Tossicologia Prof.re Nebbia

7 OTTOBRE Cinetica = il percorso di un farmaco all’interno

dell’organismo.

Percorso ADME.

Le reazioni biotrasformative condizionano la

persistenza dello xenobiotico all’interno

dell’organismo e quindi l’efficacia di un far-

maco, la pericolosità di una sostanza tossica.

Bioattivazione: reazioni biotrasformative che

portano alla formazione di metaboliti più tossi-

ci responsabili della tossicosi. 1 2

Da ripassare: composto aromatico , alifatico ,

3 4

alchile , gruppo aromatico, eterociclo ; princi-

legame diestere, diamide…

pali cicli cellulari,

[inserisci file di 2 pag. con gruppi funzionali + file di 17 pag.]

qualunque sostanza estranea all’organismo.

Xenobiotico:

4 fasi: assorbimento, distribuzione, metabolismo/biotrasformazione, escrezione (ADME). Sono le grandi

tappe della cinetica. PASSAGGIO ATTRAVERSO LE MEMBRANE BIOLOGICHE

Gli xenobiotici devono superare le membrane biologiche. Sono costituite da un doppio strato di fosfolipi-

di (modello a mosaico fluido) al cui interno vi sono delle strutture proteiche: i pori di membrana (4 Å

nell’epitelio intestinale). All’interno della membrana sono inserite alcune proteine, per esempio alcuni re-

cettori, proteine di efflusso, enzimi (Na-K ATPasi ad es).

1 Sono definiti come composti aromatici tutti i composti organici che contengono uno o più anelli aromatici nella loro struttu-

ra. La presenza di tali anelli conferisce loro reattività particolari, molto diverse da quelle dei composti alifatici aventi peso mo-

lecolare e gruppi funzionali simili. L'aromaticità può essere definita come l'abbassamento di energia dello stato fondamentale

della molecola dovuto alla delocalizzazione degli elettroni π sull'intera molecola. I composti chimici contenenti anelli benze-

nici sono relativamente più stabili dei corrispondenti alcheni e di conseguenza tendono a reagire in maniera differente, attra-

verso reazioni che tendono a preservare l'integrità dell'anello aromatico e la stabilità che ne consegue. I composti aromatici

quindi non subiscono preferenzialmente, come per gli alcheni, reazioni di addizione elettrofila, ma di sostituzione elettrofila.

2 Si definiscono composti alifatici i composti organici che non fanno parte della classe dei composti aromatici. Tra i composti

alifatici si annoverano gli alcani (come il metano e il butano), gli alcheni (come l'etilene) e gli alchini (come l'acetilene). Nei

composti alifatici, gli atomi di carbonio possono legarsi dando vita a catene lineari o ramificate. Possono essere presenti le-

gami singoli (alcani), doppi (alcheni) o tripli (alchini). Gran parte dei composti alifatici sono infiammabili.

3 In chimica organica alchile (o gruppo alchilico) è il nome generico del gruppo funzionale corrispondente ad un alcano priva-

to di un atomo di idrogeno. I gruppi alchilici prendono il nome dai corrispondenti alcani e hanno formula generale -C H .

n 2n+1

4 Un composto eterociclico è un composto ciclico costituito da molecole nelle quali uno o più atomi dell'anello sono eteroa-

tomi, cioè atomi diversi dal carbonio. Gli eteroatomi più comuni sono: l'N, l'O, lo zolfo, il boro, il fosforo. Ciascuno di essi dà

origine a vaste famiglie di composti eterociclici. La piridina e la pirimidina sono eterocicli analoghi del benzene, il glucosio in

forma ciclica è un composto eterociclico in quanto all'interno dell'anello è presente un atomo di ossigeno. 1

1. Diffusione semplice o passiva: sistema non saturabile; non dipendente da energia. Avviene per diffe-

renza di concentrazione. È la via più semplice.

Lo xenobiotico deve quindi essere liposolubile se vuole attraversare il doppio strato; non deve quindi

essere polare o deve esserlo poco.

I farmaci più grossi pesano intorno ai 1.000 Da. I più comuni: 200-300 Da.

molecole “piccole” (ioni inorganici, molecole organiche polari o non polari).

2. Filtrazione: 5

Le molecole piccole (che potrebbero passare attraverso i pori) invece possono essere cariche.

3. Diffusione facilitata: soprattutto per molecole che hanno significato fisioogico. Alcune molecole (glu-

o si legherebbero a “carrier”

coso, alcune vitamine) passerebbero attraverso canali specifici

all’interno delle membrane; differenza di concentrazione, saturabile, non richiede energia.

4. Trasporto attivo: come diffusione facilitata (canali, carrier), ma contro gradiente di concentrazione e

quindi richiede energia (ATPasi), esempi: ioduri (tioride), fluorouracile (antineoplastico), alcuni aa.

