Toxicologia Fundamental

17cm x 24cm

15,1 mm

A Toxicologia é a ciência que estuda os efeitos adversos de agentes químicos, físicos ou biológicos sobre os organismos vivos e o ecossistema, incluindo a prevenção e a melhoria de tais efeitos adversos.

Esta obra, escrita com uma linguagem clara e simples, proporciona conhecimentos fundamentais de Toxicologia, constituindo-se assim como base pedagógica para professores e estudantes de cursos superiores de pré e pós-graduação que pretendam aprofundar conhecimentos sobre os efeitos tóxicos dos xenobióticos e endobióticos nos órgãos e nos sistemas.

Neste livro colaboram toxicologistas, farmacêuticos, bioquímicos e médicos, que apresentam a sua visão dos temas abordados, o que o torna adequado e adaptado à realidade dos cursos superiores de Ciências Farmacêuticas, Ciências Forenses, Ciências Biomédicas, Medicina, Análises Clínicas e Biologia, sendo igualmente muito útil como revisão e atualização para os profissionais destas áreas.

Esperamos que esta obra contribua para um melhor entendimento desta temática tão atual e em desenvolvimento e que os leitores desfrutem da sua leitura.

Toxicologia fundamental

Toxicologia fundamental

C

M

CM

MY

CY

Conteúdos: Toxicocinética Toxicodinâmica Toxicologia do fígado Toxicologia do rim

Toxicologia do pulmão Toxicologia do coração Toxicologia do sistema nervoso Toxicologia da pele

Toxicologia do olho Toxicologia do sistema imunológico Toxicologia do sistema endócrino Toxicologia do sangue

CMY

K

Ricardo Jorge Dinis-Oliveira Professor Auxiliar com Agregação em Ciências Forenses do Instituto Universitário de Ciências da Saúde e da Faculdade de Medicina da Universidade do Porto; Investigador da UCIBIO-REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas – e do IINFACTS – Instituto de Investigação e Formação Avançada em Ciências e Tecnologias da Saúde; Presidente da Associação Portuguesa de Ciências Forenses.

Félix Dias Carvalho Professor Catedrático de Toxicologia da Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto; Investigador da UCIBIO-REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas; Secretário-geral da Associação dos Toxicologistas Europeus e das Sociedades Europeias de Toxicologia (EUROTOX); Vice-presidente da Sociedade Portuguesa de Farmacologia.

Maria de Lourdes Bastos

ISBN 978-989-752-286-4

9 789897 522864

www.lidel.pt

Professora Catedrática de Toxicologia da Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Investigadora da UCIBIO-REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas; Diretora do Departamento de Ciências Biológicas e Responsável pelo Laboratório de Toxicologia da FFUP.

Ricardo Jorge Dinis-Oliveira / Félix Dias Carvalho / I Maria de Lourdes Bastos

Y

17cm x 24cm

Toxicologia fundamental Coordenação:

Ricardo Jorge Dinis-Oliveira Félix Dias Carvalho Maria de Lourdes Bastos

Índice Autores.........................................................................................................................................................

Nota dos coordenadores...............................................................................................................................

Prefácio.........................................................................................................................................................

VII XI XIII

Daniel Junqueira Dorta

Siglas, acrónimos e abreviaturas...................................................................................................................

XV

II – FUNDAMENTOS DA TOXICOLOGIA.............................................................................................................

1

Capítulo 11 • Introdução à Toxicologia: conceitos fundamentais...................................................................

3

Capítulo 12 • Toxicocinética...........................................................................................................................

9

Capítulo 13 • Toxicodinâmica.........................................................................................................................

35

II – ÓRGÃOS-ALVO DOS XENOBIÓTICOS..........................................................................................................

65

Capítulo 14 • O fígado como órgão-alvo da toxicidade dos xenobióticos.......................................................

67

Capítulo 15 • O rim como órgão-alvo da toxicidade dos xenobióticos............................................................

89

Capítulo 16 • O pulmão como órgão-alvo da toxicidade dos xenobióticos.....................................................

113

Capítulo 17 • O coração como órgão-alvo da toxicidade dos xenobióticos.....................................................

141

Capítulo 18 • O sistema nervoso como alvo da toxicidade dos xenobióticos..................................................

161

Capítulo 19 • A pele como órgão-alvo da toxicidade dos xenobióticos...........................................................

