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Mecanismos de Toxicidade

Domingo, janeiro 16 2011 16: 18

Introdução e Conceitos

A toxicologia mecanicista é o estudo de como agentes químicos ou físicos interagem com organismos vivos para causar toxicidade. O conhecimento do mecanismo de toxicidade de uma substância aumenta a capacidade de prevenir a toxicidade e projetar produtos químicos mais desejáveis; constitui a base para a terapia de superexposição e freqüentemente permite uma maior compreensão dos processos biológicos fundamentais. Para fins deste enciclopédia a ênfase será colocada em animais para prever a toxicidade humana. Diferentes áreas da toxicologia incluem toxicologia mecanicista, descritiva, regulatória, forense e ambiental (Klaassen, Amdur e Doull 1991). Todos eles se beneficiam da compreensão dos mecanismos fundamentais da toxicidade.

Por que entender os mecanismos de toxicidade?

Compreender o mecanismo pelo qual uma substância causa toxicidade aprimora diferentes áreas da toxicologia de maneiras diferentes. A compreensão mecanicista ajuda o regulador governamental a estabelecer limites seguros legalmente obrigatórios para a exposição humana. Ele ajuda os toxicologistas a recomendar cursos de ação em relação à limpeza ou remediação de locais contaminados e, juntamente com as propriedades físicas e químicas da substância ou mistura, pode ser usado para selecionar o grau de equipamento de proteção necessário. O conhecimento mecanicista também é útil para formar a base da terapia e o projeto de novos medicamentos para o tratamento de doenças humanas. Para o toxicologista forense, o mecanismo de toxicidade geralmente fornece informações sobre como um agente químico ou físico pode causar morte ou incapacitação.

Se o mecanismo de toxicidade for compreendido, a toxicologia descritiva torna-se útil para prever os efeitos tóxicos de produtos químicos relacionados. É importante entender, no entanto, que a falta de informações mecanísticas não impede os profissionais de saúde de proteger a saúde humana. Decisões prudentes baseadas em estudos com animais e na experiência humana são usadas para estabelecer níveis seguros de exposição. Tradicionalmente, uma margem de segurança foi estabelecida usando o “nível de nenhum efeito adverso” ou um “nível de efeito adverso mais baixo” de estudos em animais (usando projetos de exposição repetida) e dividindo esse nível por um fator de 100 para exposição ocupacional ou 1,000 para exposição ocupacional. outra exposição ambiental humana. O sucesso desse processo é evidente a partir dos poucos incidentes de efeitos adversos à saúde atribuídos à exposição a produtos químicos em trabalhadores onde os limites de exposição apropriados foram estabelecidos e respeitados no passado. Além disso, o tempo de vida humano continua a aumentar, assim como a qualidade de vida. Em geral, o uso de dados de toxicidade levou a um controle regulamentar e voluntário eficaz. O conhecimento detalhado dos mecanismos tóxicos aumentará a previsibilidade dos novos modelos de risco atualmente em desenvolvimento e resultará em melhoria contínua.

A compreensão dos mecanismos ambientais é complexa e pressupõe o conhecimento da perturbação e homeostase (equilíbrio) do ecossistema. Embora não discutido neste artigo, uma compreensão aprimorada dos mecanismos tóxicos e suas consequências finais em um ecossistema ajudaria os cientistas a tomar decisões prudentes sobre o manuseio de resíduos municipais e industriais. A gestão de resíduos é uma área de pesquisa em crescimento e continuará a ser muito importante no futuro.

Técnicas para estudar mecanismos de toxicidade

A maioria dos estudos mecanísticos começa com um estudo toxicológico descritivo em animais ou observações clínicas em humanos. Idealmente, os estudos em animais incluem observações comportamentais e clínicas cuidadosas, exame bioquímico cuidadoso de elementos do sangue e da urina para sinais de função adversa dos principais sistemas biológicos do corpo e uma avaliação post-mortem de todos os sistemas de órgãos por exame microscópico para verificar se há lesões (consulte as diretrizes de teste da OCDE; diretivas da CE sobre avaliação química; regras de teste da EPA dos EUA; regulamentos de produtos químicos do Japão). Isso é análogo a um exame físico humano completo que ocorreria em um hospital durante um período de dois a três dias, exceto para o exame post-mortem.

Compreender os mecanismos de toxicidade é a arte e a ciência da observação, criatividade na seleção de técnicas para testar várias hipóteses e integração inovadora de sinais e sintomas em uma relação causal. Os estudos mecanísticos começam com a exposição, seguem a distribuição relacionada ao tempo e o destino no corpo (farmacocinética) e medem o efeito tóxico resultante em algum nível do sistema e em algum nível de dose. Diferentes substâncias podem atuar em diferentes níveis do sistema biológico causando toxicidade.

Exposição

A rota de exposição em estudos mecanísticos é geralmente a mesma da exposição humana. A rota é importante porque pode haver efeitos que ocorrem localmente no local da exposição, além de efeitos sistêmicos após a substância química ter sido absorvida pelo sangue e distribuída por todo o corpo. Um exemplo simples, mas convincente, de um efeito local seria a irritação e eventual corrosão da pele após a aplicação de soluções ácidas ou alcalinas fortes projetadas para limpar superfícies duras. Da mesma forma, irritação e morte celular podem ocorrer nas células que revestem o nariz e/ou os pulmões após a exposição a vapores ou gases irritantes, como óxidos de nitrogênio ou ozônio. (Ambos são constituintes da poluição do ar, ou smog). Após a absorção de um produto químico no sangue através da pele, pulmões ou trato gastrointestinal, a concentração em qualquer órgão ou tecido é controlada por muitos fatores que determinam a farmacocinética do produto químico no corpo. O corpo tem a capacidade de ativar e desintoxicar vários produtos químicos, conforme observado abaixo.

Papel da Farmacocinética na Toxicidade

A farmacocinética descreve as relações de tempo para absorção química, distribuição, metabolismo (alterações bioquímicas no corpo) e eliminação ou excreção do corpo. Em relação aos mecanismos de toxicidade, essas variáveis ​​farmacocinéticas podem ser muito importantes e, em alguns casos, determinar se a toxicidade ocorrerá ou não. Por exemplo, se um material não for absorvido em quantidade suficiente, não ocorrerá toxicidade sistêmica (dentro do corpo). Por outro lado, um produto químico altamente reativo que é desintoxicado rapidamente (segundos ou minutos) por enzimas digestivas ou hepáticas pode não ter tempo para causar toxicidade. Algumas substâncias e misturas halogenadas policíclicas, bem como certos metais como o chumbo, não causariam toxicidade significativa se a excreção fosse rápida; mas o acúmulo em níveis suficientemente altos determina sua toxicidade, uma vez que a excreção não é rápida (às vezes medida em anos). Felizmente, a maioria dos produtos químicos não tem uma retenção tão longa no corpo. A acumulação de um material inócuo ainda não induziria toxicidade. A taxa de eliminação do corpo e desintoxicação é frequentemente referida como a meia-vida do produto químico, que é o tempo para 50% do produto químico ser excretado ou alterado para uma forma não tóxica.

No entanto, se um produto químico se acumula em uma determinada célula ou órgão, isso pode sinalizar um motivo para examinar mais detalhadamente sua potencial toxicidade nesse órgão. Mais recentemente, modelos matemáticos foram desenvolvidos para extrapolar variáveis ​​farmacocinéticas de animais para humanos. Esses modelos farmacocinéticos são extremamente úteis para gerar hipóteses e testar se o animal experimental pode ser uma boa representação para humanos. Numerosos capítulos e textos foram escritos sobre este assunto (Gehring et al. 1976; Reitz et al. 1987; Nolan et al. 1995). Um exemplo simplificado de um modelo fisiológico é representado na figura 1.

Figura 1. Um modelo farmacocinético simplificado

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Diferentes níveis e sistemas podem ser afetados adversamente

A toxicidade pode ser descrita em diferentes níveis biológicos. A lesão pode ser avaliada na pessoa como um todo (ou animal), no sistema orgânico, na célula ou na molécula. Os sistemas de órgãos incluem os sistemas imunológico, respiratório, cardiovascular, renal, endócrino, digestivo, musculoesquelético, sanguíneo, reprodutivo e nervoso central. Alguns órgãos-chave incluem o fígado, rim, pulmão, cérebro, pele, olhos, coração, testículos ou ovários e outros órgãos importantes. No nível celular/bioquímico, os efeitos adversos incluem interferência com a função normal da proteína, função do receptor endócrino, inibição da energia metabólica ou inibição ou indução de enzimas xenobióticas (substâncias estranhas). Os efeitos adversos no nível molecular incluem alteração da função normal da transcrição do DNA-RNA, da ligação específica do receptor citoplasmático e nuclear e dos genes ou produtos gênicos. Em última análise, a disfunção em um sistema de órgão principal é provavelmente causada por uma alteração molecular em uma célula-alvo específica dentro desse órgão. No entanto, nem sempre é possível rastrear um mecanismo de volta a uma origem molecular de causalidade, nem é necessário. A intervenção e a terapia podem ser planejadas sem uma compreensão completa do alvo molecular. No entanto, o conhecimento sobre o mecanismo específico de toxicidade aumenta o valor preditivo e a precisão da extrapolação para outros produtos químicos. A Figura 2 é uma representação esquemática dos vários níveis onde a interferência de processos fisiológicos normais pode ser detectada. As setas indicam que as consequências para um indivíduo podem ser determinadas de cima para baixo (exposição, farmacocinética à toxicidade do sistema/órgão) ou de baixo para cima (alteração molecular, efeito celular/bioquímico para toxicidade do sistema/órgão).

