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Tossicologia

Appunti dianalisi chimico farmaceutica e tossicologica 1 basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof. Valente dell’università degli Studi La Sapienza - Uniroma1, facoltà di Farmacia, Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I docente Prof. S. Valente

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TOSSICOLOGIA

Molti metalli agiscono a livello del SN quindi consideriamo questa immagine eclatante

come slide iniziale. Nella farmacopea consideriamo come medicinale ogni sostanza o

composizione che presenta delle proprietà curative o profilattiche delle malattie

umane e animali. Ogni medicinale è da somministrare a uomo e animale o allo scopo

di stabilire una diagnosi medica, oppure allo scopo di ripristinare delle funzioni

organiche che sono state modificate e quindi danno luogo ad un evento patologico.

Ovviamente prima che il farmaco venga messo in commercio sono necessari molti

controlli, da che si sviluppa il prototipo con ideali caratteristiche chimico fisiche, il

quale viene generalmente testato sul topo, passano 10 anni. Un farmaco è considerato

come una sostanza in grado di indurre attraverso le sue azioni chimico fisiche con un

recettore, la modificazione di funzioni biologiche, tale da correggere gli eventi

patologici che si sono instaurati. Un tossico, invece, nel senso comune, è un agente

che anche a dosi piccole e in tempi prolungati, produce risposte dannose in un sistema

biologico, alterandone le funzioni e causandone nei casi più gravi anche la morte.

Tuttavia Paracelso asserì che tutte le sostanze sono considerate veleno, e che solo la

somministrazione di dosi differente caratterizza la tossicità o l’azione curativa della

sostanza stessa. Quindi un veleno non è un veleno nel senso assoluto, ma tutte le

sostanze anche gli stessi farmaci.

In questa tabella si ha un elenco di sostanze che vanno dall’alcol etilico in cui abbiamo

presentato la dose letale, la dose che provoca la morte nel 50% della popolazione cui

somministro la sostanza. Per alcune sostanze la dose viene espressa come mg/kg di

peso corporeo, queste dosi vengono estrapolate in seguito a studi di tossicologia su

popolazioni di ratti. Vediamo la dose dell’alcol etilico, 10.000 mg, quindi ci vuole per

andare in coma etilico. Per il cloruro di sodio, che è il comune sale da cucina, la dose

letale è di 4g/kg. Per il solfato ferroso, che è un integratore in casi di anemia, si vende

in compresse in farmacia, la dose è di 1,5g/kg. La morfina solfato, 900mg/kg, più

basso è il dosaggio più tossica è la sostanza. Ancora analizziamo i barbiturici, che

vengono usati solo in gravi casi di epilessia, hanno una dose letale di 0,15.

L’idrotossina, è una tossina che può avere origine vegetale o marina (pesce palla), e

può uccidere se somministrata a 5mg/kg. La stricnina che agisce sui recettori inibitori

cinergici (?) a 2mg. La nicotina ha una dose di 1mg/kg, quindi se a una persona di 70

kg somministro 70 mg di nicotina pura, la uccido, è un polinergico. La d-tubocurarina,

che veniva utilizzata per immobilizzare le prede; si usava infatti bagnare le lance di d-

tubocurarina che paralizzavano la preda. Vediamo due delle sostanze che nella tabella

in esame sono le più tossiche (non lo sono in valore assoluto, ma comunque sono tra

le più tossiche in generale), la para diossina è quella che si sviluppa dalla combustione

delle plastiche che hanno trovato di recente nelle mozzarelle di bufala campana, nella

produzione della mozzarella se ne produce una certa quantità ma la norma europea ha

stabilito un limite che non deve essere superato, oltre il quale il prodotto non deve

essere messo in vendita, essa ha infatti una dose letale bassissima. Ancor più letale è

la tossina botulinica, qui si ha una dose ancora più bassa, ed essa provoca un effetto

lifting, per questo è utilizzata in numerosi cosmetici. Il grafico di destra è interessante

perché dà l’effetto dose risposta; per i metalli pesanti non essenziali la curva evidenzia

che solo l’aumentare repentino della dose causa effetti tossici, dosi nulle o molto

basse non causano tossicità, mentre dosi eccessivamente alte causano morte. Tutti i

cationi inorganici finora studiati sono da considerarsi, invece, tra i microelementi

essenziali, loro seguono una curva dose risposta a campana; vanno assunti ma solo in

caso di carenza, infatti abbassando eccessivamente la concentrazione corporea, si può

instaurare il meccanismo di tossicità da carenza che altera importanti processi

biochimici! Quindi anche a dosi bassissime si va incontro a morte, si giunge poi

aumentando la dose, all’omeostasi perfetta, ma non si deve superare la dose clinica,

poiché incrementando il dosaggio nuovamente si ha l’azione tossica in questo caso da

iperdosaggio.

In definitiva quindi non esistono veleni in senso assoluto, ma solo casi di

avvelenamento o di intossicazioni.

Cos’è l’indice terapeutico? È il rapporto tra la dose tossica mediana in grado di

provocare nel 50% degli individui a cui somministro la sostanza un effetto tossico e la

dose efficace, che la dose che genera nel 50% degli individui cui viene somministrata

uno specifico effetto. Quindi l’IT è individuato da tale rapporto, il farmaco è sicuro

tanto più l’indice terapeutico è alto, perché se la dose tossica è elevata significa che il

farmaco non posso darlo.

Consideriamo ora una differenza tipica e lampante tra le benzodiazepine e i vecchi

barbiturici. La prima ha effetti molto più benefici dei barbiturici che sono stati

praticamente soppiantati.