173

Capítulo 10 • O olho como órgão-alvo da toxicidade dos xenobióticos..........................................................

191

Capítulo 11 • O sistema imunológico como alvo da toxicidade dos xenobióticos...........................................

201

Capítulo 12 • O sistema endócrino como alvo da toxicidade dos xenobióticos...............................................

219

Capítulo 13 • O sangue como tecido-alvo da toxicidade dos xenobióticos.....................................................

233

Índice remissivo............................................................................................................................................

257

Ricardo Jorge Dinis-Oliveira, Félix Dias Carvalho, Maria de Lourdes Bastos

Renata Silva, Fernando Remião, Ricardo Jorge Dinis-Oliveira, Félix Dias Carvalho, Maria de Lourdes Bastos Nuno Guerreiro Oliveira, Joana Paiva Miranda, João Guilherme Costa, António Sebastião Rodrigues, Matilde Castro, Ana Sofia Fernandes

Helena Carmo, Ricardo Jorge Dinis-Oliveira, Félix Dias Carvalho, Maria de Lourdes Bastos Flávio Reis, Rui Alves

Ricardo Jorge Dinis-Oliveira, Félix Dias Carvalho, Maria de Lourdes Bastos

Vera Marisa Costa, Fernando Remião, Ricardo Jorge Dinis-Oliveira, Félix Dias Carvalho, Maria de Lourdes Bastos João Paulo Capela, Ricardo Jorge Dinis-Oliveira, Félix Dias Carvalho, Maria de Lourdes Bastos Alberto Joaquim Vieira Mota

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Marco Rego, João Gil

Inês Mesquita, Egídio Torrado, Ricardo Silvestre

Georgina Correia da Silva, Ricardo Jorge Dinis-Oliveira, Félix Dias Carvalho, Maria de Lourdes Bastos

Susana Coimbra, Alice Santos-Silva, Ricardo Jorge Dinis-Oliveira, Félix Dias Carvalho, Maria de Lourdes Bastos

Autores Coordenadores/Autores Ricardo Jorge Dinis­‑Oliveira Licenciatura em Ciências Farmacêuticas e Doutoramento em Toxicologia pela Faculdade de Farmá‑ cia da Universidade do Porto (FFUP); Título de Doutoramento Europeu pela Universidade do Porto; Pós­‑doutoramento em Toxicologia Clínica e Forense pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia; Curso Superior de Medicina Legal pela Faculdade de Medicina da Universidade do Porto (FMUP); Professor Auxiliar com Agregação em Ciências Forenses do Instituto Universitário de Ciências da Saúde (IUCS­‑CESPU) e da FMUP; Diretor do 1.º Ciclo de Estudos em Ciências Laboratoriais Forenses, do 1.º Ciclo de Estudos em Ciências Biomédicas e do 2.º Ciclo de Estudos em Ciências e Técnicas Laboratoriais Forenses do IUCS­‑CESPU; Diretor do Curso de Especialização em Ciências Forenses da FMUP; Investigador da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas – e IINFACTS – Instituto de Investigação e Formação Avançada em Ciências e Tecnologias da Saúde, onde exerce funções de Coordenador da área de investigação de Forensic Science Research; Asso‑ ciado Fundador e Coordenador da área científica da Toxicologia Forense e Presidente da Associação Portuguesa de Ciências Forenses (APCF).

Félix Dias Carvalho Licenciatura em Ciências Farmacêuticas, Doutoramento em Toxicologia e Agregação no Grupo de Ciências Químicas pela Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Professor Catedrático de Toxicologia na FFUP; Investigador da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas; Secretário­‑Geral da EUROTOX (Associação dos Toxicologistas Europeus e das Sociedades Europeias de Toxicologia); Vice­‑presidente da Sociedade Portuguesa de Farmacologia; Membro da Comissão de Avaliação de Medicamentos do INFARMED; Sócio honorário da Associação Portuguesa de Ciências Forenses (APCF); Membro do corpo editorial de várias revistas científicas na área da Toxicologia.

