Tossicologia speciale (modulo I)

TOSSICOLOGIA SPECIALE

VALUTAZIONE DEL RISCHIO TOSSICOLOGICO

Per ogni categoria di composti chimici, l’obiettivo principale è il mantenimento della

sicurezza per l’uomo

Pericolo (“hazard”): proprietà tossicologiche intrinseche del composto chimico

 Rischio : probabilità che un effetto (evento) avverso si verifichi quando un

 prodotto contenente un composto “pericoloso” è usato in una maniera

permessa

Sicurezza (“safety”): il livello a cui è il rischio è stato limitato. Si basa sul

 bilancio del rapporto rischio/beneficio, in cui il rischio derivante è nettamente

superato dai vantaggi portati dal quel composto

Il rischio tossicologico è di norma estremamente difficile da quantificare →

inadeguatezza dei dati disponibili mancanza di conoscenza sui meccanismi d’azione.

Il rischio tossicologico è di norma estremamente difficile da quantificare per

inadeguatezza dei dati disponibili e mancanza di conoscenza sui meccanismi d’azione.

La valutazione del rischio ha una componente scientifica (studio pre-clinico,

meccanismo) e una componente di presa in atto del dato scientifico.

Uno xenobiotico può esercitare diversi effetti su diversi organi, target e la condizione

di utilizzo deve essere unica. Guardare una moltitudine di dati e di informazioni

associate alla molecola contemporaneamente. (visione a 360! In cui tutte le

informazioni devono essere guardate insieme per avere una valutazione unica).

Molecole messe in commercio prima degli anni ’80 rappresentano un problema perché

non hanno dati di riferimento, non era necessario tutto il processo attento che

abbiamo ora.

Ci sono leggi e normative che identificano

come deve essere gestito uno xenobiotico in

funzione della sua destinazione d’uso.

Ci sono leggi per ogni ambito applicativo!

Abbiamo leggi per farmaci ad uso umano e

veterinario, leggi per pesticidi ovvero farmaci

per le piante, la legge sui composti chimici

che non sono farmaci, la legge sui fertilizzanti

che sono una categoria particolare, la legge

sugli alimenti o meglio sui residui intenzionali

o non che possiamo trovare nell’alimento, la

legge sulle emissioni in atmosfera, la legge

sul trasporto di sostanze pericolose. Ogni tipo

di legge richiede obbligatoriamente la

conduzione di prove tossicologiche a supporto

delle possibili proprietà pericolose per la salute.

Le normative dicono se c’è una necessità di prove tossicologiche ma non dicono

“quali”, quindi il compito del tossicologo è difficile. I farmaci vengono indirizzati a

popolazioni di fragilità per cui l’informazione tossicologica deve essere massima, così

come massima è l’attenzione ai residui che troviamo negli alimenti.

Per quanto riguarda i farmaci si ha la RICHIESTA DI MASSIMO.

Informazioni sugli effetti su animali di laboratorio e sull’uomo, necessarie per la

valutazione finale di un composto chimico

- Tipo di effetto - Meccanismo - Tossicità acuta

generale d’azione

- Tossicocinetica

1

- Tollerabilità subcronica e - Effetti sul sistema

cutanea e delle cronica immunitario

mucose - Genotossicità - Ulteriori effetti

- Effetto - Cancerogenicità - Dati

sensibilizzante - Tossicità sul epidemiologici

- Tossicità sistema

subacuta, riproduttivo

Questo tipo di vastità di richiesta tossicologica è imperativa per il farmaco, per il

fitofarmaco e per gli alimenti.

Il tipo e l’estensione delle prove tossicologiche necessarie per l’applicazione di una

legge dipendono dall’impiego previsto e dalle caratteristiche delle sostanze o del

preparato da regolamentare, dalla tipologia di popolazione interessata.

Tali prove possono essere molto differenti sia all’interno di una stessa legge per

sostanze o preparati differenti, che da legge a legge.

Per la maggior parte delle leggi non è fissato alcun ambito di prova predefinito.

Tutte le nuove sostanze, cioè quelle che vengono immesse sul mercato UE dal 1981,

devono prima seguire un procedimento di notifica armonizzato per i paesi membri

della UE.

L’insieme dei dati da esibire, cioè le ricerche sperimentali, si basano sulla quantità di

sostanze immesse sul mercato. Tanto maggiore è la quantità commercializzata, tanto

più vasto è l’insieme di prove (procedimento a stadi) (quantitativi di immissione

inferiori ad una tonnellata/anno, 100 tonnellate/anno, 1000 tonnellate/anno) = regola

del “tonnellaggio”.