Per produrre manifestazione di tipo tossico un agente chimico deve interagire con

specifici siti bersaglio (targets), che si trovano nell’organismo umano, animale o

vegetale. Deve restare in contatto con tale target, che può andare dal farmacologico al

tossico, ad un’appropriata concentrazione al di sotto della quale probabilmente

l’azione farmaceutica non si esplica, e per un tempo sufficientemente lungo ma non

troppo. L’azione tossica può dipendere da:

-Proprietà chimico fisiche

-modalità di esposizione

-Sensibilità del soggetto sottoposto all’esposizione, infatti alcuni recettori propri delle

donne hanno una diversa concentrazione a livello organico rispetto a quella dell’uomo,

tant’è che le donne tendono ad ubriacarsi molto più facilmente per la differente

concentrazione dell’enzima che metabolizza l’etanolo.

La tossicità della sostanza si esplica poi secondo due differenti aspetti, sia quello della

tossico dinamica, che racchiude ciò che l’agente causa all’organismo, che quello

tossico cinetico, che racchiude tutto ciò che l’organismo fa all’agente (assorbimento,

distribuzione ecc.)

Primo livello di tossico-cinetica, immaginando di assumere una qualsiasi sostanza, un

farmaco o medicinale, l’assunzione avviene nel tempo, con differenti meccanismi di

somministrazione, quella classica è quella OS, quella cioè per via orale.

La nostra sostanza deve essere assorbita, generalmente si sceglie la somministrazione

orale poiché è particolarmente versatile, e la sostanza stessa in seguito passa nello

stomaco, dove avviene il primo assorbimento, successivamente va nell’intestino.

Passiamo da pH 2 dello stomaco a pH 8 dell’intestino, a pH acido le sostanze assunte,

generalmente acide, sono indissociate, mentre nell’intestino le stesse (Tipo Fans)

salificano per il pH basico, quindi a livello intestinale tali sostanze non vengono

assorbite, infatti se salificano non permeano.

L’assorbimento che avviene nello stomaco è seguito dalla distribuzione della sostanza,

che andrà ad agire a livello dell’organo target, che può essere il cuore, il polmone, o il

cervello, in quest’ultimo caso l’azione del farmaco è consentita solo se la barriera

encefalica ne consente il passaggio. Dopo la distribuzione si ha il riversamento della

sostanza nel torrente circolatorio, a questo punto il farmaco può andare subito in

escrezione o viene biotrasformato, la vera farmacocinetica poi è questa. Infatti la

fortuna vuole che la natura ha creato un sistema di biotrasformazione nel nostro

organismo, per detossificare e smaltire la sostanza, altrimenti resta accumulata

nell’organismo e si esplicano meccanismi tossici. Viene biotrasformato per poter

essere escreta, la biotrasformazione avviene nel cosiddetto metabolismo che consta di

due fasi. Viene biotrasformato specialmente per essere detossificato, deve cioè essere

generato un metabolita di tipo non tossico. In alcuni casi il metabolita ottenuto è

ancora attivo, addirittura più attivo del farmaco di partenza. Metaboliti attivi tipici sono

alcune benzodiazepine (?!). Quindi in alcuni casi la biotrasformazione avviene per

detossificare la sostanza, ma in altri casi il metabolita ottenuto può essere ancora

attivo o se non lo era prima, può divenirlo dopo, ma il fatto che diventa attivo significa

che può diventare anche tossico.

La detossificazione può avvenire anche in maniera tale da rappresentare una sostanza

che ha degli effetti farmacologici, ci aspettiamo una risposta cellulare a livello

fisiologico, ma possono manifestarsi anche effetti patologici, addirittura danni al DNA.

Iniziamo la tossico cinetica di ordine primo. Da un generico sito di somministrazione il

primo processo è il passaggio nel plasma, poi si ha distribuzione ai tessuti, e qui si

esplica il suo meccanismo di azione al che la sostanza una volta che ha agito viene

riassorbita dal plasma, sussiste un equilibrio tra tessuti e plasma, anche se alcuni

farmaci si legano così ben ad alcuni tessuti che si accumulano in essi, determinando

un mancato rispetto di questo equilibrio, e ciò può causare tossicità. Generalmente

l’accumulo avviene nel tessuto adiposo, ma può riguardare anche il fegato.

La sostanza quindi torna nel plasma, ed escreta alla fine attraverso due vie: urine e

feci.

Lo schema generale della tossico-cinetica di 2 livello:

vi sono vie di somministrazione di vario tipo:

- OS, qui subito va a livello del tratto gastrointestinale, la sostanza può o essere

subito espulsa con le feci, parzialmente la subisce questa cosa, oppure

attraverso la bile, va nel sangue o linfa, distribuendosi nel sangue portale che le

porta subito nel fegato, queste sostanze subiscono il cosiddetto effetto di primo

passaggio, subiscono cioè il metabolismo epatico, cosa che non è buona poiché

così facendo una buona fetta della sostanza vien subito inattivata (tranne i casi

in cui i metaboliti sono più attivi del farmaco stesso)

- Inalazione; alcune sostanze possono essere assorbite per inalazione, quindi

attraverso i capillari del naso il farmaco va subito nel torrente circolatorio, qui

vengono spesso usati Aerosol per introdurre farmaci come cortisonici, e tale

metodo di assorbimento è più efficace perché determina una minore

dispersione.