Maria de Lourdes Bastos Licenciatura em Ciências Farmacêuticas, Doutoramento em Toxicologia e Agregação no Grupo de Ciências Biológicas pela Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Professora Cate‑ drática de Toxicologia da FFUP; Investigadora da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas; Diretora do Departamento de Ciências Biológicas e responsável pelo Laboratório de Toxicologia da FFUP; Diretora do 2.º Ciclo de Estudos conducente ao grau de Mestre em Toxicologia Analítica Clínica e Forense da FFUP; Membro do Conselho Científico do 2.º e do 3.º Ciclos de Estudos em Ciências Forenses da Universidade do Porto.

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Autores Alberto Joaquim Vieira Mota Licenciatura e Doutoramento em Medicina pela Faculdade de Medicina da Universidade do Porto (FMUP); Professor Auxiliar com Agregação e regente da unidade curricular de Dermatologia e Venereologia na FMUP; Assistente Hospitalar com Grau de Dermatologia e Venereologia do Centro Hospitalar de São João, EPE; Pós­‑graduação em Hidrologia e Climatologia e título de Especialista em Farmacologia Clínica pela Ordem dos Médicos.

Alice Santos­‑Silva Licenciatura em Farmácia pela Faculdade de Farmácia da Universidade de Coimbra (FFUC); Douto‑ ramento em Farmácia, especialidade de Bioquímica, Agregação em Ciências Biológicas e Biologia Aplicada pela Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Professora Associada com Agregação da FFUP; Investigadora da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Apli‑ cadas – Alvos Terapêuticos e Biomarcadores; Investigadora responsável da equipa de investigação Fisiopatologia de Anemias do Centro Hospitalar do Porto, EPE.

Ana Sofia Fernandes Licenciatura em Ciências Farmacêuticas e Doutoramento em Farmácia (especialidade de Toxico‑ logia) pela Universidade de Lisboa; Professora Auxiliar nas áreas de Farmacologia e Toxicologia na Escola de Ciências e Tecnologias da Saúde da Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnolo‑ gias (ECTS­‑ULHT); Vice­‑presidente do Conselho Científico da ECTS­‑ULHT; Investigadora no CBIOS­ ‑ULHT – Grupo de Farmacologia e Terapêutica.

António Sebastião Rodrigues Licenciatura em Bioquímica pela Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL); Doutora‑ mento em Biologia/Genética Molecular pela Universidade Nova de Lisboa (UNL); Professor Auxiliar em Genética na Faculdade de Ciências Médicas da UNL; Investigador no Centre for Toxicogenomics and Human Health – ToxOmics.

Egídio Torrado Licenciatura em Biologia pela Universidade de Aveiro, Mestrado em Biotecnologia em Engenharia de Bioprocessos e Doutoramento em Ciências da Saúde, área de especialidade de Ciências Biológicas e Biomédicas pela Universidade do Minho; Pós­‑doutoramento em Imunologia pelo Trudeau Institute, Saranac Lake, Nova Iorque; Investigador Auxiliar no ICVS/3B’s PT Government Associate Laboratory, domínio de investigação de Microbiologia e Infeção, Braga.

Fernando Remião

Autores VIII

Pró­‑reitor para a Inovação Pedagógica e Desporto da Universidade do Porto; Professor Associado com Agregação em Toxicologia da Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Membro do Conselho Científico e da Comissão Científica do 2.º Ciclo de Estudos em Toxicologia Analítica Clínica e Forense da FFUP; Investigador da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas.

Toxicologia Fundamental

Flávio Reis Licenciatura em Bioquímica e Mestrado em Biologia Celular e Molecular pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC); Doutoramento em Ciências Biomédicas pela Fa‑ culdade de Medicina da Universidade de Coimbra (FMUC); Investigador Auxiliar do Instituto de Ima‑ gem Biomédica e Ciências da Vida (IBILI) da FMUC; Líder do Grupo de Investigação em Farmacologia e Terapêutica Experimental de Doenças Cardiometabólicas e Cardiorrenais da FMUC; Coordenador do Laboratório de Comportamento e Experimentação Animal da FMUC.

Georgina Correia da Silva Licenciatura em Ciências Farmacêuticas e Doutoramento em Bioquímica pela Faculdade de Far‑ mácia da Universidade do Porto (FFUP); Professora Auxiliar do Laboratório de Bioquímica na FFUP; Investigadora Integrada da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas; Membro da Sociedade Portuguesa de Bioquímica, European Society of Human Reproduction and Embriology, Society for the Study of Reproduction, European Association for Cancer Research e Biochemical Society.

