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Capítulo 3.1
Fundamentos de Toxicologia
PAOLIELLO, M.B
Sumário
3.1.1 Introdução – a Toxicologia em busca de sua cientificidade ............................... 2
3.1.2 Conceito de Toxicologia ..................................................................................... 4
3.1.3 Áreas de atuação da Toxicologia ........................................................................ 6
3.1.4 Descrição e terminologia do efeito tóxico .......................................................... 6
3.1.5 Características da exposição ............................................................................... 8
3.1.6 A intoxicação e suas classes ............................................................................. 10
3.1.7 Fases da intoxicação ......................................................................................... 11
3.1.8 Relação entre toxicocinética e toxicodinâmica ................................................ 12
3.1.9 Toxicocinética .................................................................................................. 13
3.1.9.1 Absorção ....................................................................................................... 14
3.1.9.2 Vias de introdução ........................................................................................ 19
3.1.9.3 Distribuição .................................................................................................. 22
3.1.9.4 Biotransformação.......................................................................................... 24
3.1.9.5 Eliminação .................................................................................................... 27
3.1.10 Toxicodinâmica ................................................................................................ 28
3.1.11 Referências bibliográficas ................................................................................ 34
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3.1.1 Introdução – a Toxicologia em busca de sua cientificidade
(PAOLIELLO; DE CAPITANI, 2000)
Fase pré-paradigmática
Ainda que a Toxicologia seja considerada uma ciência instituída recentemente, quando
comparada com outras ciências biológicas, sua construção começou antes do princípio da
história registrada. Em sua constante busca por alimentos, o homem observou que certos
vegetais tinham efeitos nocivos para o organismo. Considerando que o arco e a flecha estão
entre as revoluções tecnológicas mais importantes nessas populações primitivas, foi
constatado o uso de extratos de plantas como toxinas para a caça e a pesca. O fato de a relação
causa efeito ser imediata, tornou mais fácil a aquisição do conhecimento.
Entretanto, o foco de atenção da Toxicologia primitiva, e o “saber” toxicológico,
rapidamente se desviou para a destruição da vida humana. Conforme a civilização progredia,
a arte de envenenamento proposital também avançava. No início, observou-se o
desenvolvimento de habilidades de muitos povos na preparação de misturas especiais de
venenos para flecha, cujas fórmulas eram bem guardadas e passadas para os sucessores de
cada tribo. Gradualmente, muitas toxinas animais, vegetais e minerais foram catalogadas por
médicos gregos (a partir de 400 a.C.). Ainda que superficialmente, o uso de eméticos foi
reconhecido nos envenenamentos. Poemas com referências a venenos e antídotos foram
escritos. Com o desenvolvimento do conhecimento e da utilização dos venenos, as execuções
políticas ocorriam com freqüência na Grécia Antiga. Suicídios onde o conhecimento
toxicológico era evidente, também ocorriam. A Roma Antiga também foi palco destes
acontecimentos.
Em Roma, na Idade Média, a arte de envenenar progrediu de tal forma que alcançou o
estatuto de uma profissão. Era grande o número de pessoas que, mediante o pagamento de
uma quantia, poderia encomendar o envenenamento de outra. O envenenamento como arte e
profissão também chegou à França.
O que se observou através da história da Toxicologia até então, era de caráter
fenomenológico. Todo o conhecimento era obtido a partir de dados experimentais e o “saber”
era puramente empírico. Não havia uma sistematização do conhecimento, nem uma
compreensão teórica sobre o tema, e faltava uma “lei geral” sobre o assunto. Portanto, essa foi
uma etapa da história da Toxicologia pré-paradigmática, constituída por saberes. De acordo
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com Foucault, o saber pode ser definido como um conjunto de elementos formados por uma
prática discursiva, que pode ou não adquirir um status científico.
Provavelmente, foi através de Paracelsus que surgiu o primeiro esboço da construção
de um campo específico de conhecimento, que posteriormente se denominaria Toxicologia.
Paracelsus foi um médico suíço que viveu entre 1493 e 1541 e propôs um dos princípios
básicos da Toxicologia, quando observou que a toxicidade de qualquer substância estava
relacionada com a dose. Estabeleceu também alguns princípios básicos da experimentação,
além de definir a necessidade de isolar o princípio ativo em todo caso de intoxicação.
Também distinguiu os efeitos agudos e crônicos da exposição a metais. O que Paracelsus
estabeleceu foram algumas referências teóricas da Toxicologia como disciplina científica,
onde houve posteriormente uma convergência universal. Deste modo, constituiu um novo
universo conceitual, rompendo com o senso comum, deixando de lado as “poções mágicas”
populares da época. Tratava-se de uma ruptura dentro do conhecimento empírico. Entretanto,
tudo isso ainda constituía um paradigma rudimentar porque, apesar de haver um objeto e uma
lei geral que regia o seu comportamento, faltavam teorias de domínios conexos, como, por
exemplo, a química, que pudessem estabelecer uma relação com esse paradigma. Khun
introduziu o conceito de paradigma associando-o ao surgimento de uma disciplina científica.
Também relacionou o conceito de paradigma com a formação de uma comunidade científica,
na medida em que o paradigma está associado à responsabilidade do aparecimento dessa
comunidade. Tudo isso ainda não havia ocorrido no momento histórico de Paracelsus, que
atuava isoladamente e tinha contra si grande parte da “comunidade científica” da época.
O paradigma se faz realidade
Foi a partir do início do século XIX que se instituiu a fase paradigmática propriamente
dita da Toxicologia, através dos princípios estabelecidos por Orfila (1787-1853), um médico
espanhol que ensinava na Universidade de Paris. Nesse período da civilização, os aspectos
legais da Toxicologia eram fundamentais para poderem elucidar os casos de envenenamento
que ocorriam. Os princípios de Orfila continham toda a sistemática para a identificação de
agentes químicos em materiais de autópsia, através de provas de identificação, como prova
legal de envenenamento. Para isso, foram assimilados conhecimentos e técnicas dos campos
da química e da biologia. Esses princípios continham todas as partes que constituíam um
paradigma: um objeto definido, princípios teóricos para especificar as leis gerais que regem o
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comportamento do objeto, a relação com as teorias de campos conexos (especialmente com a
química analítica, a bioquímica e a fisiologia) e exemplos concretos da aplicação da teoria.
Outro indicador do período paradigmático é quando uma disciplina está estabelecida
institucionalmente. Em 7 de janeiro de 1834, na Escola de Farmácia de Paris, foi fundada a
primeira cátedra de Toxicologia, sendo o primeiro ensino superior desta ciência no mundo.
Quando o modelo de Orfila foi aceito e a disciplina instituída, a comunidade científica
já existia. Se considerarmos que a aquisição de um paradigma é sinal de maturidade no
desenvolvimento de qualquer campo científico, e que também é científico o que alcança o
consenso de uma comunidade científica, podemos afirmar que foi nesse momento histórico
que a Toxicologia adquiriu sua cientificidade.
A ciência não se limita a crescer, mas a transformar-se. E não se pode separar o
desenvolvimento da tecnologia do desenvolvimento científico. Foi justamente a produção de
novos meios de observação e experimentação que transformou incessantemente as condições
do conhecimento na Toxicologia. Nasceu do aspecto forense devido a uma demanda social;
entretanto, logo foram aparecendo novos métodos de abordagem. Além do analítico, clínico e
experimental, novas áreas de aplicação se desenvolveram: ambiental, ocupacional, social, de
alimentos e de medicamentos. Surgiram novos paradigmas envolvendo os primeiros. Se,
durante sua trajetória, a Toxicologia percorreu várias etapas (empírica, política, criminal,
forense), que estavam de acordo com as necessidades da época, a partir do século XX a
Toxicologia adotou um enfoque eminentemente social.
