La neurotoxicidad y la toxicidad reproductiva son áreas importantes para la evaluación de riesgos, ya que los sistemas nervioso y reproductivo son muy sensibles a los efectos de los xenobióticos. Muchos agentes han sido identificados como tóxicos para estos sistemas en humanos (Barlow y Sullivan 1982; OTA 1990). Muchos pesticidas están diseñados deliberadamente para interrumpir la reproducción y la función neurológica en los organismos objetivo, como los insectos, a través de la interferencia con la bioquímica hormonal y la neurotransmisión.

Es difícil identificar sustancias potencialmente tóxicas para estos sistemas por tres razones interrelacionadas: en primer lugar, se encuentran entre los sistemas biológicos más complejos de los seres humanos, y los modelos animales de función reproductiva y neurológica generalmente se reconocen como inadecuados para representar eventos críticos como la cognición. o desarrollo embriofetal temprano; segundo, no existen pruebas simples para identificar posibles tóxicos reproductivos o neurológicos; y tercero, estos sistemas contienen múltiples tipos de células y órganos, de modo que no se puede usar un solo conjunto de mecanismos de toxicidad para inferir relaciones dosis-respuesta o predecir relaciones estructura-actividad (SAR). Además, se sabe que la sensibilidad de los sistemas nervioso y reproductivo varía con la edad y que las exposiciones en períodos críticos pueden tener efectos mucho más graves que en otros momentos.

Evaluación del riesgo de neurotoxicidad

La neurotoxicidad es un importante problema de salud pública. Como se muestra en la tabla 1, ha habido varios episodios de neurotoxicidad humana que involucraron a miles de trabajadores y otras poblaciones expuestas a través de emisiones industriales, alimentos y agua contaminados y otros vectores. Las exposiciones ocupacionales a neurotoxinas como plomo, mercurio, insecticidas organofosforados y solventes clorados están muy extendidas en todo el mundo (OTA 1990; Johnson 1978).

Tabla 1. Principales incidentes de neurotoxicidad seleccionados

Fuente: OTA 1990.

Los productos químicos pueden afectar el sistema nervioso a través de acciones en cualquiera de varios objetivos celulares o procesos bioquímicos dentro del sistema nervioso central o periférico. Los efectos tóxicos en otros órganos también pueden afectar el sistema nervioso, como en el ejemplo de la encefalopatía hepática. Las manifestaciones de la neurotoxicidad incluyen efectos sobre el aprendizaje (incluyendo la memoria, la cognición y el rendimiento intelectual), los procesos somatosensoriales (incluyendo la sensación y la propiocepción), la función motora (incluyendo el equilibrio, la marcha y el control de los movimientos finos), el afecto (incluyendo el estado de la personalidad y la emotividad) y autonómico. función (control nervioso de la función endocrina y sistemas de órganos internos). Los efectos tóxicos de las sustancias químicas sobre el sistema nervioso a menudo varían en sensibilidad y expresión con la edad: durante el desarrollo, el sistema nervioso central puede ser especialmente susceptible a las agresiones tóxicas debido al prolongado proceso de diferenciación celular, migración y contacto entre células. que tiene lugar en los humanos (OTA 1990). Además, el daño citotóxico al sistema nervioso puede ser irreversible porque las neuronas no se reemplazan después de la embriogénesis. Si bien el sistema nervioso central (SNC) está algo protegido del contacto con los compuestos absorbidos a través de un sistema de células estrechamente unidas (la barrera hematoencefálica, compuesta de células endoteliales capilares que recubren la vasculatura del cerebro), los químicos tóxicos pueden acceder a el SNC por tres mecanismos: los solventes y los compuestos lipofílicos pueden atravesar las membranas celulares; algunos compuestos pueden unirse a proteínas transportadoras endógenas que sirven para suministrar nutrientes y biomoléculas al SNC; Si se inhalan, las pequeñas proteínas pueden ser captadas directamente por el nervio olfativo y transportadas al cerebro.

autoridades reguladoras de EE. UU.

La autoridad legal para regular las sustancias para la neurotoxicidad se asigna a cuatro agencias en los Estados Unidos: la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA), la Agencia de Protección Ambiental (EPA), la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) y la Comisión de Seguridad de Productos de Consumo. (CPSC). Mientras que OSHA generalmente regula las exposiciones ocupacionales a químicos neurotóxicos (y otros), la EPA tiene autoridad para regular las exposiciones ocupacionales y no ocupacionales a pesticidas bajo la Ley Federal de Insecticidas, Fungicidas y Rodenticidas (FIFRA). La EPA también regula los nuevos productos químicos antes de su fabricación y comercialización, lo que obliga a la agencia a considerar los riesgos ocupacionales y no ocupacionales.

