L'obiettivo prioritario della tossicologia occupazionale e ambientale è quello di migliorare la prevenzione o la limitazione sostanziale degli effetti sulla salute dell'esposizione ad agenti pericolosi negli ambienti generali e occupazionali. A tal fine sono stati sviluppati sistemi per la valutazione quantitativa del rischio relativo ad una data esposizione (vedi paragrafo “Tossicologia normativa”).

Gli effetti di una sostanza chimica su particolari sistemi e organi sono correlati all'entità dell'esposizione e al fatto che l'esposizione sia acuta o cronica. In considerazione della diversità degli effetti tossici anche all'interno di un sistema o organo, è stata proposta una filosofia uniforme riguardante l'organo critico e l'effetto critico ai fini della valutazione del rischio e dello sviluppo di limiti di concentrazione raccomandati basati sulla salute di sostanze tossiche in diversi ambienti ambientali .

Dal punto di vista della medicina preventiva, è di particolare importanza identificare gli effetti avversi precoci, sulla base del presupposto generale che prevenire o limitare gli effetti precoci può impedire lo sviluppo di effetti più gravi sulla salute.

Tale approccio è stato applicato ai metalli pesanti. Sebbene i metalli pesanti, come piombo, cadmio e mercurio, appartengano a un gruppo specifico di sostanze tossiche in cui l'effetto cronico dell'attività dipende dal loro accumulo negli organi, le definizioni presentate di seguito sono state pubblicate dal Task Group on Metal Toxicity (Nordberg 1976).

La definizione di organo critico proposta dal Task Group on Metal Toxicity è stata adottata con una leggera modifica: la parola metallo è stata sostituita con l'espressione sostanza potenzialmente tossica (Duffus 1993).

Il fatto che un determinato organo o sistema sia considerato critico dipende non solo dalla tossicomeccanica dell'agente pericoloso, ma anche dalla via di assorbimento e dalla popolazione esposta.

• Concentrazione critica per una cellula: la concentrazione alla quale si verificano cambiamenti funzionali avversi, reversibili o irreversibili, nella cellula.
• Concentrazione critica degli organi: la concentrazione media nell'organo nel momento in cui il tipo più sensibile di cellule dell'organo raggiunge la concentrazione critica.
• Organo critico: quel particolare organo che per primo raggiunge la concentrazione critica di metallo in determinate circostanze di esposizione e per una data popolazione.
• Effetto critico: punto definito nella relazione tra dose ed effetto nell'individuo, vale a dire il punto in cui si verifica un effetto avverso nella funzione cellulare dell'organo critico. A un livello di esposizione inferiore a quello che fornisce una concentrazione critica di metallo nell'organo critico, possono verificarsi alcuni effetti che non compromettono la funzione cellulare di per sé, ma sono rilevabili mediante test biochimici e di altro tipo. Tali effetti sono definiti come effetti subcritici.

Il significato biologico dell'effetto subcritico a volte non è noto; può indicare un biomarcatore di esposizione, un indice di adattamento o un precursore di un effetto critico (vedere “Metodi di test tossicologici: biomarcatori”). Quest'ultima possibilità può essere particolarmente significativa in vista delle attività profilattiche.

La tabella 1 mostra esempi di organi ed effetti critici per diverse sostanze chimiche. Nell'esposizione ambientale cronica al cadmio, dove la via di assorbimento è di minore importanza (le concentrazioni di cadmio nell'aria vanno da 10 a 20 μg/m³ in ambito urbano e da 1 a 2 μg/m³ nelle zone rurali), l'organo critico è il rene. Nell'ambiente lavorativo dove il TLV raggiunge i 50μg/m³ e l'inalazione costituisce la principale via di esposizione, due organi, polmone e rene, sono considerati critici.

Tabella 1. Esempi di organi critici ed effetti critici

Per il piombo, gli organi critici negli adulti sono il sistema emopoietico e il sistema nervoso periferico, dove gli effetti critici (p. es., elevata concentrazione di protoporfirina eritrocitaria libera (FEP), aumento dell'escrezione di acido delta-aminolevulinico nelle urine o ridotta conduzione nervosa periferica) si manifestano quando il livello di piombo nel sangue (un indice di assorbimento di piombo nel sistema) si avvicina a 200-300μg/l. Nei bambini piccoli l'organo critico è il sistema nervoso centrale (SNC), e i sintomi di disfunzione rilevati con l'uso di una batteria di test psicologici sono stati riscontrati nelle popolazioni esaminate anche a concentrazioni nell'ordine di circa 100μg/l Pb nel sangue.

Sono state formulate numerose altre definizioni che possono riflettere meglio il significato della nozione. Secondo l'OMS (1989), l'effetto critico è stato definito come “il primo effetto avverso che compare quando la concentrazione o la dose soglia (critica) viene raggiunta nell'organo critico. Gli effetti avversi, come il cancro, senza una concentrazione soglia definita sono spesso considerati critici. La decisione se un effetto è critico è una questione di giudizio di esperti. Nelle linee guida del programma internazionale sulla sicurezza chimica (IPCS) per lo sviluppo Documenti sui criteri di salute ambientale, l'effetto critico è descritto come "l'effetto avverso ritenuto più appropriato per determinare l'assunzione tollerabile". Quest'ultima definizione è stata formulata direttamente allo scopo di valutare i limiti di esposizione basati sulla salute nell'ambiente generale. In questo contesto, la cosa più essenziale sembra essere determinare quale effetto può essere considerato un effetto negativo. Secondo la terminologia corrente, l'effetto avverso è il "cambiamento nella morfologia, fisiologia, crescita, sviluppo o durata della vita di un organismo che si traduce in una compromissione della capacità di compensare lo stress aggiuntivo o un aumento della suscettibilità agli effetti dannosi di altre influenze ambientali. La decisione se un effetto sia negativo o meno richiede il giudizio di esperti.

La Figura 1 mostra ipotetiche curve dose-risposta per diversi effetti. In caso di esposizione al piombo, A può rappresentare un effetto subcritico (inibizione dell'ALA-deidratasi eritrocitaria), B l'effetto critico (aumento della protoporfirina di zinco eritrocitaria o aumento dell'escrezione di acido delta-aminolevulinico, C l'effetto clinico (anemia) e D l'effetto fatale (la morte). Per l'esposizione al piombo esistono abbondanti evidenze che illustrano come particolari effetti dell'esposizione siano dipendenti dalla concentrazione di piombo nel sangue (pratica controparte della dose), sia sotto forma di relazione dose-risposta sia in relazione a diverse variabili (sesso, età, ecc. .). Determinare gli effetti critici e la relazione dose-risposta per tali effetti nell'uomo rende possibile prevedere la frequenza di un dato effetto per una data dose o la sua controparte (concentrazione nel materiale biologico) in una certa popolazione.

Figura 1. Ipotetiche curve dose-risposta per vari effetti

Gli effetti critici possono essere di due tipi: quelli considerati di soglia e quelli per i quali può sussistere un certo rischio a qualsiasi livello di esposizione (senza soglia, cancerogeni genotossici e germi mutageni). Ove possibile, dovrebbero essere utilizzati dati umani appropriati come base per la valutazione del rischio. Al fine di determinare gli effetti soglia per la popolazione generale, le ipotesi relative al livello di esposizione (assunzione tollerabile, biomarcatori di esposizione) devono essere fatte in modo tale che la frequenza dell'effetto critico nella popolazione esposta a un determinato agente pericoloso corrisponda alla frequenza di tale effetto nella popolazione generale. Nell'esposizione al piombo, la concentrazione massima raccomandata di piombo nel sangue per la popolazione generale (200μg/l, mediana inferiore a 100μg/l) (WHO 1987) è praticamente al di sotto del valore soglia per l'effetto critico presunto: l'elevato livello di protoporfirina libera negli eritrociti, sebbene non sia inferiore al livello associato agli effetti sul sistema nervoso centrale nei bambini o alla pressione arteriosa negli adulti. In generale, se i dati provenienti da studi ben condotti sulla popolazione umana che definiscono un livello senza effetti avversi osservati sono la base per la valutazione della sicurezza, allora il fattore di incertezza di dieci è stato considerato appropriato. Nel caso di esposizione professionale gli effetti critici possono riguardare una certa parte della popolazione (es. 10%). Di conseguenza, nell'esposizione professionale al piombo, la concentrazione di piombo nel sangue raccomandata per la salute è stata adottata per essere di 400 mg/l negli uomini, dove un livello di risposta del 10% per ALA-U di 5 mg/l si è verificato a concentrazioni di PbB di circa 300-400 mg/l . Per l'esposizione professionale al cadmio (assumendo che l'aumento dell'escrezione urinaria di proteine ​​a basso peso sia l'effetto critico), il livello di 200 ppm di cadmio nella corteccia renale è stato considerato come il valore ammissibile, poiché questo effetto è stato osservato nel 10% dei la popolazione esposta. Entrambi questi valori sono allo studio per l'abbassamento, in molti paesi, attualmente (es. 1996).

Non vi è un chiaro consenso sulla metodologia appropriata per la valutazione del rischio delle sostanze chimiche per le quali l'effetto critico potrebbe non avere una soglia, come le sostanze cancerogene genotossiche. Per la valutazione di tali effetti sono stati adottati numerosi approcci basati in gran parte sulla caratterizzazione della relazione dose-risposta. A causa della mancanza di accettazione socio-politica del rischio per la salute causato da agenti cancerogeni in documenti come il Linee guida sulla qualità dell'aria per l'Europa (WHO 1987), solo i valori come il rischio unitario nel corso della vita (ossia, il rischio associato all'esposizione nel corso della vita a 1μg/m³ dell'agente pericoloso) sono presentati per gli effetti senza soglia (vedi “Tossicologia normativa”).

Attualmente, il passo fondamentale nell'intraprendere attività per la valutazione del rischio è determinare l'organo critico e gli effetti critici. Le definizioni sia dell'effetto critico che di quello avverso riflettono la responsabilità di decidere quale degli effetti all'interno di un dato organo o sistema debba essere considerato critico, e ciò è direttamente correlato alla successiva determinazione dei valori raccomandati per una data sostanza chimica nell'ambiente generale -Per esempio, Linee guida sulla qualità dell'aria per l'Europa (WHO 1987) o limiti basati sulla salute nell'esposizione professionale (WHO 1980). Determinare l'effetto critico all'interno della gamma degli effetti subcritici può portare a una situazione in cui i limiti raccomandati sulla concentrazione di sostanze chimiche tossiche nell'ambiente generale o lavorativo possono essere in pratica impossibili da mantenere. Considerare come critico un effetto che può sovrapporsi agli effetti clinici precoci può portare all'adozione dei valori per i quali gli effetti avversi possono svilupparsi in una parte della popolazione. La decisione se un determinato effetto debba o meno essere considerato critico resta di competenza dei gruppi di esperti specializzati nella valutazione della tossicità e del rischio.

Di ritorno

Ci sono spesso grandi differenze tra gli esseri umani nell'intensità della risposta alle sostanze chimiche tossiche e variazioni nella suscettibilità di un individuo nel corso della vita. Questi possono essere attribuiti a una varietà di fattori in grado di influenzare il tasso di assorbimento, la distribuzione nel corpo, la biotrasformazione e/o il tasso di escrezione di una particolare sostanza chimica. Oltre ai noti fattori ereditari che è stato chiaramente dimostrato essere collegati all'aumentata suscettibilità alla tossicità chimica nell'uomo (vedi “Determinanti genetici della risposta tossica”), altri fattori includono: caratteristiche costituzionali legate all'età e al sesso; stati patologici preesistenti o riduzione della funzione d'organo (non ereditari, cioè acquisiti); abitudini alimentari, fumo, consumo di alcol e uso di farmaci; concomitante esposizione a biotossine (microrganismi vari) e fattori fisici (radiazioni, umidità, temperature estremamente basse o elevate o pressioni barometriche particolarmente rilevanti per la pressione parziale di un gas), nonché concomitante esercizio fisico o situazioni di stress psicologico; precedente esposizione professionale e/o ambientale a una particolare sostanza chimica, e in particolare esposizione concomitante ad altre sostanze chimiche, non necessariamente tossici (p. es., metalli essenziali). I possibili contributi dei suddetti fattori all'aumento o alla diminuzione della suscettibilità agli effetti avversi sulla salute, nonché i meccanismi della loro azione, sono specifici per una particolare sostanza chimica. Pertanto qui verranno presentati solo i fattori più comuni, i meccanismi di base e alcuni esempi caratteristici, mentre le informazioni specifiche relative a ciascuna particolare sostanza chimica possono essere trovate altrove in questo Enciclopedia.

