27/5/2013
CONCEITOS BÁSICOS
TOXICOLOGIA BÁSICA
Profa. Dra. Maria Elisa Pereira Bastos de Siqueira
1. TOXICOLOGIA É a ciência que estuda os efeitos nocivos decorrentes das interações de substâncias químicas com o organismo.
Profa. Dra. Isarita Martins Departamento de Análises Clínicas e Toxicológicas UNIFAL-MG
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TOXICOLOGIA
ELEMENTOS DA TOXICOLOGIA
CIÊNCIA MULTIDISCIPLINAR
e suas inter-relações Patologia
Farmacologia
Fisiologia
Substância Efeito química nocivo
Organismo
Bioquímica
Química
Saúde Pública
Citologia/ Histologia
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DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA
Aspecto médico, legal (Grécia) e legal/ criminal (Roma)
476 Aspecto criminal
DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA
idade média idade antiga
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1789
1456
idade moderna Aspecto científico
idade contemporânea Toxicologia como ciência
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Pré-história : observação de qual alimento produzia ou não efeitos tóxicos ou doenças. IDADE ANTIGA
1500 a.C.: “Papiro Ebers” (Egito) descreve 800 ingredientes ativos, entre eles: - Metais (Pb e Cu) - Vegetais tóxicos: cicuta, acônito - Venenos de animais: cobras, escorpiões, aranhas Prof. Felix G. R. Reyes
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Prof. Felix G. R. Reyes
DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA
Prof. Felix G. R. Reyes
DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA
IDADE ANTIGA - Grécia
IDADE ANTIGA - Grécia
470-399 a.C. Sócrates – condenado à morte com cicuta 460-364 a.C. Hipócrates – Pai da Medicina – relação de venenos e princípios da Toxicologia clínica 370-286 a.C. Theophrastus – referências às plantas tóxicas no livro De Historia Plantarum
DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA IDADE ANTIGA - Roma
204-135 a.C. Nicandro – fez poemas descrevendo venenos, envenenamentos e antídotos (Alexipharmaca e Theric) 40- 90 a.C. Dioscórides – Pai da Farmácia – classificação dos venenos (animais, vegetais e minerais), descrição e desenhos dos venenos; uso de eméticos em envenenamentos e ventosas p/ picadas de cobras
DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA IDADE ANTIGA - Roma
120- 63 a.C. – Midrídates – rei do Ponto – experimentos com envenamentos agudos e modos de evitar seus efeitos: ingestão voluntária de mistura de 36 diferentes ingredientes. Século IV a.C. – envenenamentos em massa – Locusta, Agripina, Cláudio
Ano 82 a. C. – Sulla – Lex Cornelia, para punir envenenadores 37-68 d.C. – Nero –usou veneno para matar Britanicus (seu meio-irmão)
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DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA
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DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA
IDADE MÉDIA
IDADE MÉDIA
1135-1204 – Maimonides (Moses bem Maimon)escreveu um texto sobre tratamento dos envenenamentos por insetos, cobras e cachorros loucos.
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Venenos usados largamente com finalidade política – envenadores “ profissionais” : Toffana (cosméticos à base de arsênio); Spara (uso de veneno p/ fins matrimoniais e financeiros); Bórgias, como Alexandre VI e seus filhos Lucrécia e César. Catarina de Médicis – venenos da Itália para a França.
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DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA
DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA
IDADE MÉDIA
RENASCENÇA – IDADE MODERNA
Marquesa de Brinvillers – testava suas “ receitas” em crianças, anotando seus efeitos (início dos efeitos, potência, local e modo de ação, sinais e sintomas) Catherine Deshayes, La Voisine – envenadora na corte de Luís XIV – a qual é atribuída a morte de 2000 crianças Chambre Ardente – comissão judicial para punir envenenadores.
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1493-1541 - PARACELSUS – desenvolvimento do aspecto médico, científico da Toxicologia; necessidade de experimentação; dose diferencia remédio de veneno e outras idéias revolucionárias no campo da medicina e terapêutica. Publicou o primeiro tratado de doenças em mineradores. Revolução Industrial – relatos de doenças profissionais por Ramazzini e Pott´s MEPBS
DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA
DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA IDADE CONTEMPORÂNEA
IDADE CONTEMPORÂNEA
Século XIX – desenvolvimento extraordinário da Química Orgânica e síntese de novos compostos (fosgênio, gás mostarda – gases de guerra). Magendie (1783-1855) – brometo, ópio, estricnina na medicina; Claude Bernard (1813-1878) – ação tóxica do curare; Ehrlich (1845-1915) – mecanismos de ação de toxicantes
1787-1853 – ORFILA – chamado de “Pai da Toxicologia” escreve o primeiro tratado voltado exclusivamente para a Toxicologia – Traitè de Toxicologie – e este conhecimento passa a ser uma Ciência. Desenvolvimento do aspecto forense da Toxicologia, principalmente de métodos de detecção de toxicantes em material biológico.
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DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA IDADE CONTEMPORÂNEA
MEPBS
DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA TOXICOLOGIA IDADE CONTEMPORÂNEA
Segunda Guerra Mundial: síntese de SQ, entre as quais os inseticidas organofosforados e organoclorados – visando uso na Guerra. Paralelamente, houve o desenvolvimento de antídotos, como o BAL. Introdução dos aditivos para alimentos e seu controle
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Após a Segunda Guerra – desenvolvimento extraordinário da Toxicologia: condições da exposição, e não apenas a dose, como desencadeantes de efeitos tóxicos; estabelecimento do risco x segurança no uso de SQ (padrões de segurança); conhecimento de mecanismos de ação tóxica; aspectos preditivos e preventivos da Toxicologia; Toxicologia comportamental, Imunotoxicologia, Toxinologia, Ecotoxicologia, entre outros. MEPBS
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TOXICOLOGIA CIÊNCIA MULTIPROFISSIONAL
O campo da Toxicologia na época atual está consideravelmente aumentado, tornando-se uma verdadeira ciência social, que tem como principal objetivo proteger a população e permitir que a mesma se beneficie com segurança dos progressos da era contemporânea.