Atualmente, o modelo da Toxicologia engloba uma multiplicidade de enfoques para
uma sociedade dinâmica e concreta em sua realidade. Podemos concluir que a Toxicologia
constitui um campo científico em processo de reconstrução.
3.1.2 Conceito de Toxicologia
- A Toxicologia pode ser definida como o estudo da interação entre agentes
químicos e sistemas biológicos, com o objetivo de determinar quantitativamente
o potencial dos agentes químicos em produzir danos, que resultem em efeitos
adversos em organismos vivos, e para investigar a natureza, a incidência, os
mecanismos de produção, os fatores que influenciam no desenvolvimento e
reversibilidade desses efeitos adversos (BALLANTYNE et al., 1999).
Inerente a essa definição estão alguns pontos-chave a serem considerados:
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- Os agentes químicos ou seus produtos de biotransformação requerem um contato
íntimo com os tecidos ou órgãos para os quais são potencial causa de dano,
podendo alterar suas estruturas ou funções;
- Quando possível, a toxicidade observada deve estar quantitativamente
relacionada com o grau de exposição ao agente tóxico. Portanto, a relação dose-
resposta é fundamental na confirmação de uma possível relação causal entre um
agente químico e um efeito tóxico, permitindo a avaliação do perigo e do risco.
- As investigações toxicológicas devem permitir idealmente que as seguintes
características de toxicidade sejam avaliadas:
- o dano produzido (se estrutural, funcional ou bioquímico);
- a relação dose-resposta;
- os mecanismos de toxicidade, ou seja, as interações químicas e biológicas e
aberrações resultantes que são responsáveis pela manutenção da resposta
tóxica;
- os fatores que podem influenciar a resposta tóxica, ou seja, vias de exposição,
espécie, sexo, formulação da substância química teste e condições ambientais;
- o desenvolvimento de abordagens para o reconhecimento de respostas tóxicas
específicas;
- a reversibilidade dos efeitos, tanto espontânea como após tratamento.
O objeto de estudo da Toxicologia é o agente tóxico ou toxicante, que pode ser
definido como agente químico ou físico capaz de causar dano a um sistema biológico,
alterando seriamente uma função ou levando-o à morte, sob certas condições de exposição.
Xenobiótico é o termo utilizado para designar qualquer substância química estranha presente
num sistema biológico (MÍDIO,1992).
A palavra toxicidade é usada para descrever a medida relativa do risco de
aparecimento de um efeito tóxico num sistema biológico, produzido por uma substância sob
certas condições controladas de exposição (MÍDIO, 1992). Depende, portanto, das condições
de exposição como dose administrada ou absorvida, tempo e freqüência de exposição (doses
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única ou repetida), via de administração (respiratória, oral, dérmica, parenteral) e natureza do
organismo afetado.
3.1.3 Áreas de atuação da Toxicologia
São várias áreas de atuação no âmbito da Toxicologia, de acordo com a natureza do
agente ou a maneira como atinge e interage com o sistema biológico:
Toxicologia ambiental - estuda os efeitos nocivos à saúde humana decorrentes da
interação de contaminantes do ambiente com o organismo humano;
Toxicologia ocupacional - estuda os efeitos nocivos produzidos pela interação dos
agentes químicos e contaminantes do ambiente de trabalho com o indivíduo exposto;
Toxicologia de alimentos - estuda as condições em que os alimentos podem ser
ingeridos, sem causar danos ao organismo;
Toxicologia de medicamentos e cosméticos - estuda os efeitos nocivos produzidos pela
interação de medicamentos ou cosméticos com o organismo, decorrentes de uso
inadequado ou de susceptibilidade individual;
Toxicologia social - estuda os efeitos nocivos decorrentes do uso não médico de drogas
ou fármacos, causando prejuízo ao próprio indivíduo e à sociedade.
3.1.4 Descrição e terminologia do efeito tóxico
Uma representação esquemática das bases para a classificação geral dos efeitos tóxicos
é apresentada na Figura 3.1.1. Antes que a toxicidade seja desenvolvida, o agente tóxico deve
entrar em contato com a superfície corporal, como pele, olhos ou mucosa do trato respiratório
ou gastrintestinal. Em situações experimentais ou terapêuticas, outras vias de exposição são
subcutânea, endovenosa, intramuscular e intraperitoneal.
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FIGURA 3.1.1 – Base para a classificação geral dos efeitos tóxicos FONTE – Ballantyne et al., 1999
Após o contato inicial com a superfície corporal, o toxicante pode produzir uma
toxicidade local ou sistêmica. Um efeito local é observado quando o efeito tóxico ou injurioso
ocorre no ponto de contato inicial com o sistema biológico. Efeito sistêmico é obtido quando
a substância tóxica (ou seu produto de biotransformação) é absorvida no local de contato e
produz efeitos nocivos às células, tecidos ou órgãos distantes do local de exposição. Muitas
substâncias podem produzir ao mesmo tempo efeitos locais e sistêmicos.
Os agentes tóxicos podem ser classificados utilizando-se diferentes critérios,
dependendo da finalidade do estudo. Alguns autores os classificam de acordo com o órgão-
alvo (por exemplo sistema hematopoiético, fígado, rins), seus usos (por exemplo praguicida,
solvente, aditivo alimentar) ou seus efeitos (por exemplo hepatotóxico, mutagênico,
imunotóxico). Outros os classificam de acordo com seus mecanismos de ação (por exemplo,
metemoglobinizante, inibidor da colinesterase) ou potencial de toxicidade (extremamente
tóxico, moderadamente tóxico, pouco tóxico). Outros ainda, de acordo com a escala de
tempo ou duração (persistente, cumulativo, transitório, latente).
A Tabela 3.1.1 apresenta exemplos de classificação de toxicidade de acordo com a
escala de tempo (duração da exposição) e local de ação. A Tabela 3.1.2 apresenta alguns
exemplos de toxicidade classificada de acordo com a duração do efeito.
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TABELA 3.1.1 – Exemplos de toxicidade classificada de acordo com a duração da exposição
e local de ação
Exposição Local Efeito Substância
Aguda Local Corrosão de pele Metilamina
Injúria pulmonar Cloreto de hidrogênio
Sistêmico Hemólise Arsina
Misto Injúria pulmonar e metemoglobinemia Óxidos de nitrogênio
Subaguda Local Sensibilização dérmica Etilenodiamina
Ulceração do septo nasal Cromatos
Sistêmico Neurotoxicidade Acrilamida
Injúria hepática Arsênio
Misto Irritação respiratória e neurocomportamental Piridina
Crônica Local Bronquite Dióxido sulfúrico
Sistêmico Leucemia Benzeno
Misto Enfisema e injúria renal Cádmio
Pneumonite e neurotoxicidade Manganês FONTE – Ballantyne et al., 1999, modificado
TABELA 3.1.2 – Exemplos de classificação de toxicidade de acordo com o tempo de
desenvolvimento ou duração do efeito
Duração do efeito Efeito Substância
Persistente Injúria testicular Dibromocloropropano
Mesotelioma pleural Asbesto
Transitória Narcose Solventes orgânicos
Irritação sensorial Acetaldeído
Cumulativa Fibrose hepática Etanol
Latente Edema pulmonar Fosgênio
Neuropatia periférica Organofosforados
Fibrose pulmonar Paraquat FONTE – Ballantyne et al., 1999, modificado
3.1.5 Características da exposição
Os efeitos tóxicos ou adversos de um agente químico sobre um sistema biológico
serão produzidos até que aquele, ou seus produtos de biotransformação, alcancem os sítios-
alvo de ação, após decorrido um período de tempo suficiente para o aparecimento de
manifestações tóxicas. Portanto, a resposta tóxica dependente de vários fatores que irão
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influenciar a toxicidade de um composto, quais sejam propriedades físicas e químicas do
agente, susceptibilidade do sistema biológico do indivíduo e condições de exposição.
