezione.

Curve dose-effetto

Grafico con logaritmi: Asse x dose espressa in mg/kg, Asse y effetto, l’effetto finale è la morte ma ci sono anche la citotossicità e altri effetti. È una curva sigmoidea, so che l’effetto è la morte. Se voglio determinare la dose letale 50 basta che vedo sull’asse delle y dove la metà muore e la interpolo sull’asse x. Lo chiede all’esame orale di solito.

Classificazione delle sostanze in categorie correlate alla loro tossicità

Le dosi sono estrapolate da osservazioni cliniche e dai valori delle DL 50 ottenute in varie specie animali. Dose letale 50 per classificare le sostanze.

Si passa da mg a g! Una sostanza che ha una dose letale 50 più bassa è più tossica perché ci vuole meno quantità di sostanze per unità di peso corporeo per determinare l’effetto tossico che sto cercando.

Classificazione delle sostanze tossiche in relazione al loro potenziale tossico

• Leggermente tossica: etanolo, 8000 mol/kg
• Cloruro di sodio, Etanolo, Acido acetilsalicilico, Stricnina: veleno
• Contaminante ambientali: diossine, dose letale 50 molto bassa
• Tossina origine batterica: tossina botulinica

La struttura molecolare

La struttura molecolare e quindi le caratteristiche chimico-fisiche condizionano la tossicocinetica e la tossicodinamica. Per Tossicocinetica si intende le variazioni delle concentrazioni tissutali nel tempo della sostanza (tossico). Queste variazioni sono il risultato dei processi di assorbimento, distribuzione, metabolizzazione ed eliminazione della sostanza dall’organismo.

Per Tossicodinamia si intendono le modifiche di tipo biochimico che la sostanza tossica determina nell’organismo.

Tossicocinetica

• Descrive i processi di assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione (ADME) delle sostanze potenzialmente tossiche.
• L’assorbimento è il processo tramite cui la sostanza penetra nell’organismo dal sito di esposizione (via orale) al sangue (circolazione sistemica).
• La distribuzione è il processo di passaggio dal sangue ai vari organi e tessuti.

Descrive i processi che la sostanza tossica fa nell’organismo: assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione. Assorbimento nel sangue, distribuzione dal sangue all’organo.

Relazione tra concentrazione: tempo e effetto

In genere l’effetto di una sostanza potenzialmente tossica è proporzionale alla sua concentrazione nel sito o nei siti in cui sono presenti “Recettori” (Biofase). Anche il tempo di permanenza nella Biofase è correlabile all’effetto tossico.

• Dato che la concentrazione in un organo è in genere proporzionale alla concentrazione plasmatica, l’effetto tossico è proporzionale a quest’ultima (in genere misurabile).
• Per quasi tutti i tossici esiste una concentrazione minima (misurabile), al di sotto della quale non si ha effetto (osservabile).

Tempo di permanenza della sostanza tossica nella biofase che dipendono dall’ADME. Tutti i processi di metabolizzazione permettono l’escrezione della sostanza.

Fattore tempo

• Il fattore tempo: la relazione tra la durata dell’effetto di un tossico e la sua permanenza nell’organismo dipende dal meccanismo d’azione.
• Per tossici che agiscono legandosi reversibilmente a recettori, l’effetto è condizionato alla presenza nell’organismo.