Helena Carmo Licenciatura em Ciências Farmacêuticas e Doutoramento em Toxicologia pela Faculdade de Farmá‑ cia da Universidade do Porto (FFUP); Investigadora Integrada da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas; Professora Auxiliar no Laboratório de Toxicologia do Departa‑ mento de Ciências Biológicas da FFUP.

Inês Mesquita Mestrado em Ciências Farmacêuticas pela Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Investigadora no ICVS/3B’s PT Government Associate Laboratory, domínio de investigação de Micro‑ biologia e Infeção, Braga.

João Guilherme Costa Licenciatura e Mestrado em Ciências Farmacêuticas pela Faculdade de Farmácia da Universidade de Lisboa (FFUL); Pós­‑graduação em Controlo da Qualidade e Toxicologia dos Alimentos pela FFUL; Assistente na área das Ciências da Saúde, Escola de Ciências e Tecnologias da Saúde da Univer‑ sidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias de Lisboa (ECTS-ULHT) e Escola Superior de Saú‑ de Ribeiro Sanches; Membro colaborador do CBIOS – Universidade Lusófona Research Center for Biosciences & Health Technologies, Lisboa, e do iMed.ULisboa – Research Institute for Medicines na FFUL.

João Paulo Capela Licenciatura em Ciências Farmacêuticas e Doutoramento em Toxicologia pela Faculdade de Farmá‑ cia da Universidade do Porto (FFUP); Professor Auxiliar de Farmacologia e Toxicologia da Faculdade de Ciências da Saúde da Universidade Fernando Pessoa (UFP); Investigador do CEBIMED – Centro de Estudos em Biomedicina da Unidade de Investigação em Energia, Ambiente e Saúde da UFP e colaborador da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Ciências Biomoleculares Aplicadas.

João Gil Interno de formação específica de Oftalmologia no Centro Hospitalar e Universitário de Coimbra, EPE; Mestrado Integrado em Medicina pela Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra (FMUC).

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Marco Rego Licenciatura em Ciências Farmacêuticas pela Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Mestrado Integrado em Medicina pelo Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar da Universidade do Porto; Médico Oftalmologista pelo Centro Hospitalar e Universitário de Coimbra, EPE; Membro do Fellowship of European Board of Ophthalmology.

Matilde Castro Licenciatura em Farmácia pela Faculdade de Farmácia da Universidade de Lisboa (FFUL); Douto‑ ramento em Farmácia (especialidade de Química Farmacêutica e Terapêutica) pela Universidade de Lisboa; Professora Catedrática na FFUL; Diretora e Presidente do Conselho Científico da FFUL; Investigadora do Research Institute for Medicines – iMed.ULisboa (FFUL).

IX Toxicologia Fundamental

Licenciatura em Biologia Microbiana e Genética pela Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL); Doutoramento em Bioquímica pelo Instituto de Tecnologia Química e Biológica da Universidade Nova de Lisboa (ITQB-UNL), em colaboração com o Research Center Borstel, Leibniz Center for Medicine and Biosciences; Pós­‑doutoramento em Engenharia de Tecidos e Tecnologia de Células Animais pelo Instituto de Biologia Experimental e Tecnológica (iBET); Professora Auxiliar Convidada na Faculdade de Farmácia da Universidade de Lisboa (FFUL); Investigadora do Research Institute for Medicines – iMed.ULisboa (FFUL).

Au tores

Joana Paiva Miranda

Nuno Guerreiro Oliveira Licenciatura em Ciências Farmacêuticas e Doutoramento em Farmácia (especialidade de Toxicologia) pela Faculdade de Farmácia da Universidade de Lisboa (FFUL); Professor Auxiliar com Agregação em Farmácia (especialidade de Toxicologia) na FFUL; Investigador do Research Institute for Medicines – iMed.ULisboa (FFUL).

Renata Silva Licenciatura em Ciências Farmacêuticas pela Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Mestrado em Toxicologia pela Universidade de Aveiro e Doutoramento em Toxicologia pela FFUP; Investigadora da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas; Assistente Convidada no Laboratório de Toxicologia da FFUP; Professora Auxiliar Convidada no Instituto Universitário de Ciências da Saúde.