DIVISÃO 1
2
Toxicologia analítica ou química
Toxicologia experimental efeito tóxico
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TOXICOLOGIA Finalidades
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TOXICOLOGIA CONCEITOS BÁSICOS 2. Agente tóxico ou toxicante
PREVENIR
INTOXICAÇÕES
Qualquer substância química capaz de causar um efeito considerado nocivo ao sistema biológico quando com ele interage.
3. Xenobiótico
DIAGNOSTICAR
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TOXICOLOGIA Alterações nocivas
Qualquer substância química estranha ao organismo, seja qualitativamente ou quantitativamente.
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TOXICOLOGIA CONCEITOS BÁSICOS
Ao serem produzidas numa exposição prolongada resultem em transtornos da capacidade funcional e/ou da capacidade do organismo em compensar nova sobrecarga São reversíveis ou não e diminuem perceptivelmente a capacidade do organismo de manter sua homeostasia Aumentam a suscetibilidade aos efeitos indesejáveis de outros fatores ambientais tais como os químicos, físicos, biológicos ou os sociais. National Academy of Science - NAS
médica organismo
substância química 3
(René Truhaut – Universidade de Paris)
TRATAR
Toxicologia clínica ou
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4. Toxicidade É a propriedade inerente ou potencial da substância química de provocar um efeito nocivo ao interagir num sistema biológico. Como é uma medida relativa do risco, a maneira mais usual de ser avaliada é através da DOSE LETAL 50 (DL 50) MEPBS
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TOXICOLOGIA CONCEITOS BÁSICOS
Dose letal 50 (DL50) Dose ou concentração de um agente químico que pode causar a morte de 50% de uma população de organismos, em condições experimentais definidas.
COMPARAÇÃO DA TOXICIDADE DE 2 SUBSTÂNCIAS Prof. Felix G. R. Reyes
Prof. Felix G. R. Reyes
TOXICOLOGIA
TOXICOLOGIA CONCEITOS BÁSICOS
ÁREAS E ASPECTOS ASPECTOS
ÁREAS
5. Intoxicação É o conjunto de sinais e sintomas que revelam os efeitos tóxicos provocados pelas substâncias químicas no organismo - a quebra do estado homeostásico do organismo ou seja, a presença de uma patologia.
Econômica
AMBIENTAL
Forense
OCUPACIONAL
Pediátrica
ALIMENTOS
Mecanística
SOCIAL
Regulatória
MEDICAMENTOS
É a manifestação dos efeitos nocivos
Etc...
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PAINEL DOS EFEITOS TÓXICOS
6. INTERAÇÕES
PAINEL DOS EFEITOS TÓXICOS
1. Quanto a região atingida local e sistêmico
Adição
2+2=4
Potencialização
2+0=3
2. Quanto à duração do efeito agudo, subcrônico e crônico
Sinergismo
3 + 4 = 10
Antagonismo
5+2=1
3. Efeito idiossincrático 4. Hipo e hiperreatividade 5. Exacerbação de doença pré-existente
MEPBS
MEPBS
químico disposicional de receptor funcional
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FASES DA INTOXICAÇÃO I - EXPOSIÇÃO
III - TOXICODINÂMICA
II - TOXICOCINÉTICA
TOXICANTE DISPONIBILIDADE QUÍMICA
EXPOSIÇÃO - Vias de Introdução
TOXICIDADE
IV - CLÍNICA
INTOXICAÇÃO
TOXICODINÂMICA - Dano bioquímico
BIODISPONIBILIDADE MEPBS
Fase Exposição
TOXICOCINÉTICA - Absorção - Distribuição - Biotransformação - Armazenamento - Eliminação
Toxicocinética
Figura- Fases da ação tóxica de um agente químico no organismo
FASES DA INTOXICAÇÃO Toxicodinâmica I - EXPOSIÇÃO
Contato
Movimento
Interação
TOXICANTE DISPONIBILIDADE QUÍMICA
MEPBS
FASE DA EXPOSIÇÃO condições
FASE DA EXPOSIÇÃO condições * VIA DE INTRODUÇÃO
* PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS - solubilidade; - pH e pKa (grau de ionização); - tamanho e forma da molécula; - pressão de vapor.
* DOSE/ CONCENTRAÇÃO * TEMPO E DURAÇÃO DA EXPOSIÇÃO * SUSCETIBILIDADE INDIVIDUAL MEPBS
MEPBS
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VIAS DE INTRODUÇÃO
DOSE/ CONCENTRAÇÃO Importante principalmente pelo fato das substâncias químicas usarem a difusão simples como principal mecanismo de passagem através da membrana celular
A efetividade de uma via de introdução decresce na seguinte ordem: endovenosa
pulmonar
subcutânea
intramuscular
gastrintestinal
A passagem passiva do agente químico através da membrana depende da lipofilicidade do fármaco e da quantidade presente na forma não- ionizada. Lipofilicidade x hidrofilicidade
dérmica MEPBS
MEPBS
DURAÇÃO E FREQÜÊNCIA DA EXPOSIÇÃO
SUSCETIBILIDADE INDIVIDUAL
Longa, curta, média duração OU
Idade
Crônica, subcrônica, aguda
Sexo Herança genética
Exposições únicas ou múltiplas
etc MEPBS
PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS 1 - Solubilidade Dependem da característica químicas do toxicante. Exemplos: (hidro) - OH, - NH2, - COOH, - COH, - N+– R3, etc. (lipo) – alquila (tamanho da cadeia); halogênio, etc.
