Tossicologia

TOSSICOLOGIA

LEZIONE 1

La tossicologia è la branca della farmacologia che studia sintomi, meccanismi e trattamenti degli avvelenamenti di

persone e animali ad opera di droghe, veleni o farmaci.

Le sostanze tossiche possono essere classificate in base a

ORGANO BERSAGLIO (fegato, reni, SN…)

USO (pesticidi, farmaci, solventi…)

ORIGINE (naturale, animale, vegetale, sintetica)

EFFETTI (tetrageni, cancerogeni, reazioni allergiche)

STATO FISICO (liquido, gas, polveri...)

STRUTTURA CHIMICA (idrocarburi alogenati, amine aromatiche…)

MECCANISMO D’AZIONE (danno ossidativo, sistemi di neurotrasmissione)

Una classificazione effettuata sulla base del meccanismo d’azione è la piú precisa, anche se una singola classificazione non

sará mai sufficiente a caratterizzare una sostanza, per cui è necessaria una combinazione di classificazioni.

La tossicità di una sostanza dipende dalla dose in grado di determinare l’effetto indesiderato nell’animale.

Questo significa che una sostanza in grado di scatenare fenomeni tossici a dosi più basse rispetto ad un’altra,

è considerata più “tossica” e pericolosa.

Proprio per la grande importanza della dose, definiamo:

DL dose in grado di uccidere il 50% della popolazione

50

DE dose efficace nel 50% della popolazione

50

IT (INDICE TERAPEUTICO) = DL / DE

50 50

MS (MARGINE DI SICUREZZA) = DL / DE

1 99  curve sigmoidi

L’IT è un parametro farmacologico indice della sicurezza di un farmaco: piú il suo valore è alto piú il farmaco è sicuro dato

che la dose terapeutica è lontana da quella tossica.

Graficamente è rappresentato dallo spazio tra la DE e la DL

50 50

Gli antibiotici hanno un IT molto alto, infatti, sono considerati farmaci sicuri

I digitalici hanno un IT molto basso (IT ≈ 2), perció, sono considerati piú pericolosi 1

Le sostanze tossiche, in base alla loro dose, possono essere classificate secondo 6 diversi livelli di tossicità

Potenzialmente tutte le sostanze possono essere tossiche; questo dipende generalmente dalla dose, ovvero a quali

concentrazioni tali sostanze iniziano a determinare fenomeni tossici.

Quindi che siano sostanze d’abuso, ad uso industriale o sostanze di origine vegetale, tutte possono essere potenzialmente

tossiche.

Possono infatti essere coinvolti diversi prodotti, come:



Prodotti domestici prodotti per la pulizia, per arredi, cosmetici…



Prodotti alimentari tossine batteriche, fungine, crostacei, pesci, additivi alimentari, contaminanti…



Prodotti industriali e agricoli insetticidi, erbicidi, metalli…



Medicamenti come farmaci, mezzi di contrasto radiologico, presidi medici…

In base alla dose e al tempo di esposizione della sostanza tossica, si distinguono diversi tipi di intossicazione:



INTOSSICAZIONI ACUTE il soggetto viene esposto per un breve periodo a una dose molto elevata della sostanza

tossica.

Questo tipo di intossicazione riguarda una ridotta percentuale della popolazione



INTOSSICAZIONI CRONICHE PROFESSIONALI il soggetto viene esposto per un periodo relativamente lungo a una

dose ridotta della sostanza tossica (la quale quindi si accumula nell’organismo).

Questo tipo di intossicazione riguarda un’ampia percentuale della popolazione



INTOSSICAZIONI CRONICHE AMBIENTALI il soggetto viene esposto per un lungo periodo a una dose molto bassa

della sostanza tossica (la quale quindi si accumula nell’organismo).

Questo tipo di intossicazione riguarda una percentuale molto ampia della popolazione 2

STUDI DI SICUREZZA e TOSSICITÁ

Lo scopo della ricerca è quello di individuare molecole farmalogicamente attive che siano sicure.

Per testare la sicurezza di un farmaco inizialmente si eseguono studi su test in vitro.

Una volta dimostrata che la molecola farmalogicamente attiva interagisce con un dato recettore si passa alla

sperimentazione in vivo su animali effettuando STUDI DI SICUREZZA il cui scopo è quello di determinare i limiti di tossicitá

di quella determinata sostanza.

Gli studi di sicurezza, quindi, hanno lo scopo di determinare la potenziale tossicitá di una sostanza e regolare di

conseguenza quello che sará il dosaggio terapeutico.

Gli effetti indesiderati vengono osservati per qualunque tessuto, anche quelli non coinvolti nell’attivitá terapeutica, con

particolare attenzione al sistema cardiovascolare, al tessuto nervoso e al sistema respiratorio.