Ricardo Silvestre Licenciatura em Ciências Farmacêuticas e Doutoramento em Bioquímica pela Universidade do Porto; Pós­‑doutoramento em Imunologia pelo Institut Mondor de Recherche Biomédicale, Universidade Paris­‑Est Créteil, França; Investigador Auxiliar no ICVS/3B’s PT Government Associate Laboratory, domínio de investigação de Microbiologia e Infeção, Braga.

Rui Alves Licenciatura em Medicina pela Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra (FMUC); Especialista em Nefrologia com o grau de Consultor nos Hospitais da Universidade de Coimbra; Doutoramento em Medicina Interna/Nefrologia pela FMUC; Professor Associado de Nefrologia na FMUC; Regente da Disciplina de Nefrologia na FMUC.

Susana Coimbra

Autores

Licenciatura em Ciências Farmacêuticas, Mestrado em Controlo de Qualidade e Doutoramento em Ciências Farmacêuticas na especialidade de Análises Clínicas pela Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Especialista em Análises Clínicas no Conselho do Colégio da especialidade Análises Clínicas pela Ordem dos Farmacêuticos; Curso de Especialidade de Pós­‑licenciatura em Análises Clínicas pela FFUP; Professora Auxiliar Convidada no Instituto Universitário de Ciências da Saúde (IUCS­‑CESPU), e Professora Adjunta do Instituto Politécnico da Saúde Norte (IPSN­‑CESPU); Investigadora da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas – Alvos Terapêuticos e Biomarcadores – e no IINFACTS – Instituto de Investigação e Formação Avançada em Ciências e Tecnologias da Saúde.

X Vera Marisa Costa Toxicologia Fundamental

Licenciatura em Ciências Farmacêuticas e Doutoramento em Toxicologia pela Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Investigadora de Pós­‑doutoramento da UCIBIO­‑REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas; Professora Auxiliar do Instituto Universitário de Ciências da Saúde da Faculdade de Medicina da Universidade do Porto e da FFUP.

Nota dos coordenadores Os desafios que se colocam à sociedade atual, num plano de desenvolvimento sustentado, implicam uma atenção permanente ao impacto deste desenvolvimento na saúde humana e ambiental. Para esse efeito, é necessária a formação adequada de profissionais com competências na área da Toxicologia. Neste alinhamento, a edição de um livro de Toxicologia Fundamental em língua portuguesa representa um marco importante do desenvolvimento pedagógico e científico da Toxicologia para os países lusófonos. A atualidade e pertinência científica da informação que é discutida nos capítulos deste livro constitui um forte sinal da excelência da rede de competências toxicológicas que existe em Portugal, e fornece um suporte pedagógico que poderá ser utilizado no ensino pré e pós­‑graduado, onde a Toxicologia é componente imprescindível.

Esta obra proporciona conhecimentos fundamentais da Toxicologia sobre os efeitos tóxicos dos xenobióticos nos tecidos, órgãos e sistemas. A conceção deste trabalho assenta no conceito de “órgão­‑alvo” (target organ), seja ele especificamente um tecido, órgão, ou sistema, onde os agentes tóxicos exercem os respetivos efeitos. Inicialmente são apresentados os conceitos gerais da Toxico‑ logia, os fundamentos da Toxicocinética e Toxicodinâmica, sendo posteriormente abordados os prin‑ cipais tecidos, órgãos e sistemas e os efeitos tóxicos nestes causados pela exposição aos xenobió‑ ticos e/ou endobióticos. A ordenação dos capítulos referentes a cada “órgão­‑alvo” segue também um pressuposto lógico de que a Toxicocinética e a Toxicodinâmica estão intimamente relacionadas: i) o fígado como principal órgão metabolizador e o mais amplamente estudado em Toxicologia; ii) o rim como principal órgão excretor e no qual são atingidos níveis particularmente elevados de xeno‑ bióticos, em consequência da sua enorme capacidade de concentração; iii) o pulmão como órgão paradigmático pela dupla fonte de exposição e pelo facto de ser um alvo preferencial da toxicidade de poluentes, muitos deles carcinogénicos; iv) o coração e o grande número de potenciais compos‑ tos cardiotóxicos; v) o encéfalo como alvo de toxicidade, frequentemente irreversível, e a sua relação protetora com a barreira hematoencefálica; vi) a pele enquanto órgão muitas vezes negligenciado mas que se assume como o maior do corpo humano e como tal é uma fonte de exposição a vários xenobióticos e alvo de mecanismos de natureza traumática, física e microbiológica; vi) o olho e os ainda escassos dados toxicológicos; vii) o sistema imunológico e a sua relação com a prevalente “marcha alérgica”; viii) o sistema endócrino e a sua desregulação e; ix) o sangue, que sendo um tecido de distribuição e em constante renovação, é também ele (ou outros tecidos hematológicos) alvo preferencial da toxicidade.