Identificación de peligros

Los agentes que afectan adversamente la fisiología, la bioquímica o la integridad estructural del sistema nervioso o la función del sistema nervioso expresada en el comportamiento se definen como peligros neurotóxicos (EPA 1993). La determinación de la neurotoxicidad inherente es un proceso difícil, debido a la complejidad del sistema nervioso y las múltiples expresiones de la neurotoxicidad. Algunos efectos pueden tardar en aparecer, como la neurotoxicidad retardada de ciertos insecticidas organofosforados. Se requiere precaución y criterio para determinar el peligro neurotóxico, incluida la consideración de las condiciones de exposición, la dosis, la duración y el momento.

La identificación de peligros generalmente se basa en estudios toxicológicos de organismos intactos, en los que se evalúa la función conductual, cognitiva, motora y somatosensorial con una variedad de herramientas de investigación que incluyen bioquímica, electrofisiología y morfología (Tilson y Cabe 1978; Spencer y Schaumberg 1980). No se puede exagerar la importancia de la observación cuidadosa del comportamiento del organismo completo. La identificación de peligros también requiere la evaluación de la toxicidad en diferentes etapas de desarrollo, incluida la vida temprana (intrauterina y neonatal temprana) y la senescencia. En los seres humanos, la identificación de la neurotoxicidad implica la evaluación clínica utilizando métodos de evaluación neurológica de la función motora, la fluidez del habla, los reflejos, la función sensorial, la electrofisiología, las pruebas neuropsicológicas y, en algunos casos, técnicas avanzadas de imágenes cerebrales y electroencefalografía cuantitativa. La OMS ha desarrollado y validado una batería básica de pruebas neuroconductuales (NCTB, por sus siglas en inglés), que contiene pruebas de función motora, coordinación ojo-mano, tiempo de reacción, memoria inmediata, atención y estado de ánimo. Esta batería ha sido validada internacionalmente mediante un proceso coordinado (Johnson 1978).

La identificación de peligros utilizando animales también depende de métodos de observación cuidadosos. La US EPA ha desarrollado una batería de observación funcional como prueba de primer nivel diseñada para detectar y cuantificar los principales efectos neurotóxicos evidentes (Moser 1990). Este enfoque también está incorporado en los métodos de prueba de toxicidad crónica y subcrónica de la OCDE. Una batería típica incluye las siguientes medidas: postura; paso; movilidad; excitación general y reactividad; presencia o ausencia de temblor, convulsiones, lagrimeo, piloerección, salivación, exceso de orina o defecación, estereotipia, dar vueltas u otros comportamientos extraños. Los comportamientos provocados incluyen respuesta al manejo, pellizco de cola o clics; equilibrio, reflejo de enderezamiento y fuerza de agarre de las extremidades posteriores. Algunas pruebas representativas y agentes identificados con estas pruebas se muestran en la tabla 2.

Tabla 2. Ejemplos de pruebas especializadas para medir la neurotoxicidad

Fuente: EPA 1993.

Estas pruebas pueden ir seguidas de evaluaciones más complejas que normalmente se reservan para estudios mecánicos en lugar de la identificación de peligros. Los métodos in vitro para la identificación de peligros de neurotoxicidad son limitados, ya que no proporcionan indicaciones de los efectos sobre funciones complejas, como el aprendizaje, pero pueden ser muy útiles para definir los sitios objetivo de toxicidad y mejorar la precisión de los estudios de dosis-respuesta del sitio objetivo (ver OMS 1986 y EPA 1993 para discusiones integrales de principios y métodos para identificar posibles neurotóxicos).

Evaluación de dosis-respuesta

La relación entre toxicidad y dosis puede basarse en datos humanos cuando estén disponibles o en pruebas con animales, como se describe anteriormente. En los Estados Unidos, generalmente se usa un enfoque de factor de seguridad o incertidumbre para los neurotóxicos. Este proceso implica determinar un “nivel sin efecto adverso observado” (NOAEL) o un “nivel con el efecto adverso más bajo observado” (LOAEL) y luego dividir este número por la incertidumbre o los factores de seguridad (generalmente múltiplos de 10) para permitir consideraciones tales como incompletitud de datos, sensibilidad potencialmente mayor de los humanos y variabilidad de la respuesta humana debido a la edad u otros factores del huésped. El número resultante se denomina dosis de referencia (RfD) o concentración de referencia (RfC). El efecto que se produce a la dosis más baja en las especies y géneros animales más sensibles se usa generalmente para determinar el LOAEL o NOAEL. La conversión de la dosis animal a la exposición humana se realiza mediante métodos estándar de dosimetría entre especies, teniendo en cuenta las diferencias en la vida útil y la duración de la exposición.

