Toxicologia: Mecanismes i Efectes de Substàncies Tòxiques

Citocrom P-450

El Citocrom P-450 és un complex enzimàtic amb baixa especificitat pel substrat i eficàcia variable. Es troba al reticle endoplasmàtic i als microsomes de les cèl·lules del fetge, pulmó, ronyó i placenta. Per ser actiu, ha d'estar associat a la membrana. Presenta poca especificitat pel substrat, però gran diversitat metabòlica (oxidació en reaccions de fase 1). Està compost per dues proteïnes (CYP i NADPH-CYP reductasa). Per a la seva activació, ha d'estar associat a: esteroides, àcids grassos, prostaglandines, leucotriens (substàncies naturals metabolitzades pel Citocrom P450), substàncies vegetals, fàrmacs, pesticides, additius i residus industrials.

Exemples de bioactivació endògena per Citocrom P450 (substàncies que no són tòxiques per si mateixes, però sí els seus metabòlits): Organofosforats, benzopirè, hexà, paracetamol (perquè hi haurà saturades les vies de conjugació).

El Citocrom P450 pot patir inducció (fenitoïna, fenobarbital, etanol crònic, tabac, etc.) o inhibició enzimàtica (cimetidina, cloramfenicol, etanol agut, etc.) per acció de tòxics o fàrmacs. Pot patir polimorfisme.

Glutatió

El Glutatió intervé en les reaccions de conjugació i en el sistema de detoxificació de radicals (sistema de defensa, protegeix dels efectes adversos).

Mecanisme de Genotoxicitat

• Augment del ritme de divisió cel·lular (pels mitògens directes com els estrògens, interferència amb factors de creixement, citotoxicitat).
• Potenciació de genotòxics endògens i exògens (per la inducció al metabolisme, l'estrès oxidatiu, la inflamació).
• Immunosupressió.

Benzopirè

El Benzopirè es troba al fum del tabac i provoca carcinoma broncogènic. El que provoca la genotoxicitat és la diol-epòxid del benzopirè (fent: formació d'un adducte amb el DNA, es produeix transversió (substitució purina/pirimidina) G cap a T, activa l'oncogen "k-ras" que provocarà més mitosi, inhibeix p53 fent que hi hagi menys apoptosi i afavoreix mutacions).

Disruptors Endocrins. Immunodepressió

Els disruptors endocrins afecten el sistema endocrí (hormonal). Els més estudiats són els que tenen activitat estrogènica. Exemples: pesticides organoclorats com el DDT, altres organoclorats com el PCB o PBB, components plàstics com el bisfenol A o els ftalats, detergents com els alquilfenols, productes naturals com fitoestrògens o fitosterols, contaminants com el plom i certs fàrmacs com el dietilestilbestrol.

Avaluació de l'activitat disruptora:

• In vitro: Estudi de l'afinitat de la substància per als receptors esteroïdals, detecció de l'activació de la transcripció dels receptors esteroïdals, detecció de resposta a l'estimulació dels receptors.
• In vivo: (un exemple seria veure la qualitat del semen; són millors).

Mecanismes d'acció:

• Unió a receptors d'estrògens o altres receptors hormonals (activant, bloquejant o baixant la seva activitat).
• Modificació del metabolisme hormonal, del transport o producció d'hormones, del nombre de receptors.

Efectes potencials en humans:

• Càncer de mama.
• Alteració de la qualitat del semen.
• Anomalies en òrgans sexuals.
• Disminució de la relació de naixements nen-nena.
• Avançament de la pubertat.

Dietilestilbestrol: disruptor endocrí i cancerigen, també afecta el sistema reproductor dels fills d'adults consumidors i en animals de laboratori altera els cicles hormonals.

DDT i DDE (metabòlit actiu): són antagonistes androgènics, en animals augmenta el càncer de mama, en humans és difícil establir: dosis d'exposició, interacció amb altres factors, susceptibilitats individuals.

Bisfenol A: disruptor endocrí, cancerigen (no demostrat en humans), en animals té efectes estrogènics en ratolins, és cancerigen, provoca alteracions a la pròstata del mascle i maduració sexual a femelles.

Bioindicadors

Substàncies que poden indicar que una persona ha estat exposada a un tòxic.

Biomonitoratge: mesura les substàncies potencialment tòxiques o els seus efectes en fluids biològics i teixits. Estudia els efectes i patologies causades per aquestes substàncies, així com la susceptibilitat dels individus.