Figura 2. Representação dos mecanismos de toxicidade

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Exemplos de Mecanismos de Toxicidade

Os mecanismos de toxicidade podem ser diretos ou muito complexos. Freqüentemente, há uma diferença entre o tipo de toxicidade, o mecanismo de toxicidade e o nível do efeito, relacionado a se os efeitos adversos são devidos a uma única dose aguda alta (como um envenenamento acidental) ou a uma dose mais baixa exposição repetida (de exposição ocupacional ou ambiental). Classicamente, para fins de teste, uma dose única alta aguda é administrada por intubação direta no estômago de um roedor ou exposição a uma atmosfera de gás ou vapor por duas a quatro horas, o que melhor se assemelhar à exposição humana. Os animais são observados durante um período de duas semanas após a exposição e, em seguida, os principais órgãos externos e internos são examinados quanto a lesões. O teste de dose repetida varia de meses a anos. Para espécies de roedores, dois anos é considerado um estudo crônico (durante toda a vida) suficiente para avaliar toxicidade e carcinogenicidade, enquanto para primatas não humanos, dois anos seriam considerados um estudo subcrônico (menos que uma vida inteira) para avaliar toxicidade de dose repetida. Após a exposição, é realizado um exame completo de todos os tecidos, órgãos e fluidos para determinar quaisquer efeitos adversos.

Mecanismos de Toxicidade Aguda

Os exemplos a seguir são específicos para efeitos agudos de altas doses que podem levar à morte ou incapacitação grave. No entanto, em alguns casos, a intervenção resultará em efeitos transitórios e totalmente reversíveis. A dose ou gravidade da exposição determinará o resultado.

Asfixiantes simples. O mecanismo de toxicidade para gases inertes e algumas outras substâncias não reativas é a falta de oxigênio (anoxia). Esses produtos químicos, que causam privação de oxigênio no sistema nervoso central (SNC), são denominados asfixiantes simples. Se uma pessoa entra em um espaço fechado que contém nitrogênio sem oxigênio suficiente, ocorre uma depleção imediata de oxigênio no cérebro e leva à inconsciência e eventual morte se a pessoa não for removida rapidamente. Em casos extremos (próximo de oxigênio zero), a inconsciência pode ocorrer em poucos segundos. O resgate depende da rápida remoção para um ambiente oxigenado. A sobrevida com dano cerebral irreversível pode ocorrer a partir do resgate tardio, devido à morte de neurônios, que não conseguem se regenerar.

Asfixiantes químicos. O monóxido de carbono (CO) compete com o oxigênio pela ligação à hemoglobina (nos glóbulos vermelhos) e, portanto, priva os tecidos de oxigênio para o metabolismo energético; morte celular pode resultar. A intervenção inclui a remoção da fonte de CO e o tratamento com oxigênio. O uso direto do oxigênio é baseado na ação tóxica do CO. Outro potente asfixiante químico é o cianeto. O íon cianeto interfere no metabolismo celular e na utilização de oxigênio para energia. O tratamento com nitrito de sódio provoca uma alteração da hemoglobina nos glóbulos vermelhos para metahemoglobina. A metahemoglobina tem maior afinidade de ligação com o íon cianeto do que o alvo celular do cianeto. Consequentemente, a metahemoglobina se liga ao cianeto e mantém o cianeto longe das células-alvo. Isso forma a base para a terapia antídoto.

Depressores do sistema nervoso central (SNC). A toxicidade aguda é caracterizada por sedação ou inconsciência para uma série de materiais como solventes que não são reativos ou que são transformados em intermediários reativos. Supõe-se que a sedação/anestesia se deva a uma interação do solvente com as membranas das células do SNC, o que prejudica sua capacidade de transmitir sinais elétricos e químicos. Embora a sedação possa parecer uma forma leve de toxicidade e tenha sido a base para o desenvolvimento dos primeiros anestésicos, “a dose ainda faz o veneno”. Se uma dose suficiente for administrada por ingestão ou inalação, o animal pode morrer devido a parada respiratória. Se a morte anestésica não ocorrer, esse tipo de toxicidade geralmente é prontamente reversível quando o indivíduo é removido do ambiente ou o produto químico é redistribuído ou eliminado do corpo.

Efeitos de pele. Os efeitos adversos na pele podem variar de irritação a corrosão, dependendo da substância encontrada. Ácidos fortes e soluções alcalinas são incompatíveis com tecidos vivos e são corrosivos, causando queimaduras químicas e possíveis cicatrizes. A cicatrização ocorre devido à morte das células dérmicas profundas da pele, responsáveis ​​pela regeneração. Concentrações mais baixas podem apenas causar irritação da primeira camada da pele.

Outro mecanismo tóxico específico da pele é o da sensibilização química. Por exemplo, a sensibilização ocorre quando o 2,4-dinitroclorobenzeno se liga a proteínas naturais da pele e o sistema imunológico reconhece o complexo ligado à proteína alterado como um material estranho. Ao responder a esse material estranho, o sistema imunológico ativa células especiais para eliminar a substância estranha por meio da liberação de mediadores (citocinas) que causam erupção cutânea ou dermatite (consulte “Imunotoxicologia”). Esta é a mesma reação do sistema imunológico quando ocorre a exposição à hera venenosa. A sensibilização imune é muito específica para o produto químico em particular e leva pelo menos duas exposições antes que uma resposta seja eliciada. A primeira exposição sensibiliza (configura as células para reconhecer o produto químico) e as exposições subsequentes desencadeiam a resposta do sistema imunológico. A remoção do contato e a terapia sintomática com cremes anti-inflamatórios contendo esteróides geralmente são eficazes no tratamento de indivíduos sensibilizados. Em casos graves ou refratários, um imunossupressor de ação sistêmica, como a prednisona, é usado em conjunto com o tratamento tópico.

Sensibilização pulmonar. Uma resposta de sensibilização imune é provocada por diisocianato de tolueno (TDI), mas o local-alvo são os pulmões. A superexposição ao TDI em indivíduos suscetíveis causa edema pulmonar (acúmulo de líquido), constrição brônquica e respiração prejudicada. Esta é uma condição séria e requer a remoção do indivíduo de possíveis exposições subsequentes. O tratamento é principalmente sintomático. A sensibilização da pele e dos pulmões segue uma resposta à dose. Exceder o nível estabelecido para exposição ocupacional pode causar efeitos adversos.

Efeitos oculares. As lesões oculares variam desde o avermelhamento da camada externa (vermelhidão da piscina) até a formação de catarata da córnea e danos à íris (parte colorida do olho). Os testes de irritação ocular são realizados quando se acredita que não ocorrerão ferimentos graves. Muitos dos mecanismos que causam a corrosão da pele também podem causar lesões nos olhos. Materiais corrosivos à pele, como ácidos fortes (pH menor que 2) e álcalis (pH maior que 11.5), não são testados nos olhos de animais porque a maioria causará corrosão e cegueira devido a um mecanismo semelhante ao que causa a corrosão da pele . Além disso, agentes ativos de superfície, como detergentes e surfactantes, podem causar lesões oculares, desde irritação até corrosão. Um grupo de materiais que requer cautela são os surfactantes carregados positivamente (catiônicos), que podem causar queimaduras, opacidade permanente da córnea e vascularização (formação de vasos sanguíneos). Outra substância química, o dinitrofenol, tem um efeito específico na formação de catarata. Isso parece estar relacionado à concentração dessa substância química no olho, que é um exemplo de especificidade de distribuição farmacocinética.

Embora a lista acima esteja longe de ser exaustiva, ela é projetada para dar ao leitor uma apreciação de vários mecanismos de toxicidade aguda.

Mecanismos de Toxicidade Subcrônica e Crônica

Quando administrados em dose alta única, alguns produtos químicos não apresentam o mesmo mecanismo de toxicidade de quando administrados repetidamente em doses menores, mas ainda tóxicas. Quando uma única dose alta é administrada, há sempre a possibilidade de exceder a capacidade da pessoa de desintoxicar ou excretar o produto químico, e isso pode levar a uma resposta tóxica diferente do que quando doses repetidas mais baixas são administradas. O álcool é um bom exemplo. Altas doses de álcool levam a efeitos primários no sistema nervoso central, enquanto baixas doses repetitivas resultam em lesão hepática.

Inibição da anticolinesterase. A maioria dos pesticidas organofosforados, por exemplo, tem pouca toxicidade para mamíferos até que sejam metabolicamente ativados, principalmente no fígado. O principal mecanismo de ação dos organofosforados é a inibição da acetilcolinesterase (AChE) no cérebro e no sistema nervoso periférico. AChE é a enzima normal que termina a estimulação do neurotransmissor acetilcolina. A leve inibição da AChE por um período prolongado não foi associada a efeitos adversos. Em altos níveis de exposição, a incapacidade de terminar esta estimulação neuronal resulta em superestimulação do sistema nervoso colinérgico. A superestimulação colinérgica acaba resultando em uma série de sintomas, incluindo parada respiratória, seguida de morte se não for tratada. O tratamento primário é a administração de atropina, que bloqueia os efeitos da acetilcolina, e a administração de cloreto de pralidoxima, que reativa a AChE inibida. Portanto, tanto a causa quanto o tratamento da toxicidade do organofosforado são abordados pela compreensão da base bioquímica da toxicidade.

ativação metabólica. Muitos produtos químicos, incluindo tetracloreto de carbono, clorofórmio, acetilaminofluoreno, nitrosaminas e paraquat são metabolicamente ativados em radicais livres ou outros intermediários reativos que inibem e interferem na função celular normal. Em altos níveis de exposição, isso resulta em morte celular (consulte “Lesão celular e morte celular”). Embora as interações específicas e os alvos celulares permaneçam desconhecidos, os sistemas de órgãos que têm a capacidade de ativar essas substâncias químicas, como fígado, rim e pulmão, são todos alvos potenciais para lesões. Especificamente, determinadas células dentro de um órgão têm uma capacidade maior ou menor de ativar ou desintoxicar esses intermediários, e essa capacidade determina a suscetibilidade intracelular dentro de um órgão. O metabolismo é uma das razões pelas quais a compreensão da farmacocinética, que descreve esses tipos de transformações e a distribuição e eliminação desses intermediários, é importante para reconhecer o mecanismo de ação desses produtos químicos.