A seconda dello stadio in cui agiscono questi fattori (assorbimento, distribuzione, biotrasformazione o escrezione di una particolare sostanza chimica), i meccanismi possono essere approssimativamente classificati in base a due conseguenze fondamentali dell'interazione: (1) un cambiamento nella quantità della sostanza chimica in un organo bersaglio, cioè nel sito(i) del suo effetto nell'organismo (interazioni tossicocinetiche), o (2) un cambiamento nell'intensità di una risposta specifica alla quantità della sostanza chimica in un organo bersaglio (interazioni tossicodinamiche) . I meccanismi più comuni di entrambi i tipi di interazione sono correlati alla competizione con altre sostanze chimiche per il legame con gli stessi composti coinvolti nel loro trasporto nell'organismo (p. es., proteine ​​sieriche specifiche) e/o per lo stesso percorso di biotrasformazione (p. es., enzimi specifici) determinando un cambiamento nella velocità o nella sequenza tra la reazione iniziale e l'effetto negativo finale sulla salute. Tuttavia, sia le interazioni tossicocinetiche che quelle tossicodinamiche possono influenzare la suscettibilità individuale a una particolare sostanza chimica. L'influenza di diversi fattori concomitanti può risultare in: (a) effetti additivi—l'intensità dell'effetto combinato è uguale alla somma degli effetti prodotti da ciascun fattore separatamente, (b) effetti sinergici— l'intensità dell'effetto combinato è maggiore della somma degli effetti prodotti da ciascun fattore separatamente, o (c) effetti antagonistici—l'intensità dell'effetto combinato è inferiore alla somma degli effetti prodotti da ciascun fattore separatamente.

La quantità di una particolare sostanza chimica tossica o di un metabolita caratteristico nel sito(i) del suo effetto nel corpo umano può essere più o meno valutata mediante monitoraggio biologico, cioè scegliendo il campione biologico corretto e la tempistica ottimale del campionamento del campione, prendendo tiene conto delle emivite biologiche per una particolare sostanza chimica sia nell'organo critico che nel compartimento biologico misurato. Tuttavia, generalmente mancano informazioni affidabili su altri possibili fattori che potrebbero influenzare la suscettibilità individuale negli esseri umani e, di conseguenza, la maggior parte delle conoscenze riguardanti l'influenza di vari fattori si basa su dati sperimentali su animali.

Va sottolineato che in alcuni casi esistono differenze relativamente grandi tra gli esseri umani e altri mammiferi nell'intensità della risposta a un livello equivalente e/o nella durata dell'esposizione a molte sostanze chimiche tossiche; ad esempio, gli esseri umani sembrano essere notevolmente più sensibili agli effetti nocivi sulla salute di diversi metalli tossici rispetto ai ratti (comunemente utilizzati negli studi sugli animali). Alcune di queste differenze possono essere attribuite al fatto che i percorsi di trasporto, distribuzione e biotrasformazione di varie sostanze chimiche dipendono in gran parte da sottili cambiamenti nel pH dei tessuti e dall'equilibrio redox nell'organismo (così come lo sono le attività di vari enzimi), e che il sistema redox dell'uomo differisce notevolmente da quello del topo.

Questo è ovviamente il caso di importanti antiossidanti come la vitamina C e il glutatione (GSH), essenziali per il mantenimento dell'equilibrio redox e che hanno un ruolo protettivo contro gli effetti negativi dei radicali liberi di origine ossigenata o xenobiotica che sono coinvolti in un varietà di condizioni patologiche (Kehrer 1993). Gli esseri umani non possono auto-sintetizzare la vitamina C, contrariamente al ratto, e i livelli e il tasso di turnover del GSH eritrocitario negli esseri umani sono notevolmente inferiori a quelli del ratto. Gli esseri umani mancano anche di alcuni degli enzimi antiossidanti protettivi, rispetto al ratto o ad altri mammiferi (ad esempio, la GSH-perossidasi è considerata scarsamente attiva nello sperma umano). Questi esempi illustrano la potenziale maggiore vulnerabilità allo stress ossidativo negli esseri umani (in particolare nelle cellule sensibili, ad esempio, una vulnerabilità apparentemente maggiore dello sperma umano alle influenze tossiche rispetto a quella del ratto), che può provocare una risposta diversa o una maggiore suscettibilità all'influenza di vari fattori negli esseri umani rispetto ad altri mammiferi (Telišman 1995).

Influenza dell'età

Rispetto agli adulti, i bambini molto piccoli sono spesso più suscettibili alla tossicità chimica a causa dei loro volumi di inalazione relativamente maggiori e del tasso di assorbimento gastrointestinale dovuto alla maggiore permeabilità dell'epitelio intestinale e a causa dei sistemi enzimatici di disintossicazione immaturi e di un tasso di escrezione relativamente inferiore di sostanze chimiche tossiche . Il sistema nervoso centrale sembra essere particolarmente suscettibile nella fase iniziale dello sviluppo per quanto riguarda la neurotossicità di varie sostanze chimiche, ad esempio piombo e metilmercurio. D'altra parte, gli anziani possono essere suscettibili a causa della storia di esposizione chimica e dell'aumento delle riserve corporee di alcuni xenobiotici, o della funzione preesistente compromessa degli organi bersaglio e/o degli enzimi rilevanti, con conseguente riduzione della disintossicazione e del tasso di escrezione. Ciascuno di questi fattori può contribuire all'indebolimento delle difese dell'organismo: una diminuzione della capacità di riserva, che causa una maggiore suscettibilità alla successiva esposizione ad altri pericoli. Ad esempio, gli enzimi del citocromo P450 (coinvolti nei percorsi di biotrasformazione di quasi tutte le sostanze chimiche tossiche) possono essere indotti o avere un'attività ridotta a causa dell'influenza di vari fattori nel corso della vita (comprese le abitudini alimentari, il fumo, l'alcol, l'uso di farmaci e esposizione a xenobiotici ambientali).

Influenza del sesso

Differenze di suscettibilità legate al genere sono state descritte per un gran numero di sostanze chimiche tossiche (circa 200) e tali differenze si riscontrano in molte specie di mammiferi. Sembra che i maschi siano generalmente più suscettibili alle tossine renali e le femmine alle tossine epatiche. Le cause della diversa risposta tra maschi e femmine sono state correlate a differenze in una varietà di processi fisiologici (p. es., le femmine sono capaci di un'ulteriore escrezione di alcune sostanze chimiche tossiche attraverso la perdita di sangue mestruale, il latte materno e/o il trasferimento al feto, ma sperimentano ulteriore stress durante la gravidanza, il parto e l'allattamento), attività enzimatiche, meccanismi di riparazione genetica, fattori ormonali o la presenza di depositi di grasso relativamente più grandi nelle femmine, con conseguente maggiore accumulo di alcune sostanze chimiche tossiche lipofile, come solventi organici e alcuni farmaci .

Influenza delle abitudini alimentari

Le abitudini alimentari hanno un'influenza importante sulla suscettibilità alla tossicità chimica, soprattutto perché un'alimentazione adeguata è essenziale per il funzionamento del sistema di difesa chimica del corpo nel mantenimento di una buona salute. Un'adeguata assunzione di metalli essenziali (compresi i metalloidi) e proteine, in particolare gli amminoacidi contenenti zolfo, è necessaria per la biosintesi di vari enzimi disintossicanti e la fornitura di glicina e glutatione per le reazioni di coniugazione con composti endogeni ed esogeni. I lipidi, in particolare i fosfolipidi, e i lipotropi (donatori di gruppi metilici) sono necessari per la sintesi delle membrane biologiche. I carboidrati forniscono l'energia necessaria per vari processi di disintossicazione e forniscono acido glucuronico per la coniugazione di sostanze chimiche tossiche e dei loro metaboliti. Il selenio (un metalloide essenziale), il glutatione e le vitamine come la vitamina C (solubile in acqua), la vitamina E e la vitamina A (solubile nei lipidi) hanno un ruolo importante come antiossidanti (p. es., nel controllo della perossidazione lipidica e nel mantenimento dell'integrità delle membrane cellulari) e scavenger di radicali liberi per la protezione contro sostanze chimiche tossiche. Inoltre, vari costituenti della dieta (contenuto di proteine ​​e fibre, minerali, fosfati, acido citrico, ecc.) così come la quantità di cibo consumato possono influenzare notevolmente il tasso di assorbimento gastrointestinale di molte sostanze chimiche tossiche (p. es., il tasso medio di assorbimento di sostanze solubili i sali di piombo assunti con i pasti è di circa l'60%, contro il XNUMX% circa dei soggetti a digiuno). Tuttavia, la dieta stessa può essere un'ulteriore fonte di esposizione individuale a varie sostanze chimiche tossiche (p. es., assunzione giornaliera notevolmente aumentata e accumulo di arsenico, mercurio, cadmio e/o piombo nei soggetti che consumano pesce contaminato).

Influenza del fumo

L'abitudine al fumo può influenzare la suscettibilità individuale a molte sostanze chimiche tossiche a causa della varietà di possibili interazioni che coinvolgono il gran numero di composti presenti nel fumo di sigaretta (soprattutto idrocarburi policiclici aromatici, monossido di carbonio, benzene, nicotina, acroleina, alcuni pesticidi, cadmio e , in misura minore, piombo e altri metalli tossici, ecc.), alcuni dei quali sono in grado di accumularsi nel corpo umano nel corso della vita, compresa la vita prenatale (es. piombo e cadmio). Le interazioni si verificano principalmente perché varie sostanze chimiche tossiche competono per gli stessi siti di legame per il trasporto e la distribuzione nell'organismo e/o per lo stesso percorso di biotrasformazione che coinvolge particolari enzimi. Ad esempio, diversi costituenti del fumo di sigaretta possono indurre gli enzimi del citocromo P450, mentre altri possono deprimerne l'attività e quindi influenzare le comuni vie di biotrasformazione di molte altre sostanze chimiche tossiche, come i solventi organici e alcuni farmaci. Il fumo eccessivo di sigarette per un lungo periodo può ridurre considerevolmente i meccanismi di difesa del corpo diminuendo la capacità di riserva per far fronte all'influenza negativa di altri fattori legati allo stile di vita.

Influenza dell'alcol

Il consumo di alcol (etanolo) può influenzare la suscettibilità a molte sostanze chimiche tossiche in diversi modi. Può influenzare il tasso di assorbimento e la distribuzione di alcune sostanze chimiche nel corpo, ad esempio aumentare il tasso di assorbimento gastrointestinale del piombo o diminuire il tasso di assorbimento polmonare del vapore di mercurio inibendo l'ossidazione necessaria per la ritenzione del vapore di mercurio inalato. L'etanolo può anche influenzare la suscettibilità a varie sostanze chimiche attraverso cambiamenti a breve termine nel pH dei tessuti e aumento del potenziale redox derivante dal metabolismo dell'etanolo, poiché sia ​​l'ossidazione dell'etanolo ad acetaldeide che l'ossidazione dell'acetaldeide ad acetato producono un equivalente di nicotinammide adenina dinucleotide (NADH) e idrogeno (h⁺). Poiché l'affinità di metalli e metalloidi essenziali e tossici per il legame con vari composti e tessuti è influenzata dal pH e dai cambiamenti nel potenziale redox (Telišman 1995), anche un'assunzione moderata di etanolo può comportare una serie di conseguenze quali: ( 1) ridistribuzione del piombo accumulato a lungo termine nell'organismo umano a favore di una frazione di piombo biologicamente attiva, (2) sostituzione dello zinco essenziale con piombo negli enzimi contenenti zinco, influenzando così l'attività enzimatica o l'influenza della mobilità piombo sulla distribuzione di altri metalli e metalloidi essenziali nell'organismo come calcio, ferro, rame e selenio, (3) aumento dell'escrezione urinaria di zinco e così via. L'effetto di possibili eventi di cui sopra può essere aumentato a causa del fatto che le bevande alcoliche possono contenere una quantità apprezzabile di piombo proveniente da recipienti o lavorazioni (Prpic-Majic et al. 1984; Telišman et al. 1984; 1993).

Un altro motivo comune per i cambiamenti di suscettibilità correlati all'etanolo è che molte sostanze chimiche tossiche, ad esempio vari solventi organici, condividono lo stesso percorso di biotrasformazione che coinvolge gli enzimi del citocromo P450. A seconda dell'intensità dell'esposizione ai solventi organici, nonché della quantità e della frequenza dell'ingestione di etanolo (cioè consumo acuto o cronico di alcol), l'etanolo può diminuire o aumentare i tassi di biotrasformazione di vari solventi organici e quindi influenzare la loro tossicità (Sato 1991). .