Per quantitativi da 10 kg ad una tonnellata è possibile una notifica semplificata.

Valutazione del rischio - È la caratterizzazione scientifica sistematica dei

potenziali effetti avversi sulla salute che derivano dall’esposizione dell’uomo ad agenti

o a situazioni pericolose.

Non devo arrivare a trasferire l’azzardo alla realtà umana altrimenti avrei un pericolo

di andare nelle “paranoie” (ogni sostanza → cancerogena). Se non ho il dato

epidemiologico che mi conferma sull’uomo quell’effetto allora rimane un azzardo.

Il processo di valutazione del rischio richiede tre fasi che portano alla caratterizzazione

del rischio (dove termina la scientificità della valutazione a cui segue la gestione del

rischio che è appannaggio degli organi regolatori che devono prendere le decisioni in

termini di ammissibilità o meno all’uso di quello xenobiotico e nella definizione dei

limiti per legge permissibili):

Valutativa scientifica → è la caratterizzazione. Prendo in analisi l’azzardo, le

 relazioni dose risposta, potenziale esposizione prevista per la sostanza. Queste

tre cose mi portano alla caratterizzazione della molecola (qui finisce il lavoro

della tossicologia.)

Agenzie regolatorie → organi legislativi. La tossicologia è l’unica materia che

 porta il rischio nell’ambito regolatorio. Per cui nella fase della gestione del

rischio gli enti regolatori preposti prendono le decisioni in base alle valutazioni

di fattibilità che guardano anche i costi, il destinatario, l’importanza della

sostanza.

Questo processo è dinamico, ogni volta che si hanno informazioni scientifiche nuove o

mi cambia l’attitudine sociale all’uso della sostanza (es. edulcoranti prima solo per

diabetici ora a tutti) la valutazione del rischio si fa di nuovo. Altrimenti ogni 10 anni.

Obiettivi della valutazione del rischio:

Bilancio rischio-beneficio di farmaci e fitofarmaci

 Definizione dei livelli critici di rischio: contaminazione del cibo, inquinanti

 nell’acqua 2

Definizione delle priorità per programmare le attività: aziende regolatorie,

 industrie, organizzazione dell’ambiente e del consumatore

Stima dei rischi residui e grado di riduzione del rischio dopo l’applicazione dei

 provvedimenti correlati

Criteri di giudizio del rischio

Una volta che un potenziale pericolo è stato esaminato, si presentano due domande:

qual è il rischio? È questo accettabile/tollerabile?

L’accettabilità dipende da 3 fattori:

Livello di rischio (frequenza con cui l’evento si verifica)

 Definizione dell’evento biologico (morte, severità del danno)

 Stato dell’individuo target (“normale” o “vulnerabile”)



Fattori di variabilità

Esposizione (durata, dose, via di esposizione): quale popolazione e quale popolazione

è più esposta?

Suscettibilità (età, stati pato/fisiologici, fattori genetici e/o acquisiti): quale popolazione

è suscettibile, indipendentemente dai livelli di esposizione?

Se, attraverso la valutazione del rischio proteggo questa/e popolazione/i proteggo

anche la popolazione generale.

Fattori di incertezza del dato sperimentale (qualità degli studi disponibili), del modello

sperimentale (specie animale rilevante durata dello studio) animale rilevante, durata

dello studio, della estrapolazione dei dati animali → uomo e alte dosi sperimentali →

basse dosi reali.

Introduzione dei fattori di sicurezza (o incertezza) per tenere conto della variabilità e

dell’incertezza nella determinazione dei valori di riferimento.

Studi epidemiologici vs studi tossicologici

Principali differenze:

Dose e lunghezza di esposizione

 Omogeneità/eterogenicità

 Rilevanza dei dati



Queste differenze diventano ancora più significative se consideriamo i composti ad

attività cancerogena

Sperimentali: si somministra la sostanza con precise modalità (dose, tempo, via acc.) e

se ne studiano gli effetti tossici. L’esposizione alla sostanza è controllata. L’esposizione

ad altre sostanze è eliminata o comunque controllata (gruppi di controllo).

Epidemiologici: si studiano dli effetti di una sostanza su popolazioni umane che sono

comunque esposte alla sostanza, presente nell’ambiente o somministrata a scopo

terapeutico. L’esposizione non può essere controllata (tranne che per i farmaci). Gli

individui sono contemporaneamente esposti a molte altre sostanze o condizioni che

possono influenzare l’effetto.

