O monitoramento biológico humano usa amostras de fluidos corporais ou outro material biológico facilmente obtido para a medição da exposição a substâncias específicas ou inespecíficas e/ou seus metabólitos ou para a medição dos efeitos biológicos dessa exposição. O monitoramento biológico permite estimar a exposição individual total através de diferentes vias de exposição (pulmões, pele, trato gastrointestinal) e diferentes fontes de exposição (ar, dieta, estilo de vida ou ocupação). Sabe-se também que, em situações de exposição complexas, que ocorrem com muita frequência nos locais de trabalho, diferentes agentes de exposição podem interagir uns com os outros, potencializando ou inibindo os efeitos dos compostos individuais. E como os indivíduos diferem em sua constituição genética, eles exibem variabilidade em sua resposta a exposições químicas. Assim, pode ser mais razoável procurar efeitos precoces diretamente nos indivíduos ou grupos expostos do que tentar prever perigos potenciais dos padrões complexos de exposição a partir de dados pertencentes a compostos únicos. Essa é uma vantagem do biomonitoramento genético para efeitos precoces, uma abordagem que emprega técnicas que se concentram em dano citogenético, mutações pontuais ou adutos de DNA em tecido humano substituto (consulte o artigo “Princípios gerais” neste capítulo).

O que é genotoxicidade?

A genotoxicidade dos agentes químicos é um caráter químico intrínseco, baseado no potencial eletrofílico do agente para se ligar a tais sítios nucleofílicos nas macromoléculas celulares como o ácido desoxirribonucléico, DNA, portador da informação hereditária. A genotoxicidade é, portanto, a toxicidade manifestada no material genético das células.

A definição de genotoxicidade, conforme discutido em um relatório de consenso (IARC 1992), é ampla e inclui efeitos diretos e indiretos no DNA: (1) a indução de mutações (genéticas, cromossômicas, genômicas, recombinatórias) que no nível molecular são semelhantes a eventos conhecidos por estarem envolvidos na carcinogênese, (2) eventos substitutos indiretos associados à mutagênese (por exemplo, síntese não programada de DNA (UDS) e troca de cromátides irmãs (SCE) ou (3) danos ao DNA (por exemplo, a formação de adutos ), o que pode eventualmente levar a mutações.

Genotoxicidade, Mutagenicidade e Carcinogenicidade

As mutações são alterações hereditárias permanentes nas linhas celulares, seja horizontalmente nas células somáticas ou verticalmente nas células germinais (sexuais) do corpo. Ou seja, as mutações podem afetar o próprio organismo por meio de alterações nas células do corpo, ou podem ser transmitidas a outras gerações por meio da alteração das células sexuais. A genotoxicidade, portanto, precede a mutagenicidade, embora a maior parte da genotoxicidade seja reparada e nunca se expresse como mutações. As mutações somáticas são induzidas a nível celular e caso levem à morte celular ou a malignidades, podem manifestar-se como várias desordens dos tecidos ou do próprio organismo. Pensa-se que as mutações somáticas estejam relacionadas com os efeitos do envelhecimento ou com a indução de placas ateroscleróticas (ver a figura 1 e o capítulo sobre Câncer).

Figura 1. Visão esquemática do paradigma científico em toxicologia genética e efeitos na saúde humana

Mutações na linhagem de células germinativas podem ser transferidas para o zigoto – o óvulo fertilizado – e ser expressas na geração da prole (veja também o capítulo Sistema Reprodutor). Os distúrbios mutacionais mais importantes encontrados no recém-nascido são induzidos pela má segregação dos cromossomos durante a gametogênese (o desenvolvimento das células germinativas) e resultam em síndromes cromossômicas graves (por exemplo, trissomia do cromossomo 21 ou síndrome de Down e monossomia X ou síndrome de Turner).

O paradigma da genotoxicologia da exposição aos efeitos antecipados pode ser simplificado como mostrado na figura 1.

A relação da genotoxicidade com a carcinogenicidade é bem apoiada por vários fatos de pesquisa indireta, conforme mostrado na figura 2. 