Influenza dei farmaci

L'uso comune di vari farmaci può influenzare la suscettibilità alle sostanze chimiche tossiche principalmente perché molti farmaci si legano alle proteine ​​del siero e quindi influenzano il trasporto, la distribuzione o il tasso di escrezione di varie sostanze chimiche tossiche, o perché molti farmaci sono in grado di indurre importanti enzimi disintossicanti o deprimerne l'attività (ad esempio, gli enzimi del citocromo P450), influenzando così la tossicità delle sostanze chimiche con lo stesso percorso di biotrasformazione. Caratteristico per entrambi i meccanismi è l'aumento dell'escrezione urinaria di acido tricloroacetico (il metabolita di diversi idrocarburi clorurati) quando si usano salicilati, sulfamidici o fenilbutazone e un'aumentata epato-nefrotossicità del tetracloruro di carbonio quando si usa il fenobarbital. Inoltre, alcuni farmaci contengono una quantità considerevole di una sostanza chimica potenzialmente tossica, ad esempio gli antiacidi contenenti alluminio o le preparazioni utilizzate per la gestione terapeutica dell'iperfosfatemia derivante dall'insufficienza renale cronica.

Influenza dell'esposizione concomitante ad altri prodotti chimici

I cambiamenti nella suscettibilità agli effetti avversi sulla salute dovuti all'interazione di varie sostanze chimiche (ad es. possibili effetti additivi, sinergici o antagonisti) sono stati studiati quasi esclusivamente negli animali da esperimento, principalmente nel ratto. Mancano studi epidemiologici e clinici rilevanti. Ciò è motivo di preoccupazione in particolare considerando l'intensità relativamente maggiore della risposta o la varietà di effetti avversi sulla salute di diverse sostanze chimiche tossiche negli esseri umani rispetto al ratto e ad altri mammiferi. A parte i dati pubblicati nel campo della farmacologia, la maggior parte dei dati si riferisce solo a combinazioni di due diverse sostanze chimiche all'interno di gruppi specifici, come vari pesticidi, solventi organici o metalli e metalloidi essenziali e/o tossici.

L'esposizione combinata a vari solventi organici può provocare vari effetti additivi, sinergici o antagonisti (a seconda della combinazione di alcuni solventi organici, della loro intensità e durata dell'esposizione), principalmente a causa della capacità di influenzare la reciproca biotrasformazione (Sato 1991).

Un altro esempio caratteristico sono le interazioni di metalli e metalloidi essenziali e/o tossici, in quanto questi sono coinvolti nella possibile influenza dell'età (p. es., un accumulo corporeo nel corso della vita di piombo ambientale e cadmio), del sesso (p. es., comune carenza di ferro nelle donne ), abitudini alimentari (p. es., aumento dell'assunzione dietetica di metalli e metalloidi tossici e/o carente assunzione dietetica di metalli e metalloidi essenziali), abitudine al fumo e consumo di alcol (p. es., esposizione aggiuntiva a cadmio, piombo e altri metalli tossici) e uso di farmaci (p. es., una singola dose di antiacido può comportare un aumento di 50 volte dell'assunzione giornaliera media di alluminio attraverso il cibo). La possibilità di vari effetti additivi, sinergici o antagonisti dell'esposizione a vari metalli e metalloidi nell'uomo può essere illustrata da esempi di base relativi ai principali elementi tossici (vedi tabella 1), oltre ai quali possono verificarsi ulteriori interazioni perché gli elementi essenziali possono anche influenzare l'un l'altro (ad esempio, il ben noto effetto antagonista del rame sulla velocità di assorbimento gastrointestinale così come sul metabolismo dello zinco e viceversa). La causa principale di tutte queste interazioni è la competizione di vari metalli e metalloidi per lo stesso sito di legame (in particolare il gruppo sulfidrilico, -SH) in vari enzimi, metalloproteine ​​(in particolare metallotioneina) e tessuti (p. es., membrane cellulari e barriere di organi). Queste interazioni possono avere un ruolo rilevante nello sviluppo di diverse malattie croniche che sono mediate dall'azione dei radicali liberi e dello stress ossidativo (Telišman 1995).

Tabella 1. Effetti fondamentali di possibili interazioni multiple riguardanti i principali metalli e matalloidi tossici e/o essenziali nei mammiferi

Nota: i dati sono per lo più relativi a studi sperimentali nel ratto, mentre mancano dati clinici ed epidemiologici rilevanti (in particolare per quanto riguarda le relazioni quantitative dose-risposta) (Elsenhans et al. 1991; Fergusson 1990; Telišman et al. 1993).

Di ritorno

È stato a lungo riconosciuto che la risposta di ogni persona alle sostanze chimiche ambientali è diversa. La recente esplosione della biologia molecolare e della genetica ha portato a una comprensione più chiara delle basi molecolari di tale variabilità. I principali determinanti della risposta individuale alle sostanze chimiche comprendono importanti differenze tra più di una dozzina di superfamiglie di enzimi, collettivamente denominate xenobiotico- (estraneo al corpo) o metabolizzazione del farmaco enzimi. Sebbene il ruolo di questi enzimi sia stato classicamente considerato quello della disintossicazione, questi stessi enzimi convertono anche un certo numero di composti inerti in intermedi altamente tossici. Recentemente, sono state identificate molte differenze sottili e grossolane nei geni che codificano questi enzimi, che hanno dimostrato di provocare variazioni marcate nell'attività enzimatica. È ormai chiaro che ogni individuo possiede un complemento distinto di attività enzimatiche di metabolizzazione degli xenobiotici; questa diversità potrebbe essere pensata come una "impronta digitale metabolica". È la complessa interazione di queste molte diverse superfamiglie di enzimi che alla fine determina non solo il destino e il potenziale di tossicità di una sostanza chimica in un dato individuo, ma anche la valutazione dell'esposizione. In questo articolo abbiamo scelto di utilizzare la superfamiglia degli enzimi del citocromo P450 per illustrare i notevoli progressi compiuti nella comprensione della risposta individuale alle sostanze chimiche. Lo sviluppo di test basati sul DNA relativamente semplici, progettati per identificare specifiche alterazioni geniche in questi enzimi, sta ora fornendo previsioni più accurate della risposta individuale all'esposizione chimica. Speriamo che il risultato sia una tossicologia preventiva. In altre parole, ogni individuo potrebbe venire a conoscenza di quelle sostanze chimiche alle quali è particolarmente sensibile, evitando così tossicità o tumori precedentemente imprevedibili.

Sebbene non sia generalmente apprezzato, gli esseri umani sono esposti quotidianamente a una raffica di innumerevoli sostanze chimiche diverse. Molte di queste sostanze chimiche sono altamente tossiche e derivano da un'ampia varietà di fonti ambientali e alimentari. La relazione tra tali esposizioni e la salute umana è stata, e continua ad essere, uno dei principali obiettivi degli sforzi della ricerca biomedica in tutto il mondo.

Quali sono alcuni esempi di questo bombardamento chimico? Più di 400 sostanze chimiche del vino rosso sono state isolate e caratterizzate. Si stima che almeno 1,000 sostanze chimiche vengano prodotte da una sigaretta accesa. Ci sono innumerevoli sostanze chimiche nei cosmetici e nei saponi profumati. Un'altra importante fonte di esposizione chimica è l'agricoltura: solo negli Stati Uniti, i terreni agricoli ricevono più di 75,000 sostanze chimiche ogni anno sotto forma di pesticidi, erbicidi e agenti fertilizzanti; dopo l'assorbimento da parte delle piante e degli animali al pascolo, così come dei pesci nei corsi d'acqua vicini, gli esseri umani (alla fine della catena alimentare) ingeriscono queste sostanze chimiche. Altre due fonti di grandi concentrazioni di sostanze chimiche introdotte nel corpo includono (a) droghe assunte cronicamente e (b) esposizione a sostanze pericolose sul posto di lavoro per tutta la vita lavorativa.

È ormai accertato che l'esposizione chimica può influire negativamente su molti aspetti della salute umana, causando malattie croniche e lo sviluppo di molti tipi di cancro. Nell'ultimo decennio circa, le basi molecolari di molte di queste relazioni hanno cominciato a essere svelate. Inoltre, è emersa la consapevolezza che gli esseri umani differiscono notevolmente nella loro suscettibilità agli effetti dannosi dell'esposizione chimica.

Gli attuali sforzi per prevedere la risposta umana all'esposizione chimica combinano due approcci fondamentali (figura 1): monitorare l'entità dell'esposizione umana attraverso marcatori biologici (biomarcatori) e prevedere la probabile risposta di un individuo a un dato livello di esposizione. Sebbene entrambi questi approcci siano estremamente importanti, va sottolineato che i due sono nettamente diversi l'uno dall'altro. Questo articolo si concentrerà sul fattori genetici sottostante suscettibilità individuale a qualsiasi particolare esposizione chimica. Questo campo di ricerca è ampiamente definito ecogenetica, o farmacogenetica (vedi Kalow 1962 e 1992). Molti dei recenti progressi nella determinazione della suscettibilità individuale alla tossicità chimica si sono evoluti da un maggiore apprezzamento dei processi mediante i quali gli esseri umani e altri mammiferi disintossicano le sostanze chimiche e la notevole complessità dei sistemi enzimatici coinvolti.

Figura 1. Le interrelazioni tra la valutazione dell'esposizione, le differenze etniche, l'età, la dieta, la nutrizione e la valutazione della suscettibilità genetica, che giocano tutte un ruolo nel rischio individuale di tossicità e cancro

Per prima cosa descriveremo la variabilità delle risposte tossiche negli esseri umani. Introdurremo quindi alcuni degli enzimi responsabili di tale variazione nella risposta, dovuta a differenze nel metabolismo di sostanze chimiche estranee. Successivamente, verranno dettagliate la storia e la nomenclatura della superfamiglia del citocromo P450. Verranno brevemente descritti cinque polimorfismi P450 umani e diversi polimorfismi non P450; questi sono responsabili delle differenze umane nella risposta tossica. Discuteremo quindi un esempio per sottolineare il fatto che le differenze genetiche negli individui possono influenzare la valutazione dell'esposizione, come determinato dal monitoraggio ambientale. Infine, discuteremo il ruolo di questi enzimi metabolizzanti xenobiotici nelle funzioni vitali critiche.

Variazione nella risposta tossica tra la popolazione umana

Tossicologi e farmacologi parlano comunemente di dose letale media per il 50% della popolazione (LD₅₀), la dose massima media tollerata per il 50% della popolazione (MTD₅₀), e la dose media efficace di un particolare farmaco per il 50% della popolazione (ED₅₀). Tuttavia, in che modo queste dosi influiscono su ciascuno di noi su base individuale? In altre parole, un individuo altamente sensibile può essere 500 volte più colpito o 500 volte più probabilità di essere colpito rispetto all'individuo più resistente in una popolazione; per queste persone il D.L₅₀ (e MTD₅₀ e ED₅₀) i valori avrebbero poco significato. L.D₅₀, MTD₅₀ e ED₅₀ i valori sono rilevanti solo se riferiti alla popolazione nel suo complesso.

Figure 2 illustra un'ipotetica relazione dose-risposta per una risposta tossica da parte di individui in una data popolazione. Questo diagramma generico potrebbe rappresentare il carcinoma broncogeno in risposta al numero di sigarette fumate, la cloracne in funzione dei livelli di diossina sul posto di lavoro, l'asma in funzione delle concentrazioni atmosferiche di ozono o aldeide, le scottature solari in risposta alla luce ultravioletta, la diminuzione del tempo di coagulazione come una funzione di assunzione di aspirina, o disturbi gastrointestinali in risposta al numero di jalapeno peperoni consumati. Generalmente, in ciascuno di questi casi, maggiore è l'esposizione, maggiore è la risposta tossica. La maggior parte della popolazione mostrerà la media e la deviazione standard della risposta tossica in funzione della dose. Il "valore anomalo resistente" (in basso a destra nella figura 2) è un individuo che ha una risposta minore a dosi o esposizioni più elevate. Un "valore anomalo sensibile" (in alto a sinistra) è un individuo che ha una risposta esagerata a una dose o esposizione relativamente piccola. Questi valori anomali, con differenze estreme nella risposta rispetto alla maggior parte degli individui nella popolazione, possono rappresentare importanti varianti genetiche che possono aiutare gli scienziati nel tentativo di comprendere i meccanismi molecolari alla base di una risposta tossica. 

