Tossicologia

TOSSICOLOGIA

0 Tossicologia 1

SOMMARIO

Tossicologia...........................................................................................................................................2

xenobiotici e sostanze tossiche.........................................................................................................4

Parametri fondamentali utilizzati negli studi tossicologici.............................................................4

Tossicocinetica e tossicodinamica......................................................................................................5

Relazioni dose-risposta......................................................................................................................6

Studi di tossicità.................................................................................................................................7

Studi di tossicità acuta...................................................................................................................9

Studi di tossicità ripetuta..................................................................................................................11

Studi per farmaci convenzionali e prodotti biologici.......................................................................12

Stima della prima dose nell’uomo....................................................................................................13

Studi tossicologici sulla riproduzione e sviluppo.............................................................................16

Studi di irritazione cutanea ed oculare.............................................................................................16

Testi di sensibilizzazione allergica...................................................................................................16

Studi di cancerogenicità...................................................................................................................17

Epidemiologia..................................................................................................................................18

Studi sperimentali ed osservazionali............................................................................................20

Fattori di rischio...........................................................................................................................21

Tossicocinetica.....................................................................................................................................24

Biotrasformazione............................................................................................................................30

Tossicodinamica..................................................................................................................................33

Attivazione metabolica e detossificazione.......................................................................................35

Meccanismi di tossicità....................................................................................................................40

Tipi di tossicità.................................................................................................................................49

Reazioni avverse & farmacovigilanza..................................................................................................53

Classificazione delle reazioni avverse..............................................................................................54

Effetti teratogeni..............................................................................................................................57

Classificazione delle ADR Rawlins & Thompson / Aronson & Edwards:.......................................59

Segnalazione delle reazioni avverse.................................................................................................64

Fattori di rischio della suscettibilità alle reazioni avverse................................................................67

Tossicologia riproduttiva & interferenti endocrini...............................................................................70

Tossicologia dello sviluppo..............................................................................................................72

Cancerogenesi e mutagenesi................................................................................................................91

Tossicologia genetica.......................................................................................................................94

Fattori di rischio nello sviluppo di tumori........................................................................................96

Interferenti endocrini.........................................................................................................................101

Tossicologia 2

Tossicità d’organo..............................................................................................................................105

Epatotossicità.................................................................................................................................105

Emato-tossicologia.............................................................................................................................115

Tossicologia eritrocitaria................................................................................................................116

Tossicologia della serie bianca.......................................................................................................118

Tossicologia delle piastrine e dell’emostasi...................................................................................119

Tossicologia renale............................................................................................................................120

Farmaci che riducono la VFG........................................................................................................123

Farmaci che alterano il tubulo renale o la struttura generale del rene............................................124

Farmaci che ostruiscono il decorso dell’urina................................................................................127

Reazioni di tipo B..........................................................................................................................127

Neurotossicità....................................................................................................................................128

Mielinopatie...................................................................................................................................128

Astrociti e tossicità del SNC..........................................................................................................129

Tossicologia delle sostanze di abuso..................................................................................................132

Eroina............................................................................................................................................133

Cannabis........................................................................................................................................134

Etanolo...........................................................................................................................................135

Cocaina..........................................................................................................................................135

Tossicologia alimentare.....................................................................................................................136

OGM & sicurezza alimentare........................................................................................................137

Reazioni avverse agli alimenti & intossicazioni.............................................................................138

Ecotossicologia..................................................................................................................................142

Antidotismo Principi..........................................................................................................................145

TOSSICOLOGIA

La tossicologia è una scienza interdisciplinare, richiede conoscenze base di farmacologia per

comprendere i meccanismi attraverso i quali gli xenobiotici (di natura chimica, fisica o

chimico-fisica) possono indurre dei meccanismi tossici all’interno dei sistemi biologici. Nel

seguente testo verranno affrontati argomenti riguardo la tossicocinetica e tossicodinamica,

metodi sperimentali di valutazione della tossicità e principi necessari per la caratterizzazione,

valutazione e gestione del rischio tossicologico. Queste conoscenze permettono di acquisire

capacità professionali specifiche utili in vari settori con il fine di tutelare la sicurezza dei

farmaci, la salvaguardia dell’ambiente, degli alimenti e dei prodotti cosmetici. Tossicologia 3

I database scientifici e siti di organizzazioni pubbliche o private rappresentano fonti

utilissime per approfondire ed aggiornare le proprie conoscenze, infatti questa materia è in

continua evoluzione e le informazioni vengono aggiornate giornalmente.