- Endovena, metodo sicuramente più efficace, la sostanza viene iniettata

direttamente nel torrente circolatorio

- Intraperitoneale, spesso usata per esperimenti nel topo, anche nell’uomo ma

prevedono un trattamento chimico particolare

- Transdermica, tipica della nitroglicerina che viene somministrazione attraverso i

cerotti transdermici, particolarmente adatti per essa che ha un’azione

fortissima, questa somministrazione risulta essere protratta nel tempo

- Intramuscolare

Tutta questa storia per evidenziare che manderemo quanto più possibile la

sostanza nel sangue, quindi si può distribuire nei differenti organi.

L’escrezione può avvenire anche attraverso espirazione, specialmente quelle più

volatili. Può avvenire anche l’equilibrio anche per cui la sostanza si distribuisce nel

tessuto adiposo dove si incontrano le ghiandole e dunque si esplica anche

un’escrezione ghiandolare.

Ipotizziamo che la somministrazione avvenga per OS, somministrazione più

eclatante e comune. La sostanza va subito nello stomaco, qui si ha già una buona

parte di assorbimento legata al pH acido dello stesso, ad esempio per i Fans che

sono acidi, si ha la prevalenza della forma indissociata e dunque è possibile

l’assorbimento a tale livello come forma indissociata HA generale che riesce a

permeare le cellule parietali della parete gastrointestinale, qui si hanno i capillari

che determinano un primo assorbimento. Se il farmaco fosse amminico, e dunque

basico, verrebbe protonato a livello dello stomaco e l’assorbimento non sarebbe più

possibile.

Da cosa dipende l’assorbimento a tale livello? Da fattori generali:

- Flusso ematico, più il flusso è elevato e a velocità moderata, più è possibile la

diffusione del farmaco, cioè dobbiamo dare tempo alla molecola di essere

assorbita

- Superficie totale di assorbimento, l’assorbimento avviene meglio nei siti dove la

superficie specifica è elevata, quindi nel polmone e nell’intestino, gli alveoli

aumentano notevolmente la superficie del polmone, e anche i microvilli

dell’intestino determinano un aumento dell’area disponibile per l’adsorbimento

del farmaco

- Tempo di contatto, dee essere prolungato; se il flusso ematico è velocissimo il

tempo di contatto è basso, e l’assorbimento poco efficace.

Le modalità di assorbimento (studiate a biologia) possono essere di tre tipi:

- Diffusione passiva semplice

- Diffusione facilitata attraverso carrier

- Trasporto attivo che prevede sempre l’uso di proteine di membrana che

lavorano da trasportatori ma alcune di esse usano idrolisi di ATP, richiedono cioè

energia.

Attenzione che la membrana è fatta da una doppio strato di fosfolipidi, che

rivolgono esternamente le teste idrofile ed internamente le code idrofobe, dunque

il farmaco si trova a dover oltrepassare nell’ordine uno strato polare, uno apolare

ed un terzo polare. Dunque se la specie è troppo polare, si lega alla testa polare ma

non riesce a oltrepassare la porzione interna apolare, ma se troppo idrofoba non

riesce neppure ad interagire con le teste polari, quindi deve avere un coefficiente di

ripartizione perfetto, da poter sia legare la testa polare ma anche avere capacità

parzialmente idrofobe per penetrare nella porzione interna, e poter poi oltrepassare

l’ultimo strato al fine di accedere nella cellula (generalmente infatti l’azione si

esplica all’interno della cellula).

Farmaci o tossici, che sono fortemente idrofili, in quanto carichi, come le ammine,

non sono attivi per OS, solo per endovena. Perché? Consideriamo come esempio la

d-tubocurarina, che al tempo era molto usata come miorilassante ora ci sono gli

analoghi, ha una struttura che prevede due azoti quaternari, uno salificabile e uno

salificato quindi quando lo somministro è già salino ed essendo già carico, non

riesce ad oltrepassare le cellule parietali dello stomaco e neppure i microvilli

dell’intestino, quindi la somministrazione per OS non è efficace, in quanto la

percentuale assorbita è irrisoria e non si esplica l’azione farmacologica. Essa viene

somministrata solo per endovena.

Vediamo ora l’assorbimento attraverso le vie respiratorie, si tratta di un metodo

molto efficace e veloce, attraverso l’ampia superficie specifica degli alveoli ed

elevatissima irrorazione delle membrane dai capillari alveolari. Per la

somministrazione di alcuni metalli si sfruttano spesso gli aerosol in diverse terapie,

ma un punto a sfavore dell’assorbimento mediante aerosol riguarda ad esempio le

intossicazioni industriali, basti pensare che il solfuro mercurico veniva

somministrato come antisifilitico per via inalatoria, e ciò causava delle gravi

intossicazioni specialmente a livello del SN. Anche la somministrazione di alcuni

anestetici generali sfrutta tale metodica, così come broncodilatatori per il

trattamento dell’asma. Il nitrito di amile anche viene somministrato così e lavora

un po’ come la nitroglicerina.

SI ha anche l’assorbimento transdermico, è poco favorevole alla permeabilità delle

sostanze tossiche, è pero permeabile a sostanze gassose o lipofile, ATTENZIONE,

per oltrepassare l’epidermide e lo strato dermico così da affacciarsi ai primi

capillari, non deve essere eccessivamente lipofila, altrimenti l’affinità con il derma

diviene tale da determinare un’interazione molto forte che ne causa

l’intrappolamento nel derma stesso. Ciò può proseguire fino ad ottenere un

accumulo di farmaco che diviene a quel punto capace di esplicare azione tossica.

