8 Tossicologia - Riassunto Farmacologia PDF

Preview

Summary

TOSSICOLOGIA (studio dei veleni) Parte della scienza che si interessa delle interazioni tra sostanze e sistemi biologici con il fine di conoscere gli effetti di danno che agenti chimici o fisici o biologici possono provocare e di comprenderne il meccanismo d’azione e l’eventuale reversibilità. La to...

Description

TOSSICOLOGIA (studio dei veleni) Parte della scienza che si interessa delle interazioni tra sostanze e sistemi biologici con il fine di conoscere gli effetti di danno che agenti chimici o fisici o biologici possono provocare e di comprenderne il meccanismo d’azione e l’eventuale reversibilità. La tossicologia quindi è rivolta alla valutazione qualitativa e quantitativa delle probabilità, frequenza e complessità delle reazioni avverse. È caratterizzata da una comune matrice formativa, culturale e metodologica, che si innesta su una estesa multidisciplinarietà; a queste contribuiscono le competenze farmacologiche, chimico-analitiche, cliniche, sperimentali e giuridiche. L’approccio allo studio degli effetti tossici ed al comportamento di una sostanza a livello delle funzioni dell’organismo richiede conoscenze approfondite di fisiologia, biochimica, patologia, farmacologia, chimica analitica. L’integrazione di queste discipline ha sviluppato nuovi settori di specializzazione: Tossicologia clinica Si occupa della diagnosi e del trattamento di avvelenamenti, studiano i meccanismi di intossicazione, metodi di analisi, terapie antidotiche, e metodi di disintossicazione. Un ruolo sociale è il trattamento delle tossicodipendenze e sostanze d’abuso. Tossicologia industriale Studia gli agenti chimici presenti nell’ambiente di lavoro e i derivati dalle condizioni di processo con l’obiettivo di identificare gli agenti di interesse, definirne le condizioni di sicurezza d’uso e prevenirne l’assorbimento. Sulla base di tali informazioni vengono aggiornati i valori limiti di soglia (threshold limit value=TLV) da non superarsi mai o da non superare in una esposizione di 15 mnt o in una settimana di lavoro di 40h. Tossicologia degli alimenti Si occupa dei possibili danni alla salute dell’uomo derivanti dall’esposizione a residui di inquinanti di sintesi o naturali, residui tossici ambientali, residui di processi di lavorazione e trasformazione delle materie prime in alimenti e delle tecniche di conservazione. Questo settore delimita i valori ADI (assunzione giornaliera di una sostanza senza che possano derivare rischi apprezzabili) Tossicologia ambientale ed ecotossicologia Si occupano di eventi ambientali conseguenti all’inquinamento sia di derivazione umana (industrializzazione) sia naturale. La prima studia i possibili danni sull’uomo, la seconda i possibili danni su un ecosistema, popolazioni o comunità ben definiti ASPETTI QUALITATIVI E QUANTITATIVI La capacità di una sostanza di provocare un danno deve essere intesa in senso qualitativo mentre il danno che ne deriva dall’esposizione è un aspetto quantitativo in quanto dose dipendente. La sostanza costituisce il potenziale pericolo, ma il rischio è la probabilità che il danno si verifichi. Tossicocinetica e Tossicodinamica Una intossicazione si manifesta con segni e sintomi che vanno da effetti locali a sindromi sistemiche anche se di solito ogni sostanza una specificità per uno o più organi o tessuti bersaglio. Un ruolo molto importante è dato dai sistemi enzimatici che possono svolgere un’attività protossica liberando un metabolita attivo. I tossici e i loro metaboliti vengono allontanati attraverso le vie di eliminazione descritte per i farmaci. La Tossicodinamica riguarda gli eventi connessi all’interazione tra la sostanza e le molecole, organi, tessuti bersaglio. Gli effetti dell’azione tossica possono essere acuti o avere una fase di latenza, possono essere reversibili e in questo caso proporzionale alla capacità di un tessuto di riparare la lesione indotta. Intensità e variabilità degli effetti tossici La tossicità è correlata alla dose. Il parametro comune utilizzato per definire la tossicità acuta è DL50 ossia la dose in grado di manifestare nel 50% dei soggetti esposti un effetto letale. Pertanto a ciascuna dose esiste una frequenza specifica con la quale un effetto avviene in un gruppo di organismi: questa viene definita risposta. In base alla tossicità parametri generali relativi alla dose possono essere:

estremamente tossica: u/kg molto tossica mg/kg moderatamente tossica centinaia di mg/kg poco tossica g/kg non tossica maggiore di 5g/kg lo studio tossicologico richiede anche indagine di tossicità subacuta e cronica, la prima condotta con alte dosi, scatena in genere sintomi differenti dalla seconda nella valutazione della tossicità deve sempre essere preso in considerazione alla variabilità della risposta che dipende da caratteristiche individuali (differenze anatomiche, risposta ormonale, immunitaria ecc.) oltre che la temporanea esposizione a più sostanze (tossico interazioni) che possono potenziare, annullare o addizionare più effetti MODELLI DI STUDIO DEGLI EFFETTI TOSSICI Sulla base di motivazioni etiche, scientifiche ed economiche l’intenso dibattito internazionale ha portato a ridurre i test in vivo e a favore di quelli in vitro che però offrono osservazioni semplificate e preliminari che non permettono di comprendere i fenomeni tossici complessi per cui i modelli in vitro sono utilizzati perlopiù come test di screening iniziali senza offrire informazioni riguardo al rischio o garanzia della sicurezza di un prodotto. MECCANISMI DI TOSSICITA’ In tossicologia non si parla di dose esterna ma di dose interna come quella quantità di dose in grado di interagire col bersaglio. Quindi non bisogna capire solo quale e quanto ma anche come e perché un effetto tossico si manifesta. I meccanismi mediante i quali le sostanze esplicano il loro effetto tossico sono l’interazione con due o tre vie metaboliche cruciali. La tossicità è in funzione della concentrazione del composto attivo e dei sui metaboliti al bersaglio nonché l’affinità tra recettore e composto tossico. Per recettore in questo casi si intende il bersaglio. Per avere tossicità bisogna che la sostanza raggiunga il bersaglio, determinando una gamma di risposte. I meccanismi di tossicità possono essere studiati a differenti livelli: come uno xenobiotico entra nell’organismo, come viene metabolizzato e come viene eliminato come interagisce col bersaglio come altera i sistemi di difesa come modula l’espressione genica In tossicologia raramente esistono bersagli specifici, la maggior parte delle azioni è diretta alla denaturazione proteica, le sostanze tossiche interagiscono con modalità differenti ad esempio tramite legame covalente fra elettrofili e nucleofili (DNA) o tramite alterazioni dello stato elettronico, queste reazioni possono portare alla distruzione o alterazione funzionale del bersaglio. In ambedue i casi il processo può andare in contro a morte cellulare per necrosi o apoptosi. I segni iniziali includono lo stress ossidativo, formazione di metaboliti reattivi, modificazioni covalenti di proteine disequilibrio ionico e degradazione del DNA Per necrosi si intende il punto finale di un danno accidentale, non richiede energia, è un processo passivo, e riguarda la membrana cellulare il cui danno rompe l’omeostasi ionica intracellulare Per apoptosi invece si intende una morte programmata, ATP dipendente, in cui i protagonisti sono i recettori di morte della membrana, le caspasi, i mitocondri e il rilascio di citocromo C Stress ossidativo. Meccanismo chiave che contribuisce alla tossicità di molti xenobiotici. Una delle definizioni più comuni è lo sbilanciamento fra la normale produzione di radicali e la presenza di antiossidanti endogeni. I ROS sono generati intracellularmente da xenobiotici che innescano cicli redox, disaccoppiamento delle monossigenasi, o da composti che deviano gli elettroni dalla catena di trasporto. Lo stesso NO è un radicale dell’azoto che può reagire con l’anione superossido e dare perossinitrito, un intermedio tossico. La cellula stessa produce ROS e perossisomi ma genera anche catalasi in grado di ridurre il