Figura 2. Relazione generica tra qualsiasi risposta tossica e la dose di qualsiasi agente ambientale, chimico o fisico

Utilizzando questi valori anomali negli studi sulla famiglia, gli scienziati di numerosi laboratori hanno iniziato ad apprezzare l'importanza dell'ereditarietà mendeliana per una data risposta tossica. Successivamente, si può quindi rivolgersi alla biologia molecolare e agli studi genetici per individuare il meccanismo sottostante a livello genico (genotipo) responsabile della malattia causata dall'ambiente (fenotipo).

Enzimi che metabolizzano farmaci e xenobiotici

Come risponde il corpo alla miriade di sostanze chimiche esogene a cui siamo esposti? Gli esseri umani e altri mammiferi hanno sviluppato sistemi enzimatici metabolici altamente complessi che comprendono più di una dozzina di superfamiglie distinte di enzimi. Quasi tutte le sostanze chimiche a cui gli esseri umani sono esposti saranno modificate da questi enzimi, al fine di facilitare la rimozione della sostanza estranea dal corpo. Collettivamente, questi enzimi sono spesso indicati come enzimi che metabolizzano i farmaci or enzimi metabolizzanti xenobiotici. In realtà, entrambi i termini sono termini impropri. In primo luogo, molti di questi enzimi non solo metabolizzano i farmaci, ma centinaia di migliaia di sostanze chimiche ambientali e dietetiche. In secondo luogo, tutti questi enzimi hanno anche normali composti corporei come substrati; nessuno di questi enzimi metabolizza solo sostanze chimiche estranee.

Per più di quattro decenni, i processi metabolici mediati da questi enzimi sono stati comunemente classificati come reazioni di Fase I o di Fase II (figura 3). Le reazioni di fase I ("funzionalizzazione") generalmente comportano modifiche strutturali relativamente minori della sostanza chimica madre tramite ossidazione, riduzione o idrolisi al fine di produrre un metabolita più solubile in acqua. Spesso le reazioni di Fase I forniscono una "maniglia" per ulteriori modifiche di un composto mediante successive reazioni di Fase II. Le reazioni di fase I sono principalmente mediate da una superfamiglia di enzimi altamente versatili, denominati collettivamente citocromi P450, sebbene possano essere coinvolte anche altre superfamiglie di enzimi (figura 4).

Figura 3. La designazione classica degli enzimi di fase I e di fase II che metabolizzano xenobiotici o farmaci

Figura 4. Esempi di enzimi che metabolizzano i farmaci

Le reazioni di fase II comportano l'accoppiamento di una molecola endogena idrosolubile a una sostanza chimica (sostanza chimica madre o metabolita di fase I) per facilitare l'escrezione. Le reazioni di fase II sono spesso chiamate reazioni di "coniugazione" o "derivatizzazione". Le superfamiglie di enzimi che catalizzano le reazioni di Fase II sono generalmente denominate in base alla porzione di coniugazione endogena coinvolta: ad esempio, acetilazione da parte delle N-acetiltransferasi, solfatazione da parte delle sulfotransferasi, coniugazione del glutatione da parte delle glutatione transferasi e glucuronidazione da parte delle UDP glucuronosiltransferasi (figura 4) . Sebbene l'organo principale del metabolismo dei farmaci sia il fegato, i livelli di alcuni enzimi che metabolizzano i farmaci sono piuttosto elevati nel tratto gastrointestinale, nelle gonadi, nei polmoni, nel cervello e nei reni, e tali enzimi sono indubbiamente presenti in una certa misura in ogni cellula vivente.

Gli enzimi che metabolizzano gli xenobiotici rappresentano un doppio taglio Swords

Man mano che apprendiamo di più sui processi biologici e chimici che portano alle aberrazioni della salute umana, è diventato sempre più evidente che gli enzimi che metabolizzano i farmaci funzionano in modo ambivalente (figura 3). Nella maggior parte dei casi, le sostanze chimiche liposolubili vengono convertite in metaboliti idrosolubili più facilmente escreti. Tuttavia, è chiaro che in molte occasioni gli stessi enzimi sono in grado di trasformare altri prodotti chimici inerti in molecole altamente reattive. Questi intermedi possono quindi interagire con macromolecole cellulari come proteine ​​e DNA. Pertanto, per ogni sostanza chimica a cui gli esseri umani sono esposti, esiste il potenziale per i percorsi concorrenti di attivazione metabolica ed disintossicazione.

Breve rassegna di genetica

Nella genetica umana, ogni gene (luogo) si trova su una delle 23 coppie di cromosomi. Il due alleli (uno presente su ogni cromosoma della coppia) possono essere uguali, oppure possono essere diversi tra loro. Ad esempio, il B ed b alleli, in cui B (occhi marroni) è dominante b (occhi azzurri): gli individui del fenotipo occhi marroni possono avere sia il BB or Bb genotipi, mentre gli individui del fenotipo occhi azzurri possono avere solo il bb genotipo.

A polimorfismo è definito come due o più fenotipi ereditati stabilmente (tratti) - derivati ​​dallo stesso gene (s) - che sono mantenuti nella popolazione, spesso per ragioni non necessariamente ovvie. Affinché un gene sia polimorfico, il prodotto genico non deve essere essenziale per lo sviluppo, il vigore riproduttivo o altri processi vitali critici. Infatti, un "polimorfismo bilanciato", in cui l'eterozigote ha un netto vantaggio di sopravvivenza rispetto all'uno o all'altro omozigote (ad esempio, la resistenza alla malaria e l'allele dell'emoglobina falciforme) è una spiegazione comune per il mantenimento di un allele nella popolazione a livelli altrimenti inspiegabili frequenze (cfr González e Nebert 1990).

Polimorfismi umani di enzimi metabolizzanti xenobiotici

Le differenze genetiche nel metabolismo di vari farmaci e sostanze chimiche ambientali sono note da più di quattro decenni (Kalow 1962 e 1992). Queste differenze sono spesso indicate come farmacogenetica o, più in generale, polimorfismi ecogenetici. Questi polimorfismi rappresentano alleli varianti che si verificano con una frequenza relativamente alta nella popolazione e sono generalmente associati ad aberrazioni nell'espressione o nella funzione dell'enzima. Storicamente, i polimorfismi venivano solitamente identificati a seguito di risposte inaspettate agli agenti terapeutici. Più di recente, la tecnologia del DNA ricombinante ha consentito agli scienziati di identificare le precise alterazioni nei geni responsabili di alcuni di questi polimorfismi. I polimorfismi sono stati ora caratterizzati in molti enzimi che metabolizzano i farmaci, inclusi gli enzimi sia di fase I che di fase II. Man mano che vengono identificati sempre più polimorfismi, diventa sempre più evidente che ogni individuo può possedere un complemento distinto di enzimi che metabolizzano i farmaci. Questa diversità potrebbe essere descritta come una "impronta digitale metabolica". È la complessa interazione delle varie superfamiglie di enzimi che metabolizzano i farmaci all'interno di ogni individuo che alla fine determinerà la sua particolare risposta a una data sostanza chimica (Kalow 1962 e 1992; Nebert 1988; Gonzalez e Nebert 1990; Nebert e Weber 1990).

Esprimere gli enzimi metabolizzanti xenobiotici umani nella cellula Cultura

Come potremmo sviluppare migliori predittori delle risposte tossiche umane alle sostanze chimiche? I progressi nella definizione della molteplicità degli enzimi che metabolizzano i farmaci devono essere accompagnati da una conoscenza precisa di quali enzimi determinano il destino metabolico delle singole sostanze chimiche. I dati raccolti dagli studi di laboratorio sui roditori hanno sicuramente fornito informazioni utili. Tuttavia, significative differenze interspecie negli enzimi metabolizzanti xenobiotici richiedono cautela nell'estrapolare i dati alle popolazioni umane. Per superare questa difficoltà, molti laboratori hanno sviluppato sistemi in cui varie linee cellulari in coltura possono essere ingegnerizzate per produrre enzimi umani funzionali che sono stabili e in alte concentrazioni (Gonzalez, Crespi e Gelboin 1991). La riuscita produzione di enzimi umani è stata raggiunta in una varietà di diverse linee cellulari da fonti che includono batteri, lieviti, insetti e mammiferi.

Per definire il metabolismo delle sostanze chimiche in modo ancora più accurato, più enzimi sono stati anche prodotti con successo in una singola linea cellulare (Gonzalez, Crespi e Gelboin 1991). Tali linee cellulari forniscono preziose informazioni sui precisi enzimi coinvolti nell'elaborazione metabolica di un dato composto e sui probabili metaboliti tossici. Se queste informazioni possono poi essere combinate con le conoscenze riguardanti la presenza e il livello di un enzima nei tessuti umani, questi dati dovrebbero fornire preziosi predittori di risposta.

Citocromo P450

Storia e nomenclatura

La superfamiglia del citocromo P450 è una delle superfamiglie di enzimi che metabolizzano i farmaci più studiate, con una grande variabilità individuale in risposta alle sostanze chimiche. Il citocromo P450 è un termine generico conveniente usato per descrivere una grande superfamiglia di enzimi fondamentali nel metabolismo di innumerevoli substrati endogeni ed esogeni. Il termine citocromo P450 fu coniato per la prima volta nel 1962 per descrivere uno sconosciuto pigmento nelle cellule che, quando ridotte e legate con monossido di carbonio, producevano un caratteristico picco di assorbimento a 450 nm. Dall'inizio degli anni '1980, la tecnologia di clonazione del cDNA ha portato a notevoli intuizioni sulla molteplicità degli enzimi del citocromo P450. Ad oggi, sono stati identificati più di 400 geni distinti del citocromo P450 in animali, piante, batteri e lieviti. È stato stimato che qualsiasi specie di mammifero, come l'uomo, può possedere 60 o più geni P450 distinti (Nebert e Nelson 1991). La molteplicità dei geni P450 ha reso necessario lo sviluppo di un sistema di nomenclatura standardizzato (Nebert et al. 1987; Nelson et al. 1993). Proposto per la prima volta nel 1987 e aggiornato su base semestrale, il sistema di nomenclatura si basa sull'evoluzione divergente dei confronti delle sequenze di amminoacidi tra le proteine ​​P450. I geni P450 sono divisi in famiglie e sottofamiglie: gli enzimi all'interno di una famiglia mostrano una somiglianza aminoacidica superiore al 40% e quelli all'interno della stessa sottofamiglia mostrano una somiglianza del 55%. I geni P450 sono denominati con il simbolo della radice CYP seguito da un numero arabo che designa la famiglia P450, una lettera che indica la sottofamiglia e un ulteriore numero arabo che designa il singolo gene (Nelson et al. 1993; Nebert et al. 1991). Così, CYP1A1 rappresenta il gene P450 1 nella famiglia 1 e nella sottofamiglia A.

Nel febbraio 1995, ce ne sono 403 CYP geni nel database, composto da 59 famiglie e 105 sottofamiglie. Questi includono otto famiglie eucariotiche inferiori, 15 famiglie di piante e 19 famiglie batteriche. Le 15 famiglie di geni umani P450 comprendono 26 sottofamiglie, 22 delle quali sono state mappate in posizioni cromosomiche nella maggior parte del genoma. Alcune sequenze sono chiaramente ortologhe in molte specie, ad esempio solo una CYP17 (steroide 17α-idrossilasi) è stato trovato in tutti i vertebrati esaminati fino ad oggi; altre sequenze all'interno di una sottofamiglia sono altamente duplicate, rendendo impossibile l'identificazione di coppie ortologhe (ad es. CYP2C sottofamiglia). È interessante notare che l'uomo e il lievito condividono un gene ortologo nel CYP51 famiglia. Numerose recensioni complete sono disponibili per i lettori che cercano ulteriori informazioni sulla superfamiglia P450 (Nelson et al. 1993; Nebert et al. 1991; Nebert e McKinnon 1994; Guengerich 1993; Gonzalez 1992).

Il successo del sistema di nomenclatura P450 ha portato allo sviluppo di sistemi terminologici simili per le glucuronosiltransferasi UDP (Burchell et al. 1991) e le monoossigenasi contenenti flavina (Lawton et al. 1994). Sistemi di nomenclatura simili basati sull'evoluzione divergente sono in fase di sviluppo anche per diverse altre superfamiglie di enzimi che metabolizzano i farmaci (p. es., sulfotransferasi, epossido idrolasi e aldeide deidrogenasi).

Recentemente, abbiamo diviso la superfamiglia del gene P450 dei mammiferi in tre gruppi (Nebert e McKinnon 1994): quelli coinvolti principalmente nel metabolismo chimico estraneo, quelli coinvolti nella sintesi di vari ormoni steroidei e quelli che partecipano ad altre importanti funzioni endogene. Sono gli enzimi P450 che metabolizzano gli xenobiotici ad assumere il maggior significato per la previsione della tossicità.