Mosaico fluido: proteine di membrana (es. Na-K ATPasi), glicoproteine (recettori).

diametro

Pori di membrana: endotelio capillare 40-80 Å, epit.intestinale, membr.cell 4 Å.

Diffusione passiva

 avviene secondo gradiente.

 Il 90% degli xenobiotici con peso compreso tra 100-400 Da passa in questo modo.

 Le molecole dotate di sufficiente liposolubilità sono in grado di attraversare il doppio strato.

 Le molecole piccole (< 100 Da) e gli ioni passano attraverso i pori di membrana.

Molecole indissociate >>> molecole dissociate (ionizzate).

sono

La maggior parte sono acidi/basi deboli in equilibro tra forma dissociata-indissociata; la forma

6

dissociata è polare ; le indissociate sono apolari (passano facilmente). 7

Le molecole piccole (< 100 Da) e gli ioni passano tramite i pori di membrana. Es. CN-

Trasporto facilitato alcune sostanze e le trasporta dall’altra parte

Carrier proteico transmembranario che lega transitoriamente

della membrana.

È secondo gradiente.

Sono soprattutto molecole endogeno come fruttosio e glucosio.

No consumo di energia.

Trasporto attivo

- Riguarda alcune molecole, non solo endogene.



- Contro gradiente richiede dispendio di energia.

- Riguarda essenzialmente molecole fisiologiche (alcuni zuccheri, ioni, aa, vitamine, ecc).

8

- Alcuni farmaci (es. antitumorale 5-fluorouracile e levodopa ) possiedono una struttura simile alle pi-

rimidine e sfruttano questo passaggio. + +

 

- Esempi: Na-K ATPasi per 1 ATP consumato 3 Na fuori e 2K dentro.

Endocitosi

Fagocitosi e pinocitosi (fluidi).

 Sono molecole di grandi dimensioni; polari.

 Consente il trasporto di xenobiotici idrofili (polari) e di grosse dimensioni.

 Si parla di fagocitosi quando vengono inglobate molecole di qualche decimo di micron.

 Si parla di pinocitosi quando vengono inglobate molecole più piccole o soluti a basso peso molecolare.

5 Na, K, Cl…

6 Tende a passare difficilmente la membrana

7 Cianuro: è molto tossico. Blocca la fosforilazione ossidativa, bloccando la citocromo ossidasi. È così piccolo da essere assor-

bito già a livello del cavo orale. Dotato di carico.

8 Usato nel morbo di Parkinson 2

 È la classica via di ingresso di vari ormoni, immunoglobuline, vitamine, transferrina, ecc. Soprattutto

9 , immunoglobuline…).

molecole endogene (ormoni DELL’UOMO

CARATTERISTICHE DEI VARI TRATTI DEL TUBO GASTRO-ENTERICO

Grande influenza/differenze di pH. Nell’intestino tenue per

Differenze nei vari tratti riguardanti il pH ma anche nella natura della membrana.

es. l’epit. è adatto all’assorbimento. In altri tratti l’epitelio è corneificato.

Altre differenze: superficie totale, tempo di transito della sostanza, fegato bypassato o no.

circolazione 

Una sostanza viene assorbita soprattutto a livello del tenue portale fegato per il 99,9%.

In alcuni tratti il fegato è bypassato. Se viene bypassato, si ha più farmaco immodificato nel circolo san-

guigno (metabolismo ipersistemico / effetto di primo passaggio).  l’effetto far-

Preparazioni sublinguali: tutto quello che viene assorbito a livello orale bypassa il fegato

macologico è più immediato.

Il pH è intorno ai 6 nei primi tratti; scende in maniera drammatica nello stomaco: 1-3. Duodeno: 5-7. Te-

nue: 6-7. Crasso: 6.8-7.

L’epitelio nell’esofago che ha

è molto sottile nel cavo orale ( alto assorbimento). È spesso e cornificato

un’importante c’è un epite-

componente muscolare per permettere i movimenti peristaltici. Nello stomaco

lio diverso e può avvenire un assorbimento importante soprattutto dei farmaci debolmente acidi.

Duodeno e resto dell’intestino non hanno particolari proprietà e qui vengono assorbiti farmaci soprattutto

debolmente basici ma anche gli altri.

c’è

Nel crasso solo assorbimento di liquidi. buona nel resto dell’intestino

La vascolarizzazione è molto importante per il cavo orale; molto e

nell’esofago.

La superficie di assorbimento ci dice la % di quella molecola che può essere assorbita. È piccola nel ca-

vo orale e nell’esofago, stomaco. Ampia in tutto il resto dell’intestino. La superficie totale è comunque

buona

molto elevata capacità di assorbimento.

Transit time:

Cavo orale ed esofago: corto.