perossido a prodotti innocui, la produzione di perossido però può superare la sua eliminazione. Il DNA è il bersaglio frequente dei ROS, l’ossidazione può portare a errato appaiamento delle basi con mutazioni puntiformi. Tuttavia il sito preferito dei ROS è la membrana cellulare composta da lipidi. Il seguito allo stress ossidativo i principali antiossidanti sono la catalasi, la superossido dismutasi, le glutanione perossidasi e il glutanione in grado di interrompere la cascata lipoperossidativa, oltre alle heat shock protein (HSP) Distruzione dell’equilibrio ionico e della produzione di energia È errato attribuire all’alterazione di un'unica via biochimica un esito letale per la cellula, ad esempio lo stress ossidativo può alterare l’omeostasi del calcio, la cui concentrazione è finemente regolata perché è un secondo messaggero e attivatore di diverse vie biochimiche. La sua variazione quindi viene avvertita come segnale. Gli xenobiotici posso alterare tale concentrazione di calcio ad esempio tramite compartimentalizzazione nel reticolo endoplasmatico e la sua espulsione dalla cellula, ciò comporta una perdita della risposta e l’attivazione di vie enzimatiche volte all’apoptosi. Aumenti sostenuti di calcio citoplasmatico comportano la sua compartimentalizzazione nei mitocondri causando alterazione del potenziale, apertura del poro transitorio di permeabilità e quindi ridotta sintesi di ATP Altri ioni concorrono all’omeostasi cellulare: NA, K, FE (2+3+), Cl, Mg, H Alcune tossine ad esempio bloccano il canale per il NA nella sua formazione chiusa o aperta, nel primo l’impulso non arriva e quindi si ha paralisi, nel secondo si avrà debolezza muscolare e convulsioni. Anche alcune tossine come la clorotossina generano convulsioni bloccando i canali del Cl Per quanto riguarda i mitocondri siti di interferenza possono essere tutte le vie di trasmissione dell’energia (Krebs, produzione di NADH, disponibilità di O2, trasporto e funzionamento dell’ATPasi che porta all’aumento del Na intracellulare con successivo ingrasso di H2O per riequilibrare la pressione con conseguente rigonfiamento e morte cellulare. Uno dei bersagli mitocondriali più importanti quindi è la membrana interna che se danneggiata porterà al collasso del potenziale con rapido influsso di H+, 3 sono i fattori importanti da considerare -La membrana interna mitocondriale è esente da colesterolo ma ricca di cardiolipina e gli xenobiotici hanno elevata affinità per quest’ultima. -il potenziale di membrana altamente negativo a causa del quale un numero di xenobiotici cationici può accumularsi all’interno del mitocondrio -la presenza di pori che normalmente sono chiusi, la loro apertura innescata da agenti tossici porta al collasso del gradiente e fattori che generano apoptosi, con conseguente trasporto di ossigeno, e organi che utilizzano solo la via aerobia ne sono fortemente influenzati (SNC, cuore) ANTODOTISMO E TERAPIA FARMACOLOGICA La diffusione dell’ambiente di xenobiotici pericolosi e l’aumentata incidenza di intossicazioni acute hanno contribuito allo sviluppo di misure di basic life support e terapia farmacologica basata sull’impiego di composti atti a prevenire o limitare il grado di assorbimento dei veleni, la loro azione lesiva a carico del bersaglio e le alterazioni funzionali da essi indotte (antidotismo) Antidoto: sostanza utilizzata in terapia per contrastare l’azione tossica di uno xenobiotico. Terapia farmacologica specifica Di particolare importanza clinica sono gli antagonisti per recettori specifici e quei farmaci che rappresentano un mezzo terapeutico in condizioni di tossicità Naloxone: antagonista recettoriale degli oppioidi indicato nelle intossicazioni acute da morfina e derivati, effetti di breve durata Flumazenil: antagonista recettoriale delle benzodiazepine, indicato nell’overdose Atropina: antagonista recettoriale dell’acetilcolina a livello delle sinapsi parasimpatiche periferiche e delle sinapsi colinergiche centrali, blocca le manifestazioni di ipertono parasimpatico caratteristico dell’intossicazione di organo fosforici, b-bloccanti