As principais propriedades físicas e químicas que podem influenciar na toxicidade
de um agente são: solubilidade, pressão de vapor, constante de ionização, reatividade química,
estabilidade, tamanho da partícula, coeficiente de partição, entre outras.
Quanto aos fatores biológicos, espécie, sexo, idade, peso, diferenças genéticas e
condições metabólicas (repouso, trabalho), podem influenciar na toxicidade do composto.
Importância deve ser dada aos fatores relacionados a toxicocinética do agente, como
absorção, distribuição, biotransformação, reatividade dos receptores e eliminação.
Os principais fatores relacionados às condições de exposição que influenciam a
toxicidade são as vias de introdução e duração e freqüência da exposição.
As principais vias de introdução dos agentes tóxicos no organismo são o trato
digestivo (ingestão), os pulmões (inalação) e a pele (dérmica). As vias parenterais
(intramuscular e intravenosa) e também as mucosas, constituem meios usuais de introdução
de medicamentos que, dependendo da dose e das condições fisiológicas ou patológicas do
indivíduo, podem produzir efeitos adversos acentuados, com lesões graves em diversos
órgãos. A intensidade do efeito tóxico e a rapidez da resposta dependem das vias de
administração que, por ordem decrescente, são: intravenosa, respiratória, intraperitoneal,
subcutânea, intramuscular, intradérmica, oral e dérmica.
A via de introdução pode influenciar a toxicidade dos agentes tóxicos. Por exemplo,
no caso de uma substância que normalmente sofra destoxificação no fígado, espera-se que
seja menos tóxica quando administrada por via oral (circulação portal), do que por inalação
(circulação sistêmica).
Quanto à duração da exposição, esta pode ser dividida em aguda (contato com o
agente por um período máximo de 24 h), subaguda (exposições repetidas durante um mês ou
menos), subcrônica (múltiplas exposições entre um e três meses) e crônica (exposições por
mais de três meses).
Em relação à freqüência da exposição, para várias substâncias, os efeitos tóxicos das
exposições agudas são diferentes daqueles produzidos por exposições repetidas. Por exemplo,
o efeito produzido pelo benzeno nas exposições agudas é a depressão do sistema nervoso
central, enquanto que as exposições a longo prazo podem resultar em leucemia. Nas
exposições agudas, as substâncias químicas são rapidamente absorvidas e os efeitos
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produzidos geralmente são imediatos. Entretanto, algumas vezes, nota-se a ocorrência de
efeitos retardados, similares ou não aos efeitos produzidos nas exposições a longo prazo.
Outro fator importante para a caracterização temporal da exposição é a freqüência da
administração. Uma simples exposição a um agente químico que produza efeitos tóxicos
drásticos pode determinar manifestações de menor intensidade, ou não produzir efeitos, se a
mesma dose total for fracionada.
Deve-se considerar, ainda, que fatores ambientais podem influenciar na toxicidade das
substâncias, como por exemplo temperatura, umidade, administração simultânea com outros
agentes tóxicos e tensão (estresse).
3.1.6 A intoxicação e suas classes
A intoxicação pode ser definida como um conjunto de sinais e sintomas que demonstra
o desequilíbrio orgânico causado pela ação de um toxicante. De acordo com os efeitos
produzidos em função do tempo e freqüência de exposição, as intoxicações podem ser
classificadas em agudas, subagudas e crônicas.
Intoxicação aguda (a curto prazo)
Consiste no aparecimento de um quadro clínico patológico, às vezes severo,
decorrente de exposição única ou múltiplas exposições, num período de tempo não superior a
24 horas. Em geral, os efeitos surgem de imediato, como por exemplo, nas intoxicações por
monóxido de carbono. Entretanto, algumas substâncias, como o paraquat, manifestam a
intoxicação no decorrer de aproximadamente duas semanas. A evolução pode levar o
intoxicado à morte, ou a uma recuperação total ou parcial com seqüelas ou lesões persistentes.
Intoxicação subaguda (a médio prazo)
Neste caso, são necessárias exposições freqüentes ou repetidas num período de vários
dias ou semanas, antes que os efeitos se manifestem. Geralmente, representa menor gravidade
que a intoxicação aguda, seguindo muitas vezes um curso subclínico, não se manifestando de
forma clara e aparente, embora determine transtornos em níveis biológicos distintos.
Intoxicação crônica (a longo prazo)
É conseqüente à absorção repetida de um agente tóxico. Os sinais clínicos se
manifestam pelo acúmulo da substância em determinados órgãos ou tecidos, ou seja, quando a
quantidade eliminada é inferior à absorvida. Ou ainda pela soma dos efeitos tóxicos, sem que
o agente se acumule no organismo, como, por exemplo, na exposição ao dissulfeto de
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carbono. Os efeitos adversos podem permanecer latentes (subclínicos) até que se manifestem
por alguma causa, seja por uma queda no estado fisiológico geral do indivíduo ou pela
mobilização do agente tóxico de seus sítios de armazenamento no organismo.
A Figura 3.1.2 apresenta a classificação e evolução da intoxicação em função do
tempo.
FIGURA 3.1.2 – Classificação e evolução da intoxicação em função do tempo FONTE – Repetto, 1997
3.1.7 Fases da intoxicação
Didaticamente, os processos envolvidos na intoxicação podem desdobrar-se em quatro
fases:
a) fase de exposição: fase de contato das superfícies externas ou internas do
organismo com o toxicante (depende da via de introdução, da freqüência e duração da
exposição, da dose ou concentração do xenobiótico, das propriedades físico-químicas do
agente e de fatores relacionados à suscetibilidade individual).
b) fase de toxicocinética: inclui os processos envolvidos desde a
disponibilidade química até a concentração do toxicante nos órgãos-alvo (absorção,
distribuição, armazenamento, biotransformação e eliminação das substâncias inalteradas
e/ou metabólitos).
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c) fase de toxicodinâmica: compreende os mecanismos de interação entre o
toxicante e os sítios de ação do organismo assim como o aparecimento dos efeitos
nocivos decorrentes da ação tóxica.
d) fase clínica: há evidências de sinais e sintomas ou alterações detectáveis por
provas diagnósticas que caracterizam os efeitos deletérios causados ao organismo.
A Figura 3.1.3 apresenta as fases da intoxicação.
FIGURA 3.1.3 – Fases da intoxicação FONTE – Moraes et al., 1991
3.1.8 Relação entre toxicocinética e toxicodinâmica
O aparecimento dos efeitos tóxicos nos organismos vivos distantes do seu local de
administração requer dois aspectos distintos: absorção do local de entrada e alcance do órgão
alvo, e os eventos celulares mediados pelos agentes químicos no órgão alvo ou células.
Portanto, a produção da toxicidade pode ser subdividida em toxicocinética (o movimento dos
agentes químicos nos sistemas biológicos) e toxicodinâmica (as ações dos agentes químicos
dentro do órgão alvo).
A Figura 3.1.4 apresenta a relação entre a toxicocinética e a toxicodinâmica.