Lipofilicidade
MEPBS
PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS 1 - Solubilidade
Volume de solvente extrator adicionado (Vext)
Coeficiente de partição (Cp)
Volume de amostra (Vam) com Concentração de analito (C)
Corg K = Caq
Cp = é a razão da solubilidade da substância química em equilíbrio numa solução aquosa e em uma não-aquosa. MEPBS
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SOLUBILIDADE E ABSORÇÃO
PROPRIEDADES FÍSICOQUÍMICAS 2. pH e pKa
heroína
O grau de ionização de uma molécula depende de dois fatores: 1. Constante de dissociação da substância (pKa); 2. pH do meio onde se encontra o agente químico. Atravessa a barreira hematoenceftálica muito mais rapidamente que a morfina.
LIPOFILICIDADE
Coeficiente de ionização
pKa
MEPBS
MEPBS
A proporção da SQ não ionizada/ionizada pode ser calculada pelas equações de HENDERSON-HASSELBALCH, representadas a seguir:
Afinal, o que é pKa? É o valor de pH do meio no qual a concentração da substância na forma ionizada é igual à concentração na forma não ionizada. Esta constante (característica de cada substância) pode determinar quanto de uma molécula poderá ser absorvida em determinado pH.
Ácidos RCOO- + H+
RCOOH
pKa = pH + log [ ácido não-ionizado] log [ácido ionizado] pKa = pH +
log [ RCOOH] log [RCOO-]
MEPBS
Ácido fraco HA
Bases RNH2 + H+ pKa = pH +
MEPBS
[1] HA
RNH3+ log [base ionizada] log [base não-ionizada]
A- + H+
(pKa 4,4)
[1000] A+
H+
Plasma - pH 7,4 Barreira lipídica da mucosa
Suco gástrico - pH 1,4
pKa = pH +
log [RNH+3] log [RNH2]
[1] HA
MEPBS
[0,001] A-
+
H+
MEPBS
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PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS 3. Tamanho e forma da molécula Difusão simples: a velocidade é indiretamente proporcional ao tamanho da molécula (maior para moléculas menores) Filtração: apenas são passíveis de serem filtradas moléculas até 100 d, se esféricas, e até 400 d, se lineares.
PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS 4. Pressão de vapor
Depende do ponto de ebulição da SQ e da temperatura ambiente. É a pressão exercida pela forma de vapor de uma SQ, no estado de equilíbrio (entre as formas líquida/vapor)
MEPBS
Pressão de vapor a 20ºC de alguns solventes
MEPBS
FASES DA INTOXICAÇÃO I - EXPOSIÇÃO
solvente
pressão de vapor a 20ºC
PE
(mmHg)
(oC)
acetona
180
56
clorofórmio
160
61
benzeno anilina
75
80
1
184
II - TOXICOCINÉTICA
TOXICANTE
TOXICIDADE
DISPONIBILIDADE QUÍMICA
BIODISPONIBILIDADE
MEPBS
MEPBS
FASE DE TOXICOCINÉTICA
FASE DE TOXICOCINÉTICA
Trato Gastrintestinal
Estuda a relação entre a quantidade de
Fígado
um agente tóxico que atua sobre o
Pele Pulmões
ABSORÇÃO Metabolismo
Circulação Sistêmica
Metabólitos
Bile
organismo e a concentração do mesmo
Depósito
Rim
Fluido Extracelular
Pulmão
no plasma, relacionando os processos de absorção,
distribuição,
Órgãos,
acúmulo,
Ossos
e
Tecido Adiposo
biotransformação e excreção do agente, Fezes
em função do tempo.
Urina
DISTRIBUIÇÃO/ METABOLISMO Ar Exalado
ELIMINAÇÃO
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FASE DE TOXICOCINÉTICA
FASE DE TOXICOCINÉTICA ABSORÇÃO, DISTRIBUIÇÃO E EXCREÇÃO fenômenos semelhantes: dependem da passagem das SQ pelas membranas biológicas (cinética) MEPBS
TRANSPORTE DE AGENTES QUÍMICOS ATRAVÉS DAS MEMBRANAS
ABSORÇÃO É a passagem de uma substância do local de contacto (meio externo) para a corrente sangüínea. Nessa passagem, os agentes atravessam várias barreiras que são as membranas biológicas
DEPENDE: - Do agente químico (solubilidade, grau de ionização, tamanho e forma da molécula)
Membrana celular: estrutura lipoprotéica, formada por uma camada bilipídica e por proteínas, que atravessam toda a membrana (integrais) ou estão presas à sua superfície interna ou externa (periféricas).
- Da membrana biológica a ser transposta MEPBS
MEPBS
TRANSPORTE DE AGENTES QUÍMICOS ATRAVÉS DAS MEMBRANAS As proteínas desempenham diferentes funções, como transportadoras e formadoras de canais iônicos. São estes componentes que conferem mobilidade às membranas e um alto grau de fluidez. A camada bilipídica possui uma parte polar, que é hidrofílica, e uma apolar, que é hidrofóbica. MEPBS
Estrutura da membrana celular
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Transporte através de membranas
Difusão simples
1) Transporte passivo: Movimento da substância é na mesma direção de um gradiente de concentração e não há gasto energético pela célula. É subdividido em difusão simples e difusão facilitada. MEPBS
Difusão: simples X facilitada
Difusão facilitada
A difusão facilitada ocorre principalmente para substâncias endógenas, que têm baixa velocidade de difusão simples pelas membranas (como a glicose).