Il fine ultimo della tossicologia è quello di caratterizzare al meglio i meccanismi

tossicologici con l’obiettivo di poter valutare e prevenire effetti avversi/indesiderati che

possono originare all’interno degli organismi viventi; ovviamente il rischio, definito come la

probabilità con la quale una determinata sostanza può causare un effetto tossico in

determinate condizioni, non è mai pari a zero. Ad esempio l’uso del forno a microonde non è

un’attività con rischio pari a zero, ma considerando le condizioni in cui viene utilizzato

giornalmente, il suo rischio (per quanto riguarda l’esposizione alle microonde) è stato

definito come “accettabile”, ovvero non ci sono dei rischi concreti tossicologici; nonostante

questo giudizio esistono delle precauzioni nell’uso del microonde per minimizzare le

probabilità di un’esposizione alle microonde nociva per l’organismo (ad esempio aspettare

qualche secondo prima di aprire il forno una volta terminato l’utilizzo). Esempi simili

possono essere formulati nell’ambito delle terapie farmacologiche, si ricorda che la presenza

di un tossico in una formulazione (come può essere ad esempio un antibiotico) non è

necessariamente correlato ad un evento di avvelenamento; infatti, per quanto riguarda i

farmaci la tossicità di una determinata sostanza viene meticolosamente valutata ed in base al

rischio (calcolato su una media della popolazione, ed in determinate condizioni) viene

delineato uno schema posologico.

La caratterizzazione del rischio comprende la combinazione di analisi qualitative e

quantitative, in oltre la tossicologia come scienza si articola e suddivide in settori diversi

come quelli della tossicologia molecolare, descrittiva e normativa.

Per gestione del rischio (tossicologia normativa), si intende il processo attraverso il quale

vengono scelte le politiche per il controllo dei pericoli; la comunicazione del rischio, invece,

è un processo divulgativo che adatta il proprio linguaggio di comunicazione in base alla fetta

di popolazione che deve essere raggiunta.

Le tipologie di rischio a loro volta possono essere classificate in base a due parametri, ovvero

l’osservabilità e la controllabilità; per fare un esempio, la determinazione del rischio

relativo alle tecnologie applicate al DNA è molto complessa, questo perché non è osservabile

e non è controllabile.

La valutazione del rischio tossicologico è un processo reso ancora più difficile da alcune

limitazioni sperimentali; per chiarire questo punto si può prendere come esempio la

commercializzazione del farmaco Rimonabant, un antagonista del recettore cannabinoide 1.

Questo farmaco è stato prescritto per la terapia dei pazienti obesi, ma una volta prodotto e

prescritto in grande scala una parte rilevante dei pazienti si è suicidato o ha tentato il suicidio,

questa reazione avversa inaspettata ha portato al ritiro dal commercio del farmaco. In questo

caso durante i test di laboratorio effettuati sui topi non vi era modo di individuare questo

effetto collaterale questo perché i topi confinati nel recinto, ipotizzando che intendessero

uccidersi, avevano come unico mezzo di suicidio il non nutrirsi. Ovviamente in questo caso

l’effetto avverso poteva confondersi con l’effetto desiderato ovvero la perdita di peso; altre

limitazioni sperimentali erano correlate al numero ridotto di pazienti sottoposti ai trials clinici

che ha limitato e reso inefficiente la determinazione della reale frequenza di questa reazione

avversa. Tossicologia 4

XENOBIOTICI E SOSTANZE TOSSICHE

Xenobiotico è un termine generale che indica qualsiasi sostanza o miscela di sostanze che

siano estranee al nostro organismo, ovviamente possono indurre degli effetti benefici o

nocivi. Lo xenobiotico può essere di natura chimica, fisica (radiazioni) o biologica (veleni

animali).

Una tossina è una sostanza prodotta da organismi viventi che ha un effetto tossico intrinseco,

le tossine possono essere tossine che agiscono a livello sistemico, quindi hanno un effetto

nocivo generalizzato, o nuocere dei distretti particolari (epatotossine).

Si ricorda che ogni sostanza può diventare un tossico, infatti anche l’acqua se assunta a dosi

elevatissime può portare ad insufficienza renale; si comprende quindi l’importanza della dose

nel valutare gli effetti deleteri di ogni sostanza. Per le diverse sostanze le dosi necessarie per

produrre effetti indesiderati variano considerevolmente tra loro.