Figura 2. As inter-relações de genotoxicidade e carcinogenicidade    

Essa correlação fornece a base para a aplicação de biomarcadores de genotoxicidade a serem usados ​​no monitoramento humano como indicadores de risco de câncer.

Toxicidade genética na identificação de perigos

O papel das alterações genéticas na carcinogênese ressalta a importância dos testes de toxicidade genética na identificação de potenciais carcinógenos. Vários métodos de teste de curto prazo foram desenvolvidos que são capazes de detectar alguns dos pontos finais na genotoxicidade supostamente relevantes na carcinogênese.

Várias pesquisas extensas foram realizadas para comparar a carcinogenicidade dos produtos químicos com os resultados obtidos ao examiná-los em testes de curto prazo. A conclusão geral é que, como nenhum teste único validado pode fornecer informações sobre todos os pontos finais genéticos mencionados acima; é necessário testar cada produto químico em mais de um ensaio. Além disso, o valor dos testes de curto prazo de toxicidade genética para a previsão de carcinogenicidade química tem sido discutido e revisado repetidamente. Com base nessas análises, um grupo de trabalho da Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC) concluiu que a maioria dos carcinógenos humanos dá resultados positivos em testes de curto prazo usados ​​rotineiramente, como o Salmonella ensaio e os ensaios de aberração cromossômica (tabela 1). No entanto, deve-se perceber que os carcinógenos epigenéticos - como compostos hormonalmente ativos que podem aumentar a atividade genotóxica sem serem eles próprios genotóxicos - não podem ser detectados por testes de curto prazo, que medem apenas a atividade genotóxica intrínseca de uma substância.

Tabela 1. Genotoxicidade de produtos químicos avaliados nos Suplementos 6 e 7 das Monografias da IARC (1986)

Biomonitoramento Genético

O monitoramento genético utiliza métodos de toxicologia genética para monitoramento biológico de efeitos genéticos ou avaliação de exposição genotóxica em um grupo de indivíduos com exposição definida em um local de trabalho ou através do ambiente ou estilo de vida. Assim, o monitoramento genético tem o potencial de identificação precoce de exposições genotóxicas em um grupo de pessoas e permite a identificação de populações de alto risco e, portanto, prioridades de intervenção. O uso de biomarcadores preditivos em uma população exposta é justificado para economizar tempo (em comparação com técnicas epidemiológicas) e evitar efeitos finais desnecessários, como o câncer (figura 3).

Figura 3. A preditividade dos biomarcadores permite que ações preventivas sejam tomadas para diminuir os riscos à saúde em populações humanas

Os métodos atualmente usados ​​para biomonitoramento de exposição genotóxica e efeitos biológicos precoces estão listados na tabela 2. As amostras usadas para biomonitoramento devem atender a vários critérios, incluindo a necessidade de serem facilmente obtidas e comparáveis ​​com o tecido-alvo.

Tabela 2. Biomarcadores no monitoramento genético da exposição à genotoxicidade e as amostras de células/tecidos mais comumente usadas.

Os tipos de danos ao DNA molecularmente reconhecíveis incluem a formação de adutos de DNA e a reorganização da sequência de DNA. Esses tipos de dano podem ser detectados por medições de adutos de DNA usando várias técnicas, por exemplo, pós-marcação com 32P ou a detecção de anticorpos monoclonais para adutos de DNA. A medição das quebras da fita de DNA é convencionalmente realizada usando eluição alcalina ou ensaios de desenrolamento. As mutações podem ser detectadas pelo sequenciamento do DNA de um gene específico, por exemplo, o gene HPRT.

Apareceram vários relatórios metodológicos que discutem as técnicas da tabela 2 em detalhes (CEC 1987; IARC 1987, 1992, 1993).

A genotoxicidade também pode ser monitorada indiretamente por meio da medição de adutos proteicos, ou seja, na hemoglobina em vez do DNA, ou pelo monitoramento da atividade de reparo do DNA. Como estratégia de medição, a atividade de monitoramento pode ser única ou contínua. Em todos os casos, os resultados devem ser aplicados para o desenvolvimento de condições de trabalho seguras.