Enzimi P450 metabolizzanti xenobiotici

Gli enzimi P450 coinvolti nel metabolismo di composti e farmaci estranei si trovano quasi sempre all'interno delle famiglie CYP1, CYP2, CYP3 ed CYP4. Questi enzimi P450 catalizzano un'ampia varietà di reazioni metaboliche, con un singolo P450 spesso in grado di metabolizzare molti composti diversi. Inoltre, più enzimi P450 possono metabolizzare un singolo composto in siti diversi. Inoltre, un composto può essere metabolizzato nello stesso singolo sito da diversi P450, sebbene a velocità variabili.

Una delle proprietà più importanti degli enzimi P450 che metabolizzano i farmaci è che molti di questi geni sono inducibili dalle stesse sostanze che fungono da loro substrati. D'altra parte, altri geni P450 sono indotti da non substrati. Questo fenomeno di induzione enzimatica è alla base di molte interazioni farmacologiche di importanza terapeutica.

Sebbene presenti in molti tessuti, questi particolari enzimi P450 si trovano a livelli relativamente elevati nel fegato, il sito primario del metabolismo dei farmaci. Alcuni degli enzimi P450 che metabolizzano gli xenobiotici mostrano attività verso certi substrati endogeni (p. es., l'acido arachidonico). Tuttavia, si ritiene generalmente che la maggior parte di questi enzimi P450 che metabolizzano gli xenobiotici non svolga ruoli fisiologici importanti, sebbene ciò non sia stato ancora stabilito sperimentalmente. La rottura omozigote selettiva, o "knock-out", dei singoli geni P450 che metabolizzano gli xenobiotici mediante metodologie di gene targeting nei topi è probabile che fornisca presto informazioni inequivocabili per quanto riguarda i ruoli fisiologici dei P450 che metabolizzano gli xenobiotici (per una rassegna di gene targeting, vedi Capecchi 1994).

Contrariamente alle famiglie P450 che codificano enzimi coinvolti principalmente nei processi fisiologici, le famiglie che codificano enzimi P450 metabolizzanti xenobiotici mostrano una marcata specificità di specie e spesso contengono molti geni attivi per sottofamiglia (Nelson et al. 1993; Nebert et al. 1991). Data l'apparente mancanza di substrati fisiologici, è possibile che gli enzimi P450 siano presenti nelle famiglie CYP1, CYP2, CYP3 ed CYP4 che sono apparsi in passato diverse centinaia di milioni di anni si sono evoluti come mezzo per disintossicare le sostanze chimiche estranee incontrate nell'ambiente e nella dieta. Chiaramente, l'evoluzione dei P450 che metabolizzano gli xenobiotici si sarebbe verificata in un periodo di tempo che precede di gran lunga la sintesi della maggior parte delle sostanze chimiche sintetiche a cui gli esseri umani sono ora esposti. I geni di queste quattro famiglie di geni potrebbero essersi evoluti e divergere negli animali a causa della loro esposizione ai metaboliti delle piante durante gli ultimi 1.2 miliardi di anni, un processo chiamato descrittivamente "guerra animale-pianta" (Gonzalez e Nebert 1990). La guerra animale-pianta è il fenomeno in cui le piante hanno sviluppato nuove sostanze chimiche (fitoalessine) come meccanismo di difesa per prevenire l'ingestione da parte degli animali e gli animali, a loro volta, hanno risposto sviluppando nuovi geni P450 per accogliere i substrati diversificati. A fornire ulteriore slancio a questa proposta sono gli esempi recentemente descritti di guerra chimica pianta-insetto e pianta-fungo che coinvolge la disintossicazione P450 di substrati tossici (Nebert 1994).

Quella che segue è una breve introduzione a molti dei polimorfismi dell'enzima P450 che metabolizzano gli xenobiotici umani in cui si ritiene che i determinanti genetici della risposta tossica siano di grande importanza. Fino a poco tempo fa, i polimorfismi P450 erano generalmente suggeriti da una varianza inaspettata nella risposta del paziente agli agenti terapeutici somministrati. Diversi polimorfismi P450 sono infatti denominati in base al farmaco con cui il polimorfismo è stato identificato per la prima volta. Più recentemente, gli sforzi di ricerca si sono concentrati sull'identificazione degli enzimi P450 precisi coinvolti nel metabolismo delle sostanze chimiche per le quali si osserva la varianza e la caratterizzazione precisa dei geni P450 coinvolti. Come descritto in precedenza, l'attività misurabile di un enzima P450 nei confronti di una sostanza chimica modello può essere chiamata fenotipo. Le differenze alleliche in un gene P450 per ciascun individuo sono chiamate genotipo P450. Poiché sempre più controlli vengono applicati all'analisi dei geni P450, la precisa base molecolare della varianza fenotipica precedentemente documentata sta diventando più chiara.

La sottofamiglia CYP1A

I CYP1A sottofamiglia comprende due enzimi nell'uomo e in tutti gli altri mammiferi: questi sono designati CYP1A1 e CYP1A2 nella nomenclatura standard P450. Questi enzimi sono di notevole interesse, perché sono coinvolti nell'attivazione metabolica di molti procarcinogeni e sono anche indotti da diversi composti di interesse tossicologico, tra cui la diossina. Ad esempio, il CYP1A1 attiva metabolicamente molti composti presenti nel fumo di sigaretta. Il CYP1A2 attiva metabolicamente molte arilammine, associate al cancro della vescica urinaria, che si trovano nell'industria dei coloranti chimici. Il CYP1A2 attiva anche metabolicamente il 4-(metilnitrosamino)-1-(3-piridil)-1-butanone (NNK), una nitrosamina derivata dal tabacco. CYP1A1 e CYP1A2 si trovano anche a livelli più elevati nei polmoni dei fumatori di sigarette, a causa dell'induzione da parte degli idrocarburi policiclici presenti nel fumo. I livelli di attività di CYP1A1 e CYP1A2 sono quindi considerati importanti determinanti della risposta individuale a molte sostanze chimiche potenzialmente tossiche.

Interesse tossicologico per il CYP1A sottofamiglia è stata notevolmente intensificata da un rapporto del 1973 che correlava il livello di inducibilità del CYP1A1 nei fumatori di sigarette con la suscettibilità individuale al cancro del polmone (Kellermann, Shaw e Luyten-Kellermann 1973). Le basi molecolari dell'induzione di CYP1A1 e CYP1A2 sono state al centro dell'attenzione di numerosi laboratori. Il processo di induzione è mediato da una proteina chiamata recettore Ah a cui si legano le diossine e le sostanze chimiche strutturalmente correlate. Il nome Ah è derivato dal aryl hnatura idrocarburica di molti induttori del CYP1A. È interessante notare che le differenze nel gene che codifica per il recettore Ah tra ceppi di topi determinano marcate differenze nella risposta chimica e nella tossicità. Un polimorfismo nel gene del recettore Ah sembra verificarsi anche negli esseri umani: circa un decimo della popolazione mostra un'elevata induzione del CYP1A1 e può essere a maggior rischio rispetto agli altri nove decimi della popolazione per lo sviluppo di alcuni tumori indotti chimicamente. Il ruolo del recettore Ah nel controllo degli enzimi nel CYP1A sottofamiglia, e il suo ruolo come determinante della risposta umana all'esposizione chimica, è stata oggetto di diverse revisioni recenti (Nebert, Petersen e Puga 1991; Nebert, Puga e Vasiliou 1993).

Esistono altri polimorfismi che potrebbero controllare il livello delle proteine ​​CYP1A in una cellula? Un polimorfismo in CYP1A1 è stato identificato anche il gene, e questo sembra influenzare il rischio di cancro al polmone tra i fumatori di sigarette giapponesi, sebbene questo stesso polimorfismo non sembri influenzare il rischio in altri gruppi etnici (Nebert e McKinnon 1994).

CYP2C19

Variazioni nella velocità con cui gli individui metabolizzano il farmaco anticonvulsivante (S)-mefenitoina sono state ben documentate da molti anni (Guengerich 1989). Tra il 2% e il 5% dei caucasici e fino al 25% degli asiatici sono carenti di questa attività e possono essere maggiormente a rischio di tossicità dal farmaco. È noto da tempo che questo difetto enzimatico coinvolge un membro dell'essere umano CYP2C sottofamiglia, ma la precisa base molecolare di questa carenza è stata oggetto di notevoli controversie. La ragione principale di questa difficoltà erano i sei o più geni nell'essere umano CYP2C sottofamiglia. È stato recentemente dimostrato, tuttavia, che una mutazione a base singola nel CYP2C19 gene è la causa primaria di questa deficienza (Goldstein e de Morais 1994). È stato anche sviluppato un semplice test del DNA, basato sulla reazione a catena della polimerasi (PCR), per identificare rapidamente questa mutazione nelle popolazioni umane (Goldstein e de Morais 1994).

CYP2D6

Forse la variazione più ampiamente caratterizzata in un gene P450 è quella che coinvolge il CYP2D6 gene. Sono stati descritti più di una dozzina di esempi di mutazioni, riarrangiamenti e delezioni che colpiscono questo gene (Meyer 1994). Questo polimorfismo è stato suggerito per la prima volta 20 anni fa dalla variabilità clinica nella risposta dei pazienti all'agente antiipertensivo detritiochina. Alterazioni nel CYP2D6 gene che dà origine all'attività enzimatica alterata sono quindi definiti collettivamente polimorfismo della detriticochina.

Prima dell'avvento degli studi basati sul DNA, gli individui erano stati classificati come metabolizzatori scarsi o estesi (PM, EM) di detritiochina in base alle concentrazioni di metaboliti nei campioni di urina. Ora è chiaro che le alterazioni nel CYP2D6 gene può portare a individui che mostrano non solo un metabolismo scarso o esteso della detritiochina, ma anche un metabolismo ultrarapido. La maggior parte delle alterazioni nel CYP2D6 gene sono associati a carenza parziale o totale della funzione enzimatica; tuttavia, recentemente sono stati descritti individui in due famiglie che possiedono più copie funzionali di CYP2D6 gene, dando origine al metabolismo ultrarapido dei substrati del CYP2D6 (Meyer 1994). Questa notevole osservazione fornisce nuove informazioni sull'ampio spettro di attività del CYP2D6 precedentemente osservato negli studi sulla popolazione. Le alterazioni nella funzione del CYP2D6 sono di particolare importanza, dati gli oltre 30 farmaci comunemente prescritti metabolizzati da questo enzima. La funzione del CYP2D6 di un individuo è quindi un fattore determinante della risposta sia terapeutica che tossica alla terapia somministrata. In effetti, è stato recentemente affermato che la considerazione dello stato del CYP2D6 di un paziente è necessaria per l'uso sicuro di farmaci sia psichiatrici che cardiovascolari.

Il ruolo del CYP2D6 anche il polimorfismo come determinante della suscettibilità individuale a malattie umane come il cancro del polmone e il morbo di Parkinson è stato oggetto di intensi studi (Nebert e McKinnon 1994; Meyer 1994). Sebbene le conclusioni siano difficili da definire data la diversa natura dei protocolli di studio utilizzati, la maggior parte degli studi sembra indicare un'associazione tra estensivi metabolizzatori della detriticochina (fenotipo EM) e cancro del polmone. Le ragioni di tale associazione sono attualmente poco chiare. Tuttavia, è stato dimostrato che l'enzima CYP2D6 metabolizza NNK, una nitrosamina derivata dal tabacco.

Man mano che i test basati sul DNA migliorano, consentendo una valutazione ancora più accurata dello stato del CYP2D6, si prevede che verrà chiarita la relazione precisa del CYP2D6 con il rischio di malattia. Mentre il forte metabolizzatore può essere collegato alla suscettibilità al cancro del polmone, il lento metabolizzatore (fenotipo PM) sembra essere associato al morbo di Parkinson di causa sconosciuta. Anche se questi studi sono difficili da confrontare, sembra che gli individui PM che hanno una ridotta capacità di metabolizzare i substrati del CYP2D6 (ad es.

CYP2E1

I CYP2E1 gene codifica un enzima che metabolizza molte sostanze chimiche, compresi i farmaci e molti agenti cancerogeni a basso peso molecolare. Questo enzima è interessante anche perché è altamente inducibile dall'alcol e può svolgere un ruolo nel danno epatico indotto da sostanze chimiche come cloroformio, cloruro di vinile e tetracloruro di carbonio. L'enzima si trova principalmente nel fegato e il livello dell'enzima varia notevolmente tra gli individui. Attento esame del CYP2E1 gene ha portato all'identificazione di diversi polimorfismi (Nebert e McKinnon 1994). È stata segnalata una relazione tra la presenza di alcune variazioni strutturali nel CYP2E1 gene e rischio di cancro al polmone apparentemente ridotto in alcuni studi; tuttavia, ci sono chiare differenze interetniche che richiedono chiarimenti su questa possibile relazione.