Transporte Ativo
MEPBS
Transporte Ativo
A substância move-se de uma região de menor para uma de maior concentração (contra um gradiente de concentração), requer gasto de energia.
MEPBS
Por este mecanismo, podem ser transportados para o interior ou exterior da célula os íons H+(bomba de prótons), Na+ e K+(bomba de sódio-potássio), Ca2+, Cl-, I, aminoácidos e monossacarídeos.
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Transporte ativo
Pinocitose e Fagocitose Na
sua expressão mais simples, a endocitose é um mecanismo pouco ou nada específico do objeto a captar. A pinocitose é para substâncias líquidas e a fagocitose para as sólidas. Endocitoses A: pinocitose B: fagocitose
MEPBS
MEPBS
Filtração do sangue pelos rins
FILTRAÇÃO É o transporte de pequenas moléculas ou íons que se faz através dos poros da membrana. Depende: - gradiente hidrostático ou hidrosmótico; - tamanho do poro; - tamanho e forma da molécula; - carga elétrica da molécula em relação à do poro. MEPBS
1. ABSORÇÃO Vias
1. Via oral- Trato Gastrintestinal
1. ORAL - absorção na mucosa bucal, no estômago, no intestino por transporte passivo, e, excepcionalmente, por filtração, pinocitose e transporte ativo 2. DÉRMICA - transfolicular e transepidérmica 3. PULMONAR ( gases e vapores) 4. OUTRAS: intradérmica, intramuscular, subcutânea, peritonial, intravenosa, intranasal. MEPBS
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1. Via oral- Trato Gastrintestinal
1. Via oral- Trato Gastrintestinal (TGI)
Equação de Henderson-Hasselbach
Fatores que interferem na absorção pelo TGI pKa da substância pH do meio
ácidos fracos
para ácidos e bases fracas
pKa -pH= log [não ionizado] [ionizado]
bases fracas pKa -pH= log [ionizado] [não ionizado]
Equação de Henderson-Hasselbach
Porção do TGI:
ABSORÇÃO
-Bucal: Difusão simples e filtração. Poros pequenos. Ex: cocaina, CN-.
ÁCIDO FRACO – absorção pelo estômago
- Estomacal: Difusão simples e filtração. Poros pequenos, Mucosa grossa, tempo de contato. Ex: etanol. - Intestinal: Difusão simples e facilitada, filtração e transporte ativo. Poros grandes. Grande área (140m2). Ex: Pb por transportador de Ca (DF); CH3-HGCys por transporte ativo; AsO3 por pinocitose.
MEPBS
1. Via oral- Trato Gastrintestinal Fatores que interferem na absorção pelo TGI
presença de alimentos e motilidade intestinal presença de vilos e microvilos no intestino microflora intestinal concentração da substância circulação idade tamanho e forma molecular presença de alimentos e/ou outras substâncias químicas
FIGURA - Os processos de absorção que podem ser influenciados por interações de drogas com outras drogas e de drogas com alimentos.
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- A interação de fármacos com alimentos, outros fármacos e mesmo com os excipientes da formulação farmacêutica podem alterar a função fisiológica GI e influenciar na absorção - A absorção das drogas e as interações estão relacionadas com as diferenças existentes entre as porções do TGI QUADRO 3 - Propriedades Fisiológicas do TGI em estado de jejum
A idade e algumas doenças podem alterar a fisiologia GI e intensificar as conseqüências das interações medicamentosas na absorção
QUADRO 4 - Alterações na fisiologia GI devido à idade ou a doenças Situação
Mudanças na fisiologia GI
Idade avançada
diminuição da taxa de secreção ácida e aumento do pH gástrico
pH
Tempo de permanência
Estômago
1.5-2
0-3 horas
Irritação ou doenças intestinais inflamatórias
aumento do transporte paracelular e diminuição de transporte mediado por transportadores específicos
Duodeno
4.9-6.4
3-4 horas
4.4-6.4
3-4 horas
Remoção cirúrgica do trato GI
Diminuição da área de absorção
Jejuno
Fibrose cística
Diminuição do pH intestinal
Íleo
6.5-7.4
3-4 horas
AIDS
Cólon
7.4
mais que 18 horas
Diminuição da secreção ácida e aumento no pH gástrico
Região
2. Via dérmica
2. Via dérmica Fatores que interferem na absorção pela via dérmica • LIGADOS À ÁREA EXPOSTA
Via cutânea: - Transfolicular: ao redor do folículo piloso. Todo tipo de substância. Difusão simples - Transepidérmica: difusão simples AT lipo – difusão passiva pelos lipídeos entre a queratina AT hidro – superfície externa do filamento de queratina. * Solubilidade da SQ, grau de ionização e tamanho Região Palmar/plantar
• LIGADOS AO AGENTE QUÍMICO • LIGADOS À PRESENÇA DE OUTRAS SUBSTÂNCIAS
Queratina Armazena MP
R-SH
Difícil absorção
Hg Pb As
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Via cutânea: Fatores que influenciam na absorção - relacionados ao local de absorção Área; Inflamação (não possui extrato córneo) Quantidade de pêlos; Abrasão; vascularização; Hiperemia; queimaduras.
