Lezioni, Tossicologia

TOSSICOLOGIA GENERALE

La tossicologia si occupa dello studio qualitativo e quantitativo degli effetti tossici prodotti dagli xenobiotici

sugli organismi viventi. I due scopi fondamentali della disciplina sono:

 descrivere l'effetto tossico e il meccanismo d'azione (stima qualitativa della pericolosità);

 valutare la probabilità d'insorgenza di danni alla salute a determinate esposizioni (stima

quantitativa del rischio).

Si tratta di un processo autoreferenziale: inizialmente studiava cosa succedeva all’uomo, ora il campo è

stato ampliato. La tossicologia segue fondamentalmente tre passaggi:

Studiare e vedere l’effetto



Capire il perché



Stimare il danno

Il tossicologo esamina la natura degli effetti tossici prodotti dagli xenobiotici sugli organismi viventi e valuta

la probabilità della loro comparsa (valutazione del rischio); è in grado di prevenire, diagnosticare e curare

eventuali intossicazioni date da sostanze specifiche.

La tossicologia può essere applicata a tutto ciò con cui siamo a contatto: farmaci, pesticidi, additivi

alimentari, etc. Tossicologia ambientale ed ecotossicologia non si basano sull’uomo: la prima ha ancora

riferimenti verso l’uomo, ma è posta anche ad altre specie; la seconda, invece, è molto più complessa

perché non è più riferita a qualcosa di specifico, ma ad un ecosistema e su cosa succede quando

quest’ultimo subisce un cambiamento.

La base della tossicologia è stata coniata da Paracelso: tutte le sostanze sono veleni, la differenza tra la

tossicità e l’avvelenamento è basata sostanzialmente sulla dose.

Xenobiotico: Sostanza estranea alla normale nutrizione dell’organismo e al suo normale metabolismo; è

una sostanza esogena che viene introdotta nell’organismo (es. farmaco). Gli xenobiotici sono

generalmente sostanze inorganiche che non stimolano i sistemi immunitari; alcune volte, però, è possibile

che queste sostanze si leghino a proteine, le quali cambiano conformazione e permettano che quest’ultima

venga riconosciuta come estranea. Affinché questo processo di estraneazione avvenga, è necessario che

prima avvenga un processo di sensibilizzazione.

Veleno: non è un termine definibile; per alcuni è una sostanza che in quantità molto piccole è in grado di

avere proprietà tossiche, oppure che in elevate quantità non produce nessun effetto benevolo.

Sostanza tossica: sostanza in grado di recare effetti dannosi solo in determinate condizioni, quali dose, età,

sesso e specie.

Effetto tossico: effetto principale visibile usando una determinata sostanza; si può notare il meccanismo

con il quale la sostanza ha procurato il danno.

Effetto collaterale: effetto non desiderato di uno xenobiotico, ma noto e prevedibile, solitamente associato

al suo meccanismo d’azione.

Effetto avverso: effetto desiderato ed imprevedibile di uno xenobiotico, solitamente non associato al suo

meccanismo d’azione.

2 Tossicologia Generale

Tutti i farmaci presentano un effetto collaterale, e quindi un effetto tossico, poiché presentano un effetto

intrinseco associato al suo meccanismo d’azione. Sia l’effetto collaterale che quello tossico sono dose-

dipendenti; purtroppo esistono anche effetti tossici che non sono dose-dipendenti, come l’effetto avverso,

e sono effetti imprevedibili perché causati dalle difese del sistema immunitario.

Spettro degli effetti tossici . Lo spettro degli effetti tossici può presentare diversi casi:

• reazione allergica

• reazione idiosincratica, si manifesta solo in pochi soggetti ma non nella maggior parte dei casi

(es. succinilcolina che viene degradata dalle esterasi nel sangue)

• tossicità immediata

• tossicità ritardata

• tossicità reversibile, il danno è riparato dall’organismo perché questo è altamente proliferativo

(es. fegato)

• tossicità irreversibile, il danno non può essere riparato dall’organismo, perché questo non è

altamente proliferativo (es. sistema nervoso centrale). Questa può essere distinta a sua volta in

due tipi di studi:

 Effetti carcinogeni

 Effetti teratogeni

• tossicità locale, se viene danneggiata solamente una parte dell’organismo

• tossicità sistemica, può colpire l’interno di un organismo o arrivare ad un determinato target.

Tossicità immediata e ritardata sono sinonimi di tossicità acuta e cronica: queste due vengono distinte a

seconda del tempo di esposizione alla sostanza tossica, e spesso non coincidono.

Relazione dose-effetto. Si tratta di una relazione che descrive l'intensità dell'effetto biologico in funzione

della quantità a cui sono esposti i modelli sperimentali o l'uomo, e senza questa è impossibile determinare

la tossicità di una sostanza. Affinché sia possibile questa relazione, è necessario che vengano soddisfatte

determinate caratteristiche:

• L’effetto osservato deve essere dovuto all’agente tossico;

• La risposta osservata deve essere funzionale alla dose;

• Deve essere utilizzato un metodo di quantificazione molto preciso per misurare gli effetti.