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FIGURA 3.1.4 – Relação entre toxicocinética e toxicodinâmica FONTE – Renwick, 1999
O termo biodisponibilidade é usado para indicar a velocidade e a quantidade relativa
da substância que alcança intacta a circulação geral, ou seja, a concentração disponível na
corrente sangüínea para a ação tóxica. Clearance é o processo pelo qual o agente químico é
removido permanentemente da circulação, seja por metabolismo ou excreção. Tempo de
meia-vida corresponde ao tempo gasto para a eliminação da metade da concentração máxima
sangüínea do agente tóxico. Os outros termos constantes na Figura 3.1.4, serão descritos no
item 3.1.10.
3.1.9 Toxicocinética
A disposição de toxicantes consiste na absorção, distribuição, biotransformação e
excreção dos mesmos nos sistemas biológicos, ou seja, corresponde ao movimento dos
agentes tóxicos no organismo. A toxicocinética pode ser definida como a descrição
matemática e através de modelos do tempo de disposição de xenobióticos em todo o
organismo (MEDINSKY; VALENTINE, 2001). Portanto, a toxicocinética permite, através de
determinados parâmetros, avaliar matematicamente os movimentos dos xenobióticos no
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sistema biológico, por meio do estudo dos mecanismos de transporte através das membranas
biológicas, das vias de introdução no organismo, da distribuição pelo sangue e linfa, dos sítios
de armazenamento, dos processos de biotransformação e de excreção de toxicantes e/ou de
seus metabólitos (ROZMAN; KLAASEN, 2001).
Cada um dos processos básicos envolvidos na toxicocinética pode ser descrito por
parâmetros que definem a extensão e a taxa pelas quais esses processos ocorrem
(RENWICK, 1999).
3.1.9.1 Absorção
O processo pelo qual os toxicantes atravessam as membranas e entram na corrente
sangüínea é denominado absorção. Os xenobióticos penetram através das membranas durante
absorção, pelos mesmos processos, das substâncias essenciais como oxigênio e outros
nutrientes.
Os toxicantes, geralmente, atravessam grande número de células como as do epitélio
estratificado da pele, as camadas de células finas dos pulmões ou do trato gastrintestinal, do
endotélio capilar e as células de órgãos ou tecidos-alvo. As membranas que circundam todas
essas células são marcadamente similares (FIGURA 3.1.5). Em geral, as membranas celulares
têm espessura de 7 a 9 nm e são constituídas por uma dupla camada de fosfolipídeos com
grupos polares voltados para a face externa, ácidos graxos enfileirados perpendicularmente e
voltados para o espaço interno, além de moléculas de proteínas inseridas na bi-camada de
lipídeos que, às vezes, podem atravessar as membranas, formando poros preenchidos por
água. Os ácidos graxos da estrutura da membrana não têm estrutura rígida (são quase fluidos
em temperatura fisiológica), o que torna mais rápida a absorção, podendo a membrana ser
considerada uma estrutura dinâmica.
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FIGURA 3.1.5 – Modelo esquemático de uma membrana biológica FONTE – Rozman e Klaassen, 2001
● Fatores que influenciam na taxa de absorção de toxicantes
- Relacionados com a substância
Solubilidade: quanto maior a lipossolubilidade da substância, maior a capacidade de
atravessar as membranas lipoprotéicas. As substâncias que possuem propriedades hidrofílicas
ou polares (hidrossolúveis), ou seja, que formam pontes de hidrogênio com a água,
apresentam menor capacidade de serem absorvidas.
O Quadro 3.1.1 abaixo apresenta alguns exemplos de grupamentos funcionais que
conferem hidro ou lipossolubilidade às substâncias químicas.
Hidrossolubilidade Lipossolubilidade
OH alquílicos (CH3 CH3CH2 etc.)
COOH fenílicos
NH2 naftílicos
SH halogênios (Cl, F, Br, I etc.)
C = 0 acetil (CH3COO-)
QUADRO 3.1.1 – Exemplos de grupos funcionais que conferem hidro ou lipossolubilidade às
moléculas de xenobióticos
Grau de ionização: os toxicantes são, na maioria das vezes, ácidos ou bases fracas
com grupos funcionais ionizáveis, cujo grau de ionização depende dos valores de pka do
agente tóxico e pH do meio, que pode ser plasma, estômago ou intestino. Estes valores
determinarão a proporção entre as formas ionizadas (I) e não ionizadas (NI) nos
compartimentos. A fração não ionizada é geralmente lipossolúvel e pode difundir-se
prontamente através das membranas. A fração ionizada é muitas vezes incapaz de atravessar a
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membrana lipoprotéica. A relação entre as formas ionizadas e não ionizadas de um toxicante
num sistema biológico é dada pela equação de Henderson-Hasselbach:
Para ácidos fracos: RCOOH RCOO- H+
pKa - pH = log NI
[ I ]
Para bases fracas: R NH3+ RNH2 H+
pKa - pH log I
NI
O conhecimento das proporções entre formas ionizadas e não ionizadas de toxicantes
em sistemas biológicos é útil para a escolha do material biológico mais adequado para a
análise toxicológica e para o tratamento das intoxicações. Por exemplo, nas intoxicações por
anfetaminas, a acidificação da urina sob diurese forçada pode acelerar a eliminação do
toxicante.
Tamanho e carga dos íons ou moléculas: substâncias com diâmetros menores que 8
Å (ângstrons) e que apresentam cargas negativas (ânions), têm mais facilidade de atravessar
as membranas biológicas.
- Relacionados com o organismo
Os fatores ligados ao organismo estão mais relacionados com a toxicocinética e a
toxicodinâmica. A biodisponibilidade (já definida anteriormente) de um xenobiótico depende
de uma série de fatores relacionados aos mecanismos de absorção, vias de introdução, locais
de armazenamento, barreiras hematoencefálica e placentária, processos de biotransformação,
indução e inibição de sistemas enzimáticos e excreção.
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Também deve ser considerado o local de administração de um toxicante. A absorção
através da pele, por exemplo, é extremamente lenta, porque envolve a transferência através do
extrato córneo, que é considerado a principal barreira de permeabilidade do organismo. Em
contraste, a absorção através do ar tende a ser rápida, porque envolve a transferência através
de uma fina membrana com grande área de superfície e bom fluxo sangüíneo.
● Mecanismos de transporte através das membranas biológicas
a) Transporte passivo
- Difusão simples ou passiva
Contínuo movimento de moléculas e íons em líquidos ou gases. Depende da
lipossolubilidade, do gradiente de concentração, do coeficiente de partição óleo/água e do
grau de ionização da substância química. A difusão, ou fluxo da substância, é expressa pela
Lei de Fick:
D = KA(C1-C2)
d
onde:
K = constante de permeabilidade (depende do coeficiente de partição óleo/água e do grau de
ionização)
A = área da membrana a ser transposta
(C1-C2) = gradiente de concentração
d = espessura da membrana
Os álcoois e grande parte dos medicamentos são exemplos de substâncias absorvidas
por transporte passivo. Sendo uma molécula pequena e hidrofílica, o etanol é absorvido
rapidamente do estômago e intestino e igualmente distribuído de forma rápida, por difusão
simples, do sangue para todos os tecidos.
- Filtração
Quando a água flui através dos poros da membrana e carrega consigo qualquer soluto
suficientemente pequeno para passar através desses poros, ocorre o processo denominado
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filtração. Depende do tamanho, da carga e da forma das partículas. A uréia é um exemplo de
substância absorvida por filtração.
b) Transporte especializado
- Difusão facilitada
Constitui um mecanismo de transporte que ocorre a favor de um gradiente de
concentração. Depende da disponibilidade de um transportador, que tem a função de tornar a
substância a ser transportada solúvel em lipídeos.
meio extracelular T T T meio intracelular
G G GT G G
Os açúcares são exemplos de substâncias que atravessam as membranas por difusão
facilitada.