Tipus:

• Bioindicadors toxicocinètics o d'exposició:
  • De dosi interna: Compostos en sang o orina (mercapturats, glucuronats, etc.), acumulació en teixits, activació mutagènica de l'orina.
  • De dosi efectiva: (mesuren la interacció amb la diana): Adductes d'ADN (dona informació a curt termini, ja que es pot reparar), adductes d'hemoglobina (informació a llarg termini), acumulació al teixit diana.
• Bioindicadors toxicodinàmics o d'efecte: es poden obtenir per mètodes invasius (teixit, sang) o no invasius (orina): Adductes d'ADN o proteïna, mutació d'un oncogen o gen supressor, alteració del cromosoma o fenotip cel·lular, aberracions cromosòmiques de limfòcits, increment de la síntesi de la proteïna RAS.
• Bioindicadors de susceptibilitat individual: N-acetiltransferasa: hi ha acetiladors lents i ràpids, GMST M1 al·lel nul, polimorfisme del Citocrom P450.
• Bioindicadors del risc de càncer:
  • Marcadors d'exposició a un carcinogen: Adducte aflatoxina B1-ADN (orina, fetge), adducte HPA-ADN (sang, pulmó i placenta), adducte 4-aminobifeni-hemoglobina (sang), glicoltimina (base del DNA oxidasa, en orina).
  • Marcadors d'efecte: Mutacions en el gen de supressió P53 (pit, fetge, pulmó).
  • Marcadors de susceptibilitat congènita al càncer: Variants al gen Citocrom P450 1A1 (sang), absència del gen Glutatió-S-transferasa M1 (sang), variant H-ras VTR del gen H-ras (sang), mutació en el gen BDCA1 (sang).
  • Marcadors de susceptibilitat adquirida al càncer: Baixos nivells d'antioxidants o vitamines (sang), immunosupressió química o terapèutica (sang).

Fetge

Factors de susceptibilitat:

• Òrgan d'entrada, prèvia a la circulació sistèmica dels tòxics absorbits via gastrointestinal.
• Elevada capacitat metabòlica i sintètica.
• Susceptibilitat a reaccions d'hipersensibilitat.

Principals tòxics:

• Necrosi hepàtica: Dissolvents halogenats que formen radicals lliures, paracetamol que s'uneix a macromolècules i consumeix glutatió i crea adductes amb enzims, amanitina.
• Hepatitis: Hi ha hipersensibilitat causada per isoniazida, imipramina, colchicina.
• Colestasi: Reacció tipus 2, per clorpromazina, estrògens, andrògens.
• Lesions vasculars: Formen adductes que promouen la proliferació de teixit vascular i creen lesions, per alcaloides senecis, anticonceptius orals.
• Cirrosi: Ha d'haver una alteració prèvia com necrosi, alcoholisme crònic.
• Càncer: Clorur de vinil, aflatoxines que fan adductes amb el DNA, anticonceptius orals.

Ronyó

Factors de susceptibilitat:

• Elevada irrigació, concentració de tòxics als túbuls i activitat dels enzims implicats en el metabolisme de la fase 1 (bioactivació dels tòxics, com més metabolisme, més tòxics hi haurà).
• Tòxics lliures, no units a proteïnes plasmàtiques.
• Les característiques anatòmiques que el fan susceptible a hipertensió, precipitació de proteïnes (rabdomiolisi), mecanismes immunològics (s'altera la membrana basal, fent que per exemple precipitin els complexos antigen-anticòs).

Principals tòxics:

• Glomerulonefritis immunològica: Penicil·lina crea precipitats antigen-anticòs, mercuri, detergents fan reaccions autoimmunes.
• Nefrotoxicitat aguda: Hg s'uneix a proteïnes, glutatió, cisteïna i al túbul renal, no al glomèrul.
• Nefrotoxicitat crònica: Cd s'acumula.
• Necrosi: Aminoglicòsids inhibeixen la filtració glomerular, llavors hi ha reabsorció, pugen els lisosomes que es lisen i fan necrosi, cefalosporines inhibeixen la reabsorció en el túbul, AINE's en crònics inhibeixen la COX, per tant la síntesi de prostaglandines creant vasoconstricció.
• Obstrucció dels túbuls: Etilenglicol es fan pedres per la precipitació d'oxalat, es tracta amb etanol.
• Isquèmia: Ciclosporina A crea vasoconstricció perifèrica del ronyó.