La sottofamiglia CYP3A

Negli esseri umani, quattro enzimi sono stati identificati come membri del CYP3A sottofamiglia a causa della loro somiglianza nella sequenza degli amminoacidi. Gli enzimi CYP3A metabolizzano molti farmaci comunemente prescritti come l'eritromicina e la ciclosporina. Il contaminante alimentare cancerogeno aflatossina B₁ è anche un substrato del CYP3A. Un membro dell'umano CYP3A sottofamiglia, designato CYP3A4, è il principale P450 nel fegato umano oltre ad essere presente nel tratto gastrointestinale. Come è vero per molti altri enzimi P450, il livello di CYP3A4 è molto variabile tra gli individui. Un secondo enzima, denominato CYP3A5, si trova solo nel 25% circa dei fegati; la base genetica di questa scoperta non è stata chiarita. L'importanza della variabilità del CYP3A4 o del CYP3A5 come fattore nei determinanti genetici della risposta tossica non è stata ancora stabilita (Nebert e McKinnon 1994).

Polimorfismi non P450

Numerosi polimorfismi esistono anche all'interno di altre superfamiglie di enzimi metabolizzanti xenobiotici (p. es., glutatione transferasi, UDP glucuronosiltransferasi, para-ossonasi, deidrogenasi, N-acetiltransferasi e mono-ossigenasi contenenti flavina). Poiché la tossicità finale di qualsiasi intermedio generato da P450 dipende dall'efficienza delle successive reazioni di disintossicazione di fase II, il ruolo combinato di più polimorfismi enzimatici è importante nel determinare la suscettibilità alle malattie indotte chimicamente. L'equilibrio metabolico tra le reazioni di Fase I e Fase II (figura 3) è quindi probabilmente un fattore importante nelle malattie umane indotte chimicamente e nei determinanti genetici della risposta tossica.

Il polimorfismo del gene GSTM1

Un esempio ben studiato di un polimorfismo in un enzima di fase II è quello che coinvolge un membro della superfamiglia degli enzimi glutatione S-transferasi, denominato GST mu o GSTM1. Questo particolare enzima è di notevole interesse tossicologico perché sembra essere coinvolto nella successiva disintossicazione dei metaboliti tossici prodotti dalle sostanze chimiche presenti nel fumo di sigaretta da parte dell'enzima CYP1A1. Il polimorfismo identificato in questo gene della glutatione transferasi implica una totale assenza di enzima funzionale in almeno la metà di tutti i caucasici studiati. Questa mancanza di un enzima di fase II sembra essere associata a una maggiore suscettibilità al cancro del polmone. Raggruppando gli individui sulla base di entrambe le varianti CYP1A1 geni e la delezione o la presenza di un funzionale GSM1 gene, è stato dimostrato che il rischio di sviluppare il cancro del polmone indotto dal fumo varia significativamente (Kawajiri, Watanabe e Hayashi 1994). In particolare, gli individui che ne espongono uno raro CYP1A1 alterazione genica, in combinazione con l'assenza del GSM1 gene, erano a più alto rischio (fino a nove volte) di sviluppare il cancro ai polmoni se esposti a un livello relativamente basso di fumo di sigaretta. È interessante notare che sembrano esserci differenze interetniche nel significato dei geni varianti che richiedono ulteriori studi per chiarire il ruolo preciso di tali alterazioni nella suscettibilità alle malattie (Kalow 1962; Nebert e McKinnon 1994; Kawajiri, Watanabe e Hayashi 1994).

Effetto sinergico di due o più polimorfismi sul tossico risposta

Una risposta tossica a un agente ambientale può essere notevolmente esagerata dalla combinazione di due difetti farmacogenetici nello stesso individuo, ad esempio, gli effetti combinati del polimorfismo della N-acetiltransferasi (NAT2) e del polimorfismo della glucosio-6-fosfato deidrogenasi (G6PD) .

L'esposizione occupazionale alle arilammine costituisce un grave rischio di cancro della vescica urinaria. Dopo gli eleganti studi di Cartwright nel 1954, è diventato chiaro che lo stato di N-acetilatore è un determinante del cancro alla vescica indotto da coloranti azoici. Esiste una correlazione altamente significativa tra il fenotipo dell'acetilatore lento e l'insorgenza del cancro della vescica, nonché il grado di invasività di questo cancro nella parete della vescica. Al contrario, esiste un'associazione significativa tra il fenotipo dell'acetilatore rapido e l'incidenza del carcinoma del colon-retto. La N-acetiltransferasi (NAT1, NAT2) sono stati clonati e sequenziati e le analisi basate sul DNA sono ora in grado di rilevare più di una dozzina di varianti alleliche che spiegano il fenotipo dell'acetilatore lento. Il NAT2 il gene è polimorfico e responsabile della maggior parte della variabilità nella risposta tossica alle sostanze chimiche ambientali (Weber 1987; Grant 1993).

La glucosio-6-fosfato deidrogenasi (G6PD) è un enzima critico nella generazione e nel mantenimento del NADPH. Un'attività G6PD bassa o assente può portare a una grave emolisi indotta da farmaci o xenobiotici, a causa dell'assenza di livelli normali di glutatione ridotto (GSH) nei globuli rossi. La carenza di G6PD colpisce almeno 300 milioni di persone in tutto il mondo. Più del 10% dei maschi afroamericani mostra il fenotipo meno grave, mentre alcune comunità sarde mostrano il "tipo mediterraneo" più grave con frequenze che raggiungono una persona su tre. Il G6PD gene è stato clonato e localizzato nel cromosoma X, e numerose diverse mutazioni puntiformi spiegano l'elevato grado di eterogeneità fenotipica osservata negli individui con deficit di G6PD (Beutler 1992).

Il tiozalsulfone, un farmaco arilammina sulfa, è risultato causare una distribuzione bimodale dell'anemia emolitica nella popolazione trattata. Quando vengono trattati con determinati farmaci, gli individui con la combinazione del deficit di G6PD più il fenotipo dell'acetilatore lento sono più colpiti rispetto a quelli con il solo deficit di G6PD o il solo fenotipo dell'acetilatore lento. Gli acetilatori lenti carenti di G6PD sono almeno 40 volte più suscettibili rispetto agli acetilatori rapidi G6PD normali all'emolisi indotta da tiozalsulfone.

Effetto dei polimorfismi genetici sulla valutazione dell'esposizione

La valutazione dell'esposizione e il biomonitoraggio (figura 1) richiedono anche informazioni sulla composizione genetica di ciascun individuo. Data un'esposizione identica a una sostanza chimica pericolosa, il livello di addotti dell'emoglobina (o altri biomarcatori) potrebbe variare di due o tre ordini di grandezza tra gli individui, a seconda dell'impronta metabolica di ciascuna persona.

La stessa farmacogenetica combinata è stata studiata negli operai delle fabbriche chimiche in Germania (tabella 1). Gli addotti dell'emoglobina tra i lavoratori esposti all'anilina e all'acetanilide sono di gran lunga i più alti negli acetilatori lenti carenti di G6PD, rispetto agli altri possibili fenotipi farmacogenetici combinati. Questo studio ha importanti implicazioni per la valutazione dell'esposizione. Questi dati dimostrano che, sebbene due individui possano essere esposti allo stesso livello ambientale di sostanze chimiche pericolose sul posto di lavoro, la quantità di esposizione (tramite biomarcatori come gli addotti dell'emoglobina) potrebbe essere stimata essere inferiore di due o più ordini di grandezza, a causa alla predisposizione genetica sottostante dell'individuo. Allo stesso modo, il rischio risultante di un effetto negativo sulla salute può variare di due o più ordini di grandezza.

Tabella 1: addotti emoglobinici nei lavoratori esposti ad anilina e acetanilide

Fonte: adattato da Lewalter e Korallus 1985.

Differenze genetiche nel legame e nel metabolismo

Va sottolineato che lo stesso caso fatto qui per il metabolismo può essere fatto anche per il legame. Le differenze ereditarie nel legame degli agenti ambientali influenzeranno notevolmente la risposta tossica. Ad esempio, le differenze nel mouse cdm gene può influenzare profondamente la sensibilità individuale alla necrosi testicolare indotta da cadmio (Taylor, Heiniger e Meier 1973). Le differenze nell'affinità di legame del recettore Ah probabilmente influenzano la tossicità e il cancro indotti dalla diossina (Nebert, Petersen e Puga 1991; Nebert, Puga e Vasiliou 1993).

La Figura 5 riassume il ruolo del metabolismo e del legame nella tossicità e nel cancro. Gli agenti tossici, così come esistono nell'ambiente o in seguito al metabolismo o al legame, provocano i loro effetti tramite un percorso genotossico (in cui si verifica un danno al DNA) o un percorso non genotossico (in cui non è necessario che si verifichino danni al DNA e mutagenesi). È interessante notare che recentemente è diventato chiaro che gli agenti "classici" che danneggiano il DNA possono operare attraverso un percorso di trasduzione del segnale non genotossico dipendente dal glutatione ridotto (GSH), che viene avviato sopra o vicino alla superficie cellulare in assenza di DNA e al di fuori del nucleo cellulare (Devary et al. 1993). Le differenze genetiche nel metabolismo e nel legame rimangono, tuttavia, come i principali determinanti nel controllo delle diverse risposte tossiche individuali.

Figura 5. I mezzi generali con cui si verifica la tossicità

Ruolo della funzione cellulare degli enzimi che metabolizzano i farmaci

La variazione su base genetica nella funzione enzimatica che metabolizza i farmaci è di grande importanza nel determinare la risposta individuale alle sostanze chimiche. Questi enzimi sono fondamentali nel determinare il destino e il decorso temporale di una sostanza chimica estranea dopo l'esposizione.

Come illustrato nella figura 5, l'importanza degli enzimi che metabolizzano i farmaci nella suscettibilità individuale all'esposizione chimica può in effetti presentare un problema molto più complesso di quanto sia evidente da questa semplice discussione del metabolismo xenobiotico. In altre parole, negli ultimi due decenni, i meccanismi genotossici (misurazione degli addotti del DNA e degli addotti proteici) sono stati fortemente enfatizzati. Tuttavia, cosa succede se i meccanismi non genotossici sono importanti almeno quanto i meccanismi genotossici nel causare risposte tossiche?

Come accennato in precedenza, i ruoli fisiologici di molti enzimi che metabolizzano i farmaci coinvolti nel metabolismo degli xenobiotici non sono stati definiti con precisione. Nebert (1994) ha proposto che, a causa della loro presenza su questo pianeta per più di 3.5 miliardi di anni, gli enzimi che metabolizzano i farmaci fossero originariamente (e sono ancora oggi principalmente) responsabili della regolazione dei livelli cellulari di molti ligandi non peptidici importanti nell'attivazione trascrizionale di geni che influenzano la crescita, il differenziamento, l'apoptosi, l'omeostasi e le funzioni neuroendocrine. Inoltre, la tossicità della maggior parte, se non di tutti, gli agenti ambientali avviene per mezzo di agonista or antagonista azione su queste vie di trasduzione del segnale (Nebert 1994). Sulla base di questa ipotesi, la variabilità genetica negli enzimi che metabolizzano i farmaci può avere effetti piuttosto drammatici su molti processi biochimici critici all'interno della cellula, portando così a differenze importanti nella risposta tossica. È infatti possibile che un tale scenario possa anche essere alla base di molte reazioni avverse idiosincratiche riscontrate in pazienti che usano farmaci comunemente prescritti.

Conclusioni

L'ultimo decennio ha visto notevoli progressi nella nostra comprensione delle basi genetiche della risposta differenziale alle sostanze chimiche nei farmaci, negli alimenti e negli inquinanti ambientali. Gli enzimi che metabolizzano i farmaci hanno una profonda influenza sul modo in cui gli esseri umani rispondono alle sostanze chimiche. Man mano che la nostra consapevolezza della molteplicità degli enzimi che metabolizzano i farmaci continua ad evolversi, siamo sempre più in grado di effettuare valutazioni migliori del rischio tossico per molti farmaci e sostanze chimiche ambientali. Questo è forse più chiaramente illustrato nel caso dell'enzima CYP2D6 citocromo P450. Utilizzando test basati sul DNA relativamente semplici, è possibile prevedere la probabile risposta di qualsiasi farmaco prevalentemente metabolizzato da questo enzima; questa previsione garantirà l'uso più sicuro di farmaci preziosi, ma potenzialmente tossici.