Mecanismos do câncer. O câncer é uma multiplicidade de doenças e, embora a compreensão de certos tipos de câncer esteja aumentando rapidamente devido às muitas técnicas de biologia molecular desenvolvidas desde 1980, ainda há muito a aprender. No entanto, está claro que o desenvolvimento do câncer é um processo de vários estágios, e genes críticos são a chave para diferentes tipos de câncer. Alterações no DNA (mutações somáticas) em vários desses genes críticos podem causar aumento da suscetibilidade ou lesões cancerígenas (consulte “Toxicologia genética”). A exposição a produtos químicos naturais (em alimentos cozidos como carne e peixe) ou produtos químicos sintéticos (como benzidina, usada como corante) ou agentes físicos (luz ultravioleta do sol, radônio do solo, radiação gama de procedimentos médicos ou atividades industriais) são todos contribuintes para mutações genéticas somáticas. No entanto, existem substâncias naturais e sintéticas (como antioxidantes) e processos de reparo do DNA que são protetores e mantêm a homeostase. É claro que a genética é um fator importante no câncer, uma vez que síndromes de doenças genéticas como xeroderma pigmentoso, onde há uma falta de reparo normal do DNA, aumentam dramaticamente a suscetibilidade ao câncer de pele devido à exposição à luz ultravioleta do sol.

Mecanismos reprodutivos. Semelhante ao câncer, muitos mecanismos de toxicidade reprodutiva e/ou de desenvolvimento são conhecidos, mas há muito a ser aprendido. Sabe-se que certos vírus (como a rubéola), infecções bacterianas e medicamentos (como a talidomida e a vitamina A) afetarão adversamente o desenvolvimento. Recentemente, o trabalho de Khera (1991), revisado por Carney (1994), mostra boas evidências de que os efeitos anormais no desenvolvimento em testes com animais com etileno glicol são atribuíveis a metabólitos ácidos metabólicos maternos. Isso ocorre quando o etileno glicol é metabolizado em metabólitos ácidos, incluindo ácido glicólico e oxálico. Os efeitos subsequentes na placenta e no feto parecem ser devidos a este processo de intoxicação metabólica.

Conclusão

A intenção deste artigo é dar uma perspectiva sobre vários mecanismos conhecidos de toxicidade e a necessidade de estudos futuros. É importante entender que o conhecimento mecanicista não é absolutamente necessário para proteger a saúde humana ou ambiental. Esse conhecimento aumentará a capacidade do profissional de prever e gerenciar melhor a toxicidade. As técnicas reais usadas na elucidação de qualquer mecanismo particular dependem do conhecimento coletivo dos cientistas e do pensamento daqueles que tomam decisões sobre a saúde humana.

 

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Domingo, janeiro 16 2011 16: 29

Lesão Celular e Morte Celular

Praticamente toda a medicina é dedicada a prevenir a morte celular, em doenças como infarto do miocárdio, acidente vascular cerebral, trauma e choque, ou causá-la, como no caso de doenças infecciosas e câncer. É, portanto, essencial entender a natureza e os mecanismos envolvidos. A morte celular tem sido classificada como “acidental”, isto é, causada por agentes tóxicos, isquemia e outros, ou “programada”, como ocorre durante o desenvolvimento embriológico, incluindo formação de dígitos e reabsorção da cauda do girino.

A lesão celular e a morte celular são, portanto, importantes tanto na fisiologia quanto na fisiopatologia. A morte celular fisiológica é extremamente importante durante a embriogênese e o desenvolvimento embrionário. O estudo da morte celular durante o desenvolvimento trouxe importantes e novas informações sobre a genética molecular envolvida, especialmente através do estudo do desenvolvimento em animais invertebrados. Nesses animais, a localização precisa e o significado das células destinadas à morte celular foram cuidadosamente estudados e, com o uso de técnicas clássicas de mutagênese, vários genes envolvidos já foram identificados. Nos órgãos adultos, o equilíbrio entre a morte celular e a proliferação celular controla o tamanho do órgão. Em alguns órgãos, como a pele e o intestino, há uma renovação contínua das células. Na pele, por exemplo, as células se diferenciam à medida que atingem a superfície e, finalmente, sofrem diferenciação terminal e morte celular à medida que a queratinização prossegue com a formação de envelopes reticulados.

Muitas classes de produtos químicos tóxicos são capazes de induzir lesão celular aguda seguida de morte. Estes incluem anóxia e isquemia e seus análogos químicos, como cianeto de potássio; carcinógenos químicos, que formam eletrófilos que se ligam covalentemente a proteínas em ácidos nucléicos; produtos químicos oxidantes, resultando na formação de radicais livres e danos oxidantes; ativação do complemento; e uma variedade de ionóforos de cálcio. A morte celular também é um componente importante da carcinogênese química; muitos carcinógenos químicos completos, em doses carcinogênicas, produzem necrose aguda e inflamação seguida de regeneração e pré-neoplasia.

Definições

lesão celular

A lesão celular é definida como um evento ou estímulo, como um produto químico tóxico, que perturba a homeostase normal da célula, causando assim a ocorrência de vários eventos (figura 1). Os principais alvos de lesão letal ilustrados são a inibição da síntese de ATP, a ruptura da integridade da membrana plasmática ou a retirada de fatores de crescimento essenciais.

Figura 1. Lesão celular

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Lesões letais resultam na morte de uma célula após um período de tempo variável, dependendo da temperatura, do tipo de célula e do estímulo; ou podem ser subletais ou crônicos - isto é, a lesão resulta em um estado homeostático alterado que, embora anormal, não resulta em morte celular (Trump e Arstila 1971; Trump e Berezesky 1992; Trump e Berezesky 1995; Trump, Berezesky e Osórnio-Vargas 1981). No caso de uma lesão letal, há uma fase anterior ao momento da morte celular

durante esse tempo, a célula se recuperará; entretanto, após um determinado ponto no tempo (o “ponto sem retorno” ou ponto de morte celular), a remoção da lesão não resulta em recuperação, mas a célula sofre degradação e hidrólise, atingindo finalmente o equilíbrio físico-químico com o meio Ambiente. Esta é a fase conhecida como necrose. Durante a fase pré-letal, vários tipos principais de mudança ocorrem, dependendo da célula e do tipo de lesão. Estes são conhecidos como apoptose e oncose.

 

 

 

 

 

Apoptosis

Apoptose é derivado das palavras gregas apo, significando longe de, e ptose, significando cair. O termo caindo longe de deriva do fato de que, durante esse tipo de alteração pré-letal, as células encolhem e sofrem bolhas acentuadas na periferia. As bolhas então se desprendem e flutuam. A apoptose ocorre em uma variedade de tipos de células após vários tipos de lesão tóxica (Wyllie, Kerr e Currie 1980). É especialmente proeminente nos linfócitos, onde é o mecanismo predominante para renovação de clones de linfócitos. Os fragmentos resultantes resultam nos corpos basofílicos vistos dentro dos macrófagos nos gânglios linfáticos. Em outros órgãos, a apoptose ocorre tipicamente em células únicas que são rapidamente eliminadas antes e após a morte por fagocitose dos fragmentos por células parenquimatosas adjacentes ou por macrófagos. A apoptose que ocorre em células únicas com subsequente fagocitose normalmente não resulta em inflamação. Antes da morte, as células apoptóticas apresentam um citosol muito denso com mitocôndrias normais ou condensadas. O retículo endoplasmático (ER) é normal ou apenas ligeiramente dilatado. A cromatina nuclear é marcadamente agrupada ao longo do envelope nuclear e ao redor do nucléolo. O contorno nuclear também é irregular e ocorre fragmentação nuclear. A condensação da cromatina está associada à fragmentação do DNA que, em muitos casos, ocorre entre os nucleossomos, dando uma aparência característica de escada na eletroforese.