Glucagone: intossicazione da b-bloccanti e calcio antagonisti Fisostigmina: inibitore reversibile dell’aceti colinesterasi, impiegata nelle intossicazioni da sostanze anticolinergiche: atropina, scopolamina Pralidossina, Idrossicobalamina, Sodio tiofolato, NAC, Etanolo, Acido folico, Fomepizolo , Vit B6, Agenti chelanti , Dantrolene, Solfato di protamina , Octreotide, Levocarnitina Bicarbonato di sodio, Ossigeno, Anticorpi Antidoti per la decontaminazione gastroenterica Carbone vegetale attivo, Catartici osmotici, Dimeticone, Olio di vaselina, Blu di Prussia, Ipecacuana, Tiosolfato di sodio Metodi per accelerare l’eliminazione renale L’eliminazione di un composto può essere facilitata mediante diuresi forzata ottenuta con carico idrico o diuretici (furosemide) o mannitolo, trova indicazione per intossicazione da composti liposolubili’, con basso volume di distribuzione ed eliminati prevalentemente con le urine. Diuresi forzata alcalina: si addiziona bicarbonato per aumentare l’eliminazione di sostanze acide (metanfetamine) mantenendo un ph urinario di 8 Diuresi forzata acida: si addiziona cloruro di ammonio per aumentare l’eliminazione di sostanze basiche mantenendo un ph urinario di 5 CARATTERIZZAZIONE DEL RISCHIO TOSSICOLOGICO La caratterizzazione del rischio viene valutata attraverso le analisi di tre momenti: 1 identificazione del pericolo: valutazione della pericolosità intrinseca della sostanza in esame 2 caratterizzazione del pericolo: valutazione della rilevanza degli effetti tossici nei confronti della specie umana 3 valutazione dell’esposizione umana 1 identificazione del pericolo sostanze non ad uso farmaceutico necessita della conoscenza a priori del materiale di studio e della fattibilità di una serie di sperimentazioni tossicologiche che prevedono lo studio delle proprietà tossicocinetiche e tossicodinamiche della sostanza, le prove proseguono con lo studio della tossicità acuta della molecola (DL50 per via orale, cutanea ed inalatoria) ed il potenziale irritante. Gli effetti genotossici sono studiati con il fine di chiarire il potenziale rischio di interagire col materiale genetico. Vengono compiute poi le prove di tossicità che prevedono la somministrazione giornaliera della sostanza per settimane o mesi in differenti specie. Vengono condotti contemporaneamente esperimenti di tossicità sullo sviluppo (teratogenesi) Le prove più rilevanti sono quelle di tossicità a lungo termine o di cancerogenesi compiute somministrando giornalmente la sostanza in esame Caratterizzato il materiale si può procedere attraverso un’analisi anche quantitativa, cioè mediante l’utilizzo di banche dati si può definire con una certa approssimazione se la struttura molecolare della molecola in esame mostra similitudini con altre molecole già sperimentate e di cui si conoscono già gli effetti tossici. Reazione irreversibile e soglia In teoria anche poche molecole potrebbero causare una mutazione nelle cellule che se non riparatasi può manifestare come tumore, perciò teoricamente non esiste una dose priva di effetto cancerogeno. In anni più recenti è stato possibile distinguere diverse tipologie di cancerogeni ed identificare una categoria di cancerogeni non genotossiche di per sé non sono in grado di causare mutazioni ma sono in grado di agire su cellule già attivate. Mentre per i cancerogeni genotossici il bersaglio principale è il DNA quelli non genotossici mirano a siti extragenici causando aumentata proliferazione cellulare iper o ipofunzione nei siti bersaglio. Sostanze a uso farmaceutico umano Una nuova molecola a uso farmaceutico è sottoposta ad una serie di prove sperimentali per caratterizzarne il profilo farmacologico. Prima di iniziare le prove cliniche sull’uomo, è necessario