La DL50 può non riflettere con esattezza la pericolosità di una sostanza, infatti una sostanza

che ha una DL50 relativamente alta (causa la morte solo a dosi elevate), può essere

estremamente pericolosa in quanto cancerogena o teratogena. Inoltre l’alcool, ad esempio, se

assunto cronicamente è più pericoloso rispetto ad altre sostanze con DL50 più bassa.

Una sostanza chimica diventa tossica solo quando, attraverso un’adeguata via di esposizione

riesce a superare le barriere naturali dell’organismo e a raggiungere gli organi o tessuti

bersaglio ad una concentrazione in grado di determinare effetti dannosi.

In tossicologia la dose/quantità di sostanza tossica cui è esposto un organismo viene espressa

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in termini di quantità per unità di peso o superficie corporea (mg/Kg o mg/m ).

La classificazione delle sostanze tossiche può seguire numerosi criteri, quindi i modi

utilizzati per classificare queste sostanze sono numerose (organi bersagli, uso, stato fisico,

ecc…). Una classificazione sulla base del meccanismo di azione è la più precisa anche se una

singola classificazione non è mai sufficiente.

P ARAMETRI FONDAMENTALI UTILIZZATI NEGLI STUDI TOSSICOLOGICI

LD50 o Lethal Dose (dose letale mediana):

La LD50 rappresenta la dose di una sostanza chimica che determina la morte del 50% degli

individui in saggi di tossicità acuta per somministrazione diretta (orale o intraperitoneale). Di

norma viene espressa in termini ponderali per unità del peso corporeo dell’individuo

(mg/Kg). In modo analogo possono essere utilizzate le LD10 e LD90.

LC50 o Lethal Concentration (concentrazione letale mediana): Tossicologia 5

Rappresenta la concentrazione di una sostanza che determina la morte nel 50% degli

individui in saggi di tossicità acuta per esposizione ambientale (ad esempio tossicità

acquatica o inalatoria); in questo caso bisogna riferirsi anche al tempo di esposizione (ad

esempio la LC50 con esposizione di 48 ore).

EC50 Effective Concentration (concentrazione efficace mediana):

Rappresenta la concentrazione che produce nel 50% degli individui un effetto diverso dalla

morte (immobilizzazione, arresto della crescita, ecc…) in saggi che possono essere sia acuti

che cronici; anche in questo caso deve esserci una relazione con il tempo di esposizione.

LT50 Lethal Time (tempo letale mediano):

Rappresenta il tempo necessario a determinare la morte del 50% degli individui esposti ad

una concentrazione determinata di una sostanza.

NOEL No Observed Effects Level:

Rappresenta il livello più alto di concentrazione o dose alla quale non si manifesta alcun

effetto non tossico nell’animale. Può anche essere riferito a saggi di tossicità acuta, ma di

norma si riferisce a saggi di tossicità cronici a lungo termine.

NOAEL No Observed Adverse Effect Level:

Rappresenta il più alto livello di concentrazione o dose alla quale non si manifesta alcun

effetto tossico.

LOEL Lowest Observed Effect Level:

Rappresenta il più basso livello al quale è stato possibile evidenziare un effetto (anche

farmacodinamico)

TOSSICOCINETICA E TOSSICODINAMICA

I fattori che maggiormente influenzano la tossicità sono la via di esposizione, la durata di

esposizione e la frequenza di esposizione. Gli agenti tossici portano ad una modificazione

dei meccanismi omeostatici dell’organismo e inducono effetti nocivi in modi diversi.

L’effetto tossico può essere locale, quando lo xenobiotico interagisce in un determinato

distretto e non viene assorbito a livello sistemico. Quando il tossico viene assorbito si ha un

effetto sistemico, e i danni possono manifestarsi anche in distretti lontani dalla zona di

Tossicologia 6

assorbimento dello xenobiotico (ad esempio il piombo può danneggiare i tessuti cutanei, ma

può anche manifestare sequele a livello del sistema nervoso centrale).

L’effetto tossico può essere immediato/acuto come nei casi di avvelenamento da cianuro, o

essere ritardato (i cancerogeni possono manifestare la loro azione anche dopo 20 anni, ad

esempio il dietilstilbestrolo).

Inoltre, gli effetti possono essere reversibili o irreversibili, ad esempio se l’effetto tossico

interessa dei tessuti che hanno la capacità di rigenerarsi si potrebbe parlare di effetti

reversibili (fegato), viceversa si hanno effetti tossici irreversibili quando il danno interessa il

sistema nervoso centrale. Un effetto potenzialmente reversibile (tossicità dell’etanolo nei

confronti del fegato) può diventare irreversibile nei casi di esposizione cronica e prolungata

nel tempo (etilismo).

