•Interazioni tra organismo e

sostanze chimiche

FARMACOLOGIA

Studia le sostanze e gli effetti che possono eliminare le causa delle malattie o che sono in grado di alleviarne i sintomi

• Tossicologia •Studia gli effetti sfavorevoli che sostanze chimiche hanno o possono avere sugli esseri viventi

Nell’antichità : “scienza degli

avvelenamenti”

Socrate Cleopatra Borgia

Et all …

Paracelso (16° sec.) affermava:Tutte le sostanze sono potenzialmente veleni, in quanto nessuna è priva di proprietà tossiche: E’ la dose che rende tossica una sostanza”

• Bruce Ames , tossicologo, sostiene che:

•Non è vero che le sostanze di sintesi di solito sono “cattive” mentre quelle naturali sono sempre “buone”…

Valutazione del rischio

HAZARD: indica la presenza di un fattore di rischio indipendentemente dalla natura sia chimica che fisica che biologica etc. RISK: indica la probabilità che si possa verificare un evento sfavorevole in presenza di un fattore nocivo di qualsiasi natura e le relative conseguenze

XENOBIOTICOSOSTANZA BIOLOGICAMENTE

ATTIVA

AZIONE

SPECIFICA (per un recettore)

ASPECIFICA (non mediata da recettori)

EFFETTI DESIDERATI

INDESIDERATI

Log dose (mg/kg)

Eff

etto

cum

ulat

ivo

%

DT50 DL50DE50

DL1DE99

Effetto terapeutico

Effetto tossico Effetto

letale

INDICE TERAPEUTICO = DT50/DE50

MARGINE DI SICUREZZA = DL1/DE99

Ogni farmaco ha molti effetti, quindi una serie di indici terapeutici e di margini di sicurezza

LIMITAZIONI APPROCCIO DL50

Presenza di impurezze nel composto di sintesi (principio attivo) Presenza di diversi isomeri del principio attivo Presenza di solventi che veicolano il principio attivo Modalità di sintesi del principio attivo

PROBLEMA BASSE DOSI

Effetti non misurabili

EFFETTI TOSSICI - A

Manifestazioni tossiche possono essere determinate da:Sovradosaggio, avvelenamenti, effetti collaterali o effetti tossici secondari

•Tossicità acuta, subacuta, o, in relazione al tempo di contatto, cronica o subcronica

•Idiosincrasie: su base genetica e, in relazione con la dose, sono di tipo

•- quantitativo•- qualitativo

•Allergie •Base immunitaria, indipendenti dalla dose

•Immediate o ritardate

EFFETTI TOSSICI - B

Effetti teratogeni (sviluppo prenatale) Causa principale: xenobiotici Malformazioni congenite (primi 3 mesi-embrione):malformazioni esterne (es. focomelia, palato-schisi), ma spesso anche a carico di organi interni.

•Deformità (ultimi 6 mesi-sviluppo fetale):

• malformazioni in organi già formati (es. gibbo, deformità delle ossa)

• Le cause possono essere diverse: infezioni (lue, toxoplasmosi, rosolia…)

•Alterazioni funzionali (comportamento, tumori): anche dopo la nascita

• Da xenobiotici: es. DES (dietilstilbestrolo)

• DES (dietilstilbestrolo)• E’ un estrogeno di sintesi non steroideo, impiegato in

passato soprattutto nella prevenzione dell'aborto e del parto pretermine, che ha dimostrato di determinare anomalie a carico dell'apparato urogenitale nella prole, sia maschile sia femminile

• Le figlie di madri esposte al dietilstilbestrolo, oltre ad un certo rischio di manifestare varie forme di patologia benigna dell'apparato genitale, sterilità e infertilità, hanno anche una probabilità dell'ordine dell'1-2 per mille di sviluppare in epoca puberale o adolescenziale un adenocarcinoma a cellule chiare della vagina o della cervice. Questo farmaco attualmente non viene più impiegato in gravidanza; tuttavia, è opportuno ricordare che può essere presente nella carne e in alcuni altri alimenti.

• ed inoltre•A)l’’età della madre•B) alimentazione•C) fumo•D) alcoolismo•E) patologie croniche….