Por último, os coordenadores gostariam de demonstrar gratidão a todos os autores, autorida‑ des eminentes nas respetivas áreas do conhecimento, por todo o empenho e pelo contributo de elevada qualidade, que permitiram que esta obra se tornasse realidade.

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Ricardo Jorge Dinis­‑Oliveira Félix Dias Carvalho Maria de Lourdes Bastos

Prefácio A Toxicologia é a ciência comprometida com o estudo e compreensão dos efeitos deletérios sobre o organismo decorrentes da sua interação com substâncias químicas. Assim, esta ciência tem como objetivo primordial a prevenção de efeitos indesejáveis, estabelecendo formas seguras de exposição aos mais variáveis xenobióticos, sejam eles de origem natural ou sintética.

Embora a Toxicologia seja reconhecida como ciência relativamente nova, muitos autores entendem que o seu surgimento se mescla com o desenvolvimento da humanidade, desde os seus primórdios, quando o homem observava que alimentos eram tóxicos e poderiam ser fatais.

A Toxicologia é ainda, por necessidade, uma ciência multidisciplinar, que investiga os tóxicos sob várias perspetivas, que vão desde a sua origem e características físico­‑químicas, até aos méto‑ dos de deteção e quantificação em diversificadas matrizes (biológicas ou não). Além disso, prevê o entendimento dos mecanismos através dos quais estes agentes interferem com a homeostasia do organismo, auxiliando assim na identificação de antídotos e tratamentos.

Tanto o desenvolvimento da tecnologia como o estilo de vida moderno invariavelmente inse‑ rem no dia a dia das populações uma infinidade de novos compostos sintéticos, aumentando, por consequência, o risco de intoxicações. Dentro deste contexto, a Toxicologia vem registando avanços vertiginosos e, de certa forma, inimagináveis aos olhos da ciência antiga. Assim, a Toxicologia está presente no quotidiano das populações e, desta forma, apresenta­‑se como essencial para garantir um ambiente seguro para a vida do homem e de outros organismos.

Neste cenário, o livro Toxicologia Fundamental, que nos é proporcionado por Ricardo Jorge Dinis­‑Oliveira, Félix Dias Carvalho e Maria de Lourdes Bastos, renomados especialistas na área e com base científica solidificada, contribui para a difusão do conhecimento atualizado na área, des‑ tacando o impacto dos agentes tóxicos sobre os diferentes órgãos­‑alvo. Trata­‑se de uma obra que tem ainda a singularidade de ser redigida em língua portuguesa, podendo servir de referência não só em Portugal, mas também noutros países que compartilham o mesmo idioma.

Indiscutivelmente, é uma obra valiosa para estudantes e profissionais da área, onde o leitor encontrará capítulos que facilitarão tanto o entendimento dos conceitos básicos, como o aprofunda‑ mento do estado da arte em que se encontra a ciência quanto aos efeitos dos agentes tóxicos nos diferentes tecidos, órgãos e sistemas. É, portanto, um livro recomendável a todos os que querem aprofundar os seus conhecimentos na Toxicologia, pois encontram nesta obra toda a fundamenta‑ ção teórica que a suporta.

Daniel Junqueira Dorta, PhD

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Farmacêutico-Bioquímico Professor Associado do Departamento de Química da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo – USP, Brasil Ex­‑Presidente da Sociedade Brasileira de Toxicologia (SBTox) e Ex­‑Diretor do Comité Executivo da International Union of Toxicology – IUTOX