- Transporte ativo
Mecanismo que ocorre contra um gradiente de concentração e através do consumo de
energia. Depende da seletividade e saturabilidade de um transportador (T).
meio extracelular T T T meio intracelular
T
Na+ Na+ Na+T Na+
Os íons são exemplos de compostos que atravessam as membranas por transporte
ativo.
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- Pinocitose e fagocitose
Neste mecanismo, ocorre quebra da tensão superficial e formação de vesículas
denominadas pinocíticas. Este tipo de transferência tem sido importante para a remoção de
material particulado dos alvéolos por fagócitos e do sangue pelo sistema reticulo endotelial do
fígado e baço.
3.1.9.2 Vias de introdução
● Via digestiva
A absorção por essa via ocorre ao longo de todo o trato gastrintestinal: boca, epiglote,
glote, esôfago, estômago, duodeno, íleo, ceco e cólon. A absorção pode ocorrer por difusão
simples, filtração e pinocitose. O agente tóxico é absorvido, passando para o sistema linfático
e circulação portal. No fígado, sofre o efeito da primeira passagem (fenômeno de remoção de
substâncias através do fígado, após absorção pelo trato gastrintestinal, antes de atingir a
circulação sistêmica). O agente pode sofrer ainda uma reabsorção pela circulação
enteroepática, como é o caso de alguns praguicidas e medicamentos.
- Fatores que condicionam a absorção gastrintestinal
- grau de dissociação da substância, ou seja, predomínio de formas não ionizadas
ou ionizadas;
- grau de lipossolubilidade da forma não ionizada e taxa de dissolução;
- solubilidade do toxicante no pH do trato gastrintestinal;
- estabilidade do agente tóxico em enzimas digestivas e na flora intestinal (por
exemplo, as toxinas de cobra são muito menos tóxicas quando administradas
oralmente do que por via endovenosa, porque são hidrolisadas por enzimas
digestivas do trato gastrintestinal);
- plenitude e vacuidade no trato gastrointestinal (GI);
- veículo e tipo de formulação do composto;
- presença de outras substâncias químicas que possam interagir com o agente
tóxico;
- capacidade da substância em produzir vômito e irritação.
20
● Via cutânea
A pele corresponde a aproximadamente 16% do peso corporal. Sua principal função é
de proteção. Para ser absorvido, o toxicante deve atravessar a película hidrolipídica (água,
suor, entre outros). Em seguida, a epiderme, que é constituída de várias camadas de células,
sendo o extrato córneo (rico em queratina) a camada superior da epiderme e a barreira
determinante na absorção de toxicantes. A terceira camada é formada pela derme, região
altamente vascularizada, onde o toxicante geralmente provoca um efeito tóxico sistêmico.
Portanto, o contato de um toxicante com a pele pode resultar em quatro ações
diferentes:
- funcionamento da epiderme como uma barreira efetiva;
- irritação local;
- desenvolvimento de reação alérgica (com proteínas locais);
- absorção do agente tóxico, provocando um efeito sistêmico.
Fatores que condicionam a absorção dérmica
- propriedades físico-químicas do toxicante: lipossolubilidade, grau de dissociação
do composto, peso molecular, volatilidade e alta viscosidade;
- condições da pele: integridade, grau de vascularização local, presença de
pilosidades locais ou de glândulas sebáceas e sudoríparas;
- condições da exposição: duração da exposição, tipo de contato com o agente
tóxico (líquido ou vapor), alta temperatura do ambiente.
Solventes orgânicos, praguicidas, herbicidas e compostos organometálicos são alguns
exemplos de substâncias absorvidas pela via cutânea.
● Via respiratória
Aproximadamente 90% das intoxicações ocupacionais têm origem respiratória,
devido:
- ao estado físico do agente tóxico no ambiente, que podem ser partículas finas
sólidas (poeiras) ou líquidas em suspensão e gases;
- facilidade de introdução: de 5 a 6 L/min em repouso e cerca de 30 L/min em
atividade;
- extensão da área pulmonar (90 m2 e 400 milhões de alvéolos);
21
- permeabilidade e vascularização que facilitam a difusão passiva.
As vias respiratórias superiores e os alvéolos tomam parte na retenção e absorção de
xenobióticos e sua atuação depende, fundamentalmente, do estado físico do toxicante:
partículas
A retenção de partículas está ligada ao seu tamanho. Quanto maior o diâmetro da
partícula, menor a penetração. Cinqüenta por cento das partículas com diâmetro superior a 8
m são retidas pelas fossas nasais. Os mecanismos que impedem a penetração nos estágios
mais profundos das vias respiratórias são a atividade dos cílios vibráteis, a incorporação da
partícula ao muco secretado pelas células e o reflexo nervoso ocasionado pela presença de
corpos estranhos. Juntos, estes mecanismos concorrem para a rejeição das partículas e
impedem a sua penetração. Entretanto, se a partícula alcança os alvéolos, seu destino poderá
ser:
- passagem direta para o sangue, dependendo do seu tamanho e solubilidade;
- remoção até os brônquios seguida de deglutição ou expectoração;
- passagem para o sistema linfático;
- retenção nos alvéolos, podendo causar pneumoconioses.
gases e vapores
Um gás com solubilidade pronunciada apresenta uma tendência maior a ser retido nas
vias aéreas superiores. O ácido clorídrico e o amoníaco são muito hidrossolúveis e afetam
principalmente as vias respiratórias superiores. Os vapores nitrosos, menos solúveis em água,
penetram mais profundamente e lesionam os alvéolos. A absorção alveolar de gases tóxicos
depende do gradiente de pressão entre o ar alveolar e o sangue. Quanto maior a pressão do ar
alveolar, maior será a absorção. Um gás com baixa pressão no ar alveolar apresenta uma
maior tendência a ser eliminado.
Com relação às leis das trocas gasosas, observa-se que quanto maior a concentração do
gás no ar inalado, mais fácil será a absorção devido:
- à maior pressão parcial (Lei de Dalton);
- à maior difusão (Lei de Fick);
- à maior solubilidade no sangue (Lei de Henry)
22
3.1.9.3 Distribuição
Após a absorção, o toxicante está disponível para a distribuição no organismo, que
depende da afinidade com componentes deste último. Alguns toxicantes acumulam-se em
determinadas partes do organismo como resultado de ligação com proteínas, transporte ativo
ou alta solubilidade em tecido gorduroso. O local de acumulação de um toxicante pode
também ser o local de maior ação tóxica, mas, freqüentemente, isso não ocorre. Se um agente
tóxico se acumula num sítio que não seja o órgão ou tecido-alvo, esse acúmulo pode ser visto
como um processo de proteção em relação aos níveis plasmáticos e, conseqüentemente, a
concentração do toxicante no local de ação estará diminuída. Neste caso, assume-se que o
agente químico no local de armazenamento se encontre toxicologicamente inativo.
Os toxicantes estão, freqüentemente, concentrados num tecido específico. Alguns
xenobióticos encontram-se em altas concentrações no local de ação tóxica, como o monóxido
de carbono (CO), o qual possui alta afinidade com a hemoglobina, e o paraquat, que se
acumula nos pulmões. Outros agentes concentram-se em outros locais diferentes do seu sítio
de ação. Por exemplo, o chumbo é estocado nos ossos, mas as manifestações de uma
intoxicação pelo metal aparecem nos tecidos moles.
Os toxicantes em seus locais de armazenamento estão em equilíbrio com sua fração
livre no plasma. Quando os agentes tóxicos da fração livre são excretados do organismo, mais
compostos são liberados do local de estocagem. Portanto, o tempo de meia vida biológico dos
compostos armazenados pode ser longo.