EFFETTI TOSSICI - C

Effetti cancerogeni

Cancerogeni classici: azione diretta sul

DNA

•Processi chimici od industriali connessi con l'induzione del cancro nell'uomo, organi bersaglio e principali vie di esposizione (IARC-1987)

•

Cancerogeni epigenetici (non genotossici):

non agiscono,cioè, sul DNA, ma sulle vie di trasmissione di segnali intra e intercellulari, sull’attivazione di procancerogeni, sulla formazione di radicali ossigenati (stress ossidativo)

Iniziazione,

Promozione,

Progressione,

Trasformazione maligna

CANCEROGENO GENOTOSSICOAttivazione di oncogèni Inattivazione di geni oncosoppressori

CANCEROGENO EPIGENETICO

inibizione apoptosi, induzione da stress ossidativo,espansione clonale, azione sulla replicazione del DNA

Trasformazione neoplastica

Tumore

Iniziazione

Progressione

FARMACODINAMICA e TOSSICODINAMICA

Studia il recettore e le sue interazioni con lo xenobiotico

DOSE ESTERNA(assorbita o somministrata)

DOSE INTERNA(biodisponibilità)

DOSE RECETTORIALE

AZIONE FARMACOLOGICA : alterazione funzionale a livello di un sito di azione, determinata da una sostanza biologicamente attiva

SITO D’AZIONE: zona dell’organismo in cui la sostanza biologicamente attiva esplica la sua azione, determinando un’alterazione funzionale che provoca una serie di reazioni i cui effetti sono misurabili

EFFETTO FARMACOLOGICO: effetto determinato dall’azione farmacologica o tossicologica, rilevabile in un organo effettore o a livello generale

SITI DI AZIONE

CELLULARI-Superficiali - Interni

EXTRACELLULARI

RECETTORE“Molecola” endogena

(enzima, proteina strutturale, fattore di trascrizione, acido nucleico ecc.) presente nel sito d’azione che, mediante un legame di affinità, media l’effetto farmacologico /tossicologico

INTERAZIONI COL RECETTORE

AGONISTI (puri e parziali) (sostanze che producono un effetto farmaco-tossicologico, mediato dal loro legame al recettore)ANTAGONISTI (sostanze che legano un recettore, ma non hanno effetto farmaco-tossicologico)

INTERAZIONI CON STRUTTURE RECETTORIALI

Legame covalente: poco frequente, spesso irreversibile, significato tossicologicoLegami non covalenti (ionico, legame idrogeno, ione-dipolo, dipolo-dipolo, forze di Van der Waals, legame idrofobico): molto frequenti, reversibili Adattamento reciproco di due strutture molecolari che interagiscono.(non tutte le sostanze biologicamente attive hanno recettori specifici)

FARMACOCINETICA

ASSORBIMENTO

DISTRIBUZIONE E TRASPORTO

BIOTRASFORMAZIONE

ESCREZIONE

ASSORBIMENTO: fenomeno passivo (sostanze

lipofile) mediato (attivo o facilitato,

pinocitosi)

• VIE ENTERALI:• orale, sublinguale, rettale• Due strati cellulari (cellule

epiteliali ed endotelio • capillare)• Sostanze liposolubili• Effetto pH

• VIE PARENTERALI:• sottocutanea, intramuscolare• Uno strato cellulare (endotelio

capillare, poroso)• endovenosa• Tempi molto rapidi, manca

l’assorbimento• polmonare• Gas, aerosol, polveri• cutanea• Barriera imperfetta, tossicità a livello

sistemico (gas nervini, nicotina)

Acqua: purezza acqua potabile (sostanze chimiche, sostanze organiche, minerali, batteri e/o protozoi)

Cibo: tossine (botulino, ergot (segale cornuta, o ergot (Claviceps spp.) è un fungo inferiore parassita di numerose specie di graminacee selvatiche o coltivate), aflatossine (sostanze prodotte da svariate specie micetiche, estremamente diffuse a livello ambientale ), coloranti, conservanti, frodi e adulterazioni

Sostanze tossiche presenti nell’ambiente

• Aria: • luoghi di lavoro (sostanze chimiche e

polveri ecc.), • abitazioni (aldeidi, cloroformio, polveri,

ecc.• ambienti esterni (ozono, benzene,

polveri, CO, Pb ecc..),composti Organici Volatili (VOCs)

• luoghi pubblici e/o ricreativi (fumo....)