Stomaco: 30-40 min: stomaco.

Duodeno: 6 ‘’.

Piccolo intestino: circa 3 ore.

Grande intestino: lunga (up to 24 h).

9 Anche usati come farmaci 3

Tutti i tratti più importanti (stomaco, duodeno, intestino tenue) non bypassano il filtro epatico. Il filtro

viene bypassato per il cavo orale e l’ampolla rettale (zona

epatico molto vascolarizzataassorbimento

rapido). 10

Equazioni di Hendersson-Hasselbach



Molecolare poco polare più liposolubile.

meno

Molecola molto polare liposolubile.

La ionizzazione dipende dal pKa e dal pH ambientale. (pH-pKa)

Acido debole: [fraz.ionizzata] = [fraz.indissociata]*10

(pKa-pH)

Base debole: [fraz.ionizzata] = [fraz.indissociata]*10

Acidi deboli: pKa 5-1.

Basi deboli: pKa fino a 10-11. Esempio di acido debole: acido acetil-salicilico (aspirina).

pKa = 4.4

pH del plasma: 7.4

pH dello stomaco: 1.4 nello

[indissoc.]/[ioniz.]=1/1.000 stomaco abbiamo più forma

 

indissociata attraversa facilmente la barriera giunge nel

plasma ma qui il pH è diverso. Il rapporto qua si inverte e pre-

vale il farmaco nella forma ionizzata = resta nel plasma e non torna nello stomaco.



Il contrario vale per le basi deboli sono presenti in forma dissociata in ambito gastrico.

tenue il contrario:

Il contrario avviene nell’intestino gli acidi deboli in forma ionizzata; le basi deboli in

forma indissociata.

Gli acidi deboli sono quindi assorbiti soprattutto in ambito gastrico.

Le basi deboli saranno assorbite più in ambito enterico.

Alcaloidi = debolmente basici. Es. cocaina, caffeina, nicotina.

10 Non chiede le formule 4

VIE DI SOMMINISTRAZIONE / ESPOSIZIONE

11

Vie: orale, parenterali, topiche .

12 13

; l’esposizione no

Somministrazione è volontaria .

Via orale

- Più comune (anche per le sostanze tossiche);

- Si articola in:

a) Dissoluzione della forma farmaceutica;

b) Passaggio attraverso la mucosa gastro-enterica;

c) passaggio attraverso il fegato

Tutto questo prima che il principio attivo raggiunga il circolo sistemico.

È la via più semplice e comoda ma il percorso è lungo.



Abbiamo quindi una forma farmaceutica es. compressa, confetto.

La compressa è data dal principio attivo compresso; il confetto è rivestito da uno strato di principi zucche-

rini.

Nel fegato ci sono già reazioni di assorbimento con eliminazione attraverso la bile; ciò abbatte ulterior-

mente la quantità di principio attivo che raggiunge il circolo sistemico. Solo quando viene raggiunto il

circolo sistemico, c’è la diffusione ai vari organi.

 A livello della mucosa enterica vi sono particolari proteine transmembranali (glicoproteine di efflus-

14 che limitano l’assorbimento.

so) ed enzimi biotrasformativi

 Tutti gli xenobiotici ingeriti pervengono al fegato tramite la circolazione venosa reflua portale.

 Nel fegato verranno poste in essere importanti reazioni biotrasformative che ridurranno la quota di xe-

nobiotico che raggiunge la circolazione sistemica (anche tramite escrezione per via biliare).

Raggiunta la circolazione sistemica, verrà distribuito nei vari organi, e ritorna quindi al fegato. Una parte

attraverso l’emultorio renale.

del farmaco (nel passaggio dal fegato al circolo) verrà anche spenta

Dal fegato poi, di nuovo in circolo, fin quando tutto il farmaco sarà eliminato.

Fattori che influenzano l’assorbimento:

- stato di replezione e tempo di svuotamento gastrico che dipende anche dalla quantità e dal tipo di die-

ta;

- tenore lipidico della dieta (dieta ricca di lipidi prolunga il tempo di svuotamento);

- forma farmaceutica: ci sono forme più adatte ad una dissoluzione rapida ed altre meno.

Vie parenterali 15

Endovenosa, intramuscolare, sottocutanea, intradermica (per i test di sensibilità ).