El uso del enfoque del factor de incertidumbre supone que existe un umbral o dosis por debajo del cual no se induce ningún efecto adverso. Los umbrales para neurotóxicos específicos pueden ser difíciles de determinar experimentalmente; se basan en supuestos en cuanto al mecanismo de acción que pueden o no ser válidos para todos los neurotóxicos (Silbergeld 1990).

Asesoramiento de exposición

En esta etapa, se evalúa la información sobre fuentes, rutas, dosis y duración de la exposición al neurotóxico para poblaciones humanas, subpoblaciones o incluso individuos. Esta información puede derivarse del monitoreo de los medios ambientales o del muestreo humano, o de estimaciones basadas en escenarios estándar (como las condiciones del lugar de trabajo y las descripciones del trabajo) o modelos de dispersión y destino ambiental (consulte EPA 1992 para conocer las pautas generales sobre métodos de evaluación de la exposición). En algunos casos limitados, se pueden usar marcadores biológicos para validar las inferencias y estimaciones de exposición; sin embargo, existen relativamente pocos biomarcadores utilizables de neurotóxicos.

Caracterización del riesgo

La combinación de identificación de peligros, dosis-respuesta y evaluación de la exposición se utiliza para desarrollar la caracterización del riesgo. Este proceso implica suposiciones en cuanto a la extrapolación de dosis altas a bajas, la extrapolación de animales a humanos y la idoneidad de las suposiciones de umbral y el uso de factores de incertidumbre.

Toxicología reproductiva—Métodos de evaluación de riesgos

Los peligros reproductivos pueden afectar múltiples criterios de valoración funcionales y objetivos celulares dentro de los seres humanos, con consecuencias para la salud del individuo afectado y de las generaciones futuras. Los peligros reproductivos pueden afectar el desarrollo del sistema reproductivo en hombres o mujeres, los comportamientos reproductivos, la función hormonal, el hipotálamo y la hipófisis, las gónadas y las células germinales, la fertilidad, el embarazo y la duración de la función reproductiva (OTA 1985). Además, los productos químicos mutagénicos también pueden afectar la función reproductiva al dañar la integridad de las células germinales (Dixon 1985).

La naturaleza y el alcance de los efectos adversos de las exposiciones químicas sobre la función reproductiva en las poblaciones humanas se desconocen en gran medida. Se dispone de relativamente poca información de vigilancia sobre criterios de valoración tales como la fertilidad de hombres o mujeres, la edad de la menopausia en mujeres o el recuento de espermatozoides en hombres. Sin embargo, tanto hombres como mujeres están empleados en industrias donde pueden ocurrir exposiciones a riesgos reproductivos (OTA 1985).

Esta sección no recapitula los elementos comunes a la evaluación de riesgos de tóxicos reproductivos y neurotóxicos, sino que se centra en cuestiones específicas de la evaluación de riesgos de tóxicos reproductivos. Al igual que con los neurotóxicos, la autoridad para regular los productos químicos para la toxicidad reproductiva está establecida por ley en la EPA, OSHA, la FDA y la CPSC. De estas agencias, solo la EPA tiene un conjunto establecido de pautas para la evaluación del riesgo de toxicidad reproductiva. Además, el estado de California ha desarrollado métodos para evaluar el riesgo de toxicidad reproductiva en respuesta a una ley estatal, la Proposición 65 (Pease et al. 1991).

Los tóxicos para la reproducción, como los neurotóxicos, pueden actuar afectando a cualquiera de varios órganos diana o sitios moleculares de acción. Su evaluación tiene una complejidad adicional debido a la necesidad de evaluar tres organismos distintos por separado y en conjunto: el macho, la hembra y la descendencia (Mattison y Thomford 1989). Si bien un punto final importante de la función reproductiva es la generación de un niño sano, la biología reproductiva también juega un papel en la salud de los organismos maduros y en desarrollo, independientemente de su participación en la procreación. Por ejemplo, la pérdida de la función ovulatoria a través del agotamiento natural o la extracción quirúrgica de ovocitos tiene efectos sustanciales sobre la salud de las mujeres, lo que implica cambios en la presión arterial, el metabolismo de los lípidos y la fisiología ósea. Los cambios en la bioquímica hormonal pueden afectar la susceptibilidad al cáncer.