- Sistema circolatorio

- Endotelio capillare (peso molecolare, liposolubilità)

- Barriera emato-encefalica

- Barriera placentare

- Deposito (ossa, globuli rossi, tessuto adiposo)

DISTRIBUZIONE

BIOTRASFORMAZIONEEnzimi = proteine che catalizzano la trasformazione di un substrato A in

prodotto (o intermedio) metabolico B

K

LA SPERIMENTAZIONE ANIMALE IN TOSSICOLOGIA

La sperimentazione su organismi viventi risale a tempi remoti.

Romani e Greci hanno lasciato “studi” di fisiologia e di patologia condotti su animali e perfino su condannati a morte i cui cadaveri venivano dati ai “chirurghi” per i loro esperimenti.

• La tecnica sperimentale moderna è nata con gli esperimenti di William Harvey nel 1600 su serpenti e successivamente con Galvani nel 1700 sul muscolo di rana.

• Agli inizi del XX secolo si è avuta la sperimentazione animale su vasta scala.

• La legge 116 del 27.1.1992 detta le condizioni e le modalità degli esperimenti ma riguarda “solo” i vertebrati!!!!!!!e stabilisce che …”devono essere utilizzati solo animali allevati allo scopo (art.2) di sperimentare l’effetto di farmaci, effetti tossicologici ambientali e studi di fisiologia generale (art.3) e solo se non esiste altro metodo valido; gli animali devono essere anestetizzati e gli esperimenti possono essere condotti esclusivamente da laureati in medicina, veterinaria, biologia e farmacia (art.4).”

•Per la sperimentazione su cani, gatti, primati NON umani e per esperimenti a scopo didattico è necessaria una opportuna autorizzazione (art.8); lo stesso vale per sperimentazioni di un analgesico quando bisogna indurre “dolore” all’animale [p.es. test di writhing (iniezione intraperitoneale di acido acetico)]

• In caso di inadempienza sono previste pene pecuniarie severe (€ 77500/00) e, addirittura, fino a tre anni di carcere.

•Gli animali devono essere mantenuti in condizioni di vita ottimali ; gli ambienti devono avere precise caratteristiche di luce, temperatura, umidità etc.

• Importanza del consumo di O2 unitario (espresso per unità di peso)

• Maggiore è la quantità di O2 che si consuma e maggiore è la quantità di radicali dell’O2 che si producono. Poiché i sistemi detossicanti intercellulari non riescono a neutralizzarli del tutto, si hanno danni al DNA che è sensibile agli attacchi dei radicali.

• Il DNA mitocondriale, p.es non ha sistemi di riparo, e, quindi, subisce danni irreparabili dall’attacco dei radicali con conseguenze facilmente immaginabili.

* 2,3,7,8, tetraclorodizenzodiossina*

*

• LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level) = valore più basso di una dose di una sostanza chimica che da luogo a qualche effetto tossicologico in una determinata specie)

• NOAEL (No Observed Adverse Effect Level) = livello di dose di una sostanza che non presenta effetto tossico in esperimenti di tossicologia sperimentale né dopo esposizione umana

• ADI (Acceptable Daily Intake) = dose massima di contaminazione giornaliera da considerare “sicura”

• ADI = NOAEL *100

PROVE DI TOSSICITA’

• Tossicità acuta:

• Esperimenti condotti su animali di laboratorio inoculando, in un’ unica sommini

• strazione, la sostanza di cui si vuole conoscere le proprietà tossiche.

• Anche se con qualche variazione, si seguono dei protocolli ben precisi .

• L’osservazione dei soggetti trattati va protratta per 14 giorni per verificare la comparsa di effetti tossici che potrebbero manifestarsi con un certo ritardo.

• Le prove vengono condotte su individui di entrambi i sessi, in almeno due specie di mammiferi e per almeno due vie di somministrazioni (le più probabili di esposizione umana alla sostanza)

• Alimenti e beni di consumo:

• Sono richieste particolari prove tossicologiche tali che sia il produttore che il consumatore conoscano la pericolosità della sostanza.

