Neurotoxicidade e toxicidade reprodutiva são áreas importantes para avaliação de risco, uma vez que os sistemas nervoso e reprodutivo são altamente sensíveis aos efeitos xenobióticos. Muitos agentes foram identificados como tóxicos para esses sistemas em humanos (Barlow e Sullivan 1982; OTA 1990). Muitos pesticidas são deliberadamente projetados para interromper a reprodução e a função neurológica em organismos-alvo, como insetos, por meio da interferência na bioquímica hormonal e na neurotransmissão.

É difícil identificar substâncias potencialmente tóxicas para esses sistemas por três razões inter-relacionadas: primeiro, eles estão entre os sistemas biológicos mais complexos em humanos, e os modelos animais de função reprodutiva e neurológica são geralmente considerados inadequados para representar eventos críticos como a cognição ou desenvolvimento embriofetal precoce; em segundo lugar, não há testes simples para identificar potenciais tóxicos reprodutivos ou neurológicos; e terceiro, esses sistemas contêm vários tipos de células e órgãos, de modo que nenhum conjunto único de mecanismos de toxicidade pode ser usado para inferir relações dose-resposta ou prever relações estrutura-atividade (SAR). Além disso, sabe-se que a sensibilidade dos sistemas nervoso e reprodutivo varia com a idade, e que exposições em períodos críticos podem ter efeitos muito mais graves do que em outros momentos.

Avaliação de risco de neurotoxicidade

A neurotoxicidade é um importante problema de saúde pública. Conforme mostrado na tabela 1, houve vários episódios de neurotoxicidade humana envolvendo milhares de trabalhadores e outras populações expostas por meio de liberações industriais, alimentos contaminados, água e outros vetores. Exposições ocupacionais a neurotoxinas como chumbo, mercúrio, inseticidas organofosforados e solventes clorados são comuns em todo o mundo (OTA 1990; Johnson 1978).

Tabela 1. Principais incidentes de neurotoxicidade selecionados

Fonte: OTA 1990.

Os produtos químicos podem afetar o sistema nervoso por meio de ações em qualquer um dos vários alvos celulares ou processos bioquímicos no sistema nervoso central ou periférico. Efeitos tóxicos em outros órgãos também podem afetar o sistema nervoso, como no exemplo da encefalopatia hepática. As manifestações de neurotoxicidade incluem efeitos na aprendizagem (incluindo memória, cognição e desempenho intelectual), processos somatossensoriais (incluindo sensação e propriocepção), função motora (incluindo equilíbrio, marcha e controle de movimentos finos), afeto (incluindo estado de personalidade e emocionalidade) e autonômica (controle nervoso da função endócrina e sistemas de órgãos internos). Os efeitos tóxicos de produtos químicos sobre o sistema nervoso geralmente variam em sensibilidade e expressão com a idade: durante o desenvolvimento, o sistema nervoso central pode ser especialmente suscetível a insultos tóxicos devido ao processo prolongado de diferenciação celular, migração e contato célula a célula que ocorre em humanos (OTA 1990). Além disso, o dano citotóxico ao sistema nervoso pode ser irreversível porque os neurônios não são substituídos após a embriogênese. Enquanto o sistema nervoso central (SNC) é um pouco protegido do contato com compostos absorvidos por meio de um sistema de células fortemente unidas (a barreira hematoencefálica, composta de células endoteliais capilares que revestem a vasculatura do cérebro), produtos químicos tóxicos podem obter acesso a o SNC por três mecanismos: solventes e compostos lipofílicos podem atravessar as membranas celulares; alguns compostos podem se ligar a proteínas transportadoras endógenas que servem para fornecer nutrientes e biomoléculas ao SNC; pequenas proteínas, se inaladas, podem ser diretamente captadas pelo nervo olfativo e transportadas para o cérebro.

Autoridades reguladoras dos EUA

A autoridade estatutária para regulamentar substâncias para neurotoxicidade é atribuída a quatro agências nos Estados Unidos: a Food and Drug Administration (FDA), a Environmental Protection Agency (EPA), a Occupational Safety and Health Administration (OSHA) e a Consumer Product Safety Commission (CPSC). Embora a OSHA geralmente regule as exposições ocupacionais a produtos químicos neurotóxicos (e outros), a EPA tem autoridade para regular as exposições ocupacionais e não ocupacionais a pesticidas sob a Lei Federal de Inseticidas, Fungicidas e Rodenticidas (FIFRA). A EPA também regulamenta novos produtos químicos antes da fabricação e comercialização, o que obriga a agência a considerar os riscos ocupacionais e não ocupacionais.

Identificação de perigo

Agentes que afetam adversamente a fisiologia, bioquímica ou integridade estrutural do sistema nervoso ou a função do sistema nervoso expressa comportamentalmente são definidos como riscos neurotóxicos (EPA 1993). A determinação da neurotoxicidade inerente é um processo difícil, devido à complexidade do sistema nervoso e às múltiplas expressões da neurotoxicidade. Alguns efeitos podem ser retardados no aparecimento, como a neurotoxicidade retardada de certos inseticidas organofosforados. Cuidado e julgamento são necessários para determinar o perigo neurotóxico, incluindo a consideração das condições de exposição, dose, duração e tempo.

A identificação de perigos é geralmente baseada em estudos toxicológicos de organismos intactos, nos quais as funções comportamentais, cognitivas, motoras e somatossensoriais são avaliadas com uma variedade de ferramentas investigativas, incluindo bioquímica, eletrofisiologia e morfologia (Tilson e Cabe 1978; Spencer e Schaumberg 1980). A importância da observação cuidadosa de todo o comportamento do organismo não pode ser subestimada. A identificação de perigos também requer a avaliação da toxicidade em diferentes estágios de desenvolvimento, incluindo o início da vida (intrauterino e neonatal precoce) e a senescência. Em humanos, a identificação de neurotoxicidade envolve avaliação clínica usando métodos de avaliação neurológica da função motora, fluência da fala, reflexos, função sensorial, eletrofisiologia, testes neuropsicológicos e, em alguns casos, técnicas avançadas de imagem cerebral e eletroencefalografia quantitativa. A OMS desenvolveu e validou uma bateria de testes centrais neurocomportamentais (NCTB), que contém testes de função motora, coordenação mão-olho, tempo de reação, memória imediata, atenção e humor. Esta bateria foi validada internacionalmente por um processo coordenado (Johnson 1978).