Na apoptose, aumentou [Ca2+]i pode estimular K+ efluxo resultando em encolhimento celular, o que provavelmente requer ATP. Lesões que inibem totalmente a síntese de ATP, portanto, têm maior probabilidade de resultar em apoptose. Um aumento sustentado de [Ca2+]i tem uma série de efeitos deletérios, incluindo a ativação de proteases, endonucleases e fosfolipases. A ativação da endonuclease resulta em quebras simples e duplas de DNA que, por sua vez, estimulam níveis aumentados de p53 e na poli-ADP ribosilação, e de proteínas nucleares essenciais no reparo do DNA. A ativação de proteases modifica uma série de substratos, incluindo actina e proteínas relacionadas, levando à formação de bolhas. Outro substrato importante é a poli(ADP-ribose) polimerase (PARP), que inibe o reparo do DNA. Aumentou [Ca2+]i também está associada à ativação de várias proteínas quinases, como MAP quinase, calmodulina quinase e outras. Essas quinases estão envolvidas na ativação de fatores de transcrição que iniciam a transcrição de genes precoces imediatos, por exemplo, c-fos, c-jun e c-myc, e na ativação da fosfolipase A2 que resulta na permeabilização da membrana plasmática e das membranas intracelulares, como a membrana interna da mitocôndria.

oncose

Oncose, derivado da palavra grega É s, inchar, é assim chamado porque neste tipo de alteração pré-letal a célula começa a inchar quase imediatamente após a lesão (Majno e Joris 1995). A razão para o inchaço é um aumento de cátions na água dentro da célula. O principal cátion responsável é o sódio, que normalmente é regulado para manter o volume celular. No entanto, na ausência de ATP ou se a Na-ATPase do plasmalema for inibida, o controle do volume é perdido devido à proteína intracelular e o sódio na água continua a aumentar. Entre os eventos precoces na oncose estão, portanto, o aumento da [Na+]i que leva ao inchaço celular e aumento da [Ca2+]i resultante do influxo do espaço extracelular ou da liberação dos estoques intracelulares. Isso resulta em inchaço do citosol, inchaço do retículo endoplasmático e do aparelho de Golgi e na formação de bolhas aquosas ao redor da superfície celular. As mitocôndrias inicialmente sofrem condensação, mas depois elas também mostram um inchaço de alta amplitude devido a danos na membrana mitocondrial interna. Nesse tipo de alteração pré-letal, a cromatina sofre condensação e, por fim, degradação; no entanto, o padrão de escada característico da apoptose não é observado.

Necrose

Necrose refere-se à série de alterações que ocorrem após a morte celular, quando a célula é convertida em detritos que normalmente são removidos pela resposta inflamatória. Dois tipos podem ser distinguidos: necrose oncótica e necrose apoptótica. A necrose oncótica geralmente ocorre em grandes zonas, por exemplo, em um infarto do miocárdio ou regionalmente em um órgão após toxicidade química, como o túbulo renal proximal após a administração de HgCl2. Amplas zonas de um órgão estão envolvidas e as células necróticas rapidamente incitam uma reação inflamatória, primeiro aguda e depois crônica. No caso de o organismo sobreviver, em muitos órgãos a necrose é seguida pela eliminação das células mortas e regeneração, por exemplo, no fígado ou rim após toxicidade química. Em contraste, a necrose apoptótica ocorre tipicamente em uma única célula e os detritos necróticos são formados dentro dos fagócitos de macrófagos ou células parenquimatosas adjacentes. As primeiras características das células necróticas incluem interrupções na continuidade da membrana plasmática e o aparecimento de densidades floculentas, representando proteínas desnaturadas dentro da matriz mitocondrial. Em algumas formas de lesão que inicialmente não interferem no acúmulo mitocondrial de cálcio, depósitos de fosfato de cálcio podem ser vistos dentro da mitocôndria. Outros sistemas de membrana são fragmentados de forma semelhante, como o RE, os lisossomos e o aparelho de Golgi. Por fim, a cromatina nuclear sofre lise, resultante do ataque das hidrolases lisossômicas. Após a morte celular, as hidrolases lisossômicas desempenham um papel importante na remoção de detritos com catepsinas, nucleolases e lipases, uma vez que estas têm um pH ácido ótimo e podem sobreviver ao baixo pH das células necróticas, enquanto outras enzimas celulares são desnaturadas e inativadas.

Mecanismos

estímulo inicial

No caso de lesões letais, as interações iniciais mais comuns que resultam em lesões que levam à morte celular são a interferência no metabolismo energético, como anoxia, isquemia ou inibidores da respiração, e glicólise, como cianeto de potássio, monóxido de carbono, iodo-acetato e em breve. Como mencionado acima, altas doses de compostos que inibem o metabolismo energético normalmente resultam em oncose. O outro tipo comum de lesão inicial que resulta em morte celular aguda é a modificação da função da membrana plasmática (Trump e Arstila 1971; Trump, Berezesky e Osornio-Vargas 1981). Isso pode ser dano direto e permeabilização, como no caso de trauma ou ativação do complexo C5b-C9 do complemento, dano mecânico à membrana celular ou inibição do sódio-potássio (Na+-K+) bomba com glicosídeos como ouabaína. Ionóforos de cálcio, como ionomicina ou A23187, que transportam rapidamente [Ca2+] descendo o gradiente para dentro da célula, também causam lesões letais agudas. Em alguns casos, o padrão na alteração pré-letal é a apoptose; em outros, é oncose.

Vias de sinalização

Com muitos tipos de lesão, a respiração mitocondrial e a fosforilação oxidativa são rapidamente afetadas. Em algumas células, isso estimula a glicólise anaeróbia, que é capaz de manter o ATP, mas em muitas lesões isso é inibido. A falta de ATP resulta na incapacidade de energizar vários processos homeostáticos importantes, em particular, o controle da homeostase iônica intracelular (Trump e Berezesky 1992; Trump, Berezesky e Osornio-Vargas 1981). Isso resulta em aumentos rápidos de [Ca2+]i, e aumentou [Na+] e [Cl-] resulta em inchaço celular. Aumentos em [Ca2+]i resultam na ativação de vários outros mecanismos de sinalização discutidos abaixo, incluindo uma série de quinases, que podem resultar em aumento imediato da transcrição precoce de genes. Aumentou [Ca2+]i também modifica a função do citoesqueleto, resultando em parte na formação de bolhas e na ativação de endonucleases, proteases e fosfolipases. Estes parecem desencadear muitos dos efeitos importantes discutidos acima, como danos à membrana através da ativação de protease e lipase, degradação direta do DNA pela ativação de endonuclease e ativação de quinases como MAP quinase e calmodulina quinase, que atuam como fatores de transcrição.

Através de um extenso trabalho de desenvolvimento em invertebrados C. elegans e Drosophila, assim como células humanas e animais, uma série de genes pró-morte foram identificados. Descobriu-se que alguns desses genes de invertebrados têm contrapartes de mamíferos. Por exemplo, o gene ced-3, essencial para a morte celular programada em C. elegans, tem atividade de protease e uma forte homologia com a enzima de conversão de interleucina (ICE) de mamíferos. Um gene intimamente relacionado chamado apopaína ou prICE foi recentemente identificado com uma homologia ainda mais estreita (Nicholson et al. 1995). No Drosophila, o gene reaper parece estar envolvido em um sinal que leva à morte celular programada. Outros genes pró-morte incluem a proteína de membrana Fas e o importante gene supressor de tumor, p53, que é amplamente conservado. A p53 é induzida no nível da proteína após o dano ao DNA e quando fosforilada atua como um fator de transcrição para outros genes, como gadd45 e waf-1, que estão envolvidos na sinalização da morte celular. Outros genes precoces imediatos, como c-fos, c-jun e c-myc, também parecem estar envolvidos em alguns sistemas.

Ao mesmo tempo, existem genes anti-morte que parecem neutralizar os genes pró-morte. O primeiro deles a ser identificado foi o ced-9 de C. elegans, que é homólogo ao bcl-2 em humanos. Esses genes agem de uma maneira ainda desconhecida para impedir a morte celular por toxinas genéticas ou químicas. Algumas evidências recentes indicam que o bcl-2 pode atuar como um antioxidante. Atualmente, há muito esforço em andamento para entender os genes envolvidos e desenvolver maneiras de ativar ou inibir esses genes, dependendo da situação.

 

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Domingo, janeiro 16 2011 16: 34

Toxicologia Genética

A toxicologia genética, por definição, é o estudo de como os agentes químicos ou físicos afetam o intrincado processo da hereditariedade. Os produtos químicos genotóxicos são definidos como compostos capazes de modificar o material hereditário das células vivas. A probabilidade de um determinado produto químico causar danos genéticos inevitavelmente depende de várias variáveis, incluindo o nível de exposição do organismo ao produto químico, a distribuição e retenção do produto químico uma vez que entra no corpo, a eficiência da ativação metabólica e/ou sistemas de desintoxicação em tecidos-alvo e a reatividade do produto químico ou de seus metabólitos com macromoléculas críticas dentro das células. A probabilidade de que o dano genético cause doença depende, em última análise, da natureza do dano, da capacidade da célula de reparar ou amplificar o dano genético, da oportunidade de expressar qualquer alteração induzida e da capacidade do corpo de reconhecer e suprimir a multiplicação de células aberrantes.

Em organismos superiores, a informação hereditária é organizada em cromossomos. Os cromossomos consistem em filamentos fortemente condensados ​​de DNA associado a proteínas. Dentro de um único cromossomo, cada molécula de DNA existe como um par de cadeias longas e não ramificadas de subunidades de nucleotídeos ligadas entre si por ligações fosfodiéster que unem o carbono 5 de uma porção de desoxirribose ao carbono 3 da próxima (figura 1). Além disso, uma das quatro bases nucleotídicas diferentes (adenina, citosina, guanina ou timina) está ligada a cada subunidade de desoxirribose como contas em um cordão. Tridimensionalmente, cada par de fitas de DNA forma uma dupla hélice com todas as bases voltadas para o interior da espiral. Dentro da hélice, cada base está associada à sua base complementar na fita de DNA oposta; a ligação de hidrogênio dita o emparelhamento forte e não covalente de adenina com timina e guanina com citosina (figura 1). Como a sequência de bases nucleotídicas é complementar em todo o comprimento da molécula de DNA duplex, ambas as fitas carregam essencialmente a mesma informação genética. De fato, durante a replicação do DNA, cada fita serve como modelo para a produção de uma nova fita parceira.