Identificación de peligros

La identificación de un peligro para la reproducción puede hacerse sobre la base de datos humanos o animales. En general, los datos de humanos son relativamente escasos, debido a la necesidad de una vigilancia cuidadosa para detectar alteraciones en la función reproductiva, como el recuento o la calidad de los espermatozoides, la frecuencia ovulatoria y la duración del ciclo, o la edad de la pubertad. La detección de peligros reproductivos a través de la recopilación de información sobre tasas de fertilidad o datos sobre el resultado del embarazo puede confundirse con la supresión intencional de la fertilidad ejercida por muchas parejas a través de medidas de planificación familiar. El seguimiento cuidadoso de poblaciones seleccionadas indica que las tasas de fracaso reproductivo (aborto espontáneo) pueden ser muy altas cuando se evalúan los biomarcadores de embarazo temprano (Sweeney et al. 1988).

Los protocolos de prueba que utilizan animales de experimentación se utilizan ampliamente para identificar los tóxicos para la reproducción. En la mayoría de estos diseños, desarrollados en los Estados Unidos por la FDA y la EPA e internacionalmente por el programa de pautas de prueba de la OCDE, los efectos de los agentes sospechosos se detectan en términos de fertilidad después de la exposición masculina y/o femenina; observación de comportamientos sexuales relacionados con el apareamiento; y examen histopatológico de gónadas y glándulas sexuales accesorias, como las glándulas mamarias (EPA 1994). A menudo, los estudios de toxicidad para la reproducción implican la dosificación continua de animales durante una o más generaciones para detectar efectos en el proceso reproductivo integrado, así como para estudiar los efectos en órganos específicos de reproducción. Se recomiendan estudios multigeneracionales porque permiten detectar efectos que pueden ser inducidos por la exposición durante el desarrollo del sistema reproductivo en el útero. El Programa Nacional de Toxicología ha desarrollado en los Estados Unidos un protocolo de prueba especial, la Evaluación Reproductiva por Cría Continua (RACB). Esta prueba proporciona datos sobre los cambios en el espacio temporal de los embarazos (que refleja la función ovulatoria), así como el número y tamaño de las camadas durante todo el período de prueba. Cuando se extiende a la vida de la hembra, puede arrojar información sobre fallas reproductivas tempranas. Las medidas de esperma se pueden agregar al RACB para detectar cambios en la función reproductiva masculina. Una prueba especial para detectar pérdidas antes o después de la implantación es la prueba letal dominante, diseñada para detectar efectos mutagénicos en la espermatogénesis masculina.

También se han desarrollado pruebas in vitro como pantallas para la toxicidad reproductiva (y del desarrollo) (Heindel y Chapin 1993). Estas pruebas generalmente se usan para complementar los resultados de las pruebas in vivo al proporcionar más información sobre el sitio objetivo y el mecanismo de los efectos observados.

La Tabla 3 muestra los tres tipos de criterios de valoración en la evaluación de la toxicidad reproductiva: mediada por la pareja, específica para mujeres y específica para hombres. Los puntos finales mediados por parejas incluyen aquellos detectables en estudios multigeneracionales y de un solo organismo. Por lo general, también incluyen la evaluación de la descendencia. Cabe señalar que la medición de la fertilidad en roedores generalmente es insensible, en comparación con dicha medición en humanos, y que los efectos adversos sobre la función reproductiva pueden ocurrir con dosis más bajas que las que afectan significativamente la fertilidad (EPA 1994). Los criterios de valoración específicos para hombres pueden incluir pruebas de letalidad dominante, así como evaluación histopatológica de órganos y espermatozoides, medición de hormonas y marcadores de desarrollo sexual. La función del esperma también se puede evaluar mediante métodos de fertilización in vitro para detectar las propiedades de penetración y capacitación de las células germinales; estas pruebas son valiosas porque son directamente comparables con las evaluaciones in vitro realizadas en clínicas de fertilidad humana, pero por sí mismas no brindan información sobre la respuesta a la dosis. Los criterios de valoración específicos de las hembras incluyen, además de la histopatología de los órganos y las mediciones hormonales, la evaluación de las secuelas de la reproducción, incluida la lactancia y el crecimiento de la descendencia.

Tabla 3. Criterios de valoración en toxicología reproductiva

¹ Criterios de valoración que se pueden obtener de forma relativamente no invasiva con seres humanos.