A identificação de perigos usando animais também depende de métodos observacionais cuidadosos. A US EPA desenvolveu uma bateria observacional funcional como um teste de primeiro nível projetado para detectar e quantificar os principais efeitos neurotóxicos evidentes (Moser 1990). Essa abordagem também está incorporada nos métodos de teste de toxicidade subcrônica e crônica da OCDE. Uma bateria típica inclui as seguintes medidas: postura; maneira de andar; mobilidade; excitação geral e reatividade; presença ou ausência de tremores, convulsões, lacrimejamento, piloereção, salivação, excesso de micção ou defecação, estereotipia, andar em círculos ou outros comportamentos bizarros. Os comportamentos provocados incluem resposta ao manuseio, beliscão da cauda ou cliques; equilíbrio, reflexo de endireitamento e força de preensão dos membros posteriores. Alguns testes representativos e agentes identificados com esses testes são mostrados na tabela 2.

Tabela 2. Exemplos de testes especializados para medir a neurotoxicidade

Fonte: EPA 1993.

Esses testes podem ser seguidos por avaliações mais complexas, geralmente reservadas para estudos mecanísticos, em vez de identificação de perigos. Os métodos in vitro para identificação de perigos de neurotoxicidade são limitados, pois não fornecem indicações de efeitos em funções complexas, como aprendizado, mas podem ser muito úteis na definição de locais-alvo de toxicidade e na melhoria da precisão dos estudos dose-resposta no local-alvo (ver WHO 1986 e EPA 1993 para discussões abrangentes de princípios e métodos para identificar potenciais neurotóxicos).

Avaliação dose-resposta

A relação entre toxicidade e dose pode ser baseada em dados humanos quando disponíveis ou em testes em animais, conforme descrito acima. Nos Estados Unidos, uma abordagem de incerteza ou fator de segurança é geralmente usada para neurotóxicos. Este processo envolve a determinação de um “nível de efeito adverso não observado” (NOAEL) ou “nível de efeito adverso observado mais baixo” (LOAEL) e, em seguida, dividindo esse número por fatores de incerteza ou segurança (geralmente múltiplos de 10) para permitir considerações como incompletude de dados, sensibilidade potencialmente maior de humanos e variabilidade da resposta humana devido à idade ou outros fatores do hospedeiro. O número resultante é denominado dose de referência (RfD) ou concentração de referência (RfC). O efeito que ocorre com a dose mais baixa nas espécies e gêneros animais mais sensíveis é geralmente usado para determinar o LOAEL ou NOAEL. A conversão da dose animal para a exposição humana é feita por métodos padrão de dosimetria entre espécies, levando em consideração as diferenças no tempo de vida e na duração da exposição.

O uso da abordagem do fator de incerteza assume que existe um limite ou dose abaixo da qual nenhum efeito adverso é induzido. Limites para neurotóxicos específicos podem ser difíceis de determinar experimentalmente; eles são baseados em suposições quanto ao mecanismo de ação que pode ou não ser válido para todos os neurotóxicos (Silbergeld 1990).

Avaliação da exposição

Nesta etapa, são avaliadas informações sobre fontes, vias, doses e tempos de exposição ao neurotóxico para populações humanas, subpopulações ou mesmo indivíduos. Essas informações podem ser derivadas do monitoramento de mídia ambiental ou amostragem humana, ou de estimativas baseadas em cenários padrão (como condições de trabalho e descrições de trabalho) ou modelos de destino e dispersão ambiental (consulte EPA 1992 para obter diretrizes gerais sobre métodos de avaliação de exposição). Em alguns casos limitados, marcadores biológicos podem ser usados ​​para validar inferências e estimativas de exposição; no entanto, existem relativamente poucos biomarcadores utilizáveis ​​de neurotóxicos.

caracterização de risco

A combinação de identificação do perigo, resposta à dose e avaliação da exposição é usada para desenvolver a caracterização do risco. Esse processo envolve suposições quanto à extrapolação de doses altas para baixas, extrapolação de animais para humanos e a adequação de suposições de limite e uso de fatores de incerteza.

Toxicologia reprodutiva—Métodos de avaliação de risco

Os riscos reprodutivos podem afetar vários pontos finais funcionais e alvos celulares em humanos, com consequências para a saúde do indivíduo afetado e das gerações futuras. Os riscos reprodutivos podem afetar o desenvolvimento do sistema reprodutivo em homens ou mulheres, comportamentos reprodutivos, função hormonal, hipotálamo e hipófise, gônadas e células germinativas, fertilidade, gravidez e a duração da função reprodutiva (OTA 1985). Além disso, substâncias químicas mutagênicas também podem afetar a função reprodutiva, danificando a integridade das células germinativas (Dixon 1985).

A natureza e a extensão dos efeitos adversos das exposições químicas sobre a função reprodutiva em populações humanas são amplamente desconhecidas. Relativamente poucas informações de vigilância estão disponíveis em parâmetros como fertilidade de homens ou mulheres, idade da menopausa em mulheres ou contagem de esperma em homens. No entanto, tanto homens quanto mulheres trabalham em indústrias onde podem ocorrer exposições a riscos reprodutivos (OTA 1985).

Esta seção não recapitula os elementos comuns à avaliação de risco de tóxicos neurotóxicos e reprodutivos, mas se concentra em questões específicas da avaliação de risco de tóxicos reprodutivos. Tal como acontece com os neurotóxicos, a autoridade para regulamentar produtos químicos para toxicidade reprodutiva é colocada por estatuto na EPA, OSHA, FDA e CPSC. Dessas agências, apenas a EPA tem um conjunto declarado de diretrizes para avaliação de risco de toxicidade reprodutiva. Além disso, o estado da Califórnia desenvolveu métodos para avaliação de risco de toxicidade reprodutiva em resposta a uma lei estadual, Proposição 65 (Pease et al. 1991).