Figura 1. A organização (a) primária, (b) secundária e (c) terciária da informação hereditária humana

TOX090F1Usando o RNA e uma série de proteínas diferentes, a célula decifra a informação codificada pela sequência linear de bases dentro de regiões específicas do DNA (genes) e produz proteínas que são essenciais para a sobrevivência celular básica, bem como para o crescimento e diferenciação normais. Em essência, os nucleotídeos funcionam como um alfabeto biológico usado para codificar os aminoácidos, os blocos de construção das proteínas.

Quando nucleotídeos incorretos são inseridos ou nucleotídeos são perdidos, ou quando nucleotídeos desnecessários são adicionados durante a síntese de DNA, o erro é chamado de mutação. Estima-se que ocorra menos de uma mutação para cada 109 nucleotídeos incorporados durante a replicação normal das células. Embora as mutações não sejam necessariamente prejudiciais, as alterações que causam inativação ou superexpressão de genes importantes podem resultar em uma variedade de distúrbios, incluindo câncer, doenças hereditárias, anormalidades do desenvolvimento, infertilidade e morte embrionária ou perinatal. Muito raramente, uma mutação pode levar a uma maior sobrevida; tais ocorrências são a base da seleção natural.

Embora alguns produtos químicos reajam diretamente com o DNA, a maioria requer ativação metabólica. No último caso, intermediários eletrofílicos, como epóxidos ou íons de carbono, são responsáveis ​​por induzir lesões em uma variedade de sítios nucleofílicos dentro do material genético (figura 2). Em outros casos, a genotoxicidade é mediada por subprodutos da interação do composto com lipídios intracelulares, proteínas ou oxigênio.

Figura 2. Bioativação de: a) benzo(a)pireno; e b) N-nitrosodimetilamina

TOX090F2

Devido à sua relativa abundância nas células, as proteínas são o alvo mais frequente da interação tóxica. No entanto, a modificação do DNA é de maior preocupação devido ao papel central desta molécula na regulação do crescimento e diferenciação através de múltiplas gerações de células.

No nível molecular, os compostos eletrofílicos tendem a atacar o oxigênio e o nitrogênio no DNA. Os locais mais propensos à modificação estão ilustrados na figura 3. Embora os oxigênios dentro dos grupos fosfato no esqueleto do DNA também sejam alvos para modificação química, acredita-se que o dano às bases seja biologicamente mais relevante, uma vez que esses grupos são considerados os principais elementos na molécula de DNA.

Figura 3. Locais primários de danos ao DNA induzidos quimicamente

TOX090F3

Os compostos que contêm uma porção eletrofílica normalmente exercem genotoxicidade pela produção de mono-adutos no DNA. Da mesma forma, os compostos que contêm duas ou mais porções reativas podem reagir com dois centros nucleofílicos diferentes e, assim, produzir reticulações intra ou intermoleculares no material genético (figura 4). As ligações cruzadas entre fitas DNA-DNA e DNA-proteína podem ser particularmente citotóxicas, pois podem formar blocos completos para a replicação do DNA. Por razões óbvias, a morte de uma célula elimina a possibilidade de ela sofrer mutação ou transformação neoplásica. Agentes genotóxicos também podem atuar induzindo quebras no esqueleto fosfodiéster, ou entre bases e açúcares (produzindo sítios abásicos) no DNA. Essas quebras podem ser resultado direto da reatividade química no local danificado ou podem ocorrer durante o reparo de um dos tipos de lesão de DNA mencionados acima.

Figura 4. Vários tipos de dano ao complexo proteína-DNA

TOX090F4

Nos últimos trinta a quarenta anos, várias técnicas foram desenvolvidas para monitorar o tipo de dano genético induzido por vários produtos químicos. Tais ensaios são descritos em detalhes em outras partes deste capítulo e enciclopédia.

A replicação incorreta de "microlesões", como mono-adutos, locais abásicos ou quebras de fita simples, pode resultar em substituições de pares de bases de nucleotídeos ou na inserção ou exclusão de fragmentos de polinucleotídeos curtos no DNA cromossômico. Em contraste, “macrolesões”, como adutos volumosos, ligações cruzadas ou quebras de fita dupla podem desencadear o ganho, perda ou rearranjo de pedaços relativamente grandes de cromossomos. De qualquer forma, as consequências podem ser devastadoras para o organismo, pois qualquer um desses eventos pode levar à morte celular, perda de função ou transformação maligna das células. Exatamente como o dano ao DNA causa câncer é amplamente desconhecido. Atualmente, acredita-se que o processo pode envolver ativação inadequada de proto-oncogenes, como meu c e ras, e/ou inativação de genes supressores de tumor recentemente identificados, como p53. A expressão anormal de qualquer tipo de gene anula os mecanismos celulares normais para controlar a proliferação e/ou diferenciação celular.

A preponderância da evidência experimental indica que o desenvolvimento de câncer após a exposição a compostos eletrofílicos é um evento relativamente raro. Isso pode ser explicado, em parte, pela capacidade intrínseca da célula de reconhecer e reparar o DNA danificado ou pela falha das células com DNA danificado em sobreviver. Durante o reparo, a base danificada, nucleotídeo ou trecho curto de nucleotídeos ao redor do local danificado é removido e (usando a fita oposta como modelo) um novo pedaço de DNA é sintetizado e inserido no lugar. Para ser eficaz, o reparo do DNA deve ocorrer com grande precisão antes da divisão celular, antes das oportunidades de propagação da mutação.

Estudos clínicos demonstraram que pessoas com defeitos hereditários na capacidade de reparar DNA danificado frequentemente desenvolvem câncer e/ou anormalidades de desenvolvimento em idade precoce (tabela 1). Esses exemplos fornecem fortes evidências que ligam o acúmulo de danos ao DNA a doenças humanas. Da mesma forma, os agentes que promovem a proliferação celular (como o acetato de tetradecanoilforbol) geralmente aumentam a carcinogênese. Para esses compostos, o aumento da probabilidade de transformação neoplásica pode ser consequência direta da diminuição do tempo disponível para a célula realizar o reparo adequado do DNA.

Tabela 1. Distúrbios hereditários propensos ao câncer que parecem envolver defeitos no reparo do DNA

Síndrome Sintomas Fenótipo celular
Ataxia Telangiectasia Deterioração neurológica
Imunodeficiência
Alta incidência de linfoma
Hipersensibilidade à radiação ionizante e a certos agentes alquilantes.
Replicação desregulada do DNA danificado (pode indicar tempo reduzido para o reparo do DNA)
síndrome de Bloom Anormalidades de desenvolvimento
Lesões na pele exposta
Alta incidência de tumores do sistema imunológico e do trato gastrointestinal
Alta frequência de aberrações cromossômicas
Ligação defeituosa de quebras associadas ao reparo do DNA
Anemia de Fanconi Retardo de crescimento
Alta incidência de leucemia
Hipersensibilidade a agentes de reticulação
Alta frequência de aberrações cromossômicas
Reparo defeituoso de ligações cruzadas no DNA
Câncer de cólon hereditário sem polipose Alta incidência de câncer de cólon Defeito no reparo do DNA incompatível (quando a inserção do nucleotídeo errado ocorre durante a replicação)
Xeroderma pigmentoso Alta incidência de epitelioma em áreas expostas da pele
Comprometimento neurológico (em muitos casos)
Hipersensibilidade à luz ultravioleta e a muitos carcinógenos químicos
Defeitos no reparo por excisão e/ou replicação do DNA danificado

 

As primeiras teorias sobre como os produtos químicos interagem com o DNA remontam a estudos conduzidos durante o desenvolvimento do gás mostarda para uso em guerra. Uma compreensão maior surgiu dos esforços para identificar agentes anticancerígenos que interromperiam seletivamente a replicação de células tumorais que se dividem rapidamente. O aumento da preocupação pública com os perigos em nosso meio ambiente levou a pesquisas adicionais sobre os mecanismos e consequências da interação química com o material genético. Exemplos de vários tipos de produtos químicos que exercem genotoxicidade são apresentados na tabela 2.

Tabela 2. Exemplos de produtos químicos que exibem genotoxicidade em células humanas

Classe de produto químico Exemplo Fonte de exposição Provável lesão genotóxica
Aflatoxinas Aflatoxina B1 Comida contaminada Adutos de DNA volumosos
Aminas aromáticas 2-Acetilaminofluoreno Ambiental  Adutos de DNA volumosos
Aziridina quinonas Mitomicina C quimioterapia para câncer Mono-adutos, ligações cruzadas entre fitas e quebras de fita simples no DNA.
Hidrocarbonetos clorados Cloreto de vinilo Ambiental  Mono-adutos no DNA
Metais e compostos metálicos Cisplatina quimioterapia para câncer Ambas as ligações cruzadas intra e intercadeias no DNA
  compostos de níquel Ambiental  Mono-adutos e quebras de fita simples no DNA
Mostardas Nitrogenadas Ciclofosfamida quimioterapia para câncer Mono-adutos e ligações cruzadas entre fitas no DNA
Nitrosaminas N-nitrosodimetilamina Comida contaminada Mono-adutos no DNA
Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos Benzo (a) pireno Ambiental  Adutos de DNA volumosos

 

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Domingo, janeiro 16 2011 18: 35

Imunotoxicologia

As funções do sistema imunológico são proteger o corpo de agentes infecciosos invasores e fornecer vigilância imunológica contra o surgimento de células tumorais. Possui uma primeira linha de defesa inespecífica e que pode iniciar ela própria as reações efetoras, e um ramo específico adquirido, no qual linfócitos e anticorpos carregam a especificidade de reconhecimento e posterior reatividade ao antígeno.