Superati gli studi di sicurezza, si passa agli STUDI DI TOSSICITÁ in cui, in generale, si utilizzano dosi superiori rispetto quelle

previste per la terapia, con lo scopo di determinare il profilo tossicologico del farmaco.

La SPERIMENTAZIONE ANIMALE, quindi, è indispensabile per determinare la tossicitá di una sostanza e quindi per

garantire un utilizzo sicuro delle sostanze chimiche.

Nella sperimentazione animale, generalmente, vengono eseguiti studi su topi, ratti e cavie (raramente su cani, gatti e

primati).

In questi studi il ricercatore deve seguire 

Le GLP (o BPL – Buona Pratica di Laboratorio) servono per promuovere la qualitá della sperimentazione

“non clinica” e per ottenere dati sperimentali affidabili



Il PRINCIPIO delle 3R è un principio che i ricercatori devono adottare per attuare una forma di sperimentazione

animale più attenta possibile al grado di sofferenza che tale pratica causa nei soggetti sperimentali



- REPLACE (rimpiazzare) il ricercatore deve cercare, con il maggiore sforzo possibile, di rimpiazzare, o

sostituire, il modello animale con un modello in vitro.



- REDUCE (ridurre) il ricercatore deve cercare di ridurre il più possibile il numero di soggetti utilizzati in un

determinato protocollo sperimentale, mantenendo comunque una quantità di dati significativi di sufficiente

precisione. 

- REFINE (rifinire) si intende l’operazione di migliorare (rifinire) la sofferenza sperimentale a cui sono

sottoposti gli animali.

Tramite la sperimentazione animale è possibile determinare il NOAEL (No Observed Adverse Effect Level), ovvero la dose

massima che, somministrata agli animali per tutta la loro vita, non causa reazioni avverse. 3

I principali parametri di riferimento utilizzati per gli studi di tossicologia sono:



NOAEL (DOSE PRIVA DI EFFETTI AVVERSI OSSERVABILI) è la dose piú elevata di un farmaco che, somministrata

(ad animali da laboratorio), per tutta la vita, non causa reazioni avverse.



ADI (DOSE GIORNALIERA AMMISSIBILE) è la dose giornaliera di farmaco che puó essere assunta da un individuo

adulto anche per tutto l’arco della vita senza avere apprezzabili rischi per lo stato di salute.



SF (FATTORE DI SICUREZZA) serve per estrapolare i risultati ottenuti nell’animale, alla popolazione umana,

infatti:

NOAEL

ADI = SF

Generalmente si assume un fattore di sicurezza di 10, 100 o 1000.

Il fattore di sicurezza si basa sul presupposto che l'uomo possa essere 10 volte

più sensibile della specie animale più sensibile sulla quale la sostanza è stata

sperimentata.

Nel caso in cui non siano numerose le informazioni sulla tossicologia della

sostanza in esame, si assume un SF uguale a 100.

Se non esistono dati attendibili, si assume un SF uguale a 1000. 4

LEZIONE 2

TOSSICODINAMICA

La tossicodinamica studia gli effetti degli agenti tossici e/o dei loro metaboliti sui sistemi viventi, con particolare riguardo

ai meccanismi d’azione cellulari e molecolari.

L’agente tossico, una volta nell’organismo, va a interagire con la molecola bersaglio.

Tra le possibili molecole bersaglio ci sono:

- PROTEINE (proteine di membrana, enzimi…)

- LIPIDI (fosfolipidi di membrana…)

- ACIDI NUCLEICI (DNA, RNA)

In base al tipo di legame che l’agente tossico crea con la molecola bersaglio, reversibile o irreversibile, l’effetto tossico è

puó essere piú o meno grave.

Infatti, se si viene a creare un legame reversibile (ionico, a idrogeno, forze di Van der Waals), l’agente tossico puó staccarsi

dalla molecola bersaglio, di conseguenza determinerá una minor tossicitá.

Una volta creato il legame tra agente tossico e molecola bersaglio ci possono essere diverse alterazioni, locali o

sistemiche.

Le AZIONI TOSSICHE LOCALI si osservano nella zona di contatto tra la sostanza tossica e l’organismo (cute,

mucose..); in questo caso si ha necrosi locale con relativi fenomeni conseguenti.

Le AZIONI TOSSICHE SISTEMICHE, invece, avvengono quando la sostanza viene assorbita e distribuita nei vari

organi e tessuti dell’organismo.

Appena in un determinato organo o tessuto si raggiungono le concentrazioni tossiche si manifestano gli effetti.