Per effetti tossici selettivi si intende la capacità di una sostanza chimica di produrre un danno

in una specie senza danneggiare un’altra, anche se le due specie sono in stretto contatto tra di

loro. La specie che non subisce il danno viene definita specie economica o desiderata,

mentre quella che subisce il danno viene definita come indesiderata o non economica

(antibiotici).

La dose soglia rappresenta la dose di xenobiotico tossico che l’organismo riesce a contrastare

o riparare i danni subiti dalla sostanza tossica, ad una dose superiore alla soglia si manifesta

l’effetto tossico. Ogni organo ha la così detta riserva d’organo ovvero l’effetto tossico non

si manifesta clinicamente fino ad un certo grado di danno (nel caso del fegato, i sintomi

clinici possono essere percepiti solo quando il danno epatico ha raggiunto già il 50 %).

La quantità di sostanza tossica al disotto della quale non riusciamo ad osservare un effetto

clinicamente rilevante è definita dal termine NOEL.

RELAZIONI DOSE-RISPOSTA

Risposte non misurabili in continuo:

Le risposte sono classificate e ordinate con un voto (score) o uno stadio (stage); vengono

valutate in questo modo alcune condizioni come la formazione di ulcere, alcuni effetti

comportamentali, la valutazione del grado di dolore. La distanza tra i diversi stadi è priva di

significato.

Risposte graduali o individuali:

La risposta media di un gruppo di individui esposti ad una dose crescente di una sostanza

tossica (o di un farmaco), può essere rappresentata da un grafico dove l’effetto (risposta)

rappresentato sull’asse delle ordinate, sarà correlato alla dose che sarà rappresentata nell’asse

delle ascisse. Per ciascuna dose somministrata agli individui sul grafico verrà rappresentata

anche la media e la deviazione standard dei valori ottenuti nei differenti individui.

Risposte graduali per elementi essenziali: Tossicologia 7

Generalmente le curve dose risposta per un nutriente essenziale (vitamine, selenio, cobalto,

ecc…) hanno un caratteristico andamento ad U. Dosi basse di questi elementi sono essenziali

per la vita. La vitamina A, ad esempio, a dosi elevate può causare tossicità epatica e difetti

alla nascita mentre la sua deficienza contribuisce alla cecità ed aumenta il rischio di malattia

e morte per infezioni severe; alte dosi di estrogeni possono indurre tumore alla mammella.

L’ormesi è una funzione adattativa caratterizzata da una particolare risposta bifasica dose-

dipendente che si manifesta come conseguenza dell’esposizione a numerosi tipi di stimoli. Le

risposte ormetiche mostrano una modesta stimolazione alle basse dosi e una inibizione alle

alte dosi; l’ormesi definisce la capacità delle sostanze di stimolare sistemi biologici a basse

dosi ma di inibirli a dosi più elevate. Per rendere più chiaro il concetto si può pensare ad un

qualsiasi stimolo stressante, questo induce due effetti in un organismo, lo stimola a adattarsi

rendendolo più forte o lo danneggia rendendolo più debole; la dose ormetica è quindi quella

dose capace di stimolare al massimo il primo effetto e di tenere al minimo il secondo.

Risposta quantale:

Nel grafico della risposta quantale vengono posti in evidenza soltanto la percentuale di

individui che daranno la risposta desiderata. Le relazioni dose-risposta di tipo quantale come

la mortalità presentano una distribuzione normale o gaussiana.

STUDI DI TOSSICITÀ

Gli studi di tossicità hanno tutti come scopo ultimo quello di evidenziare i limiti di tossicità

dello xenobiotico e di prevedere i suoi eventuali effetti dannosi o indesiderabili alle

condizioni di esposizione o di impiego; in questo modo sarà poi possibile regolamentare il

modo di impiego di una data sostanza.

Gli studi di tossicità vengono classificati in sperimentali ed osservazionali: quelli

sperimentali vengono eseguiti su animali (o colture cellulari e microorganismi), si

somministra lo xenobiotico con modalità definite e controllate (via di somministrazione, dose

e frequenza di somministrazione) e se ne studiano gli effetti tossici; quelli osservazionali

(detti anche epidemiologici) sono completamente differenti, questo perché non sono

progettati da uno scienziato che ha stabilito le modalità di sperimentazione, infatti in questi

casi si studiano gli