Servono sempre costanti di ripartizioni ideali, parziale carattere lipofilo e parziale

idrofilo così com’è il fosfolipide, deve essere affine a quest’ultimo.

Tagli della cute, e microlesioni che sono giornaliere anche per disidratazione che

provoca lesione della cute possono essere pericolose perché determina

un’alterazione dell’assorbimento attraverso la stessa.

In seguito ad assorbimento si ha la distribuzione, essa dipende dalla vascolarizzazione

ma anche dall’affinità dei tessuti per quella sostanza. Ciò determina la tessuto

specificità del farmaco in questione, questo topic è chiave perché s può sviluppare un

farmaco che abbia selettività di azione in uno degli organi in cui si vuole che funzioni,

Gli organi in cui i tossici si localizzano frequentemente sono il fegato, che metabolizza

il 70,80% delle sostanze, il SN, ma in generale in percentuali minori in tutti gli organi.

La localizzazione del tossico dipende anche dal tipo di intossicazione che può essere

definita acuta o cronica, già visto nel corso di sicurezza. Ad esempio Pb dà nel fegato e

rene intossicazione acuta, la intossicazione cronica invece viene “accolta” in altri siti,

come unghie, capelli e anche reni. Essendo la funzionalità renale alterata, si ha una

mancata eliminazione della sostanza, con genesi di un circolo ripetitivo che determina

un accumulo del tossico, che è spesso letale specialmente se non esistono escrezioni

alternativi, come le feci o la respirazione.

Abbiamo ingerito la sostanza, o somministrata attraverso una delle viene, è stata

assorbita, viene distribuita ed è qui che viene esplicata la sua azione farmacologica (o

tossicologica), a questo punto deve essere escreta. Si hanno una serie di fasi

metaboliche e reazioni chimiche atte a rendere la molecola polare o più polare di

quello che è, per aumentare la capacità di solubilizzazione nel torrente circolatorio per

essere escreta, tale incremento di polarità si può avere o mediante l’inserzione di

gruppi polare, o smascheramento di gruppi, come l’estere che se idrolizzato dà acido,

o nitrogruppo che se ridotto dà ammina. Perché deve avvenire ciò? Per renderlo o già

pronto per escrezione, o coniugabile con seconda sostanza, una volta attivato nella

fase 2, si ha la coniugazione del metabolita di fase 1 per poter essere finalmente

escreto.

Sono reazioni di tipo enzimatico, non enzimatico, o post enzimatico, la maggior

percentuale di metabolismi avviene nel fegato, ma anche nella milza nello stomaco,

ecc... Dopo la fase 2 il tossico viene considerato a questo punto inattivo, essendo più

polare può essere escreto ad esempio con le urine.

FASE 1, le specie lipofile vengono trasformate in specie più polari. Ciò avviene o per

inserzione o per smascheramento; ad esempio si può avere la trasformazione della 2-

idrossi-aldeide, attraverso un’aldeide deidrogenasi, nell’acido salicilico.

Un secondo esempio l’etanolo che viene trasformato mediante alcol deidrogenasi in

acetaldeide, che è molto tossica, per ossidazione, essa viene ulteriormente ossidata in

acido acetico in quale potrebbe essere ulteriormente ossidato in CO2.

Un terzo esempio è di riduzione, qui il nitrobenzene va incontro a riduzione nel

nitrogruppo che diviene gruppo nitroso, il nitroso benzene è radicalico, è una specie

molto tossica ma la reazione non si ferma qui, si forma l’N-idrossianilina, a sua volta

instabile che viene ridotta ulteriormente ad anilina che può essere coniugata.

Reazione di idrolisi importante perché il nostro organismo è pieno di esterasi, quindi

tutti gli esteri vengono idrolizzati ad acidi, ad esempio l’acido acetil salicilico (aspirina)

viene facilmente idrolizzato a acido salicilico.

FASE 2

I metaboliti di grado 1 hanno acquisito un certo grado di idrofilia, poiché abbiamo

smascherato o introdotto gruppi polari. A questo punto entra in gioco la coniugazione

per rendere assolutamente solubile nel torrente circolatorio, e dunque fornendo la

possibilità di essere escreti attraverso minzione, tutti i metabolismi di fase 1.

L’esempio tipico è quello precedente, in fase 1 si idrolizza l’acido acetil salicilico a

acido salicilico che è quindi il metabolita di fase 1 dell’aspirina, come lo elimino a tal

punto? Cioè se mi reco presso un centro analisi, come individuo nelle urine l’acido

acetil salicilico assunto? Così com’è, come il suo metabolita di fase 1 o in altre forme?

Si ottengono in altre forme, a patto che l’organismo sia sano, e quindi individuo le

forme di coniugazione dell’aspirina! Quali sono quindi le vie coniugative dell’acido

acetil salicilico, fino al metabolita finale che posso individuare nelle urine, per

verificare ad esempio se il paziente a rischio trombosi sta assumendo la cardio

aspirina.