valutare attentamente i potenziali rischi presentati dalla molecola che ha superato le prove preliminari; si valuta pertanto la tossicità, la sicurezza del farmaco attraverso studi tossicologici nell’animale da esperimento. Le prove sperimentali considerano: tossicità acuta, subacuta, subcronica. Tali prove se promettenti verranno utilizzate per la sperimentazione in cronico, di tossicità dello sviluppo e d geno tossicità. Le prove precliniche pero presentano dei limiti tra cui la disponibilità di un gran numero di animali inoltre prove ottenute sull’animale non sempre si verificano nell’uomo in quanto gli effetti tossici sono specie/specifici 2 Caratterizzazione del pericolo Sostanze non a uso farmaceutico umano La caratterizzazione del pericolo per queste sostanze è data dalla dose giornaliera ammissibile (ADI) ed è uguale al rapporto tra la dose senza alcuna reazione avversa (NOAEL= la più alta dose che non presenta reazioni avverse) e un fattore di sicurezza (SF) 1000:10 Sostanze a uso farmaceutico umano Tale caratterizzazione viene compiuta caratterizzano la dose terapeutica del farmaco attraverso un processo che prevede la raccolta dei dati clinici che avviene in 4 fasi Fase 1: studio su un piccolo gruppo di volontari sani (25-50) al fine di ottenere informazioni farmacocinetiche Fase 2: atta a determinare l’efficacia del farmaco, condotta su pazienti con la patologia a cui è indirizzato il farmaco (10-200) Fase 3: in doppio cieco per stabilirne l’ulteriore grado di sicurezza Fase 4: controllo delle eventuali reazioni avverse in un gran numero di pazienti 3 Valutazione dell’esposizione La fase finale di tutto il processo è rappresentata dalle conoscenze accumulate durante il processo della caratterizzazione del pericolo con le risultanze relative ai dati dell’esposizione umana RAPPORTO RISCHIO BENEFICIO Una volta stabilita la natura del rischio, definita la sua pertinenza all’uomo e valutato il rapporto dose-risposta è possibile determinare il rischio per l’uomo ai probabili livelli di esposizione oppure il livello di esposizione che potrebbe essere ritenuto accettabile. Per arrivare a queste stime è necessario tenere nel dovuto conto la natura del rischio oltre alla frequenza e alla durata dell’esposizione. Per dati di tossicità generale e cancerogeni non genotossici si applica il fattore di sicurezza ADI Quando la soglia esiste è necessario separare l’analisi del rapporto rischio-beneficio di sostanze come additivi alimentari da quella dei farmaci ad uso umano; infatti mentre è opinione comune che le sostanze addizionate siano da ritenere più di un rischio che un beneficio, i farmaci in quanto molecole utili vengono considerati benefici a dispetto del fatto che molto spesso la curva dose risposta ha un’altra pendenza quindi hanno un ristretto indice terapeutico. Rischio= probabilità che una reazione avversa si manifesti e andrebbe confrontata col beneficio , parametri entrambi di tipo probabilistico Si possono pero confrontare i benefici con i danni tanto è che con l’aggiunta di alcuni additivi si è disposti a esporre il consumatore ad un eventuale danno Per altro per gli additivi è difficile valutare il rapporto beneficio danno in quanto la quantità di questi ultimi è in ragione di microgrammi, nanogrammi, picogrammi. TERATOGENESI NEUROFUNZIONAL E COMPORTAMENTALE Evidenze cliniche e sperimentali indicano che l’esposizione in utero a vari xenobiotici è in grado di produrre alterazioni neuro funzionali nella progenie. In particolare sullo sviluppo e maturazione delle cellule gliali, citoarchitettura cerebrale, suoi neuroni e sulla mielinizzazzione, sinaptogenesi e neurotrasmissione in particolare quest’ultima in grado di stimolare la proliferazione migrazione e differenziazione cellulare

FARMACI PSICOTROPI: Sono stati evidenziati deficit talora irreversibili di funzioni cognitive, di parametri comportamentali, emozionali e motivazionali. Da diversi anni si è tentato di mettere a punto modelli animali di riferimento finalizzati ad una serie di obiettivi -primo obiettivo: valutare i principali deficit ontogenetici prodotti dagli psicotropi, in particolare quelli comportamentali. -secondo: mettere a punto degli indicatori utili al successivo studio di eventuali patologie umane a carattere teratologico-comportamentale che di possibili casi borderline -identificare parametri utili all’identificazione epidemiologica (monitoraggio) e la successiva sperimentazione farmacologica Tra gli psicotropi abbiamo: antipsicotropi: non sembrano essere teratogeni ma inducono alterazioni neurochimiche e comportamentali in particolare sui recettori D1-2, sull’ontogenesi della reattività emozionale e del comportamento sessuale ansiolitici: in particolare benzodiazepine, alterazioni comportamentali, emozio...