Il futuro vedrà senza dubbio un'esplosione nell'identificazione di ulteriori polimorfismi (fenotipi) che coinvolgono gli enzimi che metabolizzano i farmaci. Queste informazioni saranno accompagnate da test basati sul DNA migliorati e minimamente invasivi per identificare i genotipi nelle popolazioni umane.

Tali studi dovrebbero essere particolarmente istruttivi nella valutazione del ruolo delle sostanze chimiche nelle numerose malattie ambientali di origine attualmente sconosciuta. Anche la considerazione di molteplici polimorfismi enzimatici che metabolizzano farmaci, in combinazione (ad esempio, tabella 1), rappresenta probabilmente un'area di ricerca particolarmente fertile. Tali studi chiariranno il ruolo delle sostanze chimiche nella causa dei tumori. Collettivamente, queste informazioni dovrebbero consentire la formulazione di consigli sempre più personalizzati sull'evitamento di sostanze chimiche che possono essere di interesse individuale. Questo è il campo della tossicologia preventiva. Tali consigli saranno senza dubbio di grande aiuto per tutti gli individui nell'affrontare il carico chimico sempre crescente a cui siamo esposti.

Di ritorno

La tossicologia meccanicistica è lo studio di come gli agenti chimici o fisici interagiscono con gli organismi viventi per causare tossicità. La conoscenza del meccanismo di tossicità di una sostanza migliora la capacità di prevenire la tossicità e progettare sostanze chimiche più desiderabili; costituisce la base per la terapia in caso di sovraesposizione e spesso consente un'ulteriore comprensione dei processi biologici fondamentali. Ai fini di questo Enciclopedia l'accento sarà posto sugli animali per prevedere la tossicità umana. Diverse aree della tossicologia includono la tossicologia meccanicistica, descrittiva, normativa, forense e ambientale (Klaassen, Amdur e Doull 1991). Tutti questi traggono vantaggio dalla comprensione dei meccanismi fondamentali della tossicità.

Perché comprendere i meccanismi di tossicità?

Comprendere il meccanismo mediante il quale una sostanza provoca tossicità migliora diverse aree della tossicologia in modi diversi. La comprensione meccanicistica aiuta il regolatore governativo a stabilire limiti di sicurezza legalmente vincolanti per l'esposizione umana. Aiuta i tossicologi a raccomandare linee d'azione riguardanti la bonifica o la bonifica di siti contaminati e, insieme alle proprietà fisiche e chimiche della sostanza o miscela, può essere utilizzato per selezionare il grado di equipaggiamento protettivo richiesto. La conoscenza meccanicistica è utile anche per formare le basi per la terapia e la progettazione di nuovi farmaci per il trattamento delle malattie umane. Per il tossicologo forense il meccanismo della tossicità spesso fornisce informazioni su come un agente chimico o fisico può causare la morte o l'incapacità.

Se si comprende il meccanismo della tossicità, la tossicologia descrittiva diventa utile per prevedere gli effetti tossici delle sostanze chimiche correlate. È importante comprendere, tuttavia, che la mancanza di informazioni meccanicistiche non dissuade gli operatori sanitari dal proteggere la salute umana. Decisioni prudenti basate su studi sugli animali e sull'esperienza umana vengono utilizzate per stabilire livelli di esposizione sicuri. Tradizionalmente, un margine di sicurezza è stato stabilito utilizzando il "livello senza effetti avversi" o un "livello di effetti avversi più basso" da studi sugli animali (utilizzando disegni di esposizione ripetuta) e dividendo tale livello per un fattore di 100 per l'esposizione professionale o 1,000 per altra esposizione ambientale umana. Il successo di questo processo è evidente dai pochi casi di effetti nocivi per la salute attribuiti all'esposizione chimica nei lavoratori in cui in passato erano stati fissati e rispettati limiti di esposizione appropriati. Inoltre, la durata della vita umana continua ad aumentare, così come la qualità della vita. In generale, l'uso dei dati sulla tossicità ha portato a un efficace controllo normativo e volontario. La conoscenza dettagliata dei meccanismi tossici migliorerà la prevedibilità dei nuovi modelli di rischio attualmente in fase di sviluppo e si tradurrà in un miglioramento continuo.

La comprensione dei meccanismi ambientali è complessa e presuppone una conoscenza della perturbazione dell'ecosistema e dell'omeostasi (equilibrio). Anche se non discusso in questo articolo, una migliore comprensione dei meccanismi tossici e delle loro conseguenze finali in un ecosistema aiuterebbe gli scienziati a prendere decisioni prudenti in merito alla gestione dei rifiuti urbani e industriali. La gestione dei rifiuti è un'area di ricerca in crescita e continuerà ad essere molto importante in futuro.

Tecniche per lo studio dei meccanismi di tossicità

La maggior parte degli studi meccanicistici inizia con uno studio tossicologico descrittivo sugli animali o osservazioni cliniche sugli esseri umani. Idealmente, gli studi sugli animali includono attente osservazioni comportamentali e cliniche, attento esame biochimico di elementi del sangue e dell'urina per segni di funzione avversa dei principali sistemi biologici nel corpo e una valutazione post mortem di tutti i sistemi di organi mediante esame microscopico per verificare la presenza di lesioni (vedere le linee guida sui test dell'OCSE; le direttive CE sulla valutazione delle sostanze chimiche; le regole sui test dell'EPA degli Stati Uniti; i regolamenti sui prodotti chimici del Giappone). Questo è analogo a un esame fisico umano approfondito che si svolgerebbe in un ospedale per un periodo di tempo di due o tre giorni, ad eccezione dell'autopsia.

Comprendere i meccanismi della tossicità è l'arte e la scienza dell'osservazione, la creatività nella selezione delle tecniche per testare varie ipotesi e l'integrazione innovativa di segni e sintomi in una relazione causale. Gli studi meccanicistici iniziano con l'esposizione, seguono la distribuzione correlata al tempo e il destino nel corpo (farmacocinetica) e misurano l'effetto tossico risultante a un certo livello del sistema ea un certo livello di dose. Sostanze diverse possono agire a diversi livelli del sistema biologico causando tossicità.

Esposizione

La via di esposizione negli studi meccanicistici è solitamente la stessa dell'esposizione umana. La via è importante perché possono esserci effetti che si verificano localmente nel sito di esposizione oltre agli effetti sistemici dopo che la sostanza chimica è stata assorbita nel sangue e distribuita in tutto il corpo. Un esempio semplice ma convincente di un effetto locale sarebbe l'irritazione e l'eventuale corrosione della pelle in seguito all'applicazione di forti soluzioni acide o alcaline progettate per la pulizia di superfici dure. Allo stesso modo, l'irritazione e la morte cellulare possono verificarsi nelle cellule che rivestono il naso e/oi polmoni in seguito all'esposizione a vapori o gas irritanti come ossidi di azoto o ozono. (Entrambi sono costituenti dell'inquinamento atmosferico, o smog). Dopo l'assorbimento di una sostanza chimica nel sangue attraverso la pelle, i polmoni o il tratto gastrointestinale, la concentrazione in qualsiasi organo o tessuto è controllata da molti fattori che determinano la farmacocinetica della sostanza chimica nel corpo. Il corpo ha la capacità di attivare e disintossicare varie sostanze chimiche come indicato di seguito.

Ruolo della farmacocinetica nella tossicità

La farmacocinetica descrive le relazioni temporali per l'assorbimento chimico, la distribuzione, il metabolismo (alterazioni biochimiche nel corpo) e l'eliminazione o l'escrezione dal corpo. Relativamente ai meccanismi di tossicità, queste variabili farmacocinetiche possono essere molto importanti e in alcuni casi determinare se la tossicità si verificherà o meno. Ad esempio, se un materiale non viene assorbito in quantità sufficiente, non si verificherà tossicità sistemica (all'interno del corpo). Al contrario, una sostanza chimica altamente reattiva che viene disintossicata rapidamente (secondi o minuti) dagli enzimi digestivi o epatici potrebbe non avere il tempo di causare tossicità. Alcune sostanze e miscele alogenate policicliche così come alcuni metalli come il piombo non causerebbero una tossicità significativa se l'escrezione fosse rapida; ma l'accumulo a livelli sufficientemente elevati ne determina la tossicità poiché l'escrezione non è rapida (talvolta misurata in anni). Fortunatamente, la maggior parte delle sostanze chimiche non ha una ritenzione così lunga nel corpo. L'accumulo di un materiale innocuo non indurrebbe ancora tossicità. Il tasso di eliminazione dal corpo e disintossicazione è spesso indicato come l'emivita della sostanza chimica, che è il tempo in cui il 50% della sostanza chimica viene espulso o alterato in una forma non tossica.

Tuttavia, se una sostanza chimica si accumula in una particolare cellula o organo, ciò potrebbe segnalare un motivo per esaminare ulteriormente la sua potenziale tossicità in quell'organo. Più recentemente, sono stati sviluppati modelli matematici per estrapolare le variabili farmacocinetiche dagli animali all'uomo. Questi modelli farmacocinetici sono estremamente utili per generare ipotesi e verificare se l'animale sperimentale può essere una buona rappresentazione per l'uomo. Su questo argomento sono stati scritti numerosi capitoli e testi (Gehring et al. 1976; Reitz et al. 1987; Nolan et al. 1995). Un esempio semplificato di un modello fisiologico è rappresentato in figura 1.

Figura 1. Un modello farmacocinetico semplificato

Diversi livelli e sistemi possono essere influenzati negativamente

La tossicità può essere descritta a diversi livelli biologici. La lesione può essere valutata nell'intera persona (o animale), nel sistema di organi, nella cellula o nella molecola. I sistemi di organi includono il sistema immunitario, respiratorio, cardiovascolare, renale, endocrino, digestivo, muscolo-scheletrico, sanguigno, riproduttivo e nervoso centrale. Alcuni organi chiave includono fegato, reni, polmoni, cervello, pelle, occhi, cuore, testicoli o ovaie e altri organi importanti. A livello cellulare/biochimico, gli effetti avversi includono l'interferenza con la normale funzione proteica, la funzione del recettore endocrino, l'inibizione dell'energia metabolica o l'inibizione o l'induzione di enzimi xenobiotici (sostanze estranee). Gli effetti avversi a livello molecolare comprendono l'alterazione della normale funzione della trascrizione del DNA-RNA, del legame specifico del recettore citoplasmatico e nucleare e dei geni o dei prodotti genici. In definitiva, la disfunzione in un sistema di organi principali è probabilmente causata da un'alterazione molecolare in una particolare cellula bersaglio all'interno di quell'organo. Tuttavia, non sempre è possibile ricondurre un meccanismo a un'origine molecolare della causalità, né è necessario. L'intervento e la terapia possono essere progettati senza una completa comprensione del bersaglio molecolare. Tuttavia, la conoscenza del meccanismo specifico della tossicità aumenta il valore predittivo e l'accuratezza dell'estrapolazione ad altre sostanze chimiche. La figura 2 è una rappresentazione schematica dei vari livelli in cui è possibile rilevare l'interferenza dei normali processi fisiologici. Le frecce indicano che le conseguenze per un individuo possono essere determinate dall'alto verso il basso (esposizione, farmacocinetica a tossicità sistemica/organo) o dal basso verso l'alto (cambiamento molecolare, effetto cellulare/biochimico a tossicità sistemica/organo).

Figura 2. Rappresentazione dei meccanismi di tossicità

Esempi di meccanismi di tossicità

I meccanismi di tossicità possono essere semplici o molto complessi. Spesso c'è una differenza tra il tipo di tossicità, il meccanismo di tossicità e il livello dell'effetto, in relazione al fatto che gli effetti avversi siano dovuti a una singola dose elevata acuta (come un avvelenamento accidentale) o a una dose inferiore esposizione ripetuta (da esposizione professionale o ambientale). Classicamente, a scopo di test, una singola dose elevata acuta viene somministrata mediante intubazione diretta nello stomaco di un roditore o esposizione a un'atmosfera di gas o vapore per due o quattro ore, a seconda di quale sia meglio simile all'esposizione umana. Gli animali vengono osservati per un periodo di due settimane dopo l'esposizione e quindi i principali organi esterni e interni vengono esaminati per rilevare lesioni. I test a dose ripetuta vanno da mesi ad anni. Per le specie di roditori, due anni sono considerati uno studio cronico (durata della vita) sufficiente per valutare la tossicità e la cancerogenicità, mentre per i primati non umani, due anni sarebbero considerati uno studio subcronico (meno della vita) per valutare la tossicità a dose ripetuta. Dopo l'esposizione viene condotto un esame completo di tutti i tessuti, organi e fluidi per determinare eventuali effetti avversi.