A imunotoxicologia foi definida como “a disciplina preocupada com o estudo dos eventos que podem levar a efeitos indesejados como resultado da interação de xenobióticos com o sistema imunológico. Esses eventos indesejados podem resultar como consequência de (1) um efeito direto e/ou indireto do xenobiótico (e/ou seu produto de biotransformação) no sistema imunológico, ou (2) uma resposta imunológica do hospedeiro ao composto e/ou seu(s) metabólito(s) ou antígenos do hospedeiro modificados pelo composto ou seus metabólitos” (Berlin et al. 1987).

Quando o sistema imunológico atua como um alvo passivo de insultos químicos, o resultado pode ser uma diminuição da resistência a infecções e certas formas de neoplasia, ou desregulação/estimulação imunológica que pode exacerbar alergia ou autoimunidade. No caso de o sistema imunológico responder à especificidade antigênica do xenobiótico ou do antígeno do hospedeiro modificado pelo composto, a toxicidade pode se manifestar como alergias ou doenças autoimunes.

Modelos animais para investigar a supressão imunológica induzida por produtos químicos foram desenvolvidos e vários desses métodos são validados (Burleson, Munson e Dean 1995; IPCS 1996). Para fins de teste, uma abordagem em camadas é seguida para fazer uma seleção adequada do grande número de ensaios disponíveis. Geralmente, o objetivo do primeiro nível é identificar potenciais imunotóxicos. Se for identificada potencial imunotoxicidade, uma segunda fase de testes é realizada para confirmar e caracterizar melhor as alterações observadas. As investigações de terceiro nível incluem estudos especiais sobre o mecanismo de ação do composto. Vários xenobióticos foram identificados como imunotóxicos causando imunossupressão em tais estudos com animais de laboratório.

O banco de dados sobre distúrbios da função imune em humanos por produtos químicos ambientais é limitado (Descotes 1986; NRC Subcommittee on Immunotoxicology 1992). O uso de marcadores de imunotoxicidade tem recebido pouca atenção em estudos clínicos e epidemiológicos para investigar o efeito desses produtos químicos na saúde humana. Esses estudos não têm sido realizados com frequência e sua interpretação muitas vezes não permite conclusões inequívocas, devido, por exemplo, à natureza descontrolada da exposição. Portanto, atualmente, a avaliação da imunotoxicidade em roedores, com posterior extrapolação para o homem, forma a base das decisões sobre perigo e risco.

As reações de hipersensibilidade, principalmente asma alérgica e dermatite de contato, são importantes problemas de saúde ocupacional nos países industrializados (Vos, Younes e Smith, 1995). O fenômeno da sensibilização de contato foi investigado primeiro na cobaia (Andersen e Maibach 1985). Até recentemente, esta tem sido a espécie de escolha para testes preditivos. Muitos métodos de teste de cobaia estão disponíveis, sendo os mais freqüentemente empregados o teste de maximização de cobaia e o teste de remendo ocluído de Buehler. Testes de cobaias e abordagens mais recentes desenvolvidas em camundongos, como testes de inchaço da orelha e o ensaio de linfonodo local, fornecem ao toxicologista as ferramentas para avaliar o risco de sensibilização da pele. A situação com relação à sensibilização do trato respiratório é muito diferente. Ainda não existem métodos bem validados ou amplamente aceitos disponíveis para a identificação de alérgenos respiratórios químicos, embora tenha havido progresso no desenvolvimento de modelos animais para a investigação de alergia respiratória química em cobaias e camundongos.

Dados humanos mostram que agentes químicos, em particular drogas, podem causar doenças autoimunes (Kammüller, Bloksma e Seinen 1989). Existem vários modelos animais experimentais de doenças autoimunes humanas. Tal compreende tanto patologia espontânea (por exemplo lúpus eritematoso sistêmico em camundongos New Zealand Black) quanto fenômenos autoimunes induzidos por imunização experimental com um autoantígeno de reação cruzada (por exemplo, artrite induzida pelo adjuvante H37Ra em ratos da linhagem Lewis). Esses modelos são aplicados na avaliação pré-clínica de drogas imunossupressoras. Muito poucos estudos abordaram o potencial desses modelos para avaliar se um xenobiótico exacerba a autoimunidade induzida ou congênita. Modelos animais adequados para investigar a capacidade de substâncias químicas de induzir doenças autoimunes praticamente não existem. Um modelo que é usado de forma limitada é o ensaio do linfonodo poplíteo em camundongos. Como a situação em humanos, fatores genéticos desempenham um papel crucial no desenvolvimento de doença autoimune (DA) em animais de laboratório, o que limitará o valor preditivo de tais testes.

O sistema imunológico

A principal função do sistema imunológico é a defesa contra bactérias, vírus, parasitas, fungos e células neoplásicas. Isso é alcançado pelas ações de vários tipos de células e seus mediadores solúveis em um concerto afinado. A defesa do hospedeiro pode ser dividida em resistência inespecífica ou inata e imunidade específica ou adquirida mediada por linfócitos (Roitt, Brostoff e Male 1989).

Componentes do sistema imunológico estão presentes em todo o corpo (Jones et al. 1990). O compartimento de linfócitos é encontrado dentro dos órgãos linfóides (figura 1). A medula óssea e o timo são classificados como órgãos linfoides primários ou centrais; os órgãos linfóides secundários ou periféricos incluem linfonodos, baço e tecido linfóide ao longo de superfícies secretoras, como os tratos gastrointestinal e respiratório, o chamado tecido linfóide associado à mucosa (MALT). Cerca de metade dos linfócitos do corpo estão localizados a qualquer momento no MALT. Além disso, a pele é um órgão importante para a indução de respostas imunes aos antígenos presentes na pele. Importantes neste processo são as células de Langerhans epidérmicas que possuem uma função de apresentação de antígenos.

Figura 1. Órgãos e tecidos linfoides primários e secundários

TOX110F1

Células fagocíticas da linhagem de monócitos/macrófagos, denominadas sistema mononuclear fagocitário (MPS), ocorrem em órgãos linfóides e também em locais extranodais; os fagócitos extranodais incluem células de Kupffer no fígado, macrófagos alveolares no pulmão, macrófagos mesangiais no rim e células gliais no cérebro. Os leucócitos polimorfonucleares (PMNs) estão presentes principalmente no sangue e na medula óssea, mas se acumulam nos locais de inflamação.

 

 

 

 

 

 

 

Defesa não específica

Uma primeira linha de defesa aos microrganismos é executada por uma barreira física e química, como a pele, o trato respiratório e o trato alimentar. Essa barreira é auxiliada por mecanismos de proteção não específicos, incluindo células fagocíticas, como macrófagos e leucócitos polimorfonucleares, que são capazes de matar patógenos, e células assassinas naturais, que podem lisar células tumorais e células infectadas por vírus. O sistema complemento e certos inibidores microbianos (por exemplo, lisozima) também participam da resposta inespecífica.

Imunidade específica

Após o contato inicial do hospedeiro com o patógeno, respostas imunes específicas são induzidas. A marca desta segunda linha de defesa é o reconhecimento específico de determinantes, chamados de antígenos ou epítopos, dos patógenos por receptores na superfície celular de linfócitos B e T. Após a interação com o antígeno específico, a célula portadora do receptor é estimulada a sofrer proliferação e diferenciação, produzindo um clone de células descendentes que são específicas para o antígeno desencadeante. As respostas imunes específicas auxiliam na defesa inespecífica apresentada aos patógenos, estimulando a eficácia das respostas inespecíficas. Uma característica fundamental da imunidade específica é que a memória se desenvolve. O contato secundário com o mesmo antígeno provoca uma resposta mais rápida e vigorosa, mas bem regulada.

O genoma não tem a capacidade de carregar os códigos de uma matriz de receptores de antígenos suficiente para reconhecer o número de antígenos que podem ser encontrados. O repertório de especificidade se desenvolve por um processo de rearranjos de genes. Este é um processo aleatório, durante o qual várias especificidades são trazidas. Isso inclui especificidades para autocomponentes, que são indesejáveis. Um processo de seleção que ocorre no timo (células T) ou na medula óssea (células B) opera para eliminar essas especificidades indesejáveis.

A função efetora imune normal e a regulação homeostática da resposta imune dependem de uma variedade de produtos solúveis, conhecidos coletivamente como citocinas, que são sintetizados e secretados por linfócitos e por outros tipos de células. As citocinas têm efeitos pleiotrópicos nas respostas imune e inflamatória. A cooperação entre diferentes populações de células é necessária para a resposta imune – a regulação das respostas de anticorpos, o acúmulo de células e moléculas imunes em locais inflamatórios, o início de respostas de fase aguda, o controle da função citotóxica de macrófagos e muitos outros processos centrais para a resistência do hospedeiro . Estes são influenciados e, em muitos casos, dependem de citocinas agindo individualmente ou em conjunto.