Senza questi tre elementi non è possibile dimostrare la tossicità di uno xenobiotico; questa relazione è

fondamentale. La funzione che lega effetto e dose è una sigmoide

[Figura 1]: da questa si può ricavare la relazione dose-

effetto, dove quest’ultimo è definito a seconda

dell’esperimento in corso. La funzione è una sigmoide

poiché ad un basso dosaggio le sostanze non sono

tossiche, fino a quando non arrivano ad un plateaux

dove raggiungono il massimo del loro effetto. Il

fattore di sicurezza è un range in cui il dosaggio non

ha alcun effetto, e quindi non può essere considerato

tossico. NOEL è l’ultimo punto a cui non osservo un

effetto della sostanza, ed è seguito dal LOEL, primo

punto dove si nota l’effetto della sostanza; questi due

punti sono relativi al modello sperimentale utilizzato.

Nell’osservazione della curva risulta fondamentale la

Figura 1 – Rapporto dose-effetto sua inclinazione; per renderla più rettilinea possibile,

nella valutazione dell’effetto si passa da una scala aritmetica ad una logaritmica, nelle quali il minimo e il

massimo sono unite da una retta che permette di confrontare diverse sigmoidi e trovare la funzione della 3

Tossicologia Generale

retta. Per rettilineizzare la relazione, è anche possibile utilizzare anche probabilità legate ad una

regressione di tipo binario. Questo processo permette di:

a) Determinare e paragonare più sostanze nello stesso grafico; determinare la diversità degli

xenobiotici e il dosaggio permette di comprendere l’effetto massimo e da quale delle due sostanze

è in grado di raggiungerlo: questo fenomeno è chiamato potenza. [Figura 2, a sinistra]

b) Mostrare una diversità di efficacia quando uno dei due xenobiotici non raggiunge un massimo

effetto[Figura 2, a destra].

Figura 2 – Effetti della rettilineizzazione: a) confronto tra due xenobiotici e determinazione della potenza b) diversa

efficacia di due xenobiotici

È inoltre possibile valutare la distribuzione della

relazione dose-effetto.

DL o LD: sigla che indica la dose letale di una sostanza.

Indica a quale livello ha ucciso il 50% degli individui in

studio, determinando la pericolosità della sostanza che si

sta trattando; questo indice però non è completo,

perché non indica che LD uguali abbiano curve con la

stessa pendenza. È possibile [Figura 3] che il valore di LD

sia uguale, ma una delle due sostanze abbia un maggior

rischio con un dosaggio minore, in questo caso B.

Figura 3 – Dose letale uguale con relazione

dose-effetto differente

È possibile trovare altri tipi di curve, per esempio

sigmoidi rovesciate che si toccano: questo tipo di curva

è visibile quando si studia la tossicità di una sostanza

necessaria all’organismo. Queste sostanze hanno un

effetto dannoso in due casi:

• Carenza, quando la dose è minima;

• Eccesso, quando la dose è troppo elevata.

Le sostanze in grado di produrre questi effetti sono

delle sostanze non xenobiotiche. Figura 4 – Curva di sostanze non xenobiotiche

4 Tossicologia Generale

TOSSICOCINETICA E TOSSICODINAMICA

Le sostanze tossiche per esercitare il loro effetto si compongono di:

• Tossicocinetica, che studia la capacità del nostro organismo di entrare in contatto con una

sostanza, ed è un modello sperimentale;

• Tossicodinamica, che studia il meccanismo d’azione della sostanza sull’organismo.

Tossicocinetica. Si tratta di una tossicologia che ha come riferimento un modello biologico, e studia

l’effetto di uno xenobiotico su un organismo: si tratta di ciò che il modello sperimentale è in grado di fare

sulla sostanza in studio.

La tossicocinetica comporta principalmente quattro fasi, determinate dall’acronimo ADME:

1) Assorbimento della sostanza

2) Distribuzione della sostanza

3) Metabolismo della sostanza o biotrasformazione

4) Eliminazione della sostanza

L’assorbimento è il periodo tra l’esposizione alla sostanza, fino al suo passaggio in un compartimento

fondamentale, che permetterà a questa di viaggiare all’interno del modello in studio. L’esposizione può

avvenire in diversi modi:

 Per contatto, tramite diverse vie, tra cui la via inalatoria, la via enterale, la via topica;

 Per vie più complesse, nelle quali si entra in campo farmacologico. Per queste vie è necessario uno

strumento o una macchina per permettere che la sostanza venga assorbita, definendo così la via

parietale.

Per comprendere se una sostanza è tossica, è fondamentale conoscere la via di somministrazione: è la

prima caratteristica importante, seguita dalla distribuzione, dal metabolismo e dalla sua eliminazione.

Quando una sostanza entra direttamente nella circolazione sanguigna non si parla più di assorbimento,

questo poiché questa fase deve superare alcune problematiche, come il superamento delle barriere

cellulari. Infatti, generalmente, per raggiungere il compartimento di interesse, la sostanza deve superare

componenti idrofobe ed idrofobiche, richiedendo così una facile reversibilità per permettere di attraversare

entrambe le membrane. Affinché la molecola passi attraverso le membrane perdendo il profilo di

idrofobicità, è necessario che le dimensioni siano ridotte. Le sostanze che devono esser