Approccio legato a valori soglia - Per quasi tutte le sostanze esiste un livello, seppure

elevato, in grado di produrre un qualche effetto dannoso in un sistema biologico. Per

quasi tutte le sostanze esiste un livello minimale in grado di non produrre alcun effetto

dannoso in un sistema biologico.

Quindi: per ogni sostanza dobbiamo identificare due soglie, due concentrazioni, che

definiscono l’ambito di concentrazione accettabile, in cui ci possiamo muovere per

definire le condizioni espositive. Un perimetro dettato da una dose di non effetto e una

dose di primo effetto. Abbiamo così definito l’ambito di concentrazione in cui

muoverci. I valori soglia li troviamo dai dati, dai test e dagli studi sull’animale da

3

esperimento da cui per ogni aspetto tossicologico associato all’azzardo avremo questi

limiti che dobbiamo poi confrontare nella loro globalità per trovare un’unica condizione

di utilizzo (unica concentrazione). Dagli studi pre-clinici otteniamo delle risposte,

desumiamo dei valori soglia, uno di non effetto e uno di primo effetto. Questi due

valori servono a identificare i valori LIMITE che sono quelli indicati dalle varie agenzie

regolatorie competenti e che indicano le modalità di esposizione.

VALORE SOGLIA: modello sperimentale, estrapolati dalle prove tossicologiche

 sui modelli sperimentali che vengono ad identificare la dose più bassa di non

effetto e la dose più alta di effetto, ovvero relazione dose risposta

VALORE LIMITE: concentrazione massima possibile presente per l’utilizzo =

 vanno a definire le modalità d’uso di una sostanza chimica

Valutazione dei livelli critici di rischio - I valori limite per i composti chimici vengono

fissati per proteggere l’uomo e l’ambiente dalle sostanze pericolose.

NOAEL

La : livello di dose più alta a cui non si

osserva effetto avverso nella specie animale più

sensibile ma sempre in un numero maggiore di 1

(non un animale) in studi di tossicità a dose

ripetuta.

LOAEL

La : la dose più bassa a cui compare

l’effetto dannoso (primo effetto tossico che

corrisponde al 5-10% della risposta) nella specie

animale più sensibile negli studi di tossicità a dose ripetuta.

Se la valutazione del rischio si basa sui valori soglia l’identificazione del valore soglia

deve essere inequivocabile. C’è una definizione ferrea di cosa è la NOAEL e di cosa è la

LOAEL.

La difficoltà sta nell’identificare dai report sull’animale i valori. Tutte le valutazioni del

rischio hanno una formula matematica in cui al nominatore c’è il valore soglia → se

sbaglio a identificare il valore soglia, il concetto di sicurezza è completamente alterato.

ES. legge degli alimenti: tutto quello che entra intenzionalmente nell’alimento (anche

come residuo) o che l’alimento subisce dall’esterno vengono gestite in questo modo.

Admissible Daily

La valutazione ha l’obbiettivo di identificare come valore limite la

Intake (ADI) - Il valore di ADI rappresenta la stima della quantità di sostanza

chimica che può essere ingerita giornalmente nell’intero arco della vita dell’uomo

senza rischio apprezzabile per la salute allo stato delle conoscenze attuali. ADI in

tossicologia si chiama “peggiore scenario di esposizione” che può essere realistico o

no. Ogni volta che leggiamo un valore limite sappiamo che è al sotto della ADI per

quella sostanza.

NOEL

=

ADI SF

SF: safety factor o fattore di sicurezza.

Ogni volta che si ha un’incertezza/criticità

si abbatte di un ordine di grandezza ossia

si divide per 10.

Le due più grandi incertezze sono la

variabilità intraspecie (diversa sensibilità

mostrata dalla popolazione rispetto al

modello animale che è omogeneo) per

cui il fattore di sicurezza diventa 10, poi

c’è il grande fattore dell’estrapolazione 4

animale/uomo quindi la differenza interspecie per cui il fattore di sicurezza diventa

100.

Per le molecole che si vogliono mettere in commercio il valore limite per i residui negli

NOAEL/100

alimenti viene calcolato come . Tutti i meccanismi di cancerogenesi, di

genotossicità e dose-indipendenti non sono ammessi.

Se si supera l’ADI? Se si supera il valore limite, si supera un valore legale. L’azienda

produttrice va incontro a una serie di problemi, non il cittadino che compra l’alimento.