Tóxicos reprodutivos, como os neurotóxicos, podem atuar afetando qualquer um de vários órgãos-alvo ou locais moleculares de ação. Sua avaliação tem complexidade adicional devido à necessidade de avaliar três organismos distintos separadamente e juntos – o macho, a fêmea e a prole (Mattison e Thomford 1989). Embora um ponto final importante da função reprodutiva seja a geração de uma criança saudável, a biologia reprodutiva também desempenha um papel na saúde dos organismos em desenvolvimento e maduros, independentemente de seu envolvimento na procriação. Por exemplo, a perda da função ovulatória por depleção natural ou remoção cirúrgica de oócitos tem efeitos substanciais sobre a saúde das mulheres, envolvendo alterações na pressão sanguínea, metabolismo lipídico e fisiologia óssea. Alterações na bioquímica hormonal podem afetar a suscetibilidade ao câncer.

Identificação de perigo

A identificação de um perigo reprodutivo pode ser feita com base em dados humanos ou animais. Em geral, os dados de humanos são relativamente escassos, devido à necessidade de vigilância cuidadosa para detectar alterações na função reprodutiva, como contagem ou qualidade de espermatozóides, frequência ovulatória e duração do ciclo ou idade na puberdade. A detecção de riscos reprodutivos por meio da coleta de informações sobre taxas de fertilidade ou dados sobre o resultado da gravidez pode ser confundida pela supressão intencional da fertilidade exercida por muitos casais por meio de medidas de planejamento familiar. O monitoramento cuidadoso de populações selecionadas indica que as taxas de falha reprodutiva (aborto espontâneo) podem ser muito altas, quando os biomarcadores de gravidez precoce são avaliados (Sweeney et al. 1988).

Protocolos de teste usando animais experimentais são amplamente usados ​​para identificar tóxicos reprodutivos. Na maioria desses projetos, conforme desenvolvidos nos Estados Unidos pela FDA e pela EPA e internacionalmente pelo programa de diretrizes de teste da OCDE, os efeitos de agentes suspeitos são detectados em termos de fertilidade após exposição masculina e/ou feminina; observação de comportamentos sexuais relacionados ao acasalamento; e exame histopatológico de gônadas e glândulas sexuais acessórias, como glândulas mamárias (EPA 1994). Freqüentemente, os estudos de toxicidade reprodutiva envolvem dosagens contínuas de animais por uma ou mais gerações, a fim de detectar efeitos no processo reprodutivo integrado, bem como estudar efeitos em órgãos específicos de reprodução. Estudos multigeracionais são recomendados porque permitem a detecção de efeitos que podem ser induzidos pela exposição durante o desenvolvimento do sistema reprodutivo in utero. Um protocolo de teste especial, a Avaliação Reprodutiva por Reprodução Contínua (RACB), foi desenvolvido nos Estados Unidos pelo Programa Nacional de Toxicologia. Este teste fornece dados sobre mudanças no espaçamento temporal das gestações (refletindo a função ovulatória), bem como o número e tamanho das ninhadas durante todo o período de teste. Quando estendido ao longo da vida da fêmea, pode fornecer informações sobre falhas reprodutivas precoces. As medidas de esperma podem ser adicionadas ao RACB para detectar alterações na função reprodutiva masculina. Um teste especial para detectar a perda pré ou pós-implantação é o teste letal dominante, projetado para detectar efeitos mutagênicos na espermatogênese masculina.

Testes in vitro também foram desenvolvidos como telas para toxicidade reprodutiva (e de desenvolvimento) (Heindel e Chapin 1993). Esses testes são geralmente usados ​​para complementar os resultados dos testes in vivo, fornecendo mais informações sobre o local-alvo e o mecanismo dos efeitos observados.

A Tabela 3 mostra os três tipos de endpoints na avaliação da toxicidade reprodutiva – mediada pelo casal, específica para mulheres e específica para homens. Os endpoints mediados por pares incluem aqueles detectáveis ​​em estudos multigeracionais e de organismo único. Eles geralmente incluem a avaliação da prole também. Deve-se notar que a medição da fertilidade em roedores é geralmente insensível, em comparação com tal medição em humanos, e que efeitos adversos na função reprodutiva podem ocorrer em doses mais baixas do que aquelas que afetam significativamente a fertilidade (EPA 1994). Os pontos finais específicos do sexo masculino podem incluir testes de letalidade dominante, bem como avaliação histopatológica de órgãos e esperma, medição de hormônios e marcadores de desenvolvimento sexual. A função do esperma também pode ser avaliada por métodos de fertilização in vitro para detectar as propriedades das células germinativas de penetração e capacitação; esses testes são valiosos porque são diretamente comparáveis ​​às avaliações in vitro realizadas em clínicas de fertilidade humana, mas não fornecem, por si só, informações sobre dose-resposta. Os endpoints específicos para mulheres incluem, além da histopatologia do órgão e das medições hormonais, a avaliação das sequelas da reprodução, incluindo a lactação e o crescimento da prole.

Tabela 3. Parâmetros em toxicologia reprodutiva

¹ Pontos finais que podem ser obtidos de forma relativamente não invasiva com humanos.

Fonte: EPA 1994.

Nos Estados Unidos, a identificação do perigo é concluída com uma avaliação qualitativa dos dados de toxicidade pelos quais os produtos químicos são julgados como tendo evidência suficiente ou insuficiente de perigo (EPA 1994). Evidências “suficientes” incluem dados epidemiológicos que fornecem evidências convincentes de uma relação causal (ou falta dela), com base em estudos de caso-controle ou coorte, ou séries de casos bem fundamentadas. Dados animais suficientes podem ser combinados com dados humanos limitados para apoiar a descoberta de um perigo reprodutivo: para serem suficientes, os estudos experimentais são geralmente necessários para utilizar as diretrizes de teste de duas gerações da EPA e devem incluir um mínimo de dados que demonstrem um efeito reprodutivo adverso em um estudo apropriado e bem conduzido em uma espécie de teste. Dados humanos limitados podem ou não estar disponíveis; não é necessário para efeitos de identificação de perigos. Para descartar um risco reprodutivo potencial, os dados do animal devem incluir uma gama adequada de parâmetros de mais de um estudo que não mostre nenhum efeito reprodutivo adverso em doses minimamente tóxicas para o animal (EPA 1994).