Via cutânea: Fatores que influenciam na absorção - relacionados à presença de substâncias Vasoconstritores; Vasodilatadores; Veículos; Água; Detergentes.
Fases da intoxicação Fase II – Toxicocinética
3. Via pulmonar
Movimento do agente tóxico no organismo Absorção Locais de absorção do agente tóxico Trato respiratório: Superfície pulmonar = 90 m 2; Alto fluxo sanguíneo facilidade de dissolução de AT; Agentes passiveis de absorção pulmonar: - gases e vapores. Ex: CO, Vapores ácidos; - aerodispersóides. Ex: poeiras, fumos.
Fases da intoxicação
Fases da intoxicação
Fase II – Toxicocinética
Fase II – Toxicocinética
Movimento do agente tóxico no organismo Absorção Locais de absorção do agente tóxico
Movimento do agente tóxico no organismo Absorção Locais de absorção do agente tóxico
Trato respiratório: Importância em Toxicologia Ocupacional. - Volume de ar inalado durante a jornada de trabalho: » 5 a 6 L min-1 /repouso; » 15 a 30 L min-1 / esforço. – Facilidade de contato; - Aumento rápido dos níveis plasmáticos.
Asbestose (pulmão de pedra)
Amianto
C) Trato respiratório: Gases e vapores 1. Vias aéreas superiores e médias: - Não é dada muita importância à essa via; - hidrossolubilidade retenção pelo muco: » expelido com o muco; » deglutido com o muco; » absorvido; » sofrer hidrólise. Ex: PCl3 + H2O → HCl SO2 + H2O → H2SO4
Irritação
Favorece a absorção
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Fases da intoxicação Fase II – Toxicocinética
Trato respiratório: Gases e vapores 2. Alvéolos Fatores que afetam a absorção alveolar
Movimento do agente tóxico no organismo Absorção Locais de absorção do agente tóxico
- Coeficiente de distribuição ar/sangue Fatores relevantes: » Sangue - fase aquosa (3/4 do sangue é água) - fase orgânica (proteínas, lipídeos) » Pequeno tempo de contato ar/sangue.
Trato respiratório: Gases e vapores 2. Alvéolos -Contato entre duas fases: Ar/sangue Comportamento do sangue - Veículo inerte (dissolução física). Ex: Nicotina - Meio reativo (reação química). Ex: CO
1 μm Sangue
Ar
Absorção
- Concentração do AT no ar alveolar (pressão parcial) CA > > > C S CA < < < C s
Endotélio capilar
CA/S
Absorção Excreção
[ar alveolar] [sangue]
CA/S
absorção
Epitélio alveolar
Fases da intoxicação Fase II – Toxicocinética
Trato respiratório: Gases e vapores 2. Alvéolos Fatores que afetam a absorção alveolar - Coeficiente de distribuição alvéolo/sangue
Cl Cl
CA / S
[ar alveolar] [sangue ]
Benzeno
Cl
O
Cl Tetracloreto de carbono
Éter
Movimento do agente tóxico no organismo Absorção Locais de absorção do agente tóxico
Trato respiratório: Gases e vapores 2. Alvéolos Fatores que afetam a absorção alveolar - Freqüência respiratória (FR)e cardíaca (FC)
CA /S
1 μm Ar
Substância
Hidrossolubilidade mL L-1
CA/S
Éter etílico
97
1/15
Benzeno
2
1/6,6
CCl4
0.5
1/2,5
Trato respiratório: Aerossóis ou aerodispersóides Definições: Poeira: partículas atomicamente idênticas ao material de origem, formadas por desagregação mecânica. Fumo: o aerossol é quimicamente diferente do material de origem. Mais perigoso porque atinge o alvéolo. < 0,5 μm. Fumaça: combustão de material orgânico animal ou vegetal. Partículas pequenas. Névoa: aerossol líquido formado por processo mecânico (spray) com propelente ou não. Com propelente tamanho de partículas. Neblina: Condensação de vapores. Pb 0
O2
PbO
Sangue
AT com AT com
afinidade sangue afinidade sangue
[ar alveolar] [sangue ]
sofre influência da FC sofre influência da FR
ou
Epitélio capilar
AT com AT com
CA/S CA/S
sofre influência da FC sofre influência da FR
Epitélio alveolar
3. Via pulmonar - Introdução de material particulado tamanho
região/processo
remoção
30-5 µm nasofaríngea/ impactação mucociliar 5-1 µm traqueobronquial/ sedimentação mucociliar < 1 µm alveolar/ difusão macrófagos
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2. DISTRIBUIÇÃO
2. DISTRIBUIÇÃO
Proteínas plasmáticas/ células sanguíneas
1. Fatores gerais - irrigação local;
Compartimento Central
Compartimento Periférico
- propriedades físico-químicas do toxicante; - afinidade por ligantes de tecidos.
Vd= Dose/ Concentração plasmática
Pka / Lipossolubilidade
2. DISTRIBUIÇÃO
MEPBS
2. DISTRIBUIÇÃO
2. Fatores especiais
2. Fatores especiais
2.1 Proteínas plasmáticas
2.4 Tecido adiposo – por dissolução
albumina, alfa-glicoproteína ácida (AGA), globulinas, lipoproteínas
2.5 Tecido ósseo – por troca iônica ou adsorção
forma livre
forma ligada
2.6 Cabelos e unhas – distribuiçao e eliminação 2.7 “ Barreiras” hematencefálica e placentária
2.2 Eritrócitos – superfície e interior 2.3 Fígado e rins – locais de biotransformação e excreção; ligantes especiais
REDISTRIBUIÇÃO MEPBS
MEPBS
3.1 BIOTRANSFORMAÇÃO
3. ELIMINAÇÃO
É um conjunto de reações por que passam as substâncias químicas no organismo, mediadas por enzimas, e que visam tornar o composto mais facilmente excretado do organismo, isto é, mais hidrofílico.