Biomonitoramento Citogenético

Uma lógica teórica e empírica liga o câncer ao dano cromossômico. Eventos mutacionais que alteram a atividade ou a expressão dos genes do fator de crescimento são etapas fundamentais na carcinogênese. Muitos tipos de câncer têm sido associados a aberrações cromossômicas específicas ou inespecíficas. Em várias doenças humanas hereditárias, a instabilidade cromossômica está associada ao aumento da suscetibilidade ao câncer.

A vigilância citogenética de pessoas expostas a produtos químicos cancerígenos e/ou mutagênicos ou radiação pode trazer à tona efeitos sobre o material genético dos indivíduos envolvidos. Estudos de aberração cromossômica de pessoas expostas à radiação ionizante têm sido aplicados para dosimetria biológica por décadas, mas resultados positivos bem documentados ainda estão disponíveis apenas para um número limitado de carcinógenos químicos.

Danos cromossômicos reconhecíveis microscopicamente incluem aberrações cromossômicas estruturais (CA), nas quais ocorreu uma alteração grosseira na morfologia (forma) de um cromossomo, e por trocas de cromátides irmãs (SCE). SCE é a troca simétrica de materiais cromossômicos entre duas cromátides irmãs. Os micronúcleos (MN) podem surgir de fragmentos cromossômicos acêntricos ou de cromossomos inteiros atrasados. Esses tipos de mudanças são ilustrados na figura 4.

Figura 4. Cromossomos de linfócitos humanos em metáfase, revelando uma mutação cromossômica induzida (seta apontando para um fragmento acêntrico)

Os linfócitos do sangue periférico em humanos são células adequadas para serem utilizadas em estudos de vigilância devido à sua fácil acessibilidade e porque podem integrar a exposição ao longo de um tempo de vida relativamente longo. A exposição a uma variedade de mutagênicos químicos pode resultar em frequências aumentadas de CAs e/ou SCEs em linfócitos sanguíneos de indivíduos expostos. Além disso, a extensão do dano está aproximadamente correlacionada com a exposição, embora isso tenha sido demonstrado apenas com alguns produtos químicos.

Quando os testes citogenéticos em linfócitos do sangue periférico mostram que o material genético foi danificado, os resultados podem ser usados ​​para estimar o risco apenas no nível da população. Uma frequência aumentada de CAs em uma população deve ser considerada uma indicação de risco aumentado de câncer, mas os testes citogenéticos não permitem, como tal, predizer o risco individual de câncer.

O significado para a saúde do dano genético somático visto através da janela estreita de uma amostra de linfócitos do sangue periférico tem pouco ou nenhum significado para a saúde de um indivíduo, uma vez que a maioria dos linfócitos portadores de dano genético morre e é substituída.

Problemas e seu controle em estudos de biomonitoramento humano

Um desenho de estudo rigoroso é necessário na aplicação de qualquer método de biomonitoramento humano, uma vez que muitos fatores interindividuais que não estão relacionados com a(s) exposição(ões) química(s) específica(s) de interesse podem afetar as respostas biológicas estudadas. Como os estudos de biomonitoramento humano são tediosos e difíceis em muitos aspectos, um planejamento prévio cuidadoso é muito importante. Ao realizar estudos citogenéticos humanos, a confirmação experimental do potencial de dano cromossômico do(s) agente(s) expositor(es) deve ser sempre um pré-requisito experimental.

Em estudos de biomonitoramento citogenético, dois tipos principais de variações foram documentados. A primeira inclui fatores técnicos associados a discrepâncias na leitura das lâminas e às condições de cultivo, especificamente ao tipo de meio, temperatura e concentração de produtos químicos (como bromodesoxiuridina ou citocalasina-B). Além disso, os tempos de amostragem podem alterar os rendimentos de aberrações cromossômicas e, possivelmente, também os achados da incidência de SCE, por meio de alterações nas subpopulações de linfócitos T e B. Nas análises de micronúcleos, diferenças metodológicas (por exemplo, uso de células binucleadas induzidas por citocalasina-B) afetam claramente os resultados da pontuação.