Avaliação dose-resposta

Assim como na avaliação de neurotóxicos, a demonstração de efeitos relacionados à dose é uma parte importante da avaliação de risco para tóxicos reprodutivos. Duas dificuldades particulares nas análises dose-resposta surgem devido à toxicocinética complicada durante a gravidez e à importância de distinguir a toxicidade reprodutiva específica da toxicidade geral para o organismo. Animais debilitados ou animais com toxicidade inespecífica substancial (como perda de peso) podem não ovular ou acasalar. A toxicidade materna pode afetar a viabilidade da gravidez ou apoiar a lactação. Esses efeitos, embora sejam evidências de toxicidade, não são específicos da reprodução (Kimmel et al. 1986). A avaliação da resposta à dose para um ponto final específico, como a fertilidade, deve ser feita no contexto de uma avaliação geral da reprodução e do desenvolvimento. As relações dose-resposta para diferentes efeitos podem diferir significativamente, mas interferem na detecção. Por exemplo, agentes que reduzem o tamanho da ninhada podem resultar em nenhum efeito sobre o peso da ninhada devido à redução da competição pela nutrição intrauterina.

Avaliação da exposição

Um componente importante da avaliação da exposição para a avaliação do risco reprodutivo está relacionado às informações sobre o momento e a duração das exposições. As medidas de exposição cumulativa podem ser insuficientemente precisas, dependendo do processo biológico afetado. Sabe-se que exposições em diferentes estágios de desenvolvimento em machos e fêmeas podem resultar em resultados diferentes tanto em humanos quanto em animais experimentais (Gray et al. 1988). A natureza temporal da espermatogênese e da ovulação também afeta o resultado. Os efeitos na espermatogênese podem ser reversíveis se as exposições cessarem; no entanto, a toxicidade do oócito não é reversível, uma vez que as fêmeas têm um conjunto fixo de células germinativas para a ovulação (Mattison e Thomford, 1989).

caracterização de risco

Tal como acontece com os neurotóxicos, a existência de um limite é geralmente assumida para tóxicos reprodutivos. No entanto, as ações de compostos mutagênicos em células germinativas podem ser consideradas uma exceção a essa suposição geral. Para outros parâmetros, um RfD ou RfC é calculado como com neurotóxicos pela determinação do NOAEL ou LOAEL e aplicação de fatores de incerteza apropriados. O efeito usado para determinar o NOAEL ou LOAEL é o ponto final reprodutivo adverso mais sensível das espécies de mamíferos mais apropriadas ou mais sensíveis (EPA 1994). Os fatores de incerteza incluem a consideração da variação interespécies e intraespécies, a capacidade de definir um verdadeiro NOAEL e a sensibilidade do ponto final detectado.

As caracterizações de risco também devem ser focadas em subpopulações específicas em risco, possivelmente especificando homens e mulheres, estado de gravidez e idade. Indivíduos especialmente sensíveis, como mulheres lactantes, mulheres com número reduzido de oócitos ou homens com contagem reduzida de esperma e adolescentes pré-púberes também podem ser considerados.

Voltar

A toxicologia desempenha um papel importante no desenvolvimento de regulamentos e outras políticas de saúde ocupacional. A fim de prevenir lesões e doenças ocupacionais, as decisões são cada vez mais baseadas em informações obtidas antes ou na ausência dos tipos de exposições humanas que produziriam informações definitivas sobre o risco, como estudos epidemiológicos. Além disso, os estudos toxicológicos, conforme descritos neste capítulo, podem fornecer informações precisas sobre a dose e a resposta nas condições controladas da pesquisa laboratorial; esta informação é muitas vezes difícil de obter no ambiente não controlado de exposições ocupacionais. No entanto, essas informações devem ser cuidadosamente avaliadas para estimar a probabilidade de efeitos adversos em humanos, a natureza desses efeitos adversos e a relação quantitativa entre exposições e efeitos.

Uma atenção considerável tem sido dada em muitos países, desde a década de 1980, ao desenvolvimento de métodos objetivos para a utilização de informações toxicológicas na tomada de decisões regulatórias. Métodos formais, frequentemente referidos como avaliação de risco, têm sido propostas e utilizadas nesses países por entidades governamentais e não governamentais. A avaliação de risco foi definida de forma variada; fundamentalmente, é um processo avaliativo que incorpora informações toxicológicas, epidemiológicas e de exposição para identificar e estimar a probabilidade de efeitos adversos associados à exposição a substâncias ou condições perigosas. A avaliação de risco pode ser de natureza qualitativa, indicando a natureza de um efeito adverso e uma estimativa geral de probabilidade, ou pode ser quantitativa, com estimativas do número de pessoas afetadas em níveis específicos de exposição. Em muitos sistemas regulatórios, a avaliação de risco é realizada em quatro etapas: identificação de perigo, a descrição da natureza do efeito tóxico; avaliação dose-resposta, uma análise semiquantitativa ou quantitativa da relação entre exposição (ou dose) e gravidade ou probabilidade de efeito tóxico; avaliação de exposição, a avaliação de informações sobre a gama de exposições prováveis ​​de ocorrer para as populações em geral ou para subgrupos dentro das populações; caracterização de risco, a compilação de todas as informações acima em uma expressão da magnitude do risco que se espera que ocorra sob condições de exposição especificadas (ver NRC 1983 para uma declaração desses princípios).

Nesta seção, três abordagens para avaliação de risco são apresentadas como ilustrativas. É impossível fornecer um compêndio abrangente de métodos de avaliação de risco usados ​​em todo o mundo, e essas seleções não devem ser consideradas prescritivas. Deve-se notar que há tendências para a harmonização dos métodos de avaliação de risco, em parte em resposta às disposições dos recentes acordos do GATT. Estão em curso dois processos de harmonização internacional dos métodos de avaliação de risco, através do Programa Internacional de Segurança Química (IPCS) e da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Económico (OCDE). Essas organizações também mantêm informações atualizadas sobre abordagens nacionais para avaliação de riscos.