Sang

Factors de susceptibilitat:

• És el sistema de distribució del tòxic.
• Té cèl·lules i proteïnes especialitzades com eritròcits, limfòcits, plaquetes.
• Té elevat ritme de divisió cel·lular.
• La toxicitat hepàtica l'afecta perquè el fetge sintetitza les proteïnes plasmàtiques, factors de coagulació, etc.

Principals tòxics:

• Sobre òrgans hematopoètics:
  • Insuficiència medul·lar: Benzè (crònic fa pancitopènia, aplàsia medul·lar), radiacions ionitzants, antineoplàstics (neutropènia), clozapina (agranulocitosi), cloramfenicol (depressió medul·lar i anèmia aplàsica idiosincràtica).
  • Alteració de la maduració: Alcoholisme (anèmia perniciosa), leucèmia.
• Sobre cèl·lules perifèriques: Anèmia hemolítica.
• Alteracions de la hemoglobina:
  • Alteració de la síntesi del grup hemo: Intoxicació crònica per plom (inhibeix la ferroquelatasa).
  • Alteració funcional de la Hb: CO, nitrits, H2S.
• Alteracions de la homeostàsia: per l'amanitina (hepatotoxicitat, el fetge controla la coagulació), cumarines (inhibeixen la síntesi de factors de coagulació), salicilats (inhibeixen COX fent que no hi hagi agregació plaquetària), quinidina (trombocitopènia autoimmune).

Tractament de les Intoxicacions

Moltes intoxicacions no necessiten tractament, només mesures de control i observació. El tractament seria simptomàtic inespecífic o toxicològic específic. A vegades també fa falta suport vital.

Reanimació:

• Assegurar la permeabilitat de les vies respiratòries.
• Controlar la funció respiratòria (hipo o hiperventilació).
• Controlar l'estat hemodinàmic (hiper o hipotensió).
• Controlar la freqüència cardíaca (arrítmia o parada cardíaca).
• Controlar estats convulsius.
• Avaluar el nivell de consciència.
• Altres (com la temperatura corporal).

Disminució o bloqueig de l'absorció del tòxic: Segons la via d'entrada.

Contrarrestar l'acció tòxica (amb antídots).

Incrementar l'excreció del tòxic: Diüresi forçada, diüresi forçada àcida, diüresi forçada alcalina, diüresi forçada neutra, depuració extrarenal (hemodiàlisi, hemoperfusió).

Genotoxicitat i Carcinogènesi

Hi ha diferents tests, del 1-9 genotoxicitat i del 10-12 carcinogènesi.

1. Avaluació de nucleòtids modificats/Adductes d'ADN: detecta lesions (adductes) d'ADN i nucleòtids modificats per RIA.
2. Inducció de la resposta SOS: si hi ha lesió es forma β-galactosidasa al activar-se el sistema de reparació SOS.
3. Síntesi de DNA no programada (UDS).
4. Test d'AMES: obligatori per llei, fan créixer bacteris amb els tòxics en medis sense histidina, llavors si hi ha creixement el tòxic és mutagen.
5. Test de mutants HGPRT/TK/ATPases: si no bloquegen aquests enzims el tòxic és mutagen.
6. Ratolins transgènics: s'exposen al tòxic, si fan β-galactosidasa no hi ha mutació.
7. Anàlisi del cariotip: es mira si hi ha variació.
8. Assaig de micronúclis: un genotòxic augmenta el nombre.
9. Intercanvi de cromàtides germanes: un genotòxic ho augmenta en nombre i freqüència.
10. Transformació BALB/3T3: es fan cultius, si surten grumolls el tòxic és carcinogen.
11. Assajos a dos anys: es miren si hi ha malformacions.
12. Assajos a vuit setmanes: es miren si hi ha malformacions.

Antidepressius Tricíclics

Fan que hi hagi menys recaptació de noradrenalina i serotonina. Tenen una lenta absorció i elevada unió a proteïnes plasmàtiques, metabolisme, velocitat de distribució amb acumulació als teixits i un temps de semivida de >24h. Són tòxics perquè tenen una elevada liposolubilitat i donen metabòlits de fase 1 actius. Interacciona amb altres fàrmacs augmentant el temps de semivida, ja que inhibeix el Citocrom P450.

Com a efectes adversos té anticolinèrgics (sequedat de boca, estrenyiment, retenció urinària, visió borrosa, midriasi), adrenèrgics (taquicàrdia, hipotensió, antiarrítmic), bloqueig dels receptors d'histamina (efecte sedant).