23
● Principais locais de armazenamento
a) proteínas plasmáticas
Várias proteínas plasmáticas ligam-se a xenobióticos assim como alguns constituintes
do organismo. A albumina é a proteína mais abundante no plasma e serve como depósito e
proteína transportadora para muitos compostos exógenos e endógenos. Liga-se a um grande
número de xenobióticos. Exemplos: fármacos de caráter ácido (fenobarbital, fenilbutazona,
ácido valpróico).
As lipoproteínas têm alto peso molecular e são lipossolúveis. Exemplos: fármacos de
caráter básico (imipramina, clorpromazina, propanolol).
A 1-glicoproteína ácida liga-se a hormônios esteróides e metais pesados.
A importância da ligação de proteínas a xenobióticos relaciona-se com a toxicidade
dos mesmos. Como mencionado anteriormente, existe um equilíbrio entre a fração ligada, que
é farmacologicamente inativa, e a fração livre, farmacologicamente ativa. Por exemplo, o
paration etílico é convertido em paraoxon metílico, responsável pela atividade
anticolinesterásica. Existem diferentes afinidades entre esses dois compostos com as proteínas
plasmáticas, sendo que o paraoxon apresenta uma menor afinidade com a albumina. Isso
explica, em parte, sua maior toxicidade, pois apresenta-se em maior proporção na forma livre,
que é farmacologicamente ativa. O paration apresenta uma maior afinidade com a albumina.
b) tecido lipídico
Muitos compostos orgânicos presentes no ambiente são altamente lipofílicos. Esta
característica permite rápida penetração pelas membranas celulares e captura pelos tecidos.
Portanto, toxicantes altamente lipofílicos são distribuídos e concentrados na gordura do
organismo. Este acúmulo em tecidos adiposos tem sido observado para vários agentes
químicos incluindo clordano, DDT (diclorodifeniltricloroacético) e bifenilas policloradas.
c) ossos
Compostos como fluoreto e chumbo podem ser incorporados e estocados na matriz
óssea. Aproximadamente 90% da carga corpórea do chumbo, por exemplo, encontra-se no
esqueleto. A captura de xenobióticos para o esqueleto é essencialmente um fenômeno químico
de superfície, com trocas ocorrendo entre a superfície óssea e o líquido em contato com ela.
24
Barreiras biológicas
Constituem estruturas anatômicas especiais que apresentam a função de seletividade
na passagem de substâncias químicas ao sistema nervoso central (SNC) e feto.
Barreira encefálica
A barreira encefálica não é absoluta para a passagem de toxicantes para o SNC, mas
representa um local que é menos permeável do que a maior parte das áreas do organismo.
Dentre as razões anatômicas e fisiológicas para explicar este fato, está a justaposição das
células dos capilares endoteliais deixando poucos ou nenhum poro entre as células. Além
disso, são revestidas com astrócitos. Outra explicação seria o fato da concentração de proteína
no fluído intersticial do SNC ser muito mais baixa do que nos outros fluídos, o que limita o
movimento de compostos insolúveis em água pelo transporte paracelular.
A passagem através da barreira hematoencefálica depende da lipossolubilidade do
agente tóxico. Os álcoois, as drogas de abuso, os praguicidas organofosforados, os solventes
orgânicos, o CO e alguns metais pesados, são exemplos de substâncias que ultrapassam a
barreira encefálica.
Barreira placentária
Durante muitos anos, o termo barreira placentária esteve associado ao conceito de que
sua principal função era proteger o feto contra a passagem de substâncias nocivas advindas do
organismo materno. Entretanto, a placenta tem muitas outras funções, como nutrição para o
feto, trocas gasosas, excreção de metabólitos fecais e manutenção da gravidez através da
regulação hormonal.
A passagem de toxicantes pode ocorrer por difusão passiva, difusão facilitada,
transporte ativo e filtração. Depende basicamente da lipossolubilidade e do peso molecular do
agente tóxico. Etanol, DDT (diclorodifeniltricloroetano), metais e drogas de abuso são alguns
exemplos de substâncias que atravessam a barreira placentária.
3.1.9.4 Biotransformação
- Finalidades
Os xenobióticos absorvidos nos sistemas biológicos por difusão passiva são
geralmente solúveis em lipídeos e, conseqüentemente, inapropriados para excreção. Após
25
absorção, o xenobiótico pode sofrer uma biotransformação no sentido de formar produtos que
são rapidamente excretados e eliminados. Facilitar a excreção de um composto significa que o
seu tempo de meia vida biológica é reduzido, portanto, seu potencial de toxicidade é mantido
no mínimo. Entretanto, a biotransformação também pode mudar a atividade biológica da
substância.
A biotransformação pode ser definida como o conjunto de alterações estruturais que as
substâncias sofrem no organismo por processos enzimáticos, com o objetivo de formar
compostos mais polares e mais hidrossolúveis para serem eliminados. Uma exceção para essa
regra geral é a eliminação dos compostos voláteis por exalação que, após biotransformação,
podem formar compostos não voláteis ou substâncias solúveis em água, podendo assim
retardar a taxa de eliminação.
No caso dos compostos lipofílicos não sofrerem biotransformação, os mesmos podem
ser excretados do organismo muito lentamente, podendo eventualmente causar morte do
organismo.
Portanto, após a biotransformação de um toxicante, pode-se obter:
- formação de compostos mais polares, que são eliminados na urina;
- redução total ou parcial da toxicidade, também conhecida como destoxificação;
- formação de compostos de toxicidade semelhante ou maior que o original. Neste
caso, alguns exemplos são a biotransformação da cocaína para a norcocaína,
paration para paraoxon, metanol para ácido fórmico, anilina para
fenilidroxilamina.
● Reações de fase I e fase II
As reações catalisadas pelas enzimas biotransformadoras de xenobióticos são
geralmente divididas em dois grupos denominados fase I e fase II, embora uma
biotransformação adicional dos conjugados possa ocorrer (fase III).
As reações da fase I consistem na alteração da molécula exógena original através da
adição de um grupo funcional, o qual pode ser posteriormente conjugado na fase II. As
reações envolvem hidrólise, redução e oxidação. Introduzem um grupo funcional (-OH, -NH2,
-SH ou -COOH) e normalmente resultam num pequeno aumento da hidrossolubilidade. Como
conseqüência, pode-se observar inativação, ativação ou alteração da toxicidade da substância
química.
26
As reações de biotransformação da fase II incluem a glucuronidação, sulfonação,
acetilação, metilação, conjugação com a glutationa e conjugação com aminoácidos. A maior
parte das reações de biotransformação da fase II resulta num aumento significativo da
hidrossolubilidade do xenobiótico promovendo, portanto, a excreção de compostos químicos
exógenos.
O benzeno, por exemplo, é uma molécula altamente lipofílica, a qual não está pronta
para ser excretada. A fase I da biotransformação converte o benzeno numa série de
metabólitos, sendo o mais abundante o fenol. A inserção de um grupo hidroxila permite que a
reação de conjugação da fase II ocorra com a adição de um grupamento sulfato polar. O fenil
sulfato, seu metabólito final, é altamente hidrossolúvel e rapidamente excretado pela urina
(FIGURA 3.1.6).