Biotransformação e Excreção
A maioria destas reações também diminuem ou eliminam a atividade da SQ (inativação ou destoxificação). Entretanto, às vezes, ocorre a ativação do composto. MEPBS
MEPBS
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3.1 BIOTRANSFORMAÇÃO
3.1 BIOTRANSFORMAÇÃO
Exemplos de biotransformação onde os produtos formados são mais tóxicos:
Reações de Fase I
Reações de Fase II
Metanol- ácido fómico (afeta o nervo óptico) Paration- paraoxon (inibidor da
acetilcolinesterase) Anilina- fenilidroxilamina (agente asfixiante) Naftaleno- diiidroxinaftaleno (provoca catarata) Benzo(a)pireno- epóxidos (carcinogênicos) Prof. Felix G. R. Reyes
Locais da biotransformação
3.1 BIOTRANSFORMAÇÃO SQ original
Produtos metabólicos
menos ativos
Fígado Rins
inativos
Pulmão Pele Trato
Atividade aumentada MEPBS
FASES DA BIOTRANSFORMAÇÃO
Reações de Fase I : SQ apolares são em geral inativadas ou , em alguns casos , ativadas pela introdução de grupos polares como (OH, COOH , NH2 , SH ) através de reações de: oxidação redução hidrólise MEPBS
gastrintestinal outros
MEPBS
FASES DA BIOTRANSFORMAÇÃO
Reações de fase II : Os compostos polares são inativados por processos de síntese ou conjugação, tais como metilação, acilação, conjugação com ácido glicurônico, conjugação com aminoácidos, entre outras.
MEPBS
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Tecido hepático Homogeneização + centrifugação
Sobrenadante
9000g
Sobrenadante
105000g
Precipitado
Precipitado
FASES DA BIOTRANSFORMAÇÃO Núcleo, lisossomas, fragmentos de membrana, mitocôndrias.
Fragmentos endoplasmático
de
retículo
Fração
Absorção
Biotransformação
Excreção
microssomal Catalisam principalmente reações de fase I Enzimas solúveis no citosol celular.
Fase I Toxicante
Fase II Conjugado
Fração solúvel Catalisam reações de fase II
Oxidação
principalmente
Redução
Conjugação
hidrólise Lipofílico
Hidrofílico MEPBS
REAÇÕES DA FASE I
BIOTRANSFORMAÇÃO PELO CITOCROMO P450
OXIDAÇÕES 1. Do sistema do citocromo P-450: várias famílias e subfamílias (cerca de 54 em humanos)- CYP3A2 (Isoenzima do sistema citocromo P450, família 3, subfamília A, identidade conferida pelo número 2)
É dependente de: hemoproteína do citocromo P450 NADPH citocromo P450 redutase NADH – citocromo b5 redutase oxigênio molecular
MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO PELO CITOCROMO P450 O xenobiótico reage com a forma oxidada do citocromo P450 (Fe 3+) para formar um complexo enzima-substrato. A citocromo P450 redutase aceita um elétron do NADPH que, por sua vez, reduz o complexo oxidado citocromo P450 – xenobiótico.
MEPBS
MEPBS
O complexo citocromo P450 substrato reduzido (Fe 2+) reage com o oxigênio molecular e com um outro elétron do NADH doado através da flavoproteína redutase para formar uma espécie de oxigênio ativado. Nas etapas finais, um átomo de oxigênio é liberado como H2O e o outro é transferido para o substrato. Após a liberação do substrato oxidado, a enzima citocromo P450 oxidada é regenerada MEPBS
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PRINCIPAIS REAÇÕES DE OXIDAÇÃO DO SISTEMA CYP 1.1 HIDROXILAÇAO aromática ou alifática 1.2 DESALQUILAÇÃO 1.3 DESAMINAÇÃO 1.4 DESULFURAÇÃO 1.5 SULFOXIDAÇÃO 1.6 DESAMINAÇÃO 1.7 DESALOGENAÇÃO
SISTEMA DO CITOCROMO P-450 (CYP)
1.8 EPOXIDAÇÃO MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
Hidroxilação aromática
Reação de Oxidação 1-Citocromo P-450 (somente no retículo endoplasmático) Hidroxilação aromática R3
R3 R1
R1
C
C
OH
destoxificação
R2
R2
OH O
Ativação - epóxido MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO Fase I
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
Hidroxilação alifática
Hidroxilação alifática R
CH2
CH3
R
CH
CH3
OH
Desalquilação R
N
C2H5
R
R R
O S
CH3 CH3
R R
N H + H3C-COH O H + HCOH S H + HCOH
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BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
O- Desalquilação
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
N- Desalquilação
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
S- Desalquilação
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I Desaminação R
CH2 NH2
R
O
C H
Sulfoxidação O R
S
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
Desaminação
R'
R
S
R'
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
Sulfoxidação
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BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
Dessulfuração
Dessulfuração R
R
R'
C
R'
C O
S
Desalogenação X
X R
C
R
H
C
O OH
R
C
H
H
H
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
Epoxidação
Epoxidação R
H
O H
OUTROS SISTEMAS ENZIMÁTICOS DE OXIDAÇÃO
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I Microssomas
NADP+ H2O OH
2. Amino oxidase: para aminas (MAO, DAO, PAO) Ex.: R –C – NH2
CH3CH NADPH + H+ + O2
OH CY P2E1
R–C=0
H 2O Mitocondria
H2
0
Citosol O
ADH
ALDH
CH3C
CH3CH2OH
3. Monooxigenases / FAD. Transforma N, S, P nucleofílicos
NAD+
acetaldeido H
etanol NAD+
NADH +
NADH + H+
H+
O CH3C ácido acético
OH
Peroxissoma
4. Sistemas de oxidação de álcoois, aldeídos e cetonas – NAD+
Biotransformação do etanol
CATALASE
Ex. Álcool desidrogenase (AD)
H 2O2
MEPBS
H 2O
MEPBS
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Álcool desidrogenase e aldeído desidrogenase (fração solúvel)