Voltar

A análise de relações de atividade de estrutura (SAR) é a utilização de informações sobre a estrutura molecular de produtos químicos para prever características importantes relacionadas à persistência, distribuição, captação e absorção e toxicidade. SAR é um método alternativo de identificação de produtos químicos potencialmente perigosos, que promete ajudar indústrias e governos a priorizar substâncias para avaliação posterior ou para tomada de decisões em estágio inicial para novos produtos químicos. A toxicologia é um empreendimento cada vez mais caro e com uso intensivo de recursos. As crescentes preocupações sobre o potencial de produtos químicos causarem efeitos adversos em populações humanas expostas levaram as agências reguladoras e de saúde a expandir o alcance e a sensibilidade dos testes para detectar perigos toxicológicos. Ao mesmo tempo, os encargos reais e percebidos da regulamentação sobre a indústria provocaram preocupações quanto à praticidade dos métodos de teste de toxicidade e análise de dados. Atualmente, a determinação da carcinogenicidade química depende de testes de vida de pelo menos duas espécies, ambos os sexos, em várias doses, com análise histopatológica cuidadosa de múltiplos órgãos, bem como detecção de alterações pré-neoplásicas em células e órgãos-alvo. Nos Estados Unidos, estima-se que o bioensaio do câncer custe mais de US$ 3 milhões (dólares de 1995).

Mesmo com recursos financeiros ilimitados, o ônus de testar os cerca de 70,000 produtos químicos existentes hoje no mundo excederia os recursos disponíveis de toxicologistas treinados. Séculos seriam necessários para concluir até mesmo uma avaliação de primeiro nível desses produtos químicos (NRC 1984). Em muitos países, as preocupações éticas sobre o uso de animais em testes de toxicidade aumentaram, trazendo pressões adicionais sobre o uso de métodos padrão de teste de toxicidade. A SAR tem sido amplamente utilizada na indústria farmacêutica para identificar moléculas com potencial para uso benéfico no tratamento (Hansch e Zhang 1993). Na política ambiental e de saúde ocupacional, o SAR é usado para prever a dispersão de compostos no ambiente físico-químico e para rastrear novos produtos químicos para avaliação adicional de toxicidade potencial. Sob a Lei de Controle de Substâncias Tóxicas dos EUA (TSCA), a EPA tem usado desde 1979 uma abordagem SAR como uma “primeira triagem” de novos produtos químicos no processo de notificação pré-fabricação (PMN); A Austrália usa uma abordagem semelhante como parte de seu procedimento de notificação de novos produtos químicos (NICNAS). Nos EUA, a análise SAR é uma base importante para determinar se há uma base razoável para concluir que a fabricação, processamento, distribuição, uso ou descarte da substância apresentará um risco não razoável de danos à saúde humana ou ao meio ambiente, conforme exigido pela Seção 5(f) do TSCA. Com base nessa descoberta, a EPA pode exigir testes reais da substância sob a Seção 6 da TSCA.

Justificativa para SAR

A justificativa científica para SAR é baseada na suposição de que a estrutura molecular de um produto químico irá prever aspectos importantes de seu comportamento em sistemas físico-químicos e biológicos (Hansch e Leo 1979).

Processo SAR

O processo de revisão SAR inclui a identificação da estrutura química, incluindo formulações empíricas, bem como o composto puro; identificação de substâncias estruturalmente análogas; pesquisar bancos de dados e literatura para obter informações sobre análogos estruturais; e análise de toxicidade e outros dados sobre análogos estruturais. Em alguns casos raros, informações apenas sobre a estrutura do composto podem ser suficientes para apoiar algumas análises de SAR, com base em mecanismos de toxicidade bem compreendidos. Vários bancos de dados sobre SAR foram compilados, bem como métodos baseados em computador para previsão de estruturas moleculares.

Com esta informação, os seguintes endpoints podem ser estimados com SAR:

• parâmetros físico-químicos: ponto de ebulição, pressão de vapor, solubilidade em água, coeficiente de partição octanol/água
• parâmetros de destino biológico/ambiental: biodegradação, sorção do solo, fotodegradação, farmacocinética
• parâmetros de toxicidade: toxicidade para organismos aquáticos, absorção, toxicidade aguda para mamíferos (teste de limite ou LD₅₀), irritação dérmica, pulmonar e ocular, sensibilização, toxicidade subcrônica, mutagenicidade.

Deve-se observar que não existem métodos SAR para parâmetros de saúde importantes como carcinogenicidade, toxicidade para o desenvolvimento, toxicidade reprodutiva, neurotoxicidade, imunotoxicidade ou outros efeitos em órgãos-alvo. Isso se deve a três fatores: a falta de um grande banco de dados para testar as hipóteses de SAR, a falta de conhecimento dos determinantes estruturais da ação tóxica e a multiplicidade de células-alvo e mecanismos envolvidos nesses parâmetros (consulte “The United States abordagem para avaliação de risco de tóxicos reprodutivos e agentes neurotóxicos”). Algumas tentativas limitadas de utilizar o SAR para prever a farmacocinética usando informações sobre coeficientes de partição e solubilidade (Johanson e Naslund 1988). SAR quantitativo mais extenso foi feito para prever o metabolismo dependente de P450 de uma variedade de compostos e a ligação de moléculas semelhantes a dioxina e PCB ao receptor citosólico de “dioxina” (Hansch e Zhang 1993).

A SAR mostrou ter previsibilidade variável para alguns dos parâmetros listados acima, conforme mostrado na tabela 1. Esta tabela apresenta dados de duas comparações de atividade prevista com resultados reais obtidos por medição empírica ou teste de toxicidade. O SAR conduzido por especialistas da EPA dos EUA teve um desempenho pior para prever propriedades físico-químicas do que para prever atividades biológicas, incluindo biodegradação. Para endpoints de toxicidade, o SAR teve o melhor desempenho para prever a mutagenicidade. Ashby e Tennant (1991), em um estudo mais extenso, também encontraram boa previsibilidade de genotoxicidade de curto prazo em sua análise de produtos químicos NTP. Essas descobertas não são surpreendentes, dada a compreensão atual dos mecanismos moleculares de genotoxicidade (consulte “Toxicologia genética”) e o papel da eletrofilicidade na ligação do DNA. Em contraste, a SAR tendeu a subestimar a toxicidade sistêmica e subcrônica em mamíferos e superestimar a toxicidade aguda para organismos aquáticos.