As lesões induzidas no DNA dos linfócitos por exposição química que levam à formação de aberrações cromossômicas estruturais, troca de cromátides irmãs e micronúcleos devem persistir in vivo até que o sangue seja retirado e então in vitro até que o linfócito cultivado comece a síntese de DNA. É, portanto, importante pontuar as células diretamente após a primeira divisão (no caso de aberrações cromossômicas ou micronúcleos) ou após a segunda divisão (trocas de cromátides-irmãs) para obter a melhor estimativa do dano induzido.

A pontuação constitui um elemento extremamente importante na biomonitorização citogenética. As lâminas devem ser aleatórias e codificadas para evitar viés de pontuação tanto quanto possível. Critérios de pontuação consistentes, controle de qualidade e análises e relatórios estatísticos padronizados devem ser mantidos. A segunda categoria de variabilidade se deve às condições associadas aos sujeitos, como idade, sexo, medicamentos e infecções. As variações individuais também podem ser causadas pela suscetibilidade genética a agentes ambientais.

É fundamental obter um grupo de controle simultâneo que seja o mais parecido possível em fatores internos, como sexo e idade, bem como em fatores como tabagismo, infecções virais e vacinas, consumo de álcool e drogas e exposição a raios-x . Além disso, é necessário obter estimativas qualitativas (categoria de trabalho, anos de exposição) e quantitativas (por exemplo, amostras de ar da zona respiratória para análise química e metabólitos específicos, se possível) ou exposição ao(s) agente(s) genotóxico(s) putativo(s) no local de trabalho. Atenção especial deve ser dada ao tratamento estatístico adequado dos resultados.

Relevância do biomonitoramento genético para avaliação de risco de câncer

O número de agentes repetidamente mostrados para induzir alterações citogenéticas em humanos ainda é relativamente limitado, mas os carcinógenos mais conhecidos induzem danos nos cromossomos dos linfócitos.

A extensão do dano é uma função do nível de exposição, como foi demonstrado ser o caso, por exemplo, de cloreto de vinila, benzeno, óxido de etileno e agentes anticancerígenos alquilantes. Mesmo que os pontos finais citogenéticos não sejam muito sensíveis ou específicos no que diz respeito à detecção de exposições que ocorrem nos ambientes ocupacionais atuais, os resultados positivos de tais testes muitas vezes levaram à implementação de controles higiênicos, mesmo na ausência de evidências diretas relacionando danos cromossômicos somáticos a resultados adversos à saúde.

A maior parte da experiência com a aplicação do biomonitoramento citogenético deriva de situações ocupacionais de “alta exposição”. Muito poucas exposições foram confirmadas por vários estudos independentes, e a maioria deles foi realizada usando o biomonitoramento de aberrações cromossômicas. O banco de dados da Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer lista em seus volumes atualizados 43–50 das Monografias da IARC um total de 14 carcinógenos ocupacionais nos grupos 1, 2A ou 2B, para os quais existem dados citogenéticos humanos positivos disponíveis que são, na maioria dos casos, suportado pela citogenética animal correspondente (tabela 3). Este banco de dados limitado sugere que há uma tendência para os produtos químicos cancerígenos serem clastogênicos e que a clastogenicidade tende a estar associada a carcinógenos humanos conhecidos. Muito claramente, no entanto, nem todos os carcinógenos induzem dano citogenético em humanos ou animais experimentais. in vivo. Casos em que os dados de animais são positivos e os achados humanos são negativos podem representar diferenças nos níveis de exposição. Além disso, as exposições humanas complexas e de longo prazo no trabalho podem não ser comparáveis ​​com experimentos animais de curto prazo.