La prima coniugazione è con l’amminoacido, il più semplice che c’è, la glicina,

utilizzata in una fase di coniugazione. La coniugazione avviene in questo modo:

attraverso azione enzimatica viene facilitata la formazione dell’ammide a partire da

COOH COOH

glicina, che è particolare poiché ha il raggruppamento carbossilico ma anche quello

CH

O OH

fenolico, per cui è estremamente polare. Essa potrà essere trovata nelle urine, ma

3

essendo due le fasi coniugative per l’acido acetil salicilico potremmo trovare anche

O

l’altro metabolita finale, a seconda che la persona presenti un metabolismo più rapido

Coniugazione

per la prima o per la seconda. Qual è la seconda? È la coniugazione famosa con l’acido

Coniugazione

acido acetilsalicilico acido salicilico

con la glicina COOH

glucuronico, famosa poiché propria per molti farmaci, la specie ottenuta è ancor più

o aspirina con l’acido

OH

solubile, perché a parte i due acidi, uno alifatico e uno di derivazione benzoica, questo

OH OH glucuronico

H N

derivando dagli zuccheri ha molti ossidrili che ne amplificano la solubilità. In questo

2 OH

meccanismo catalizzato È l’OH fenolico dell’acido acetil salicilico che attacca questo

O OH

carbonio, con inversione di configurazione. COOH

O

H

N

O OH OH

OH O

OH OH

HOOC

Vediamo alcuni cofattori di coniugazione. Quali specie intervengono per coniugare il

metabolita di fase 1?

-UDPGA è il cofattore che trasporta l’acido glucuronico. L’enzima che si chiama

glucoril-tranferasi catalizza la reazione di interazione dell’acido glucuronico con il

metabolita di fase 1 dell’acido acetil salicilico, e usa l’UPDGA come cofattore che ne

cura il trasporto.

-PAPS, trasportatore di gruppi solfato laddove è necessaria la solfatazione. Questi primi

4 sono di tipo nucleosidico a seconda della base azotata dove per lo più c’è adenina.

-Acetil coA, è il trasportatore di gruppi s-acetili.

-SAM, importantissima, poiché partecipa ad innumerevoli reazioni enzimatiche. La

specie carica positivamente subisce attacco nucleofilo sul carbonio che qui quindi

viene metilato. In genere sono gli azoti che vanno a prendersi per addizione nucleofila

il metil gruppo, quello che si genera è la SAM senza il metil guppo prende il nome di S

adenosil omo cisteina.

-Non è da meno il Glucatione, presente in molti integratori, cosa fa? È il più importante

sistema di detossificazione di radicali liberi per proteggere le cellule anche

dall’invecchiamento. Non è il solo che lo fa, ma è il solo tripeptide. È costituito da una

glicina, che fa legame peptidico con la cisteina che è la sua porzione farmacoforica, in

particolar modo la funzione finale di attività biologica è il gruppo mercapturico

centrale della stessa. La cisteina lega ancora con legame sineptidico il gruppo in

gamma dell’acido glutammico.

-Per finire una serie di amminoacidi importanti, come la glicina che abbiamo visto per

la fase 2 dell’aspirina; la glutammina e la taurina che è importante nello sviluppo

neurologico del bimbo.

Una delle cascate metaboliche più importanti è quella del glucatione. Esso è un

antiossidante che nel momento in cui inattiva le sostanze che possono ossidare la

membrana cellulare ossida sé stesso, riducendo la sostanza dannosa rendendola

innocua. Se viene ossidato dal GSH (che è l’acronimo usato per il glucatione in cui si

evidenzia il gruppo mercapturico della cisteina centrale) forma il GSSG, si forma con

una seconda molecola di glucatione il ponte disolfuro, si tratta di una specie

simmetrica che è inattiva biologicamente, quindi l’enzima GSH reduttasi, lo riduce e

libera di nuovo il GSH, quindi questo processo richiede energia enzimatica.

Sommariamente analizziamo i diversi step, vediamo come esce il farmaco che è stato

inattivato. Il nostro substrato è il generico metabolita RX di fase 1 di un farmaco. La

Glucatione-S-transferasi pensa a coniugare un residuo attivo del substrato metabolita

al guppo SH, poi un enzima chiamato gamma-glutamintranspeptidasi fa uscire l’acido

glutammico, con liberazione di glutammato che viene eventualmente riciclato.

L’espulsione avviene mediante eterolisi di legame sfruttando una molecola di acqua. A

questo punto un secondo enzima, che prende il nome di Aminopeptidase di tipo M,

libera anche la glicina con utilizzo di una seconda molecola di H2O. Vengono eliminati

uno alla volta i due aminoacidi, al fine di lasciare coniugato al metabolita di fase 1

unicamente la cisteina attraverso il gruppo mercapturico. L’utilizzo diretto di cisteina

non è consigliato, perché è una specie instabile e molto reattiva con altre proteine, si

preferisce il suo trasporto attraverso glucatione, con una doppia scissione, e una

doppia espulsione di aminoacido, per una questione di protezione anche se con

dispendio energetico. Questo intermedio metabolico, che è il coniugato del nostro

farmaco con la cisteina, subisce due differenti meccanismi, il primo andando avanti

attraverso l’intermedio di un enzima, che si chiama n-acetil transferasi, utilizza quindi

l’Acetil CoA come cofattore, per acetilare l’ammino gruppo dell’aminoacido cisteina

coniugato al residuo del farmaco, si forma l’acido mercapturico che può essere escreto

con le urine. Un’altra parte del coniugato cisteinico, può andare incontro, attraverso la

coniugazione con una bella liasi per far uscire un piruvato CH3COO- e ammoniaca.

Iene ossidato il legame CHNH2, attraverso la deamminazione ossidativa tipica degli

amminoacidi, viene liberata NH3 ma non perche si stacca l’NH2, attenzione, prima

viene ossidato il legame CHNH2 a porzione imminica (base di Shiff), a questo punto

viene l’idrolisi, si libera ammoniaca e ciò che rimane è CHCOO-, il piruvato. Cosa si

libera? RSH, ossia il farmaco lega direttamente il gruppo mercapturico, che seppur più

polare non viene escreto così, ma viene prima metilato da un s-metil transferasi,

oppure glucuronicato. La metilazione usa sempre la SAM come cofattore.