FIGURA 3.1.6 – Biotransformação do benzeno FONTE – Timbrell, 1999
● Localização das enzimas biotransformadoras
O órgão que apresenta maior concentração de enzimas é o fígado, onde ocorre a
biotransformação de grande número de substâncias. Entretanto, outros órgãos como pulmões,
rins, adrenais, pele e mucosa gastrintestinal têm também participação significativa. O fígado,
quando submetido à homogeneização seguida de centrifugações sucessivas a velocidades
crescentes, fornece diversas frações das células hepáticas. Um dos precipitados contém
fragmentos do retículo endoplasmático denominado microssomas, enquanto o sobrenadante
ou citosol possui enzimas solúveis, daí o nome fração solúvel. As enzimas biotransformadoras
se encontram, portanto, nas seguintes frações:
- fração microssomal: as enzimas microssômicas catalizam a maioria das reações
da fase I. O citocromo P-450 é a enzima de maior importância entre as
envolvidas nas reações da fase I;
27
- fração solúvel (ou citosol): contém esterases, desidrogenases e amidases;
- fração mitocondrial: monoamino oxidase (MAO), que degrada aminas.
● Indução e inibição de sistemas enzimáticos
- Indução microssomal: observa-se aumento da atividade enzimática. Como
conseqüência ocorre um aumento da velocidade de excreção de produtos
biotransformados ou da formação de compostos inativos ou menos ativos, ou
ainda mais ativos. Ocorre particularmente com o citocromo P-450. Exemplos de
substâncias que podem sofrer indução microssomal: barbitúricos, etanol,
praguicidas organoclorados (DDT, aldrin), dioxinas (TCDD-
tetraclorodibenzoparadioxina).
- Inibição microssomal: neste caso, observa-se uma diminuição na velocidade do
processo de biotransformação. Por exemplo, a etilmorfina e a codeína inibem a
biotransformação do hexobarbital; em determinadas situações funcionais
orgânicas, como em animais cuja dieta é pobre em proteínas, observam-se
reduções na sua atividade biotransformadora.
- Inibição não microssomal: neste caso, também ocorre uma diminuição na
velocidade do processo de biotransformação. Os inibidores da monoamino
oxidase (IMAO) são os exemplos mais importantes: aminas (anfetaminas),
compostos organomercuriais, cocaína, anticolinesterásicos.
3.1.9.5 Eliminação
A excreção de xenobióticos pode ocorrer através de fluidos corporais e outros
materiais, como fezes e ar expirado. A via de eliminação de importância é determinada pelas
propriedades físico-químicas dos compostos. A Tabela 3.1.3 apresenta algumas vias de
eliminação de xenobióticos.
TABELA 3.1.3 – Vias de eliminação de compostos exógenos
Via Tipo de xenobiótico
Urina Maior via de eliminação para compostos de baixo peso molecular e polares.
Compostos lipossolúveis são filtrados nos glomérulos, mas reabsorvidos na
passagem do túbulo renal. Estes compostos são eliminados após metabolismo e
seus metabólitos removidos para urina ou bile.
Ar expirado Compostos voláteis (solventes, aerossóis, gases). Depende da pressão parcial
destes compostos.
Saliva Compostos de baixo peso molecular, mas reabsorção ocorre (intestino).
Fezes Importante rota de eliminação de compostos não absorvidos do intestino e
para compostos excretados pela bile. Alguns agentes químicos podem passar
28
da circulação para o lúmen do intestino por difusão ou transporte ativo e
sofrer eliminação nas fezes.
Bile Compostos de alto peso molecular, geralmente metabólitos conjugados.
Reabsorção ou metabolismo bacteriano pode ocorrer no intestino (cólon).
Leite Compostos hidrossolúveis ou lipossolúveis estão presentes no leite. Esta rota
tem limitada significância para as mães, mas assume importância crítica na
exposição do neonato.
Cabelo Quantitativamente sem importância, mas o crescimento do cabelo permite
uma história da exposição a ser determinada com base na posição do agente
químico ao longo do cabelo.
FONTE – Ballantyne, 1999, modificado
3.1.10 Toxicodinâmica
A importância do conhecimento dos mecanismos de toxicidade dos agentes químicos
torna-se fundamental no âmbito da Toxicologia porque:
- fornece uma base racional para interpretação descritiva dos dados toxicológicos;
- estima a probabilidade de um agente químico em causar um efeito nocivo;
- estabelece procedimentos para prevenir e antagonizar os efeitos tóxicos;
- auxilia no desenvolvimento de medicamentos e agentes químicos industriais com
menor chance de causar danos;
- auxilia no desenvolvimento de praguicidas mais seletivos aos seus organismos-
alvo.
Como resultado de um grande número de agentes tóxicos e de estruturas biológicas e
processos fisiológicos que podem sofrer danos, existe também uma variedade de manifestação
de possíveis efeitos tóxicos. Conseqüentemente, existem vários caminhos que podem levar à
toxicidade. A Figura 3.1.7 mostra os estágios potenciais no desenvolvimento da toxicidade
após a exposição a xenobióticos. Uma via comum é quando o toxicante alcança a molécula
alvo e reage com ela, resultando numa disfunção celular. Outras vezes, o xenobiótico não
alcança o alvo específico, mas influencia adversamente o (micro) ambiente biológico,
causando disfunção molecular, celular, de organelas ou órgãos, levando a efeitos deletérios. O
caminho mais complexo envolve mais etapas. Primeiro, o toxicante alcança o alvo e interage
com moléculas endógenas, causando perturbações na função ou estrutura celular, iniciando
mecanismos que provocam dano. Quando estas perturbações induzidas pelo toxicante
29
excedem a capacidade de reparação do organismo, a toxicidade se manifesta, podendo
ocorrer, por exemplo, necrose tissular, câncer ou fibrose.
FIGURA 3.1.7 – Estágios potenciais no desenvolvimento de toxicidade após exposição a
toxicantes FONTE – Gregus e Klaasen, 2001
A Figura 3.1.8 demonstra que o alcance do toxicante no sítio de ação é o primeiro
passo no desenvolvimento da toxicidade. A intensidade de um efeito tóxico depende
primariamente da concentração e persistência do toxicante (toxicante final) no seu sítio de
ação. O toxicante final é a espécie química que reage com moléculas endógenas alvo (por
exemplo, receptor, enzima, DNA, proteína, lipídio) ou altera criticamente o (micro) ambiente
biológico, iniciando alteração estrutural ou funcional que resulta na toxicidade.
Freqüentemente, esse toxicante final é um metabólito do composto inicial, ao qual o
organismo é exposto, gerado na biotransformação. Ocasionalmente, o toxicante final pode ser
uma molécula endógena.
30
FIGURA 3.1.8 – O processo do alcance do toxicante no sítio-alvo de ação FONTE – Gregus e Klaassen, 2001
O alcance do toxicante no sítio-alvo de ação depende de vários fatores descritos a
seguir.
a) Absorção versus eliminação pré-sistêmica
Conforme definido anteriormente, o processo de absorção corresponde à transferência
de um agente químico do local de exposição para a circulação sistêmica. Durante o processo
de absorção, o toxicante pode ser eliminado, ocorrendo uma diminuição da sua
disponibilidade sistêmica.
Quando absorvidos pelo trato gastrintestinal, os toxicantes podem sofrer uma
eliminação pré-sistêmica durante a passagem pela mucosa gastrintestinal e pelo fígado, que
apresentam uma capacidade de eliminar significativas frações desses compostos. Com isso,
haverá uma redução dos efeitos tóxicos dos xenobióticos. O etanol, por exemplo, é oxidado
pela enzima álcool-desidrogenase na mucosa gástrica; o manganês é recapturado no fígado e
excretado pela bile.
Entretanto, pode ocorrer injúria dos tecidos e órgãos envolvidos na eliminação pré-
sistêmica, como, por exemplo, no caso dos pulmões pelo paraquat.
b) Distribuição para o alvo versus longe do alvo
Os toxicantes saem da circulação sangüínea durante a fase de distribuição e entram
para o espaço extracelular, podendo penetrar nas células.