Dois braços de imunidade específica são reconhecidos - imunidade humoral e mediada por células ou imunidade celular:

imunidade humoral. No braço humoral, os linfócitos B são estimulados após o reconhecimento do antígeno pelos receptores da superfície celular. Os receptores de antígenos nos linfócitos B são imunoglobulinas (Ig). Células B maduras (células plasmáticas) iniciam a produção de imunoglobulinas específicas do antígeno que atuam como anticorpos no soro ou ao longo das superfícies mucosas. Existem cinco classes principais de imunoglobulinas: (1) IgM, Ig pentamérica com ótima capacidade aglutinante, que é produzida pela primeira vez após estimulação antigênica; (2) IgG, a principal Ig em circulação, que pode atravessar a placenta; (3) IgA, Ig secretora para proteção de superfícies mucosas; (4) IgE, fixação de Ig a mastócitos ou granulócitos basofílicos envolvidos em reações de hipersensibilidade imediata e (5) IgD, cuja principal função é como receptora em linfócitos B.

Imunidade mediada por células. O braço celular do sistema imunológico específico é mediado por linfócitos T. Essas células também possuem receptores de antígenos em suas membranas. Eles reconhecem antígenos se apresentados por células apresentadoras de antígenos no contexto de antígenos de histocompatibilidade. Portanto, essas células têm uma restrição além da especificidade do antígeno. As células T funcionam como células auxiliares para várias respostas imunes (incluindo humorais), mediam o recrutamento de células inflamatórias e podem, como células T citotóxicas, matar células-alvo após o reconhecimento específico do antígeno.

Mecanismos de Imunotoxicidade

Imunossupressão

A resistência efetiva do hospedeiro depende da integridade funcional do sistema imunológico, que por sua vez requer que as células e moléculas componentes que orquestram as respostas imunes estejam disponíveis em número suficiente e de forma operacional. As imunodeficiências congênitas em humanos são frequentemente caracterizadas por defeitos em certas linhagens de células-tronco, resultando em produção prejudicada ou ausente de células imunes. Por analogia com doenças de imunodeficiência humana congênita e adquirida, a imunossupressão induzida por produtos químicos pode resultar simplesmente de um número reduzido de células funcionais (IPCS 1996). A ausência ou número reduzido de linfócitos pode ter efeitos mais ou menos profundos no estado imunológico. Alguns estados de imunodeficiência e imunossupressão grave, como podem ocorrer em transplantes ou terapia citostática, têm sido associados em particular ao aumento da incidência de infecções oportunistas e de certas doenças neoplásicas. As infecções podem ser bacterianas, virais, fúngicas ou protozoárias, e o tipo de infecção predominante depende da imunodeficiência associada. Pode-se esperar que a exposição a produtos químicos ambientais imunossupressores resulte em formas mais sutis de imunossupressão, que podem ser difíceis de detectar. Estes podem levar, por exemplo, a um aumento da incidência de infecções como gripe ou resfriado comum.

Tendo em vista a complexidade do sistema imunológico, com a grande variedade de células, mediadores e funções que formam uma rede complicada e interativa, os compostos imunotóxicos têm inúmeras oportunidades de exercer um efeito. Embora a natureza das lesões iniciais induzidas por muitos produtos químicos imunotóxicos ainda não tenha sido elucidada, há cada vez mais informações disponíveis, principalmente derivadas de estudos em animais de laboratório, sobre as alterações imunobiológicas que resultam na depressão da função imune (Dean et al. 1994). . Podem ocorrer efeitos tóxicos nas seguintes funções críticas (e são dados alguns exemplos de compostos imunotóxicos que afetam essas funções):

  •  desenvolvimento e expansão de diferentes populações de células-tronco (o benzeno exerce efeitos imunotóxicos no nível das células-tronco, causando linfocitopenia)
  •  proliferação de várias células linfóides e mielóides, bem como tecidos de suporte nos quais essas células amadurecem e funcionam (compostos de organoestanho imunotóxicos suprimem a atividade proliferativa de linfócitos no córtex tímico através de citotoxicidade direta; a ação timotóxica de 2,3,7,8-tetracloro -dibenzo-p-dioxina (TCDD) e compostos relacionados é provavelmente devido a uma função prejudicada das células epiteliais do timo, em vez de toxicidade direta para os timócitos)
  •  captação, processamento e apresentação do antígeno pelos macrófagos e outras células apresentadoras de antígenos (um dos alvos do 7,12-dimetilbenz(a)antraceno (DMBA) e do chumbo é a apresentação do antígeno pelos macrófagos; um alvo da radiação ultravioleta é o antígeno- apresentando células de Langerhans)
  •  função reguladora das células T-helper e T-supressoras (a função das células T-helper é prejudicada por organoestanhos, aldicarb, bifenilos policlorados (PCBs), TCDD e DMBA; a função das células T-supressoras é reduzida pelo tratamento com baixa dose de ciclofosfamida)
  •  produção de várias citocinas ou interleucinas (benzo(a)pireno (BP) suprime a produção de interleucina-1; a radiação ultravioleta altera a produção de citocinas pelos queratinócitos)
  •  a síntese de várias classes de imunoglobulinas IgM e IgG é suprimida após o tratamento com PCB e óxido de tributilestanho (TBT) e aumentada após a exposição ao hexaclorobenzeno (HCB).
  •  regulação e ativação do complemento (afetada pelo TCDD)
  •  função das células T citotóxicas (3-metilcolantreno (3-MC), DMBA e TCDD suprimem a atividade das células T citotóxicas)
  •  função das células assassinas naturais (NK) (a atividade NK pulmonar é suprimida pelo ozônio; a atividade NK esplênica é prejudicada pelo níquel)
  •  quimiotaxia de macrófagos e leucócitos polimorfonucleares e funções citotóxicas (o ozônio e o dióxido de nitrogênio prejudicam a atividade fagocítica dos macrófagos alveolares).

 

Alergia

Alergia pode ser definido como os efeitos adversos à saúde que resultam da indução e eliciação de respostas imunes específicas. Quando ocorrem reações de hipersensibilidade sem envolvimento do sistema imunológico, o termo pseudo-alergia é usado. No contexto da imunotoxicologia, a alergia resulta de uma resposta imune específica a produtos químicos e medicamentos de interesse. A capacidade de um produto químico para sensibilizar os indivíduos está geralmente relacionada com a sua capacidade de se ligar covalentemente às proteínas do corpo. As reações alérgicas podem assumir uma variedade de formas e diferem em relação aos mecanismos imunológicos subjacentes e à velocidade da reação. Quatro tipos principais de reações alérgicas foram reconhecidos: Reações de hipersensibilidade do tipo I, que são efetuadas pelo anticorpo IgE e onde os sintomas se manifestam dentro de minutos após a exposição do indivíduo sensibilizado. As reações de hipersensibilidade do tipo II resultam do dano ou destruição das células hospedeiras por anticorpos. Neste caso, os sintomas tornam-se aparentes dentro de horas. As reações de hipersensibilidade tipo III, ou Arthus, também são mediadas por anticorpos, mas contra antígenos solúveis, e resultam da ação local ou sistêmica de imunocomplexos. Tipo IV, ou hipersensibilidade do tipo retardado, as reações são efetuadas por linfócitos T e normalmente os sintomas se desenvolvem 24 a 48 horas após a exposição do indivíduo sensibilizado.

Os dois tipos de alergia química de maior relevância para a saúde ocupacional são a sensibilidade de contato ou alergia cutânea e a alergia do trato respiratório.

Hipersensibilidade de contato. Um grande número de produtos químicos é capaz de causar sensibilização da pele. Após a exposição tópica de um indivíduo suscetível a um alérgeno químico, uma resposta de linfócitos T é induzida nos gânglios linfáticos de drenagem. Na pele, o alérgeno interage direta ou indiretamente com as células de Langerhans epidérmicas, que transportam o produto químico para os gânglios linfáticos e o apresentam de forma imunogênica aos linfócitos T responsivos. Os linfócitos T ativados por alérgenos proliferam, resultando em expansão clonal. O indivíduo agora está sensibilizado e responderá a uma segunda exposição dérmica ao mesmo produto químico com uma resposta imune mais agressiva, resultando em dermatite alérgica de contato. A reação inflamatória cutânea que caracteriza a dermatite alérgica de contato é secundária ao reconhecimento do alérgeno na pele por linfócitos T específicos. Esses linfócitos tornam-se ativados, liberam citocinas e causam o acúmulo local de outros leucócitos mononucleares. Os sintomas se desenvolvem cerca de 24 a 48 horas após a exposição do indivíduo sensibilizado e, portanto, a dermatite alérgica de contato representa uma forma de hipersensibilidade do tipo retardado. Causas comuns de dermatite alérgica de contato incluem produtos químicos orgânicos (como 2,4-dinitroclorobenzeno), metais (como níquel e cromo) e produtos vegetais (como urushiol da hera venenosa).