Iniziamo l’avvelenamento da metalli pesanti, dopo di che invece considereremo tutti

gli aspetti fisiologici e patologici per ciò che concerne un difetto o un eccesso dei

microelementi essenziali.

Attenzione ora alla curva dose risposta per questi rispetto a quella prevista per i

microelementi essenziali. La prima evidenzia che a dosaggio nullo o bassissimo non vi

sono effetti tossici, aumentando la concentrazione si esplicano effetti tossici fino alla

morte per dosaggi elevati. La seconda, relativa invece ai cationi che costituiscono

microelementi essenziali, evidenzia che per ipodosaggio, per bassisima

concentrazione fisiologica, si hanno gravi effetti, anche la morte, poiché ovviamente si

tratta di sostanze spesso implicate in processi fisiologici e quindi necessari. Anche

l’iper dosaggio diviene pericoloso, poiché ad alte concentrazioni possono esplicarsi

effetti tossici, quindi si ha la tipica curva a campana. Quindi una dose perfetta è tale

che non siamo né in stato di ipodosaggio, ad esempio per K, ipocalemia, né in stato di

iperdosaggio, in questo caso ipercalemia. Bassissimo dosaggio o altissimo dosaggio

determinano alti rischi, anche la morte.

Vedremo per i metalli pesanti, Ag Pb Hg As Sb Bi Cd, alcuni dei quali vengono ancora

somministrati. Analizziamo esempi storici di sindromi eclatanti.

Sono elementi non essenziali che seguono una curva dose effetto vista. I metodi di

assorbimento sono vari, quelli più eclatanti sono la via inalatoria e quella cutanea,

chiaramente si intende che l’intossicazione avviene accidentalmente o cui sono

soggette persone che lavorano in un ambito industriale in cui si hanno queste

sostanze. Può esservi anche un assorbimento gastrointestinale, questo accade non in

ambito industriale, ma quando se abbiamo cibi contaminati, specialmente marittimi,

da metalli pesanti o loro metaboliti, presenti nel mare, che si depositano nel pesce che

contiene parti di mercurio che non viene affatto eliminato attraverso cottura e

riscaldamento, per cui mentre alcune sostanze mediante cotture vengono

decomposte, queste sono inerti al riscaldamento.

Vi è un meccanismo generale per ciò che concerne l’azione tossica di questi metalli

pesanti, sempre tenendo a mente che ciascun metallo presenta poi delle

caratteristiche peculiari. In genere accade che ioni di questi metalli possono interagire

facilmente con gruppi nucloefilici di alcune proteine, basti pensare alla cisteina, e

quindi con gruppi SH che a livello amminoacidico ha la cisteina. Nelle proteine

specialmente di tipo enzimatico si forma un legame tra ione e metallo pesante tipo di

complessazione, l’SH se confrontato con l’OH a livello di reattività organica, è più

nucleofilo, in quanto lo Zolfo è meno elettronegativo e rende più disponibile il

doppietto verso gli ioni di questi metalli. Ovviamente ciò causa l’inattivazione dei

sistemi enzimatici, fino ad alterare la fisiologia cellulare e quindi ad esplicare attività

tossica. Le intossicazioni possono essere di tipo acuto o cronico, nella prima si ha

esposizione breve ma ad elevate quantità, i sintomi associati all’intossicazione sono

comunemente disturbi gastrointestinali, vomito, diarrea, dolori addominali. Segni

particolari sono l’orletto gengivale nero se si forma PbS o colorazione grigio-nerastra

della pelle a causa della formazione di AgS. Queste sintomatologie sono spesso

riscontrabili anche nelle intossicazioni croniche, in cui al contrario l’esposizione è

prolungata a piccole dosi.

Consideriamo manifestazioni patologiche specifiche in taluni casi per alcuni ioni di

questi metalli pesanti.

-Cadmio, l’assorbimento può avvenire per ingestione di alcuni alimenti contaminati

(cosa che è accaduta frequentemente), si genera nausea vomito e diarrea, oppure per

inalazione di vapori di cadmio. Il Cadmio è contenuto nel fumo delle sigarette, per

combustione viene liberato, e quindi i fumatori respirano vapori che hanno cadmio

dentro tant’è che il fumo delle sigarette è una delle principali fonti non occupazionali,

non a caso si riscontra che i fumatori hanno una concentrazione ematica di Cd fino a 5

volte superiore ad un soggetto non fumatore. Si può avere anche irritazione di tipo

locale da Cadmio, e ciò arriva a causare anche edema polmonare.

-Mercurio, famosa è la tragedia di Minimate e Nigate, nel 1950. Fu un intossicazione

generata per ingestione di pesce contaminato non da mercurio tal quale, ma da

mercurio che in sistemi marini subisce metabolismo. I due metaboliti principali sono il

monometilmercurio, carico positivamente, che non ha eccellenti caratteristiche lipofile

per cui potrebbe a basse concentrazione oltrepassare anche la BE ma lo fa poco

perché è ancora carico positivamente. Invece il metabolita secondario è quello che

subisce una seconda metilazione ad opera di un enzima metil transferasi, è neutro e

passa benissimo la BE, è il dimetilmercurio, in cui i due metili rendono ancor più

lipofila la sostanza la quale oltrepassa efficacemente la BE, accumulandosi nel SN

dove esplica la sua azione tossica. In Iraq, per contaminazione di cereali per composti

che contenevano mercurio, che un tempo venivano utilizzati per attività antisifilitica, si

osservarono casi di grave cecità, morte e malformazione fetale.