Tabela 1. Comparação de SAR e dados de teste: análises OCDE/NTP

Fonte: Dados da OCDE, comunicação pessoal C. Auer, US EPA. Somente os endpoints para os quais previsões de SAR comparáveis ​​e dados de teste reais estavam disponíveis foram usados ​​nesta análise. Os dados NTP são de Ashby e Tennant 1991.

¹ Preocupante foi a falha do SAR em prever a toxicidade aguda em 12% dos produtos químicos testados.

² Dados da OCDE, com base na concordância do teste Ames com SAR

³ Dados de NTP, baseados em ensaios de genetox em comparação com previsões de SAR para várias classes de “produtos químicos de alerta estrutural”.

⁴ A concordância varia com a classe; maior concordância foi com compostos amino/nitro aromáticos; mais baixo com estruturas “miscelâneas”.

Para outros endpoints tóxicos, conforme observado acima, o SAR tem utilidade menos demonstrável. As previsões de toxicidade em mamíferos são complicadas pela falta de SAR para toxicocinética de moléculas complexas. No entanto, algumas tentativas foram feitas para propor princípios SAR para parâmetros complexos de toxicidade em mamíferos (por exemplo, ver Bernstein (1984) para uma análise SAR de potenciais tóxicos reprodutivos masculinos). Na maioria dos casos, o banco de dados é muito pequeno para permitir testes rigorosos de previsões baseadas em estrutura.

Neste ponto, pode-se concluir que o SAR pode ser útil principalmente para priorizar o investimento em recursos de teste de toxicidade ou para levantar preocupações iniciais sobre perigo potencial. Somente no caso de mutagenicidade é provável que a análise SAR por si só possa ser utilizada com confiabilidade para informar outras decisões. Para nenhum parâmetro, é provável que o SAR possa fornecer o tipo de informação quantitativa necessária para fins de avaliação de risco, conforme discutido em outra parte deste capítulo e enciclopédia.

Voltar

O estudo e caracterização de produtos químicos e outros agentes para propriedades tóxicas é frequentemente realizado com base em órgãos e sistemas de órgãos específicos. Neste capítulo, dois alvos foram selecionados para uma discussão aprofundada: o sistema imunológico e o gene. Esses exemplos foram escolhidos para representar um sistema de órgão alvo complexo e um alvo molecular dentro das células. Para uma discussão mais abrangente da toxicologia dos órgãos-alvo, o leitor deve consultar os textos de toxicologia padrão, como Casarett e Doull e Hayes. O Programa Internacional de Segurança Química (IPCS) também publicou vários documentos de critérios sobre toxicologia de órgãos-alvo, por sistema de órgãos.

Os estudos de toxicologia de órgãos-alvo são geralmente realizados com base em informações que indicam o potencial de efeitos tóxicos específicos de uma substância, seja de dados epidemiológicos ou de estudos gerais de toxicidade aguda ou crônica, ou com base em preocupações especiais para proteger certas funções de órgãos, como como reprodução ou desenvolvimento fetal. Em alguns casos, testes específicos de toxicidade de órgãos-alvo são expressamente exigidos por autoridades estatutárias, como testes de neurotoxicidade sob a lei de pesticidas dos EUA (consulte “A abordagem dos Estados Unidos para avaliação de risco de tóxicos reprodutivos e agentes neurotóxicos” e testes de mutagenicidade sob a Norma Japonesa de Produtos Químicos). Lei de Controle de Substâncias (consulte “Princípios de identificação de perigos: A abordagem japonesa”).

Conforme discutido em “órgão-alvo e efeitos críticos”, a identificação de um órgão crítico é baseada na detecção do órgão ou sistema de órgãos que primeiro responde adversamente ou às doses ou exposições mais baixas. Esta informação é então usada para projetar investigações toxicológicas específicas ou testes de toxicidade mais definidos que são projetados para obter indicações mais sensíveis de intoxicação no órgão-alvo. Estudos de toxicologia de órgãos-alvo também podem ser usados ​​para determinar mecanismos de ação, de uso na avaliação de risco (consulte “A abordagem dos Estados Unidos para avaliação de risco de tóxicos reprodutivos e agentes neurotóxicos”).

Métodos de estudos de toxicidade de órgãos-alvo

Os órgãos-alvo podem ser estudados pela exposição de organismos intactos e análise detalhada da função e histopatologia no órgão-alvo, ou pela exposição in vitro de células, fatias de tecido ou órgãos inteiros mantidos por períodos curtos ou longos em cultura (consulte “Mecanismos de toxicologia: Introdução e conceitos”). Em alguns casos, tecidos de seres humanos também podem estar disponíveis para estudos de toxicidade de órgãos-alvo, e isso pode fornecer oportunidades para validar suposições de extrapolação entre espécies. No entanto, deve-se ter em mente que tais estudos não fornecem informações sobre a toxicocinética relativa.

Em geral, os estudos de toxicidade de órgãos-alvo compartilham as seguintes características comuns: exame histopatológico detalhado do órgão-alvo, incluindo exame post mortem, peso do tecido e exame de tecidos fixados; estudos bioquímicos de vias críticas no órgão-alvo, como sistemas enzimáticos importantes; estudos funcionais da capacidade do órgão e constituintes celulares para realizar funções metabólicas esperadas e outras; e análise de biomarcadores de exposição e efeitos precoces em células de órgãos-alvo.

O conhecimento detalhado da fisiologia, bioquímica e biologia molecular dos órgãos-alvo pode ser incorporado aos estudos dos órgãos-alvo. Por exemplo, como a síntese e secreção de proteínas de baixo peso molecular é um aspecto importante da função renal, os estudos de nefrotoxicidade geralmente incluem atenção especial a esses parâmetros (IPCS 1991). Como a comunicação célula a célula é um processo fundamental da função do sistema nervoso, os estudos de órgãos-alvo na neurotoxicidade podem incluir medições neuroquímicas e biofísicas detalhadas da síntese, captação, armazenamento, liberação e ligação do receptor de neurotransmissores, bem como medições eletrofisiológicas de alterações na membrana potencial associado a esses eventos.

Um alto grau de ênfase está sendo colocado no desenvolvimento de métodos in vitro para toxicidade de órgãos-alvo, para substituir ou reduzir o uso de animais inteiros. Avanços substanciais nesses métodos foram alcançados para tóxicos reprodutivos (Heindel e Chapin 1993).