• E’ vietato produrre alimenti e/o beni di consumo (p.es.cosmetici) che possono essere dannosi per la salute umana

Deattivazione ed attivazione metaboliche delle sostanze

tossiche

• La biotrasformazione degli agenti esogeni che

entrano in un organismo è di grande importanza nel determinarne la tossicità.

• Le “biotrasfomazioni” hanno un’azione detossicante sul “potenziale” tossico della sostanza assorbita favorendo sia la perdita dell’attività che la escrezione.

Può succedere, tuttavia, che proprio il metabolita sia causa di tossicità!!!

• Le sostanze xenobiotiche, con potenzialità

tossiche, sono quasi sempre “lipofile”, e,quindi, facilmente assorbibili sia a livello intestinale che renale e, di conseguenza, poco o niente eliminabili.

• P.es. il DDT, così come molte altre sostanze della stessa natura (bifenili polialogenati) è escreto molto lentamente e restano in un organismo per anni!!!!

• Possiamo dire che conseguenze della

biotrasformazione sono:• 1) diminuzione dell’ emivita della sostanza• 2) diminuzione del tempo di contatto con

l’organismo• 3) ridotta possibilità di accumulo• 4) modificazione dell’attività biologica

della sostanza

cassava

cassava

cassava

cassava

La cassava (Manihot esculentaCrantz) è una pianta arbustiva perenne appartenente alla famiglia delle Euphorbiaceae, meglio conosciuta come mandioca, manioca, tapioca, yucca, è una delle principali colture per la sicurezza alimentare mondiale. Peccato però che sia anche una delle principali colture “orfane”.

Molti carboidrati, pur essendo la terza fonte di calorie nei tropici dopo riso e granoturco, la

cassava fa parte di un'agricoltura di sussistenza nelle aree marginali dei paesi più poveri.

Si adatta a svariati ambienti, ed a lunghi periodi di siccità, per cui è una una delle colture di maggiore

impiego delle regioni tropicali e subtropicali.

yam

Gyroytra esculenta

Gyroytra esculentaRelazione con l'ambiente vegetale circostante: fungo saprofita.Si trova nei boschi di conifere, in primavera.VELENOSO. Responsabile della sindrome giromitrica: disturbi gastrointestinali (nausea, vomito alimentare poi biliare, diarrea), cefalea, disidratazione, dispnea; successivamente interessamento epato-renale con lesioni al fegato e ai reni, comparsa di ittero e insufficienza epatica. Ha causato avvelenamenti che hanno avuto anche esito mortale. In molte zone viene comunque raccolto e consumato dopo lunga cottura

Il pesce palla (torafugu) è uno degli animali più velenosi che esistano: il suo veleno, la tetrodotossina, è una neurotossina

1200 volte più letale del cianuro, ed ogni pesce ha nel suo corpo una dose tale da uccidere circa 30 adulti!

Il veleno, e non esiste antidoto!, agisce bloccando il sistema nervoso, si rimane coscienti, ma completamente

immobilizzati e la morte sopravverrà per paralisi respiratoria nel giro di 6-24 ore.

Il veleno si trova in quasi tutte le viscere, ma soprattutto nel fegato e nelle ovaie, la cui commercializzazione venne vietata

definitivamente nel 1984.Nonostante queste “controindicazioni” (o forse proprio per

questo), in Giappone il pesce palla è consumato regolarmente e considerato una prelibatezza da veri

intenditori!

La tetradotossina è un veleno molto più potente del cianuro, prende il suo nome dalla famiglia dei Tetraodontidae, i pesci palla, ma anche nei Diodontidae (pesci istrice). Venne isolata e denominata per la prima volta nel 1909 dallo scienziato giapponese Dr. Yoshizumi Tahara.Un milligrammo di tetradotossina è sufficiente ad uccidere una persona: blocca la conduzione nervosa provocando paralisi, vomito, diarrea, convulsioni, blocco cardiorespiratorio.Il primo caso registrato di avvelenamento da tetrodotossina, si ha nel diario di bordo del capitano James Cook. Il primo sintomo di intossicazione è costituito da un leggero intorpidimento della lingua e delle labbra, che si manifesta da 20 minuti a 3 ore dopo l'ingestione del pesce avvelenato. Il sintomo successivo è costituito da parestesie a faccia ed estremità, e possono comparire anche mal di testa, dolore epigastrico, nausea, diarrea, vomito, e perfino difficoltà a camminare.Il secondo stadio dell'intossicazione è costituito da una paralisi grave, che impedisce in alcuni casi di rimanere seduti. L'ultimo stadio è costituito dalla paralisi totale, che tuttavia non influenza le capacità cognitive: la vittima può essere cosciente e in alcuni casi completamente lucida fino a poco prima della morte, che in genere avviene in 4-6 ore, con un range stimato da 20 minuti a 8 ore.