-Piombo, uno dei fenomeni più importanti è il saturnismo che si esplica in seguito ad

esposizione di tipo occupazione, frequente per i minatori o per operai in fabbriche di

vernice dove si una il cromato di piombo, o ancora per soggetti impiegati in pompe di

benzina super dove viene utilizzato il tetraetilpiombo, perché ha caratteristiche da

poter essere considerato antidetonante.

Sintomi frequenti sono anemia, anoressia cefalea, pallore della cute e orletto

gengivale nero, per presenza di Piombo tal quale o PbS.

I principali organi bersaglio

SN e SP, il Pb ha isochimismo con il Ca2+, quindi può competere in tutti quei

meccanismi in cui il Calcio è considerato fondamentale, tipica è la neurotrasmissione,

infatti il Calcio è importante nella fusione delle vescicole presinaptiche che

contengono i neurotrasmettitori. Per scatenare l’impulso e generare la

neurotrasmissione si ha avvicinamento alla membrana dell’assone presinaptico, la

membrana deve fondersi e la fusione avviene grazie a diversi tipi di proteine, fatto sta

che in assenza di calcio la fusione della membrana non avviene, quindi non viene

espulso nello spazio presinaptico il neurotrasmettitore, e si blocca tutto il processo. Il

Pb compete con il Calcio in questo processo, ma non consente la fusione della

vescicola presinaptica, impendendo il rilascio del neurotrasmettitore, e questo è

gravissimo. Il cervello del feto è molto più sensibile a questa cosa, poiché il bimbo nel

feto non ha ancora ben sviluppata la BE. Altri organi bersaglio a livello del SP, causano

neuropatie di tipo periferico con conseguente caduta del polso e del piede per

degenerazione, le terminali vanno incontro a questo fenomeno.

Non meno importante è la tossicità a livello sanguigno, si manifesta con anemia

microcitica ipocromica, e si esplica a livello della biogenesi dell’Eme che è il gruppo

prostetico delle emoglobina quindi parliamo delle emazie o eritrociti. Microcitica

perché le emazie presentano dimensioni minori, non sono ben sviluppate, ipocromica

perché il colore alle emazie rosso lo dà l’emoglobina che lega il Ferro ferroso

ossigenato, viene impedito il corretto funzionamento per alterazione dell’Eme e quindi

quelle emazie sono piccole e non rosse. Un’osservazione di tali aspetti fa comprendere

subito che si ha un’intossicazione di questo tipo. L’intossicazione da Piombo si esplica

nello specifico a due differenti punti della biogenesi; la prima tappa è a monte, si parte

dall’acido ALA (acido delta amino levulinico), ed interviene a tale livello un enzima

chiamato ALA-deidratasi. Il Piombo è in grado di inibire tale enzima, così da bloccare o

rallentare fortemente la genesi del porfobilinogeno. Attraverso una serie successiva di

tappe va a fornire protoporfirina IX, famiglia di protoporfirine che generano non sono

l’EME, ma anche i citrocromi C. Il Piombo è in grado di inibire anche la Ferro chelatasi,

che consente la trasformazione delle protoporfirina IX in EME, quindi blocca la

biogenesi dell’EME a livello di due tappe, una a monte e una a valle. E dunque è forte

l’azione che esplica il Pb, impedisce la biosintesi dell’emoglobina e diviene quindi

impossibile trasportare ossigeno ai tessuti.

Pb si può accumulare benissimo, sempre per competizione con il Ca2+, anche nelle

ossa e nei denti, quindi nell’apparato scheletrico in cui il calcio, insieme al fosfato

nell’idrossi-apatite e fluoro, è essenziale. Accumulandosi qui ne altera la stabilità

strutturale con tutte le funzioni correlate.

-Argento, il fenomeno da intossicazione da Argento prende il nome di Argirismo,

contraddistinto principalmente da comparsa sulla pelle di colorazione grigio nera,

dovuta al famoso AgS. È una malattia per lo più professionale dovuta a addensamento

o precipitazione di Ags a livello di alcuni sistemi, a anche a per Ag metallico poiché

come sappiamo non è solo AgS che si forma, questo è una forma in equilibrio

ossidoriduttivo con la sua forma metallica allo stato zero. Possono comparire disturbi

come bronchite, danni renali, sclerosi delle arterie.

-Mercurio la sintomatologia classica si chiama idrargirismo e provoca tutti sintomi

medici correlabili a un’esplicazione della sua tossicità a livello dell’SN e del SP.

Compaiono insonnia, irritabilità, alterazioni della personalità, tremori delle estremità,

nefropatie con proteinouria, significa cioè che perviene una lesione alle membrane

tubulari e vengono escrete con le urine anche le proteine, ed è grave.

Tutti segni correlabili ad una tossicità di tipo neuronale.

-Antimonio, genera intossicazioni di tipo cronico, nausea vomito e diarrea, epatopatie,

eritemi, nefrite, poliuria cioè frequente minzioni. Sb similmente ad As può interagire

con i gruppi solfidrilici. L’As lo fa benissimo poiché il AsS è il sale di solfuro che ha la

kps più bassa in natura, quindi in presenza di As basta una quantità irrisoria di S2- per

consentire la precipitazione del sale. Ciò causa un’alterazione di quelle proteine

contenenti zolfo in presenza di As. Se le strutture proteiche che vengono alterate

appartengono a sistemi enzimatici coinvolti in processi fisiologici è qui che si esplica la

sua azione tossica. In ogni caso rispetto all’As, l’Sb viene escreto più facilmente e

rapidamente, e presenta quindi effetti tossici generali meno gravi.

