- - Danno diffuso:Danno diffuso: Variazioni del pH, solubilizzazione di Variazioni del pH, solubilizzazione di componenti cellulari, denaturazione delle proteinecomponenti cellulari, denaturazione delle proteine

- - Danno selettivoDanno selettivo, quando gli agenti chimici alterano uno , quando gli agenti chimici alterano uno specificospecifico

costituente cellulare (veleni o tossici)costituente cellulare (veleni o tossici)

- - Danno direttoDanno diretto della sostanza così com’è: es. cloruro di della sostanza così com’è: es. cloruro di mercurio, cianuro, chemioterapici antineoplastici, mercurio, cianuro, chemioterapici antineoplastici, antibiotici …antibiotici …

- - Danno indirettoDanno indiretto, cioè causato da una sostanza derivata , cioè causato da una sostanza derivata dalla prima per modifica da parte dell’organismo dalla prima per modifica da parte dell’organismo (es.: Etanolo, Ccl(es.: Etanolo, Ccl44) ) Es: danno da Es: danno da RADICALI LIBERIRADICALI LIBERI

Danni causati da agenti chimiciDanni causati da agenti chimici

IL FEGATO E’ LA SEDE PRINCIPALE DELLE TRASFORMAZIONI IL FEGATO E’ LA SEDE PRINCIPALE DELLE TRASFORMAZIONI ENZIMATICHE DELLE SOSTANZE ESOGENE (Xenobiotici)ENZIMATICHE DELLE SOSTANZE ESOGENE (Xenobiotici)

CURVA DOSE/RISPOSTA DI TOSSICITA’ CHIMICACURVA DOSE/RISPOSTA DI TOSSICITA’ CHIMICA

La tossicità dipende dalle proprietà intrinseche della sostanza chimica e dalla sua dose.

Dose soglia

Danno diffuso

- Variazioni del pH:Acidi forti (ustioni, disidratazione tissutale, escare secche)Basi forti (ustioni, macerazione dei tessuti, escare molli)

- Solventi: danno cellulare causato da estrazione di lipidi (alcool, acetone, cloroformio, benzolo)

- Soluzioni a diversa forza ionica

- Saponina e detergenti

- Denaturazione delle proteine

Intossicazione o avvelenamentoVeleni endogeni:

- Prodotti tossici formati e accumulati nell'apparato digerente

- Composti non degradati per qualche difetto genetico (malattie lisosomiali, diabete)

- Prodotti tossici formatisi in caso di necrosi

- Composti che si accumulano per qualche difetto funzionale (urea, bilirubina)

Veleni esogeni:

- Etanolo

- Tetracloruro di carbonio

- Diossina

- Tossine vegetali e animali

Meccanismi di difesa

- Escrezione

- Deposito nel tessuto adiposo (veleni liposolubili, DTT)

- Emorragia

- Sistemi tampone

- Sistemi antiossidanti (superossido dismutasi e catalasi)

-Trasformazione metabolica:

• Ossidoriduzione (trasformazioni di fase I)•Coniugazione (faseII) (sintesi protettive): formazione di un legame covalente con un'altra molecola per rendere il veleno atossico e/o più solubile in modo che possano essere escreti per via renale

BIOTRASFORMAZIONE DELLE SOSTANZE TOSSICHE BIOTRASFORMAZIONE DELLE SOSTANZE TOSSICHE LIPOFILE INLIPOFILE IN

METABOLITI IDROFILIMETABOLITI IDROFILI

Vi sono differenti vie biochimiche coinvolte nella trasformazione Vi sono differenti vie biochimiche coinvolte nella trasformazione didimolecole tossiche. La più importante reazione di molecole tossiche. La più importante reazione di fase Ifase I è: è:

IL SISTEMA DELLE MONOSSIGENASI DIPENDENTI DAL IL SISTEMA DELLE MONOSSIGENASI DIPENDENTI DAL CITOCROMO P450 CITOCROMO P450

IL SISTEMA DELLE MONOSSIGENASI IL SISTEMA DELLE MONOSSIGENASI DIPENDENTI DAL CITOCROMO P450DIPENDENTI DAL CITOCROMO P450

Composto da un’emoproteina (citocromo P450), da una NADPH-P450Composto da un’emoproteina (citocromo P450), da una NADPH-P450riduttasi e dalla fosfatidilcolinariduttasi e dalla fosfatidilcolina

Fa avvenire delle reazioni di ossidoriduzione di diverse sostanzeFa avvenire delle reazioni di ossidoriduzione di diverse sostanze