Via endovenosa:

- garantisce immediato raggiungimento della circolazione sistemica: quando ho bisogno di saltare il fil-

tro del fegato e devo raggiungere in tempi brevissimi tutto l’organismo. In parte la molecola viene eli-

minata e in parte si distribuisce ai vari organi;

- azione molto rapida ma di durata comparativamente inferiore. Tutti i passaggi visti per via orale, au-

mentavano il tempo ma garantivano un’azione più duratura; 16

- utile per farmaci ad emivita breve e/o basso indice terapeutico . Basso indice terapeutico:

es.anestetici, fenitoina;

- via di elezione per farmaci irritanti e/o in soluzioni ipertoniche; ad es. i sulfamidici. Questi, se irritanti

11 = locali

12 Sostanza farmacologica

13 Es: inquinante, veleno

14 A livello enterico ma anche gastrico

15 Vengono iniettate piccole quantità di allergeni

16 Indice terapeutico: rapporto fra la dose tossica e la dose efficace. 5

17

un’unica

- eseguita in soluzione (bolo injection ) o per infusione lenta continua (flebo). Infusione con-

tinua per prolungare l’effetto.

Difetti di questa via:

Possono praticare un’endovenosa solo persone competenti;

- vale anche per gli animali.

- Nel gatto si usa la vena interdigitale.

Via intramuscolare

- tecnicamente più semplice della endovenosa (specie da laboratorio, cane, gatto);

- velocità di assorbimento relativamente elevata, dipendente da: grado di ionizzazione, liposolubilità

18

della forma non ionizzata, localizzazione, uso di preparazione ritardo (esteri con acidi grassi a catena

19

lunga ), uso di vasocostrittori (es. adrenalina).

- Es: il 17-β-estradiolo, una delle preparazioni più usata nei trattamenti vietati con gli estrogeni è

l’estradiolo benzoato = estere dell’acido benzoico. Dal muscolo, l’estere viene idrolizzato lentamente e

quindi si garantisce una liberazione graduale (= efficacia prolungata) del principio attivo. 

si pratica l’iniezione di vasocostr. Intorno all’area

- In certi casi possiamo usare vasocostrittori: si

la

somministra il farmaco per via intramuscolare vasocostrizione rallenterà la diffusione e

l’assorbimento del principio attivo.

Via sottocutanea

usata nell’uomo.

- Poco Si usa molto nelle specie da laboratorio, in cane e gatto. La cute di un cane è più

sottile di quella del gatto.

- Tecnicamente la più semplice fra le vie parenterali, particolarmente per i carnivori domestici.

- Velocità di assorbimento rel.più lenta della via i.m. (minore vascolarizzazione);

20

- Possibilità di aumentare la superficie di contatto del farmaco iniettato aggiungendo enzimi litici

(jaluronidasi) alla preparazione;

- No farmaci irritanti (numerose fibre dolorifiche); 21 22

- Impianti sottocutanei a lento rilascio di ormoni steroidei per il trattamento a scopo anabolizzante

dei bovini (illegale in Europa ma legale negli USA).

Vie intracavitarie: soprattutto

- Intraperitoneale specie da laboratorio.

- Intracardiaca in caso di arresto cardiaco;

- Intraarticolare; all’interno del canale encefalo-

- Intratecale (per somministrazione di mezzi di contrasto ad es):

rachidiano.

Via inalatoria:

- Può essere sia una via di somministrazione (aerosol);

- importante per azione locale o sistemica (es.anestetici gassosi); 

- vascolarizzazione importante + superficie elevata di assorbimento immediato ingresso in circolo;

- in tossicologia è molto importante (svantaggio) per gas/vapori o sostanze nebulizzate (es. pesticidi).

Vie topiche occorre bypassare lo strato corneo dell’epidermide usando particolari veicoli come

- Via dermica:

DMSO. bisogna stare attenti perché c’è

- Se somministriamo dei farmaci in presenza di lesioni (abrasioni ad es.)

un assorbimento sistemico importante.

17 L’effetto dura poco

18 Il principio può essere estereficato; nel muscolo zona subisce poi lenta idrolisi e libera il principio attivo che viene assorbi-

to.

19 Es. estradiolo benzoato -> liberazione graduale

20 Aumentando l’assorbimento

21 Essenzialmente miscele di androgeni ed estrogeni

22 Per veicolare questi ormoni 6

- La cute è una naturale barriera contro la penetrazione di xenobiotici; particolari eccipienti (DMSO) in

grado di aumentare la penetrazione dei farmaci; stesso effetto soluzioni di continuo (abrasioni, ferite).

- Vie mucose: intra-oculare, intra-mammaria, intra-vaginale.

TRASPORTO EMATICO DEGLI XENOBIOTICI

Dopo l’assorbimento, gli xenobiotici in circolo possono:

- Legarsi con le proteine plasmatiche (equilibrio forma libera-forma legata);

- Legarsi con la frazione corpuscolata del sangue (molto più raramente):

es. eritrociti (Pb); leucociti (As). Fungono quindi da vettori.

Precede la distribuzione nei vari organi/tessuti. condizionare un’escrezione più ra-

A livello del circolo, possono verificarsi alcuni fenomeni che possono

pida o più lenta a seconda di determinate caratteristiche della sostanza. 

La maggior parte dei composti farmaco-tossicologici sono class