Tabela 3. Carcinógenos humanos comprovados, prováveis ​​e possíveis para os quais existe exposição ocupacional e para os quais os pontos finais citogenéticos foram medidos em humanos e animais experimentais

¹ CA, aberração cromossômica; SCE, troca de cromátides irmãs; MN, micronúcleos.
(–) = relação negativa para um estudo; – = relação negativa;
(+) = relação positiva para um estudo; + = relação positiva;
? = inconclusivo; área em branco = não estudado

Fonte: IARC, 1987; atualizado através dos volumes 43–50 das monografias da IARC.

Os estudos de genotoxicidade em humanos expostos incluem vários pontos finais além dos pontos finais cromossômicos, como danos ao DNA, atividade de reparo do DNA e adutos no DNA e nas proteínas. Alguns desses pontos finais podem ser mais relevantes do que outros para a previsão de risco carcinogênico. Alterações genéticas estáveis ​​(por exemplo, rearranjos cromossômicos, deleções e mutações pontuais) são altamente relevantes, uma vez que esses tipos de danos são conhecidos por estarem relacionados à carcinogênese. A importância dos adutos de DNA depende de sua identificação química e da evidência de que resultam da exposição. Alguns endpoints, como SCE, UDS, SSB, quebra da fita de DNA, são potenciais indicadores e/ou marcadores de eventos genéticos; no entanto, seu valor é reduzido na ausência de uma compreensão mecanicista de sua capacidade de levar a eventos genéticos. Claramente, o marcador genético mais relevante em humanos seria a indução de uma mutação específica que tem sido diretamente associada ao câncer em roedores expostos ao agente em estudo (figura 5).

Figura 5. Relevância de diferentes efeitos de biomonitoramento genético para risco potencial de câncer

Considerações éticas para biomonitoramento genético

Os rápidos avanços nas técnicas de genética molecular, a maior velocidade de sequenciamento do genoma humano e a identificação do papel dos genes supressores de tumor e dos proto-oncogenes na carcinogênese humana levantam questões éticas na interpretação, comunicação e uso desse tipo de informação pessoal. As técnicas de rápida melhoria para a análise de genes humanos logo permitirão a identificação de ainda mais genes de suscetibilidade herdados em indivíduos saudáveis ​​e assintomáticos (US Office of Technology Assessment 1990), prestando-se a serem usados ​​na triagem genética.

Muitas questões de interesse social e ético serão levantadas se a aplicação da triagem genética logo se tornar uma realidade. Atualmente, cerca de 50 traços genéticos de metabolismo, polimorfismos enzimáticos e reparo de DNA são suspeitos de sensibilidades a doenças específicas, e um teste de diagnóstico de DNA está disponível para cerca de 300 doenças genéticas. Deve-se realizar qualquer triagem genética no local de trabalho? Quem deve decidir quem fará o teste e como as informações serão usadas nas decisões de emprego? Quem terá acesso às informações obtidas da triagem genética e como os resultados serão comunicados à(s) pessoa(s) envolvida(s)? Muitas dessas questões estão fortemente ligadas às normas sociais e aos valores éticos vigentes. O objetivo principal deve ser a prevenção da doença e do sofrimento humano, mas deve-se respeitar a própria vontade e as premissas éticas do indivíduo. Algumas das questões éticas relevantes que devem ser respondidas bem antes do início de qualquer estudo de biomonitoramento no local de trabalho são apresentadas na tabela 4 e também são discutidas no capítulo Problemas éticos.

Tabela 4. Alguns princípios éticos relativos à necessidade de saber em estudos de biomonitoramento genético ocupacional

Tempo e esforço devem ser colocados na fase de planejamento de qualquer estudo de biomonitoramento genético, e todas as partes necessárias - os funcionários, empregadores e o pessoal médico do local de trabalho colaborador - devem ser bem informados antes do estudo e os resultados divulgados para depois do estudo também. Com os devidos cuidados e resultados confiáveis, o biomonitoramento genético pode ajudar a garantir locais de trabalho mais seguros e melhorar a saúde dos trabalhadores.

Voltar