Cocaína
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
1carboxilesterases 2- colinesterases 3- enzimas P-450
Reação de Hidrólise 1. CARBOXILESTERASES destoxificação hidrólise do éster carboxílico, de amida, do tioéster, do éster do ácido fosfórico R – C = O + H2O OR’
R – C = O + OH – R’ OH MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I Reação de Hidrólise
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I Reação de Hidrólise
PARAOXONASE
Hidrólise de amida O
O
R – P = O + H2O R’ OR’’
R
R – P = O + OH – R’’
C
+ NH
R’ OH
R
H2O
C
R'
+
H2N
HS
R'
R'
OH
Do tioéster O
O R
Destoxificação de inseticidas organofosforados
+
C SR'
MEPBS
H2O
R
C
+ OH
MEPBS
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BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I Reação de Hidrólise
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I Reação de Hidrólise
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I Reação de Hidrólise 2. EPÓXIDO HIDROLASE: fração microssômica de praticamente TODOS os tecidos (próximo do sistema P-450). Pode sofrer INDUÇÃO enzimática, pelos mesmos agentes que induzem o citocromo P-450.
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I exemplos: HO
O
H R
OH H
R
H
+
OH
H2O
Cataliza a trans adição de água aos epóxidos de areno e de alcenos 1,2-trans diidrodióis reação de destoxificação
+
OH
O
+
OH
O
H2O
CH2OH H
H
H2O
R
R
CH2OH
Estireno 7, 8 epóxido
Estireno 7, 8 glicol
H H
MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I
MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I Reação de Redução
Reação de Redução
Nitro- Redução 1. NITROredução R – NO2
R – NH2
2. AZOredução R- N =N –R
2 R – NH2
3. DESALOGENAÇÃO REDUTIVA CCl4
CCl3. MEPBS
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BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I Reação de Redução
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase I Reação de Redução Desalogenação redutiva
de sulfetos
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II
1. GLUCURONOSILTRANSFERASES – UDPGA DESTOXIFICAÇÃO Para grupamentos: - COOH, - COH, - SH, - COH, - OH Glicose 1 P + UTP
UDP - 2 – D glicose (UDPG)
UDPG + 2 NAD+ H2O
UDP –GA + NADH + 2 H+
UDP-GA = uridina difosfato – ácido glicurônico Ex. Morfina
glicuronídeo de morfina MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II
- glicuronidase intestino quebra da ligação e REABSORÇÃO da SQ livre
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BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II 2. SULFOTRANSFERASES - PAPS
2. SULFOTRANSFERASES - PAPS DESTOXIFICAÇÃO Para grupamentos - OH ATP + SO4
APS + P2O7-4
APS + ATP
PAPS + ADP
PAPS = 3 – fosfoadenosina, 5 - fosfosulfato
Ex.
fenol
sulfato de fenol MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II 2. SULFOTRANSFERASES - PAPS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II
3. METILTRANSFERASES – SAM (S – adenosina metionina) DESTOXIFICAÇÃO OU ATIVAÇÃO Transfere grupos metila – CH3 - para átomos de O, N ou S eletrofílicos. Ex. nicotina
metilnicotina MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II
4. ACETILTRANSFERASES/ acetila CoA Polimorfismo genético bem estabelecido: acetiladores rápidos e lentos
4. ACETILTRANSFERASES/ acetila CoA DESTOXIFICAÇÃO OU ATIVAÇÃO Transfere grupos acetila da acetila CoA para substratos com grupamentos amina formando uma amida Ex. anilina
Fenótipo de lenta atividade Egípcios 70% Americanos 50% chineses e japoneses 25%
acetilanilina
MEPBS
MEPBS
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BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II 4. ACETILTRANSFERASES/ acetila CoA
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II 5. CONJUGAÇÃO COM AMINOÁCIDO (glicina/ glutamina) – CoA ligases, ATP, CoA
DESTOXIFICAÇÃO Para compostos contendo radicais carboxila - COOH amidas (reação da amina do aa com a carboxila da SQ
MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II 5. CONJUGAÇÃO COM AMINOÁCIDO
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II 6. GLUTATIONA S- TRANSFERASES / glutationa
DESTOXIFICAÇÃO
Fase I
Para compostos contendo radicais eletrofílicos
Fase II
a. Transferência do – SH da glutationa p/ o radical eletrofílico do AQ tioéster b. Quebra do complexo c. Derivado cisteínico mercaptúricos (urina)
derivado cisteínico acetilação
ácidos MEPBS
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II 6. GLUTATIONA S- TRANSFERASES / glutationa
BIOTRANSFORMAÇÃO - Fase II 7. RODANASE
Fase I DESTOXIFICAÇÃO Para compostos que liberam o íon CIANETO – CN – no organismo CN + S2O3-2
SCN- + SO3
Ex. glicosídeos cianogênicos (mandioca) liberam o CN- no organismo Fase II MEPBS
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BIOATIVAÇÃO Xenobiótico
metabólito
excreção
reação intermediária
ligação covalente (DNA, DNA,aa)
danos
hapteno
mutagênese
necrose
antígeno
carcinogênese MEPBS
FATORES QUE MODIFICAM A BIOTRANSFORMAÇÃO 1. Relacionados à substância química concentração da SQ no sítio ativo da enzima 2. Relacionados ao organismo raça, idade, sexo, espécie, estado nutricional, etc . 3. Indução e inibição enzimática
Indução: hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, praguicidas organoclorados
Inibição: chumbo, monóxido de carbono MEPBS
Excreção de substâncias polares hidrossolúvies.