Hipersensibilidade respiratória. A hipersensibilidade respiratória é geralmente considerada uma reação de hipersensibilidade do Tipo I. No entanto, as reações de fase tardia e os sintomas mais crônicos associados à asma podem envolver processos imunológicos mediados por células (Tipo IV). Os sintomas agudos associados à alergia respiratória são efetuados pelo anticorpo IgE, cuja produção é provocada após a exposição do indivíduo suscetível ao alérgeno químico indutor. O anticorpo IgE distribui-se sistemicamente e liga-se, via receptores de membrana, a mastócitos que se encontram em tecidos vascularizados, incluindo o trato respiratório. Após a inalação do mesmo produto químico, ocorrerá uma reação de hipersensibilidade respiratória. O alérgeno associa-se à proteína e liga-se e faz ligações cruzadas com o anticorpo IgE ligado aos mastócitos. Isso, por sua vez, causa a degranulação dos mastócitos e a liberação de mediadores inflamatórios, como histamina e leucotrienos. Tais mediadores causam broncoconstrição e vasodilatação, resultando em sintomas de alergia respiratória; asma e/ou rinite. Os produtos químicos conhecidos por causar hipersensibilidade respiratória no homem incluem anidridos ácidos (como anidrido trimelítico), alguns diisocianatos (como diisocianato de tolueno), sais de platina e alguns corantes reativos. Além disso, a exposição crônica ao berílio é conhecida por causar doença pulmonar de hipersensibilidade.

Autoimunidade

Autoimunidade pode ser definida como a estimulação de respostas imunes específicas dirigidas contra antígenos “próprios” endógenos. A autoimunidade induzida pode resultar de alterações no equilíbrio dos linfócitos T reguladores ou da associação de um xenobiótico com componentes normais do tecido, de modo a torná-los imunogênicos (“altered self”). Drogas e produtos químicos conhecidos por induzir ou exacerbar acidentalmente efeitos como os da doença autoimune (AD) em indivíduos suscetíveis são compostos de baixo peso molecular (peso molecular de 100 a 500) que geralmente são considerados não imunogênicos. O mecanismo da DA por exposição química é praticamente desconhecido. A doença pode ser produzida diretamente por meio de anticorpos circulantes, indiretamente por meio da formação de complexos imunes ou como consequência da imunidade mediada por células, mas provavelmente ocorre por meio de uma combinação de mecanismos. A patogênese é mais bem conhecida em distúrbios hemolíticos imunes induzidos por drogas:

  •  A droga pode se ligar à membrana dos glóbulos vermelhos e interagir com um anticorpo específico da droga.
  •  A droga pode alterar a membrana dos glóbulos vermelhos de modo que o sistema imunológico considere a célula estranha.
  •  A droga e seu anticorpo específico formam imunocomplexos que aderem à membrana das hemácias para produzir lesões.
  •  A sensibilização das hemácias ocorre devido à produção de autoanticorpos das hemácias.

 

Verificou-se que uma variedade de substâncias químicas e drogas, em particular as últimas, induzem respostas autoimunes (Kamüller, Bloksma e Seinen 1989). A exposição ocupacional a produtos químicos pode ocasionar incidentalmente síndromes semelhantes à DA. A exposição a cloreto de vinila monomérico, tricloroetileno, percloroetileno, resinas epóxi e pó de sílica pode induzir síndromes semelhantes à esclerodermia. Uma síndrome semelhante ao lúpus eritematoso sistêmico (LES) foi descrita após a exposição à hidrazina. A exposição ao diisocianato de tolueno tem sido associada à indução de púrpura trombocitopênica. Metais pesados, como o mercúrio, têm sido implicados em alguns casos de glomerulonefrite por imunocomplexos.

Avaliação de Risco Humano

A avaliação do estado imunológico humano é realizada principalmente usando sangue periférico para análise de substâncias humorais como imunoglobulinas e complemento, e de leucócitos sanguíneos para composição de subconjuntos e funcionalidade de subpopulações. Esses métodos são geralmente os mesmos usados ​​para investigar a imunidade humoral e mediada por células, bem como a resistência inespecífica de pacientes com suspeita de imunodeficiência congênita. Para estudos epidemiológicos (por exemplo, de populações expostas ocupacionalmente), os parâmetros devem ser selecionados com base em seu valor preditivo em populações humanas, modelos animais validados e a biologia subjacente dos marcadores (ver tabela 1). A estratégia de triagem de efeitos imunotóxicos após exposição (acidental) a poluentes ambientais ou outros tóxicos depende muito das circunstâncias, como tipo de imunodeficiência esperada, tempo entre a exposição e a avaliação do estado imunológico, grau de exposição e número de indivíduos expostos. O processo de avaliação do risco imunotóxico de um determinado xenobiótico em humanos é extremamente difícil e muitas vezes impossível, devido em grande parte à presença de vários fatores de confusão de origem endógena ou exógena que influenciam a resposta dos indivíduos aos danos tóxicos. Isto é particularmente verdadeiro para estudos que investigam o papel da exposição química em doenças autoimunes, onde os fatores genéticos desempenham um papel crucial.

Tabela 1. Classificação dos testes para marcadores imunológicos

Categoria de teste Características Testes específicos
Básico-geral
Deve ser incluído com painéis gerais
Indicadores de estado geral de saúde e sistema de órgãos Nitrogênio ureico no sangue, glicose no sangue, etc.
básico-imune
Deve ser incluído com painéis gerais
Indicadores gerais do estado imunológico
Custo relativamente baixo
Os métodos de ensaio são padronizados entre os laboratórios
Os resultados fora dos intervalos de referência são clinicamente interpretáveis
hemograma completo
Níveis séricos de IgG, IgA, IgM
Fenótipos de marcadores de superfície para os principais subconjuntos de linfócitos
Focado/reflexo
Deve ser incluído quando indicado por achados clínicos, exposições suspeitas ou resultados de testes anteriores
Indicadores de funções/eventos imunológicos específicos
O custo varia
Os métodos de ensaio são padronizados entre os laboratórios
Os resultados fora dos intervalos de referência são clinicamente interpretáveis
Genótipo de histocompatibilidade
Anticorpos contra agentes infecciosos
IgE sérico total
IgE específica para alérgenos
Autoanticorpos
Testes cutâneos para hipersensibilidade
Explosão oxidativa de granulócitos
Histopatologia (biópsia de tecido)
Estudos
Deve ser incluído apenas com populações de controle e desenho de estudo cuidadoso
Indicadores de funções/eventos imunológicos gerais ou específicos
O custo varia; muitas vezes caro
Os métodos de ensaio geralmente não são padronizados entre os laboratórios
Os resultados fora dos intervalos de referência geralmente não são clinicamente interpretáveis
Ensaios de estimulação in vitro
Marcadores de superfície de ativação celular
Concentrações séricas de citocinas
Ensaios de clonalidade (anticorpo, celular, genético)
Testes de citotoxicidade

 

Como dados humanos adequados raramente estão disponíveis, a avaliação do risco de imunossupressão induzida por produtos químicos em humanos é, na maioria dos casos, baseada em estudos em animais. A identificação de potenciais xenobióticos imunotóxicos é realizada principalmente em estudos controlados em roedores. Os estudos de exposição in vivo apresentam, a esse respeito, a abordagem ideal para estimar o potencial imunotóxico de um composto. Isso se deve à natureza multifatorial e complexa do sistema imunológico e das respostas imunes. Estudos in vitro são de valor crescente na elucidação dos mecanismos de imunotoxicidade. Além disso, ao investigar os efeitos do composto usando células de origem animal e humana, podem ser gerados dados para comparação de espécies, que podem ser usados ​​na abordagem do “paralelogramo” para melhorar o processo de avaliação de risco. Se houver dados disponíveis para os três pilares do paralelogramo (in vivo animal e in vitro animal e humano), pode ser mais fácil prever o resultado no restante pilar, ou seja, o risco em humanos.

Quando a avaliação do risco de imunossupressão induzida por produtos químicos depende apenas de dados de estudos em animais, uma abordagem pode ser seguida na extrapolação para o homem pela aplicação de fatores de incerteza ao nível de efeito adverso não observado (NOAEL). Este nível pode ser baseado em parâmetros determinados em modelos relevantes, como ensaios de resistência do hospedeiro e avaliação in vivo de reações de hipersensibilidade e produção de anticorpos. Idealmente, a relevância dessa abordagem para avaliação de risco requer confirmação por estudos em humanos. Esses estudos devem combinar a identificação e medição do tóxico, dados epidemiológicos e avaliações do estado imunológico.

Para prever a hipersensibilidade de contato, modelos de cobaias estão disponíveis e têm sido usados ​​na avaliação de risco desde a década de 1970. Embora sensíveis e reprodutíveis, esses testes apresentam limitações por dependerem de avaliação subjetiva; isso pode ser superado por métodos mais novos e quantitativos desenvolvidos no mouse. Em relação à hipersensibilidade química induzida por inalação ou ingestão de alérgenos, testes devem ser desenvolvidos e avaliados quanto ao seu valor preditivo no homem. Quando se trata de definir níveis seguros de exposição ocupacional de alérgenos potenciais, deve-se levar em consideração a natureza bifásica da alergia: a fase de sensibilização e a fase de elicitação. A concentração necessária para provocar uma reação alérgica em um indivíduo previamente sensibilizado é consideravelmente menor do que a concentração necessária para induzir a sensibilização no indivíduo imunologicamente virgem, mas suscetível.

Como praticamente não existem modelos animais para prever a autoimunidade induzida por produtos químicos, deve-se dar ênfase ao desenvolvimento de tais modelos. Para o desenvolvimento de tais modelos, nosso conhecimento da autoimunidade induzida por produtos químicos em humanos deve ser avançado, incluindo o estudo de marcadores genéticos e do sistema imunológico para identificar indivíduos suscetíveis. Os seres humanos expostos a drogas que induzem a autoimunidade oferecem essa oportunidade.

 

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Domingo, janeiro 16 2011 18: 43

Toxicologia de órgãos-alvo

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.

 

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