Em resumo, os estudos de toxicidade de órgãos-alvo são geralmente realizados como um teste de ordem superior para determinar a toxicidade. A seleção de órgãos-alvo específicos para avaliação posterior depende dos resultados dos testes de nível de triagem, como os testes agudos ou subcrônicos usados ​​pela OCDE e pela União Européia; alguns órgãos-alvo e sistemas de órgãos podem ser candidatos a priori para investigação especial devido a preocupações de prevenir certos tipos de efeitos adversos à saúde.

Voltar

A toxicologia é o estudo dos venenos ou, de forma mais abrangente, a identificação e quantificação dos resultados adversos associados à exposição a agentes físicos, substâncias químicas e outras condições. Como tal, a toxicologia baseia-se na maioria das ciências biológicas básicas, disciplinas médicas, epidemiologia e algumas áreas da química e da física para obter informações, projetos e métodos de pesquisa. A toxicologia abrange desde investigações de pesquisa básica sobre o mecanismo de ação de agentes tóxicos até o desenvolvimento e interpretação de testes padrão que caracterizam as propriedades tóxicas dos agentes. A toxicologia fornece informações importantes tanto para a medicina quanto para a epidemiologia na compreensão da etiologia e no fornecimento de informações quanto à plausibilidade das associações observadas entre exposições, incluindo ocupações e doenças. A toxicologia pode ser dividida em disciplinas padrão, como toxicologia clínica, forense, investigativa e regulatória; a toxicologia pode ser considerada por sistema ou processo de órgão-alvo, como imunotoxicologia ou toxicologia genética; a toxicologia pode ser apresentada em termos funcionais, como pesquisa, teste e avaliação de risco.

É um desafio propor uma apresentação abrangente da toxicologia neste enciclopédia. Este capítulo não apresenta um compêndio de informações sobre toxicologia ou efeitos adversos de agentes específicos. Esta última informação é melhor obtida a partir de bases de dados continuamente atualizadas, conforme descrito na última seção deste capítulo. Além disso, o capítulo não tenta enquadrar a toxicologia em subdisciplinas específicas, como a toxicologia forense. A premissa do capítulo é que as informações fornecidas sejam relevantes para todos os tipos de empreendimentos toxicológicos e para o uso da toxicologia em várias especialidades e áreas médicas. Neste capítulo, os tópicos são baseados principalmente em uma orientação prática e integração com a intenção e propósito do enciclopédia como um todo. Os tópicos também são selecionados para facilitar a referência cruzada dentro do enciclopédia.

Na sociedade moderna, a toxicologia tornou-se um elemento importante na saúde ambiental e ocupacional. Isso ocorre porque muitas organizações, governamentais e não governamentais, utilizam informações da toxicologia para avaliar e regular os perigos no local de trabalho e no ambiente não ocupacional. Como parte das estratégias de prevenção, a toxicologia é inestimável, pois é a fonte de informação sobre perigos potenciais na ausência de exposições humanas generalizadas. Os métodos toxicológicos também são amplamente utilizados pela indústria no desenvolvimento de produtos, para fornecer informações úteis no projeto de moléculas específicas ou formulações de produtos.

O capítulo começa com cinco artigos sobre princípios gerais de toxicologia, importantes para a consideração da maioria dos tópicos da área. Os primeiros princípios gerais referem-se à compreensão das relações entre a exposição externa e a dose interna. Na terminologia moderna, “exposição” refere-se às concentrações ou quantidade de uma substância apresentada a indivíduos ou populações – quantidades encontradas em volumes específicos de ar ou água, ou em massas de solo. “Dose” refere-se à concentração ou quantidade de uma substância dentro de uma pessoa ou organismo exposto. Na saúde ocupacional, os padrões e diretrizes são geralmente definidos em termos de exposição ou limites permitidos de concentração em situações específicas, como no ar do local de trabalho. Esses limites de exposição são baseados em suposições ou informações sobre as relações entre exposição e dose; no entanto, muitas vezes as informações sobre a dose interna não estão disponíveis. Assim, em muitos estudos de saúde ocupacional, as associações podem ser feitas apenas entre exposição e resposta ou efeito. Em alguns casos, os padrões foram estabelecidos com base na dose (por exemplo, níveis permitidos de chumbo no sangue ou mercúrio na urina). Embora essas medidas estejam mais diretamente correlacionadas com a toxicidade, ainda é necessário calcular novamente os níveis de exposição associados a esses níveis para fins de controle de riscos.

O próximo artigo trata dos fatores e eventos que determinam as relações entre exposição, dose e resposta. Os primeiros fatores estão relacionados à captação, absorção e distribuição - os processos que determinam o transporte real de substâncias do ambiente externo para o corpo através de portais de entrada, como pele, pulmão e intestino. Esses processos estão na interface entre os seres humanos e seus ambientes. O segundo fator, do metabolismo, diz respeito à compreensão de como o corpo lida com as substâncias absorvidas. Algumas substâncias são transformadas por processos celulares do metabolismo, que podem aumentar ou diminuir sua atividade biológica.

Os conceitos de órgão-alvo e efeito crítico foram desenvolvidos para auxiliar na interpretação dos dados toxicológicos. Dependendo da dose, duração e via de exposição, bem como dos fatores do hospedeiro, como a idade, muitos agentes tóxicos podem induzir uma série de efeitos nos órgãos e organismos. Um papel importante da toxicologia é identificar o efeito importante ou conjuntos de efeitos para prevenir doenças irreversíveis ou debilitantes. Uma parte importante dessa tarefa é a identificação do órgão primeiro ou mais afetado por um agente tóxico; este órgão é definido como o “órgão-alvo”. Dentro do órgão-alvo, é importante identificar o evento ou eventos importantes que sinalizam intoxicação ou dano, a fim de verificar se o órgão foi afetado além da faixa de variação normal. Isso é conhecido como “efeito crítico”; pode representar o primeiro evento em uma progressão de estágios fisiopatológicos (como a excreção de proteínas de baixo peso molecular como efeito crítico na nefrotoxicidade), ou pode representar o primeiro e potencialmente irreversível efeito em um processo patológico (como a formação de um aduto de DNA na carcinogênese). Esses conceitos são importantes em saúde ocupacional porque definem os tipos de toxicidade e doença clínica associados a exposições específicas e, na maioria dos casos, a redução da exposição tem como objetivo a prevenção de efeitos críticos em órgãos-alvo, em vez de todos os efeitos em todos ou quaisquer órgão.