3.2 EXCREÇÃO
Mecanismos: a) Filtração glomerular: 1) Não há gasto de energia. 2) Grande diâmetro dos poros dos capilares glomerulares 3) Passam todos os elementos, menos macromoléculas 4) AT-proteína não passa. 5) As hidro são excretadas pela urina, e as lipo são reabsorvidas no túbulo proximal.
1. RENAL ‡ filtração glomerular
b) Secreção tubular: 1) Há gasto de energia. 2) Contra gradiente de concentração. 3) Cinética de saturação. 4) Processo rápido
‡ difusão tubular ‡ secreção tubular
* Reabsorção tubular: 1) Maioria ocorre por processo passivo. 2) pode haver transporte ativo. Ex: glicose e ácido úrico. 3) Deve ser lipofílica e não carregada. MEPBS
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EXCREÇÃO de ácidos e bases fracas pela urina
MEPBS
MEPBS
Exemplo prático no tratamento da intoxicação H
Alcalinização urinária
3.2 EXCREÇÃO
O N
2. GASTRINTESTINAL
H
O
acelera a excreção renal de um barbitúrico (ácido orgânico fraco), que por estar em sua forma ionizada (pH alcalino), terá dificuldade em sofrer reabsorção tubular, favorecendo o controle da intoxicação.
H
2. PULMONAR
H
N
3. BILIAR
O
‡ eliminação com as fezes ‡ ciclo enteroepático 4. SUOR, SALIVA, LEITE Estruturas químicas de um barbitúrico MEPBS
MEPBS
FASES DA INTOXICAÇÃO 2. GASTRINTESTINAL
I - EXPOSIÇÃO
III - TOXICODINÂMICA
II - TOXICOCINÉTICA
TOXICANTE DISPONIBILIDADE QUÍMICA
TOXICIDADE BIODISPONIBILIDADE MEPBS
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FASE TOXICODINÂMICA
FASE TOXICODINÂMICA
É caracterizada pela presença, em sítios específicos, do agente tóxico ou do seu produto de biotransformação. Compreende a interação entre as moléculas do agente tóxico e os sítios de ação, específicos ou não, dos órgãos e, conseqüentemente, o aparecimento de desequilíbrio homeostásico
Xenobiótico órgão alvo
órgão crítico
Órgão em que se evidencia maior dano ao organismo
Prof. Felix G. R. Reyes
Prof. Felix G. R. Reyes
Mecanismos de ação tóxica
Fundamental importância para a aplicação de medidas preventivas e terapêuticas de intoxicação As estruturas-alvo e os mecanismos de ação tóxica dependem:
Estrutura química Propriedades físico-químicas dos agentes tóxicos
Afinidade enzima-substrato
Prof. Felix G. R. Reyes
FASES DA INTOXICAÇÃO I - EXPOSIÇÃO
III - TOXICODINÂMICA
II - TOXICOCINÉTICA
TOXICANTE DISPONIBILIDADE QUÍMICA
TOXICIDADE
IV - CLÍNICA
INTOXICAÇÃO
BIODISPONIBILIDADE MEPBS
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FASE CLÍNICA: EFEITOS TÓXICOS
FASE CLÍNICA
Prof. Felix G. R. Reyes
FASE CLÍNICA Resumindo, as intoxicações podem ser: 1. Quanto aos efeitos: agudos, subcrônicos, crônicos 2. Quanto à duração: curto, médio e longo prazo 3. Quanto à intensidade: letais, graves, moderadas e leves Prof. Felix G. R. Reyes
Efeitos farmacológicos
SANGUE
Efeitos patológicos reparo BIOTRANSFORMAÇÃO Danos ao DNA
destoxificação
metabólito não-tóxico
reparo
replicação
É a fase em que há evidências de sinais e sintomas, ou ainda alterações patológicas detectáveis mediante provas diagnósticas, caracterizando os efeitos nocivos provocados pela interação do agente tóxico com o organismo.
1
Absorção
Agente químico
metabólito tóxico
ativação
DNA ALTERADO MEPBS
FASE CLÍNICA 3. Interação entre os agentes tóxicos aditiva: 2+ 2 = 4 sinérgica: 1 + 3 = 7 potenciação: 0 + 3 = 6 antagonismo: 3 + 1 = 2
SUBSTÂNCIA QUÍMICA (AGENTE TÓXICO)
2 VIA GÁSTRICA
ORGANISMO
MUCOSA ORAL
TRATO GASTRINTESTINAL
VIA DÉRMICA
VIA PULMONAR
OUTRAS VIAS
SANGUE proteínas do plasma DEPÓSITOS DE ARMAZENAMENTO FÍGADO RINS
PULMÕES SÍTIOS DE AÇÃO
BILE URINA
AR EXPIRADO
FEZES
3
INTOXICAÇÃO
RESPOSTA (SINAIS E SINTOMAS)
ELEMENTOS BÁSICOS QUE ENVOLVEM A INTOXICAÇÃO
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