Le azioni tossiche sistemiche possono essere classificate in funzione dell’organo prevalentemente coinvolto

(neurotossicitá, cardiotossicitá, epatotossicitá, nefrotossicitá…)

La tossicitá sistemica puó essere sostenuta da MECCANISMI RECETTORIALI o NON RECETTORIALI

Il concetto di recettore, in tossicologia, non è limitato a quei complessi macromolecolari che mediano gli

effetti dei neurotrasmettitori, ma è esteso a ogni struttura molecolare capace di legare il tossico e che, da

questo suo legame, subisce un’alterazione della sua normale funzione.

ESEMPI DI MECCANISMI RECETTORIALI E NON RECETTORIALI

La NICOTINA è un alcaloide i cui effetti tossici (tachicardia, ipertensione e convulsioni) sono dovuti

all’attivazione del recettore nicotinico neuronale e alle conseguenti depolarizzazioni e risposte eccitatorie.

La tossicitá della nicotina, quindi, è dovuta a un meccanismo recettoriale.

+ +

I DIGITALICI si legano alla pompa Na /K ATPasica. 2+

L’inibizione di questa pompa determina un accumulo intracellulare di ioni Ca determinando cosí un aumento

della forza di contrazione (effetto ionotropo positivo) e un aumento dell’eccitabilitá (effetto batmotropo positivo).

Anche in questo caso la tossicitá è dovuta a un meccanismo recettoriale.

I RADICALI LIBERI sono un esempio di sostanze tossiche che agiscono con meccanismo non recettoriale.

Sono molecole estremamente reattive per la presenza di un elettrone spaiato nell’orbitale esterno.

Sono responsabili della lipoperossidazione e di alterazioni aspecifiche della permeabilitá delle membrane

plasmatiche; possono reagire con le proteine denaturandole e inoltre possono intercalarsi con gli acidi nucleici. 5

LEZIONE 3 e 4

TOSSICOCINETICA

La tossicocinetica si occupa dello studio del destino della sostanza nell’organismo; quindi studia e descrive tutte le fasi

cinetice dell’interazione tra la sostanza tossica e l’organismo (ADME), con lo scopo di conoscere o stimare gli spostamenti

e gli eventi che avvengono dopo l’esposizione a tale sostanza tossica, in modo tale da prevenire o evitare gli effetti tossici.

 ASSORBIMENTO

L’assorbimento è il processo attraverso cui il farmaco passa dal sito di somministrazione al torrente circolatorio.

A seconda di dove avviene l’assorbimento, le conseguenze dell’interazione con la sostanza tossica possono essere molto

differenti.

Infatti, il sito d’assorbimento influenza la velocitá e l’entitá dell’assorbimento, determinando di fatto l’effetto che la

sostanza puó determinare.

Le principali vie di somministrazione sono:

VIE DI SOMMINISTRAZIONE ENTERALI (ORALE, SUBLINGUALE E RETTALE)



VIA ORALE ASSORBIMENTO GASTROINTESTINALE

La maggior parte dei farmaci è assorbita a livello gastrointestinale.

La funzione dell’intestino, infatti, è proprio quella di assorbire i nutrienti e le sostanze introdotte attraverso la

via orale.

Nell’attraversare il tratto gastrointestinale i farmaci incontrano situazioni molto differenti che possono

alterare la loro stabilitá, tanto da subire modificazioni che ne annullano l’attivitá o ne impediscono

l’assorbimento.

In particolare il farmaco deve fare i conti con:

 il pH gastrico, con potenziale degradazione/inattivazione

inoltre le sostanze vengono assorbite principalmente nella loro forma non ionizzata

 l’azione di enzimi digestivi intestinali

 l’azione digestiva della flora batterica (particolarmente efficiente verso molecole proteiche)

 la presenza di cibo nello stomaco, che ne rallenta l’assorbimento

 la motilitá intestinale (una minor motilitá intestinali implica un minor assorbimento perché il flusso

ematico è minore)

 la metabolizzazione da parte dei CYP450

 essere espulso da pompe di efflusso come la P-glicoproteina 1 (PGP-1)

La PGP-1 è una glicoproteina ATP-dipendente che ha il compito di trasportare sostanze all’esterno

delle cellule, quindi ha lo scopo di proteggere le cellule (e di conseguenza l’organismo) da

sostanze estranee o metaboliti.

Non ha una grandissima selettivitá e pertanto puó espellere un elevato numero di sostanze.

Un’elevata espressione di questa proteina causa una marcata riduzione dell’effetto terapeutico

del medicinale, mentre una sua ridotta espressione puó determinare l’insorgenza di fenomeni

tossici.

VIE DI SOMMINISTRAZIONE PARENTERALI (ENDOVENOSA, INTRAMUSCOLARE, SOTTOCUTANEA E INTRADERMICA) 6

VIA DI SOMMINISTRAZIONE INALATORIA



VIA INALATORIA ASSORBIMENTO POLMONARE

I polmoni hanno un’elevata superficie assorbente, grande irrorazione e perfusione ematica.