Meccanismi di tossicità acuta

I seguenti esempi sono specifici per effetti acuti ad alte dosi che possono portare alla morte o a gravi inabilitazioni. Tuttavia, in alcuni casi, l'intervento comporterà effetti transitori e completamente reversibili. La dose o la gravità dell'esposizione determineranno il risultato.

Asfissianti semplici. Il meccanismo di tossicità dei gas inerti e di alcune altre sostanze non reattive è la mancanza di ossigeno (anossia). Queste sostanze chimiche, che causano la privazione di ossigeno al sistema nervoso centrale (SNC), sono chiamate semplici asfissianti. Se una persona entra in uno spazio chiuso che contiene azoto senza ossigeno sufficiente, si verifica un'immediata deplezione di ossigeno nel cervello che porta all'incoscienza e infine alla morte se la persona non viene rimossa rapidamente. In casi estremi (quasi zero ossigeno) l'incoscienza può verificarsi in pochi secondi. Il salvataggio dipende dalla rapida rimozione in un ambiente ossigenato. La sopravvivenza con danno cerebrale irreversibile può verificarsi a causa di un salvataggio ritardato, a causa della morte dei neuroni, che non possono rigenerarsi.

Asfissianti chimici. Il monossido di carbonio (CO) compete con l'ossigeno per legarsi all'emoglobina (nei globuli rossi) e quindi priva i tessuti dell'ossigeno per il metabolismo energetico; ne può derivare la morte cellulare. L'intervento comprende la rimozione dalla fonte di CO e il trattamento con ossigeno. L'uso diretto dell'ossigeno si basa sull'azione tossica del CO. Un altro potente asfissiante chimico è il cianuro. Lo ione cianuro interferisce con il metabolismo cellulare e l'utilizzo dell'ossigeno per produrre energia. Il trattamento con nitrito di sodio provoca un cambiamento dell'emoglobina nei globuli rossi in metaemoglobina. La metaemoglobina ha una maggiore affinità di legame con lo ione cianuro rispetto al bersaglio cellulare del cianuro. Di conseguenza, la metaemoglobina lega il cianuro e tiene il cianuro lontano dalle cellule bersaglio. Questo costituisce la base per la terapia antidotica.

Depressori del sistema nervoso centrale (SNC).. La tossicità acuta è caratterizzata da sedazione o incoscienza per una serie di materiali come solventi che non sono reattivi o che si trasformano in intermedi reattivi. Si ipotizza che la sedazione/anestesia sia dovuta a un'interazione del solvente con le membrane delle cellule del SNC, che compromette la loro capacità di trasmettere segnali elettrici e chimici. Mentre la sedazione può sembrare una lieve forma di tossicità ed è stata la base per lo sviluppo dei primi anestetici, "la dose fa ancora il veleno". Se viene somministrata una dose sufficiente per ingestione o inalazione, l'animale può morire per arresto respiratorio. Se non si verifica la morte per anestesia, questo tipo di tossicità è solitamente facilmente reversibile quando il soggetto viene rimosso dall'ambiente o la sostanza chimica viene ridistribuita o eliminata dal corpo.

Effetti sulla pelle. Gli effetti negativi sulla pelle possono variare dall'irritazione alla corrosione, a seconda della sostanza incontrata. Gli acidi forti e le soluzioni alcaline sono incompatibili con i tessuti viventi e sono corrosivi, causando ustioni chimiche e possibili cicatrici. La cicatrizzazione è dovuta alla morte delle cellule dermiche profonde della pelle responsabili della rigenerazione. Concentrazioni inferiori possono solo causare irritazione del primo strato di pelle.

Un altro meccanismo tossico specifico della pelle è quello della sensibilizzazione chimica. Ad esempio, la sensibilizzazione si verifica quando il 2,4-dinitroclorobenzene si lega alle proteine ​​naturali della pelle e il sistema immunitario riconosce il complesso alterato legato alle proteine ​​come materiale estraneo. In risposta a questo materiale estraneo, il sistema immunitario attiva cellule speciali per eliminare la sostanza estranea mediante il rilascio di mediatori (citochine) che causano eruzioni cutanee o dermatiti (vedi “Immunotossicologia”). Questa è la stessa reazione del sistema immunitario quando si verifica l'esposizione all'edera velenosa. La sensibilizzazione immunitaria è molto specifica per la particolare sostanza chimica e richiede almeno due esposizioni prima che venga suscitata una risposta. La prima esposizione sensibilizza (prepara le cellule a riconoscere la sostanza chimica) e le successive esposizioni innescano la risposta del sistema immunitario. La rimozione dal contatto e la terapia sintomatica con creme antinfiammatorie contenenti steroidi sono generalmente efficaci nel trattamento di individui sensibilizzati. Nei casi gravi o refrattari viene utilizzato un immunosoppressore ad azione sistemica come il prednisone in combinazione con il trattamento topico.

Sensibilizzazione polmonare. Una risposta di sensibilizzazione immunitaria è provocata dal toluene diisocianato (TDI), ma il sito bersaglio sono i polmoni. La sovraesposizione al TDI in soggetti predisposti provoca edema polmonare (accumulo di liquidi), costrizione bronchiale e respirazione compromessa. Questa è una condizione grave e richiede la rimozione dell'individuo da potenziali esposizioni successive. Il trattamento è principalmente sintomatico. La sensibilizzazione della pelle e dei polmoni segue una risposta alla dose. Il superamento del livello fissato per l'esposizione professionale può causare effetti negativi.

Effetti sugli occhi. Le lesioni agli occhi vanno dall'arrossamento dello strato esterno (arrossamento da piscina) alla formazione di cataratta della cornea fino al danneggiamento dell'iride (parte colorata dell'occhio). I test di irritazione oculare vengono condotti quando si ritiene che non si verificheranno lesioni gravi. Molti dei meccanismi che causano la corrosione della pelle possono anche causare lesioni agli occhi. I materiali corrosivi per la pelle, come gli acidi forti (pH inferiore a 2) e gli alcali (pH superiore a 11.5), non sono testati sugli occhi degli animali perché la maggior parte causerà corrosione e cecità a causa di un meccanismo simile a quello che provoca la corrosione della pelle . Inoltre, agenti tensioattivi come detergenti e tensioattivi possono causare lesioni agli occhi che vanno dall'irritazione alla corrosione. Un gruppo di materiali che richiede cautela sono i tensioattivi caricati positivamente (cationici), che possono causare ustioni, opacità permanente della cornea e vascolarizzazione (formazione di vasi sanguigni). Un'altra sostanza chimica, il dinitrofenolo, ha un effetto specifico sulla formazione della cataratta. Ciò sembra essere correlato alla concentrazione di questa sostanza chimica nell'occhio, che è un esempio di specificità distributiva farmacocinetica.

Sebbene l'elenco di cui sopra sia lungi dall'essere esaustivo, è progettato per dare al lettore un apprezzamento per vari meccanismi di tossicità acuta.

Meccanismi di tossicità subcronica e cronica

Quando vengono somministrati come singola dose elevata, alcuni prodotti chimici non hanno lo stesso meccanismo di tossicità di quando vengono somministrati ripetutamente come dose inferiore ma comunque tossica. Quando viene somministrata una singola dose elevata, c'è sempre la possibilità di superare la capacità della persona di disintossicare o espellere la sostanza chimica, e questo può portare a una risposta tossica diversa rispetto a quando vengono somministrate dosi ripetitive inferiori. L'alcol è un buon esempio. Alte dosi di alcol portano a effetti primari sul sistema nervoso centrale, mentre dosi ripetute inferiori provocano danni al fegato.

Inibizione anticolinesterasica. La maggior parte dei pesticidi organofosfati, ad esempio, ha poca tossicità per i mammiferi fino a quando non viene attivata metabolicamente, principalmente nel fegato. Il principale meccanismo d'azione degli organofosfati è l'inibizione dell'acetilcolinesterasi (AChE) nel cervello e nel sistema nervoso periferico. AChE è l'enzima normale che termina la stimolazione del neurotrasmettitore acetilcolina. Una lieve inibizione dell'AChE per un periodo prolungato non è stata associata a effetti avversi. A livelli elevati di esposizione, l'incapacità di terminare questa stimolazione neuronale provoca una sovrastimolazione del sistema nervoso colinergico. La sovrastimolazione colinergica alla fine si traduce in una serie di sintomi, incluso l'arresto respiratorio, seguito dalla morte se non trattata. Il trattamento primario è la somministrazione di atropina, che blocca gli effetti dell'acetilcolina, e la somministrazione di cloruro di pralidossima, che riattiva l'AChE inibito. Pertanto, sia la causa che il trattamento della tossicità da organofosfati vengono affrontati comprendendo le basi biochimiche della tossicità.

Attivazione metabolica. Molte sostanze chimiche, tra cui il tetracloruro di carbonio, il cloroformio, l'acetilamminofluorene, le nitrosammine e il paraquat sono metabolicamente attivate a radicali liberi o altri intermedi reattivi che inibiscono e interferiscono con la normale funzione cellulare. Ad alti livelli di esposizione ciò provoca la morte cellulare (vedi “Danno cellulare e morte cellulare”). Mentre le interazioni specifiche ei bersagli cellulari rimangono sconosciuti, i sistemi di organi che hanno la capacità di attivare queste sostanze chimiche, come fegato, reni e polmoni, sono tutti potenziali bersagli di lesioni. Nello specifico, particolari cellule all'interno di un organo hanno una capacità maggiore o minore di attivare o disintossicare questi intermedi, e questa capacità determina la suscettibilità intracellulare all'interno di un organo. Il metabolismo è uno dei motivi per cui la comprensione della farmacocinetica, che descrive questi tipi di trasformazioni e la distribuzione e l'eliminazione di questi intermedi, è importante per riconoscere il meccanismo d'azione di queste sostanze chimiche.

Meccanismi del cancro. Il cancro è una molteplicità di malattie e mentre la comprensione di alcuni tipi di cancro sta aumentando rapidamente a causa delle numerose tecniche biologiche molecolari che sono state sviluppate dal 1980, c'è ancora molto da imparare. Tuttavia, è chiaro che lo sviluppo del cancro è un processo in più fasi e che i geni critici sono fondamentali per diversi tipi di cancro. Le alterazioni del DNA (mutazioni somatiche) in alcuni di questi geni critici possono causare un aumento della suscettibilità o lesioni cancerose (vedi “Tossicologia genetica”). L'esposizione a sostanze chimiche naturali (nei cibi cotti come manzo e pesce) o chimiche sintetiche (come la benzidina, usata come colorante) o agenti fisici (luce ultravioletta del sole, radon dal suolo, radiazioni gamma da procedure mediche o attività industriale) sono tutte contributori alle mutazioni geniche somatiche. Tuttavia, esistono sostanze naturali e sintetiche (come gli antiossidanti) e processi di riparazione del DNA che sono protettivi e mantengono l'omeostasi. È chiaro che la genetica è un fattore importante nel cancro, poiché sindromi di malattie genetiche come lo xeroderma pigmentoso, in cui manca la normale riparazione del DNA, aumentano notevolmente la suscettibilità al cancro della pelle dall'esposizione alla luce ultravioletta del sole.

Meccanismi riproduttivi. Analogamente al cancro, sono noti molti meccanismi di tossicità riproduttiva e/o dello sviluppo, ma c'è ancora molto da imparare. È noto che alcuni virus (come la rosolia), infezioni batteriche e farmaci (come talidomide e vitamina A) influiranno negativamente sullo sviluppo. Recentemente, il lavoro di Khera (1991), rivisto da Carney (1994), mostra una buona evidenza che gli effetti sullo sviluppo anormali nei test sugli animali con glicole etilenico sono attribuibili ai metaboliti acidi metabolici materni. Ciò si verifica quando il glicole etilenico viene metabolizzato in metaboliti acidi tra cui acido glicolico e ossalico. I successivi effetti sulla placenta e sul feto sembrano essere dovuti a questo processo di tossicità metabolica.

Conclusione

L'intento di questo articolo è quello di fornire una prospettiva su diversi meccanismi noti di tossicità e la necessità di studi futuri. È importante capire che la conoscenza meccanicistica non è assolutamente necessaria per proteggere la salute umana o ambientale. Questa conoscenza migliorerà la capacità del professionista di prevedere e gestire meglio la tossicità. Le effettive tecniche utilizzate per chiarire qualsiasi particolare meccanismo dipendono dalla conoscenza collettiva degli scienziati e dal pensiero di coloro che prendono decisioni riguardanti la salute umana.

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