Rende le sostanze più trasportabili in circolo e quindi smaltibiliRende le sostanze più trasportabili in circolo e quindi smaltibili

NADPH + HNADPH + H++ + O + O22+ RH NADP+ RH NADP++ +H +H22O + R-O + R-OHOH

E’ localizzato a livello del reticolo endoplasmatico liscio (microsomi) e la E’ localizzato a livello del reticolo endoplasmatico liscio (microsomi) e la sua attività è massima nel fegato, seguito da cute, polmoni e mucosa sua attività è massima nel fegato, seguito da cute, polmoni e mucosa gastrointestinalegastrointestinale

Nell’uomo esistono circa 50 diversi isoenzimi P450 con diversa Nell’uomo esistono circa 50 diversi isoenzimi P450 con diversa distribuzione tissutale e con attività preferenziale verso substrati distribuzione tissutale e con attività preferenziale verso substrati diversi. Vi sono variazioni genetiche nel livello di attività di questi diversi. Vi sono variazioni genetiche nel livello di attività di questi enzimi (polimorfismo)enzimi (polimorfismo)

E’ responsabile anche dell’attivazione delle sostanze xenobiotiche E’ responsabile anche dell’attivazione delle sostanze xenobiotiche in prodotti reattivi intermedi o in cancerogeni terminali in prodotti reattivi intermedi o in cancerogeni terminali

Es: metabolismoEs: metabolismodel benzopirenedel benzopirene

TUMORI CUTANEITUMORI CUTANEIE POLMONARIE POLMONARI

Alcune trasformazioni che il sistema p450 compie sono Alcune trasformazioni che il sistema p450 compie sono pericolose perchè sostanze altrimenti innoque vengono pericolose perchè sostanze altrimenti innoque vengono traformate in sostanze tossiche:traformate in sostanze tossiche:

E’ responsabile della sensibilità individuale ai farmaci (ai FANS per E’ responsabile della sensibilità individuale ai farmaci (ai FANS per esempio) e dei fenomeni di interazione tra farmaci.esempio) e dei fenomeni di interazione tra farmaci.

SOSTANZE STIMOLANTI i P450:

- CAFFEINA

- ALCOL

- DIOSSINA

- INQUINANTI AMBIENTALI

- DIETE IPERPROTEICHE

- PESTICIDI

- FARMACI

SOSTANZE RALLENTANTI i P450:

- MONOSSIDO di CARBONIO

- BARBITURICI

- QUERCETINA

- ECCESSO di TOSSICI

- CARENZA di ENZIMI

- CARENZA di NUTRIENTI

- MANCANZA di OSSIGENO

Tutte queste sostanze possono causare danni alla funzionalità epatica e sintomi da sovraccarico tossico

Le reazioni di ossidazione di FASE I possono generare come sottoprodottoLe reazioni di ossidazione di FASE I possono generare come sottoprodottoi i RADICALI LIBERI DELL’OSSIGENO RADICALI LIBERI DELL’OSSIGENO (ROS)(ROS)

Se c’è uno sbilanciamento tra ROS liberati e sistemi antiossidanti di difesa si parla di danno cellulare da STRESS OSSIDATIVO

CYP2E1: CYtochrome p450, famiglia 2, sottogruppo E1ADH: alcohol dehydrogenase

Eliminazione dell'etanolo

Sostanze liberate durante l’eliminazione dell’etanolo

Acetaldeide che causa nausea, danni ad altri organi (cervello) perossidazione di proteine, DNA, membrane

NADH (nicotinammide adenina dinucleotide, coenzima nelle ossidoriduzioni) che causa • accumulo di trigliceridi (non vengono più ossidati per produrre energia... c'è già) e questo accompagnato a scarsa assunzione di proteine porta a cirrosi epatica (fegato grasso)•aumento dei radicali perossido, di radicali liberi in genere e quindi danni cellulari

Danni cellulari: possibili bersagli

Possibili bersagli: membrana plasmatica, nucleo, citoplasma, mitocondri, reticolo endoplasmatico e lisosomi.