Inoltre l’epitelio alvolare è monostratificato e sottile.

Per queste caratteristiche, la via di assorbimento polmonare è molto rapida.

L’organismo dispone di una serie di barriere chimiche e fisiche che impediscono, in parte, il raggiungimento

della zona alveolare a gran parte delle sostanze esterne (altrimenti si verificherebbero continue

intossicazioni).

Quando della polvere penetra nelle vie aeree difficilmente riesce ad attraversarle interamente; il punto in cui

rimarrá bloccata dipende dalle sue dimensioni: piú è piccola e leggera, tanto piú raggiunge le vie aeree piú

profonde.

VIA DI SOMMINISTRAZIONE TRANSCUTANEA



VIA TRANSCUTANEA ASSORBIMENTO CUTANEO

La cute integra è un efficiente barriera che impedisce l’ingresso di molte sostanze e microorganismi estranei.

È costituita da 7 diversi strati che separano l’ambiente esterno dalla circolazione e dai vasi linfatici del derma

(la porzione piú profonda).

In particolare gran parte della selezione è dovuta allo strato corneo, lo strato terminale esterno

dell’epidermide costituito da cellule secche, senza nucleo, ricche di lipidi relativamente polari.

Di conseguenza lo strato corneo permetterá il passaggio di molecole lipofile che presentano un certo grado di

idrofilia. Molecole estremamente lipofile o molecole estremamente idrofile attraversano in maniera minima

l’epidermide.

Lo strato corneo è quindi la porzione piú selettiva dell’epidermide, nonché la prima barriera che un farmaco

incontra.

Esistono delle condizioni che possono variare la permeabilitá di questo strato e di conseguenza permettere

l’assorbimento di piú sostanze:

 strato corneo fisiologicamente piú sottile (ad es. il cuoio capelluto, l’avambraccio, la regione plantare)

 integritá dello strato corneo: lesioni, ustioni, solventi, tensioattivi

 idratazione della pelle: la pelle dei bambini è fisiologicamente piú idratata, di conseguenza lo strato

corneo risulta piú idratato e meno selettivo verso le sostanze idrofile.

In generale possiamo dire che le caratteristiche del sito di assorbimento che influenzano l’assorbimento sono:

- Permeabilitá della superficie

- Irrorazione sanguigna

- Estensione della superficie assorbente, nonché spessore e tipologia di cellule che lo compongono

Le caratteristiche del farmaco che influenzano l’assorbimento, invece, sono:

- Dimensione delle particelle: piú sono piccole piú si assorbono facilmente

- Caratteristiche chimico-fisiche

- Capacitá di dissolversi

- Capacitá di diffondere

La BIODISPONIBILITÁ corrisponde alla quantitá di farmaco che viene assorbita ed è massima (100%) nel caso in cui il

farmaco venga somministrato per via endovenosa. 7

 DISTRIBUZIONE

Una volta nel sangue il farmaco va incontro a distribuzione (e accumulo).

La distribuzione consiste nel raggiungimento da parte della sostanza ai vari organi e tessuti.

I processi di distribuzione e accumulo dipendono sia dalle caratteristiche del farmaco che da quelle dei tessuti.

Infatti, inizialmente il farmaco raggiunge gli organi maggiormente perfusi, come il fegato, il cuore, i reni e i polmoni

(anche il SNC se il farmaco è in grado di passare la barriera ematoencefalica).

Successivamente si distribuisce nei tessuti verso i quali ha maggiore affinitá.

Tra i tessuti di deposito ci sono 

- TESSUTO ADIPOSO soprattutto per sostanze lipofile, compresi i gas



- TESSUTO OSSEO soprattutto per metalli come il piombo e il fluoro

- FEGATO E RENI



- SNC per le sostanze in grado di attraversare la barriera ematoencefalica

- PROTEINE PLASMATICHE

Molti farmaci possono legarsi alle proteine plasmatiche; tra queste la piú abbondante è l’albumina, in grado di

legare principalmente composti acidi (es. acidi grassi).

Il legame farmaco-proteina è di fondamentale importanza, infatti il comportamento di un farmaco legato alle

proteine plasmatiche è notevolmente diverso da quello di un farmaco libero: il farmaco libero, non legato,

puó diffondere ai tessuti e svolgere la propria attivitá; quello legato invece è trattenuto nel plasma e rilasciato

lentamente nel tempo.

Per questo motivo le proteine plasmatiche rappresentano un sistema di deposito che conserva il farmaco

rilasciandolo lentamente nel tempo.

Questo puó e