Os compostos solúveis em lipídeos movem-se rapidamente para dentro das células por
difusão. Em contraste, substâncias altamente ionizadas e xenobióticos hidrofílicos estão
31
restritos ao espaço extracelular, a menos que um transporte especializado ocorra na
membrana.
Os principais mecanismos que facilitam a distribuição ao alvo são:
- porosidade do endotélio capilar;
- transporte especializado através da membrana plasmática;
- acúmulo nas organelas celulares;
- ligação intracelular reversível (por exemplo, ligação com a melanina).
Os principais mecanismos que dificultam a distribuição ao alvo:
- ligação com proteínas plasmáticas;
- barreiras especializadas (por exemplo, baixa porosidade aquosa dos capilares do
cérebro);
- distribuição para sítios de armazenamento;
- associação com proteínas intracelulares;
- exportação das células (toxicantes intracelulares podem ser transportados de volta
para o espaço extracelular).
c) Excreção versus reabsorção
Excreção é definida como remoção de xenobióticos do sangue e seu retorno para o
ambiente externo. A excreção é um mecanismo físico, enquanto a biotransformação é um
mecanismo químico para eliminação de um toxicante.
Para substâncias não voláteis, a maior estrutura excretora dentro do organismo é o
glomérulo renal, que filtra moléculas pequenas através dos poros; as células dos túbulos
proximal transportam ativamente agentes químicos do sangue para os túbulos renais.
A rota e a velocidade de excreção depende das propriedades físico-químicas do
toxicante.
Não existe um mecanismo eficiente de eliminação de compostos altamente lipofílicos
como, por exemplo, bifenilas polialogenadas e praguicidas clorados. Quando resistentes a
biotransformação, são eliminados muito lentamente e tendem a acumular-se no organismo
após repetidas exposições.
A reabsorção por difusão é um processo que depende da lipossolubilidade do
composto. Para ácidos e bases orgânicas, a difusão está inversamente relacionada com a
32
extensão da ionização. Como visto anteriormente (item 3.9.1.1) a ionização é fortemente
dependente do pH. A acidificação da urina favorece a excreção de bases fracas, e a
alcalinização favorece a eliminação de ácidos fracos.
d) Toxificação versus destoxificação
Uma variedade de xenobióticos apresenta diretamente uma toxicidade, enquanto
outros são tóxicos devido a seus metabólitos. A biotransformação para produtos mais tóxicos
é chamada de toxificação ou ativação metabólica. No processo de toxificação, o xenobiótico
tem sua reatividade aumentada após a formação de eletrófilos, radicais livres, nucleófilos ou
reagentes redox-ativos (redox-active reactants).
O processo de biotransformação que elimina o toxicante final (aquele que alcança o
sítio-alvo) ou previne a sua formação é chamado destoxificação. Este processo pode tomar
vários caminhos, dependendo da natureza do agente químico.
A toxicidade é mediada por uma reação do toxicante final com a molécula alvo. Ainda
em relação à Figura 3.1.8, no caso do toxicante ter chegado ao sítio alvo de ação,
conseqüentemente, uma série de eventos bioquímicos secundários ocorrem, levando a
disfunção ou injúria, que é manifestada a vários níveis de organização biológica. A toxicidade
pode relacionar-se com a molécula alvo em si, organelas celulares, células, tecidos e órgãos
ou mesmo todo o organismo. Praticamente todos os componentes endógenos podem ser alvos
potenciais para toxicantes.
Principais mecanismos de ação tóxica
a) Modificação na permeabilidade da membrana
Afetará a entrada e saída de nutrientes como fármacos e excretas, além dos íons Na, K
e Ca, responsáveis pelos fenômenos de polarização e despolarização da membrana e,
conseqüentemente, pela transmissão elétrica do impulso nervoso.
Por exemplo, a neurotoxicidade do DDT é o resultado da interferência nos íons sódio,
alterando a permeabilidade da membrana. O álcool etílico parece alterar a fluidez das
membranas devido à sua propriedade lipofílica.
b) Modificação na atividade enzimática
33
Por exemplo, os metais bloqueiam os grupos tióis (-SH), inativando enzimas
importantes da respiração celular, como as desidrogenases. Os praguicidas organofosforados
inibem a enzima colinesterase.
Além do fenômeno de inibição enzimática deve-se considerar o fenômeno relacionado
com a indução enzimática, que supõe um incremento na atividade de algumas enzimas como
conseqüência da absorção de determinados xenobióticos (vistos no item 3.1.9.4.4).
c) Complexação com biomoléculas
Os xenobióticos podem complexar-se com componentes enzimáticos, proteínas e
lipídeos. O monóxido de carbono, por exemplo, fixa-se à forma reduzida do ferro da
hemoglobina, diminuindo o transporte de oxigênio aos tecidos, além de combinar-se com a
enzima citocromo oxidase. As aflatoxinas, através do seu metabólito ativo (2,3-epóxido),
ligam-se covalentemente ao DNA. O paraquat induz a peroxidação lipídica.
d) Interações de agentes tóxicos com receptores
Os receptores seriam macromoléculas situadas nas membranas celulares, citoplasma
ou núcleo. Por exemplo, o curare (alcalóide extraído de plantas da América do Sul) atua em
receptores das junções neuromusculares.
e) Inibição da fosforilação oxidativa
Interferências na produção de energia celular (ATP) e bloqueio da liberação de
oxigênio aos tecidos. O cianeto, por exemplo, bloqueia a utilização de oxigênio pelos tecidos
por inibição do transporte de elétrons.
- Interações entre agentes tóxicos
Na exposição a mais de dois toxicantes, deve-se considerar a possibilidade de um
composto interferir na ação do outro. Portanto, numa mistura de agentes tóxicos, pode haver
alterações nos efeitos que produziriam separadamente.
No efeito aditivo, o efeito tóxico final é igual à soma dos efeitos produzidos
separadamente. Por exemplo, a exposição a chumbo e arsênio na inibição da biossíntese do
heme, onde ocorre um aumento aditivo de coproporfirinogênio na urina.
No efeito sinérgico, o efeito final é maior do que a soma dos efeitos individuais. A
exposição ao tetracloreto de carbono e compostos clorados aromáticos promovem uma
hepatotoxicidade sinérgica.
Na potenciação, um xenobiótico apresenta seu efeito aumentado por interagir com
outro toxicante que, originalmente, não produziria aquele efeito tóxico. O propanolol não é
34
hepatotóxico, entretanto, junto com o tetracloreto de carbono aumenta a hepatotoxicidade
deste.
Quando um toxicante reduz o efeito tóxico de outro, observa-se um antagonismo,
onde o efeito tóxico final será menor. No antagonismo competitivo, o antagonista compete
com o agonista pelo mesmo sítio de ação, sem reagir com este último, nem com seus
receptores. Por exemplo, os praguicidas organofosforados inibem a enzima colinesterase, com
o acúmulo de acetilcolina nas sinapses colinérgicas. A atropina (antagonista) bloqueia os
receptores de acetilcolina, sendo usada no tratamento das intoxicações por organofosforados.
No antagonismo químico, o antagonista reage com o agonista (responsável pela ação tóxica),
inativando-o. Por exemplo, o EDTA forma complexos solúveis com o chumbo. Quando dois
agonistas agem sobre o mesmo sistema produzindo efeitos contrários, tem-se o antagonismo
funcional. Os glicosídeos cardiotônicos, por exemplo, aumentam a pressão arterial e os
bloqueadores -adrenérgicos atuam diminuindo a pressão arterial.
3.1.11 Referências bibliográficas
35
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