MEMBRANE: per attacco di proteasi e fosfolipasi (veleno di serpenti o l’-tossina delle diverse specie di clostridi). Agenti che danneggiano il citoscheletroRETICOLO ENDOPLASMATICO: azione di metaboliti tossici che vengono trasformati in sostanze reattive (CCl4, EtOH)MITOCONDRIO: sostanze che interferiscono con il ciclo dell’acido citrico (es.: fluoroacetato porta a formazione di fluorocitrato che agisce da forte inibitore dell’aconitasi).Agenti disaccoppianti: dinitrofenolo scarica il gradiente protonico e bloccala formazione di ATP

Il rotenone (un insetticida) blocca la catena respiratoriaIl cianuro si lega all’eme della citocromo ossidasi in modo irreversibile bloccando in tal modo il trasporto di elettroni nel mitocondrio

O

NO2

NO2

OH

NO2

NO2

Danni cellulari: possibili bersagli

NUCLEO / NUCLEOLO: blocco della trascrizione e duplicazione

Es.: Actinomicina D: agente intercalante che blocca la trascrizione, molto tossica (LD 1 mg/Kg)

Aflatossina prodotta da Aspergillus flavus un parassita dei cereali si lega al DNA e ne impedisce sia la duplicazione che la trascrizione

Amanitine (da Amanita phalloides) inibisce l’RNA polimerasi.

Rifampicina: agisce sull’RNA polimerasi procariotiche (farmaco antibatterico, antitubercolare)

CITOPLASMA: Inibizione della sintesi proteica Tossine:Difterica: tossina AB che catalizza la scissione del NAD e la formazione di un legame covalente tra NAD, ADP-ribosio e il fattore di elongazione 2 (EF2)

Esotossina da pseudomonas aeruginosa: meccanismo enzimatico simile a quello della diftericaAbrina e ricina: tossine vegetali polipeptidiche di tipo AB che modificano la subunità ribosomiale 60s cataliticamente impedendone l’interazione con EF2

Antibiotici: Streptomicina: blocca il legame ai ribosomi dell’aminoacil tRNA e causa inoltre ‘miss-coding’, ha bassa tossicità ampio spettro e efficace contro la tubercolosiPuromicina: causa il rilascio precoce della catena polipeptidica nascente dal ribosoma per addizione alla catena polipeptidica nascente

Modifica di segnali di trasduzioneTossina della pertosse: ADP-ribosilazione della subunità G

Blocco specifico di enzimiBlocco di proteine di trasporto

Danni cellulari nel citoplasma

Danni cellulari: alterazioni strutturaliCITOPLASMAAlterazioni strutturali:

Falloidina da amanita falloides, stabilizza i filamenti di actina e inibisce la loro depolimerizzazione,

Citocalasine una famiglia di metaboliti secreti da vari funghi Paralizza molti movimenti dei vertebrati Si lega alle estremità crescenti dei filamentei di actina.

Colchicina: alcaloide estratto dallo zafferano usato come medicinale fin dai tempi dell’antico egitto, ciascuna molecola si lega saldamente a una molecola di tubulina e previene la sua polimerizzazione, blocca la cellula nello stato mitotico per alcuni minuti. Fa parte dei medicinali antimitotici, poiché la distruzione dei microtubuli uccide preferenzilamente cellule che si dividono rapidamente questi farmaci sono usati nelle terapie anticancro.

Il tassolo ha un effetto opposto, si lega ai microtubuli e li stabilizza, fa arrestare la cellula allo stato mitotico.

Danni cellulari nei lisosomi

LISOSOMI: in alcune cellule come i granulociti PMN e i macrofagi hanno un ruolo esaltato e specializzato nella digestione di materiale estraneoL’accumulo di materiale non digerito porta a tesaurismosi lisosomiale.La causa può essere genetica o acquisita dovuta a presenza di materiale non digeribile o (inerte o anormale) o eccessivo.

Clorochina: farmaco antimalarico che interferisce con la degradazione lisosomiale di proteine, di alcuni polisaccaridi e lipidi.

Accumulo di antibiotici se in eccesso (streptomicina, gentamicina, kanamicina, neomicina…) che riducono l’attività delle idrolasi lisosomiali.

Accumulo di farmaci anfifilici (antidepressivi, neurolettici…) e materiali inerti (colloidi, mezzi di contrasto, metalli pesanti…)

Interazione con recettoriUn danno cellulare può derivare anche dalla stimolazione o inibizione di recettori causata dalle somiglianze strutturali tra sostanza tossica e un ligando endogeno.Curaro e nicotina agiscono sui recettori nicotinici del muscolo scheletricoMuscarina e atropina hanno un’azione stimolante e antagonista rispettivamente sui recettori muscariniciMorfina: recettori per le encefalineStrictina: sui recettori GABACharybdotoxin dal veleno di uno scorpione e lo ione tetrabutilammonio bloccano il canale del potassio voltaggio dipendente I canali del calcio voltaggio dipendenti vengono classificati in base alla loro sensibilità nei confronti di tossine animali e vegetali. Es.: -agatossina (ragno) e -conotossina (serpente)