Con la stagionalità, con la settimana, con l’età cambiamo alimentazione per cui noi

assumiamo una ADI più di 1000 volte più bassa di quella indicata. Noi abbiamo una

dose animale di NON EFFETTO che viene già abbattuta di due ordini di grandezza

dall’irrealistico ADI, di cui noi già normalmente mangiamo un migliaio di volte in meno.

Quindi se noi partiamo da 1 io mangio 10 alla -5. Il residuo quindi nell’alimento sono

PARANOIE.

Ovviamente dipende di che inquinante si parla e di quanto viene superata l’ADI ma di

norma è così. Si arriva a SF 1000 come fattore di sicurezza se ho dei dubbi nella

NOAEL, cioè non ho la NOAEL da studi di tossicità a dosi ripetute ma solo in acuto (non

ho la NOEAL giusta, è lontana da quella che mi serve).

Questo è applicabile solo alla legge degli alimenti → se voglio registrare un pesticida

che mi entra come residuo nell’alimento ed è cancerogeno o mutageno questo non è

registrato all’uso, non entra nell’alimento. Se io avessi un meccanismo di tossicità

probabilistico non avrei la NOAEL, per cancerogeni o genotossici non esiste una dose

di non tossicità.

Se ho il contributo da due matrici alimentari (cibo e acqua ad esempio), il valore limite

è: Il Q.M.R. È LA QUANTITÀ MASSIMA DEI RESIDUI DEI PRINCIPI ATTIVI NEI CIBI E

NELL’ACQUA POTABILE. Si parte dall’ADI/2 x 10, il 2 sono i litri di acqua che

mediamente beviamo al giorno. Sistema estremamente garantista a favore della

salute. TDI = dose

Lo stesso concetto dell’ADI può essere applicato per il calcolo del

tollerata ammissibile .

Si fa per quelle sostanze che accidentalmente (quindi non intenzionalmente) possiamo

trovare nei nostri alimenti: micotossine, metalli pesanti ecc. Sono inevitabili, non

possiamo eliminarli del tutto, dobbiamo tollerarli e normarli.

Quindi l’ADI riguarda qualcosa di intenzionale, il TDI riguarda qualcosa di accidentale.

Fin ora abbiamo visto alimenti e acqua. Per quanto riguarda i farmaci, essi sono

MOS =

governati dall’indice terapeutico (dose letale 50/ dose efficace 50) e dal

margine di sicurezza .

dose letale 1

MOS= dose efficace 99 Margine di esposizione (MoE)

Il calcolo del cosiddetto “margine di esposizione” (MoE in breve) è usato dai valutatori

del rischio per analizzare possibili timori in termini di sicurezza connessi alla presenza

di sostanze sia genotossiche sia cancerogene in alimenti e mangimi.

Il MoE rappresenta il rapporto tra due fattori che, in una data popolazione, valuta il

quantitativo di sostanza alla quale un effetto avverso minimo ma misurabile viene

osservato per la prima volta e il livello di esposizione alla sostanza in questione.

M 0 E=NOAEL o LOAEL(¿ funzione del composto)/ ESPOSIZIONE

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Quando tale margine è molto ampio (più ordini di grandezza) si può accettare la

presenza o l’uso di una sostanza genotossica e cancerogena solo quando ritenuta

indispensabile o in caso di frode o contaminazione accidentale.

Esempio:

NOAEL = 25 mg/kg pc -4

Esposizione = 0.0005 mg/kg pc (5 x 10 )

MoE=25/0.0005=50000

Tanto più è grande il numero quanto più è accettabile il rischio. Il numero in media

deve essere grande almeno tre ordini di grandezza (1.000). In realtà per sostanze che

hanno un azzardo molto basso può essere superiore a 100.

Per le sostanze cancerogene deve essere superiore a quattro o cinque ordini di

grandezza (100.000). In questo calcolo ci sono due ordini di difficoltà: calcolare in

modo corretto sia il valore soglia che l’esposizione.

La MoE deve essere calcolata a priori, prima di mettere un qualsiasi xenobiota in

commercio. Può essere valutata anche dopo, per capire se ci sono state

contaminazioni, frodi.

Ad esempio, negli ultimi anni abbiamo visto che sono stati ritirati alcuni lotti di farmaci

(come i sartani o gli inibitori della pompa protonica) perché contenevano dei

contaminanti.

Per quanto riguarda il farmaco: il PA segue la legge del farmaco, l’eccipiente segue la

legge degli alimenti. Quindi in una compressa abbiamo 3 leggi che la