-Bismuto, è poco nota la sua tossicità dà sindrome simile al saturnismo, con febbre,

diarrea, orletto gengivale scuro per deposito sia di Bi metallico che di solfuro di

bismuto.

CADMIO

(Gli sta molto a cuore) Sempre associato al fumo delle sigarette. I danni da

intossicazione di Cd si esplicano specialmente a livello renale con comparsa di

amminoacido uria (escrezione di amminoacidi con le urine), e glicosuria, ossia

presenza eccessiva di glucosio nelle urine, vuol dire che non stiamo riassorbendo né

amminoacidi né glucosio, quindi il nefrone non riassorbe nutrienti essenziali, ciò

significa che viene meno il suo corretto funzionamento. Si hanno anche disturbi

cardiovascolari con ipertensioni che protratte causano infarto, e cardiopatie. Infine si

hanno danni a carico del sistema scheletrico con demineralizzazione del tessuto osseo

con conseguente insorgenza di osteoporosi o osteomalacia causata sempre dalla

competizione che il Cd esercita nei confronti del Ca2+, alternandone il corretto

funzionamento.

Si verificò molti anni fa a ridosso degli anni 60, la sindrome definita hitai hitai in cui si

manifestò un’intossicazione di tipo endemica, che colpì le donne giapponesi in

menopausa. La sindrome si instaurò in seguito a costante ingestione di riso, che è tra

l’altro alla base dell’alimentazione giapponese. In queste donne si verificò

successivamente a ingestione di tale riso inquinato malattia di tipo renale cronica

gravissime deformazioni ossee. Qual è il meccanismo? Il cd è fortemente nefrotossico,

compromettendo funzionalità renale; se il rene funziona poco produce in maniera non

funzionale o a bassi livelli proteine importantissime. Nel rene avviene, infatti, la tappa

fondamentale per rendere attiva la vitamina D3, spesso si sente dire che essa viene

prodotta efficacemente anche dai melanociti, invece così non è, in essi infatti viene

prodotta prettamente nella forma inattiva, che è poco utile, e solo bassissime

percentuali vengono prodotte nella forma attiva. La vitamina D3 attiva è il calcitriolo,

che ha tre gruppi alcolici di cui vediamo la biogenesi. Essa inizia a partire dalla 7-

deidrocolesterina, che altro non è che la forma deidrogenata del colesterolo, il quale

dunque, nelle giuste dosi, deve essere assunto attraverso l’alimentazione, è sbagliato

demonizzarne in toto l’assunzione, è solo un eccesso che causa danni, le sue funzioni,

al contrario, sono molteplici. A partire da tale specie che viene quindi assunta con la

dieta, si ha la scissione fotolitica attraverso i raggi ultravioletti che si assorbono stando

al sole, determina l’apertura del biciclo. Ciò avviene già nel melanocita. Nel fegato una

famiglia particolare di citocromi (ve ne sono molti diversi nel fegato) catalizza

l’inserzione ossidativa dell’ossidrile sul carbonio in posizione 25, formando il calcitriolo.

La vitamina D3 ha come funzione essenziale l’assorbimento del calcio a livello

dell’intestino, se essa è carente, l’assunzione attraverso la dieta di calcio risulta essere

inutile, poiché esso non viene affatto assorbito e viene escreto con le feci. La prima

molecola, posso assumerla con la dieta, in dosi giuste. Il punto cardine è che il sistema

enzimatico che catalizza l’inserzione ossidativa dell’ultimo OH a formare la vitamina

D3 nella sua forma biologicamente attiva è contenuto nel rene, il melanocita non lo fa

questo, o se lo fa, lo fa in quantità irrisorie, la quantità importante la produce il rene,

su cui si esplica l’azione nociva del cadmio, il quale dunque blocca l’ultima tappa della

biogenesi della vitamina D3, rendendola biologicamente non attiva, e dunque

incapace di assorbire il calcio a livello intestinale. Perché però queste gravi

malformazioni si manifestarono specialmente nelle donne in menopausa? Qual è il

nesso? Quando le donne iniziano la fase di menopausa, producono in quantità molto

diminuita l’estrogeno. La biogenesi dell’estrogeno è estremamente rallentata, ma lo

stesso ha un’importante funzione nella omeostasi del calcio. Quindi nel momento in

cui si ha grave carenza di estrogeni e a ciò si associa anche una carenza di vitamina

D3 per intossicazione da Cd, la difficoltà ad assorbire ed assimilare il calcio è notevole

e quindi si ha correlata questa patologia. Quindi in caso di gravidanza in età avanzata

è consigliabile assumere estrogeni, tuttavia spesso anziché questa terapia ormonale

spesso possono essere somministrati gli isoflanoni della magnolia, che hanno struttura

molto simile a quella degli estrogeni, e sono in grado di esplicare un’azione simile

senza che però si manifestino tutti gli effetti collaterali di una terapia ormonale.


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5 mesi fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche (corso di laurea di 5 anni - a ciclo unico)
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher SapienzaR di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Analisi Chimico Farmaceutica e Tossicologica I e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università La Sapienza - Uniroma1 o del prof Valente Sergio.

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