Aflatossine ,

Fumonisine,

Ocratossina A (OTA),

Patulina,

Tricoteceni,

Zearalenone (ZEA)

AFLATOSSINE

PRODOTTE DA ASPERGILLUS FLAVUS E ASPERGILLUS PARASITICUS

SU SUBSTATI VEGETALI:CEREALI,ARACHIDI SPEZIE,FRUTTA SECCA ETC

CONDIZIONI IDEALI: T 25-32 C° E Aw 0.82-0.87.

PRESENZA DI INSETTI :VEICOLO DI SPORE E DANNEGGIAMENTO DELLA PIANTA

DIFURANOCUMARINA

AFLATOSSINE B1,B2,G1,G2,M1 MOLTO DIFFUSE E TOSSICHE

GENOTOSSICITA’

DANNI:EPATOTOSSICITA’ ,IIPERPLASIA DEI DOTTI BILIARI, EMORRAGIA DEL TRATTO GASTROINTESTINALE E DEI RENI

FUMONISINE (prodotte da funghi)

Fusarium verticilloides e proliferatum

B1-B2-B3

SORGOIl sorgo (Sorghum bicolor) è una graminacea

appartenente alla tribù delle Andropogoneae (la stessa a cui appartiene la canna da zucchero). Un’altra specie dello stesso genere è il Sorghum halepense, o sorgo di Aleppo o sorghetta, nota come temibile infestante.

,MAIS,BIRRA,CACAO

Analogia strutturale con la sfingosina

Organi bersaglio FEGATO e RENE

OCRATOSSINA A (OTA)

PRODOTTA DA FUNGHI :

ASPERGILLUS (OCHRACEUS) E PENICILLIUM (VERRUCOSUM)

STOCCAGGIO

CONTAMINATI: CEREALI (frumento, mais, orzo, avena,) VINO,CAFFE’,BIRRA,CACAO,SPEZIE,

FRUTTA ESSICCATA, CARNE SUINA

EFFETTI TOSSICI:

RENE (necrosi dei tubulu renali), FEGATO,ENTERITI, CANCRO DEL RENE

PATULINA

PENICILLIUM EXPANSUM

FRUTTA ED ORTAGGI

NELLE MELE PRODUCE AMMUFFIMENTO DOVE SI ACCUMULA LA TOSSINA

E’ DISTRUTTA DALLA FERMENTAZIONE ALCOLICA

IN ANIMALI DA LABORATORIO MOSTRA:

NEUROTOSSICA ,IMMUNOTOSSICA (DANNI AL FETO)

Nell’insieme delle droghe adattogene possiamo inserire anche la SEGALE CORNUTA, con espressione anch’essa legata all’omeopatia. La segale cornuta è una droga caratterizzata da una forma biologica di resistenza di un fungo, noto cove Clavicex purpurea.

.

Questo fungo infesta le coltivazioni di graminacee, in particolare la segale, ma non solo; esso attacca le infiorescenze, in particolare l’apparato genitale femminile delle graminacee e, quando le spore arrivano sull’infiorescenza, sviluppano la parte vegetativa, facendo crescere delle ife; queste ife avvolgono completamente il singolo fiore, producono una sostanza zuccherina detta “melata” e nello stesso tempo si sviluppano delle spore vegetative di disseminazione del fungo, senza riproduzione sessuata. A questo punto le secrezioni zuccherine attirano insetti, i quali arrivano e si nutrono della melata, e poi se ne vanno disseminando le spore vegetative e quindi l’infezione.

La droga si caratterizza di alcaloidi, come l’ergometrina e l’ergotossina, importanti sul piano farmaceutico, perché dotati di proprietà antiemorragiche, antinevralgiche e antiemicraniche