Tractament de sobredosi: per reduir l'absorció fem buidat gàstric i augment d'excreció fecal (amb carbó actiu + catàrtics), hidratació parenteral amb perfusió de bicarbonat sòdic (baixem l'acidosi i els problemes cardíacs), controlem la temperatura, podem donar com a antídot fisostigmina, per evitar convulsions donarem diazepam o clonazepam.

Digoxina

Augmenta la força de contracció del cor inhibint la bomba de Na-K del miocardi, creant un ionotropisme + i cronotropisme - (estimulació parasimpàtica i inhibició simpàtica). Té absorció per via oral (disminuïda per antiàcids i anticolinèrgics), bona biodisponibilitat, té excreció biliar i recirculació enterohepàtica (en intoxicacions). Interacciona amb altres fàrmacs amb diferents efectes: disminució de l'absorció, augment de la biodisponibilitat, disminució de l'aclariment).

Intoxicació crònica: per interacció amb altres fàrmacs, deshidratació, abús de diürètics, hipopotassèmia (símptomes: lipotimia, bradicàrdia, taquicàrdia, anorèxia, vòmits, diarrees, trastorns de visió).

Intoxicació aguda: símptomes digestius (nàusees, vòmits), neurosensorials (obnubilació, agitació), cardíacs (bradicàrdia, arrítmies, parada, fibril·lacions).

Tractament de sobredosi: aspirat o rentat gàstric, mantenir els nivells de potassi sèric, monitorització per ECG, atropina per la bradicàrdia, fenitoïna o lidocaïna per les arrítmies ventriculars. Antídot: Fab antidigoxina.

Salicilats

Inhibeixen la COX. En sobredosi causen saturació dels enzims hepàtics. En intoxicació tenen una cinètica d'ordre 0.

Toxicitat aguda: Alteracions neurològiques (tinitus, vertígens, vòmits, alcalosi respiratòria), alteracions de la hemostàsia (fragilitat capil·lar, baixa l'agregació plaquetària i puja el temps de protrombina), alteracions metabòliques (hipertèrmia, alteracions digestives, acidosi metabòlica per l'acumulació d'àcids orgànics, deshidratació).

Toxicitat crònica: semblant a l'aguda amb edema pulmonar i cerebral, deshidratació, efectes sobre SNC (pèrdua d'audició, hiperactivitat, al·lucinacions), acidosi metabòlica. Mesures a aplicar depenen del temps postingesta, la dosi, de la salicilèmia (pot donar coma, convulsions, edema pulmonar, acidosi refractària, insuficiència renal) i de la clínica.

Mecanismes d'Actuació de les Drogues

Via de recompensa: La dopamina va al nucli accumbens i l'activa, llavors allibera més dopamina que va al còrtex frontal i donarà sensació de plaer. També es pot estimular quan la droga estimula el nucli ceruleus que allibera noradrenalina que va a l'àrea ventral tegmental i segueix amb el camí d'abans.

Via de càstig: actuen les dinorfines als receptors del nucli accumbens, bloquejant l'alliberació de dopamina i baixant el plaer.

Efectes de l'Alcoholisme Crònic

1. L'etanol produeix alteracions en la membrana cel·lular.
2. Acetaldehid: és un electròfil i s'uneix covalentment a proteïnes i àcids nucleics. Llavors s'inhibeixen diversos sistemes enzimàtics: sistemes de reparació del DNA, transport electrònic, sistemes de metilació-desmetilació del DNA embrionari alterant el desenvolupament embrionari (síndrome alcohòlic fetal), els adductes d'acetaldehid indueixen la síntesi de col·lagen i resposta immune provocant lesions inflamatòries i fibroses, s'inhibeix la proteïna dels microtúbuls inhibint-se la secreció i acumulant-se lípids i proteïnes en les cèl·lules.
3. Hi haurà radicals lliures que provocaran un consum de glutatió i el consegüent estrès oxidatiu.
4. Augmenta NADH/NAD+ fent un desequilibri redox i alteracions metabòliques.
5. Inhibició de la gluconeogènesi fent hipoglucèmia i hiperlactacidèmia.
6. Inhibeix el cicle de Krebs: menor oxidació d'àcids grassos fent hiperlipidèmia, esteatosi.
7. Si hi ha desnutrició els cossos cetònics augmenten.
8. Cossos cetònics + àcid làctic fan cetoacidèmia, lactoacidèmia, fet que inhibeix l'excreció urinària d'úric fent uricèmia.
9. Mecanismes de desnutrició.