Fuente: EPA 1994.

En los Estados Unidos, la identificación del peligro concluye con una evaluación cualitativa de los datos de toxicidad mediante la cual se juzga que los productos químicos tienen evidencia suficiente o insuficiente de peligro (EPA 1994). La evidencia "suficiente" incluye datos epidemiológicos que proporcionan evidencia convincente de una relación causal (o falta de ella), basada en estudios de casos y controles o de cohortes, o series de casos bien respaldados. Se pueden combinar suficientes datos en animales con datos humanos limitados para respaldar un hallazgo de un peligro para la reproducción: para que sean suficientes, los estudios experimentales generalmente deben utilizar las pautas de prueba de dos generaciones de la EPA y deben incluir un mínimo de datos que demuestren un efecto reproductivo adverso. en un estudio apropiado y bien realizado en una especie de prueba. Los datos humanos limitados pueden o no estar disponibles; no es necesario a los efectos de la identificación de peligros. Para descartar un peligro reproductivo potencial, los datos de los animales deben incluir una serie adecuada de criterios de valoración de más de un estudio que no muestre ningún efecto reproductivo adverso a dosis mínimamente tóxicas para el animal (EPA 1994).

Evaluación de dosis-respuesta

Al igual que con la evaluación de los neurotóxicos, la demostración de los efectos relacionados con la dosis es una parte importante de la evaluación de riesgos de los tóxicos para la reproducción. Surgen dos dificultades particulares en los análisis de dosis-respuesta debido a la complicada toxicocinética durante el embarazo y la importancia de distinguir la toxicidad reproductiva específica de la toxicidad general para el organismo. Los animales debilitados o los animales con toxicidad no específica sustancial (como pérdida de peso) pueden no ovular o aparearse. La toxicidad materna puede afectar la viabilidad del embarazo o el apoyo a la lactancia. Estos efectos, si bien son evidencia de toxicidad, no son específicos de la reproducción (Kimmel et al. 1986). La evaluación de la respuesta a la dosis para un criterio de valoración específico, como la fertilidad, debe realizarse en el contexto de una evaluación general de la reproducción y el desarrollo. Las relaciones dosis-respuesta para diferentes efectos pueden diferir significativamente, pero interfieren con la detección. Por ejemplo, los agentes que reducen el tamaño de la camada pueden no tener efectos sobre el peso de la camada debido a la reducción de la competencia por la nutrición intrauterina.

Asesoramiento de exposición

Un componente importante de la evaluación de la exposición para la evaluación del riesgo reproductivo se relaciona con la información sobre el momento y la duración de las exposiciones. Las medidas de exposición acumulativa pueden ser insuficientemente precisas, dependiendo del proceso biológico que se vea afectado. Se sabe que las exposiciones en diferentes etapas de desarrollo en machos y hembras pueden tener diferentes resultados tanto en humanos como en animales de experimentación (Gray et al. 1988). La naturaleza temporal de la espermatogénesis y la ovulación también afecta el resultado. Los efectos sobre la espermatogénesis pueden ser reversibles si cesan las exposiciones; sin embargo, la toxicidad de los ovocitos no es reversible ya que las hembras tienen un conjunto fijo de células germinales a las que recurrir para la ovulación (Mattison y Thomford 1989).

Caracterización del riesgo

Al igual que con los neurotóxicos, generalmente se asume la existencia de un umbral para los tóxicos reproductivos. Sin embargo, las acciones de los compuestos mutagénicos sobre las células germinales pueden considerarse una excepción a esta suposición general. Para otros criterios de valoración, se calcula una RfD o RfC como con los neurotóxicos mediante la determinación del NOAEL o LOAEL y la aplicación de los factores de incertidumbre apropiados. El efecto utilizado para determinar el NOAEL o LOAEL es el punto final reproductivo adverso más sensible de las especies de mamíferos más apropiadas o más sensibles (EPA 1994). Los factores de incertidumbre incluyen la consideración de la variación entre especies e intraespecies, la capacidad de definir un NOAEL verdadero y la sensibilidad del criterio de valoración detectado.

Las caracterizaciones de riesgo también deben centrarse en subpoblaciones específicas en riesgo, posiblemente especificando hombres y mujeres, estado de embarazo y edad. Las personas especialmente sensibles, como las mujeres lactantes, las mujeres con un número reducido de ovocitos o los hombres con un recuento reducido de espermatozoides, y los adolescentes prepuberales también pueden ser considerados.

Atrás