Os próximos dois artigos tratam de importantes fatores do hospedeiro que afetam muitos tipos de respostas a muitos tipos de agentes tóxicos. São eles: determinantes genéticos ou fatores hereditários de suscetibilidade/resistência; e idade, sexo e outros fatores, como dieta ou coexistência de doenças infecciosas. Esses fatores também podem afetar a exposição e a dose, modificando a captação, absorção, distribuição e metabolismo. Como as populações trabalhadoras em todo o mundo variam em relação a muitos desses fatores, é fundamental que os especialistas em saúde ocupacional e os formuladores de políticas entendam como esses fatores podem contribuir para as variabilidades de resposta entre as populações e indivíduos dentro das populações. Em sociedades com populações heterogêneas, essas considerações são particularmente importantes. A variabilidade das populações humanas deve ser considerada na avaliação dos riscos de exposições ocupacionais e na obtenção de conclusões racionais do estudo de organismos não humanos em pesquisas ou testes toxicológicos.

A seção fornece duas visões gerais sobre toxicologia no nível mecanicista. Mecanicamente, os toxicologistas modernos consideram que todos os efeitos tóxicos manifestam suas primeiras ações no nível celular; assim, as respostas celulares representam as primeiras indicações dos encontros do corpo com um agente tóxico. Supõe-se ainda que essas respostas representam um espectro de eventos, desde lesões até a morte. A lesão celular refere-se a processos específicos utilizados pelas células, a menor unidade de organização biológica dentro dos órgãos, para responder ao desafio. Essas respostas envolvem mudanças na função de processos dentro da célula, incluindo a membrana e sua capacidade de absorver, liberar ou excluir substâncias; a síntese dirigida de proteínas a partir de aminoácidos; e a rotatividade dos componentes celulares. Essas respostas podem ser comuns a todas as células lesadas ou podem ser específicas para certos tipos de células dentro de certos sistemas de órgãos. A morte celular é a destruição de células dentro de um sistema de órgãos, como consequência de lesão celular irreversível ou descompensada. Agentes tóxicos podem causar morte celular aguda devido a certas ações, como envenenamento da transferência de oxigênio, ou a morte celular pode ser consequência de intoxicação crônica. A morte celular pode ser seguida por substituição em alguns, mas não em todos os sistemas de órgãos, mas em algumas condições a proliferação celular induzida pela morte celular pode ser considerada uma resposta tóxica. Mesmo na ausência de morte celular, lesões celulares repetidas podem induzir estresse nos órgãos que comprometem sua função e afetam sua progênie.

O capítulo é então dividido em tópicos mais específicos, que são agrupados nas seguintes categorias: mecanismo, métodos de teste, regulamentação e avaliação de risco. Os artigos sobre mecanismos concentram-se principalmente em sistemas-alvo em vez de órgãos. Isso reflete a prática da toxicologia e medicina modernas, que estuda sistemas de órgãos em vez de órgãos isolados. Assim, por exemplo, a discussão da toxicologia genética não está focada nos efeitos tóxicos de agentes em um órgão específico, mas sim no material genético como alvo de ação tóxica. Da mesma forma, o artigo sobre imunotoxicologia discute os vários órgãos e células do sistema imunológico como alvos de agentes tóxicos. Os artigos de métodos são projetados para serem altamente operacionais; eles descrevem os métodos atuais em uso em muitos países para identificação de perigos, ou seja, o desenvolvimento de informações relacionadas às propriedades biológicas dos agentes.

O capítulo continua com cinco artigos sobre a aplicação da toxicologia na regulamentação e formulação de políticas, desde a identificação de perigos até a avaliação de riscos. É apresentada a prática corrente em vários países, assim como a IARC. Esses artigos devem permitir que o leitor entenda como as informações derivadas de testes toxicológicos são integradas com inferências básicas e mecanicistas para derivar informações quantitativas usadas na definição de níveis de exposição e outras abordagens para controlar riscos no local de trabalho e no ambiente geral.

Um resumo dos bancos de dados toxicológicos disponíveis, aos quais os leitores desta enciclopédia podem consultar para obter informações detalhadas sobre exposições e agentes tóxicos específicos, pode ser encontrado no Volume III (consulte “Bancos de dados toxicológicos” no capítulo Manuseio seguro de produtos químicos, que fornece informações sobre muitas dessas bases de dados, suas fontes de informação, métodos de avaliação e interpretação e meios de acesso). Esses bancos de dados, juntamente com o enciclopédia, proporcionar ao especialista em saúde ocupacional, ao trabalhador e ao empregador a possibilidade de obter e utilizar informações atualizadas sobre toxicologia e avaliação de agentes tóxicos por órgãos nacionais e internacionais.

Este capítulo enfoca os aspectos da toxicologia relevantes para a segurança e saúde ocupacional. Por esse motivo, a toxicologia clínica e a toxicologia forense não são especificamente abordadas como subdisciplinas do campo. Muitos dos mesmos princípios e abordagens descritos aqui são usados ​​nessas subdisciplinas, bem como na saúde ambiental. Eles também são aplicáveis ​​para avaliar os impactos de agentes tóxicos em populações não humanas, uma grande preocupação das políticas ambientais em muitos países. Foi feita uma tentativa empenhada de alistar as perspectivas e experiências de especialistas e profissionais de todos os setores e de muitos países; no entanto, o leitor pode notar um certo preconceito em relação aos cientistas acadêmicos do mundo desenvolvido. Embora o editor e os colaboradores acreditem que os princípios e a prática da toxicologia sejam internacionais, os problemas de viés cultural e estreiteza da experiência podem ficar evidentes neste capítulo. O editor do capítulo espera que os leitores deste enciclopédia ajudará a garantir a perspectiva mais ampla possível, pois esta importante referência continua a ser atualizada e expandida.

Voltar