Siglas, acrónimos e abreviaturas

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A AaDO2 ABC

ABCG

acetil­‑CoA AChE ADH ADME

ADMET

ADME­‑Tox

ADP AhR

AIF AINE ALA ALAD ALAS ALDH ALT ANGII AP­‑1 APAF 1 AR ARA

ARDS

ARE ASK1

AST ATP ATPase AUC

diferença entre a PaO2 e PAO2 transportador de cassete de ligação ao ATP (ATP­‑binding cassette) transportador de cassete de ligação ao ATP, subfamília G acetilcoenzima A acetilcolinesterase álcool desidrogenase absorção, distribuição, metabolismo e excreção absorção, distribuição, metabolismo, excreção e transporte absorção, distribuição, metabolismo, excreção e toxicidade difosfato de adenosina recetor dos hidrocarbonetos aromáticos (aryl hydrocarbon receptor) fator indutor de apoptose anti­‑inflamatórios não esteroides ácido δ­‑aminolevulínico ácido δ­‑aminolevulínico desidratase ácido δ­‑aminolevulínico sintetase aldeído desidrogenase alanina aminotransferase angiotensina II proteína ativadora 1 fator apoptótico 1 ativador da peptidase recetores de androgénios antagonista dos recetores da angiotensina síndrome da angústia/insuficiência respiratória do adulto (adult respiratory distress syndrome) elemento de resposta antioxidante cinase-1 reguladora do sinal de apoptose aspartato aminotransferase trifosfato de adenosina adenosina trifosfatase área sob a curva de concentração

B B[a]P BCL­‑6

benzo[a]pireno proteína 6 do linfoma de células B

BCRP

BFU­‑E

BHE Blimp­‑1

BSEP BuChE

proteína de resistência do cancro da mama unidade formadora de explosão (burst) da linha eritroide barreira hematoencefálica proteína­‑1 indutora da maturação dos linfócitos B bomba de efluxo de sais biliares butirilcolinesterase ou pseudocolinesterase

C cAMP monofosfato cíclico de adenosina CaO2 concentração arterial de O2 CAR recetor constitutivo do androstano CAST teste celular de estimulação antigénica

(cellular antigen stimulation test) CB1 recetor de canabinoides 1 CB2 recetor de canabinoides 2 Cd cádmio CFU unidade formadora de colónias (colony -forming unit) Cl clearance CLA antigénio associado a linfócitos cutâ neos CNT transportadores concentradores de

nucleósidos CO monóxido de carbono CoA coenzima A COMT catecol­‑O­‑metiltransferase COX ciclooxigenase CSF fator estimulante de colónias CTE cadeia de transporte de eletrões CTGF fator de crescimento do tecido con juntivo CYP450 sistema citocromo P450

D DAMP DSB DDT DE DES DIO DIO1 DIO2 DIO3

damage associated molecular patterns double­‑strand break diclorodifeniltricloroetano desreguladores endócrinos dietilestilbestrol deiodinases 5’­‑deiodinase tipo 1 5’­‑deiodinase tipo 2 5’­‑deiodinase tipo 3

Siglas, acrónimos e abreviaturas

α1­‑antitripsina 2,3­‑difosfoglicerato

XV Toxicologia Fundamental

α1­‑AT 2,3­‑DPG

DISC

DIT DMN DNA DPOC DPPC DRESS

DT­‑diaforase

complexo de sinalização indutor de morte (death­‑inducing signaling complex) 3,5 diiodotirosina N­‑dimetilnitrosamina ácido desoxirribonucleico doença pulmonar obstrutiva crónica dipalmitoilfosfatidilcolina reação a fármacos com eosinofilia e sintomas sistémicos NAD(P)H quinona oxidorredutase

E ED50 EGF EGFR

EGFRi EOG EPO EPOR EPR ER ERG

Siglas, acrónimos e abreviaturas XVI

dose efetiva 50 (effective dose) fator de crescimento epidérmico recetor do fator de crescimento epidérmico inibidores do EGFR eletro­‑oculograma eritropoietina recetores de eritropoietina epitélio pigmentado da retina recetores de estrogénios eletrorretinograma

F FAD FADD

FADH2 FasL FGF FMO FSH FT FvW

dinucleótido de flavina e adenina proteínas do domínio de morte associado ao Fas dinucleótido de flavina reduzido ligando Fas fator de crescimento dos fibroblastos flavina monoxigenase hormona folículo­‑estimulante fator tecidual fator de von Willebrand

Toxicologia Fundamental

G G6PD GFR GFRe GH GHRH

GnRH GPx GSH GSK3 GSSG GST

glicose­‑6­‑fosfato desidrogenase taxa de filtração glomerular taxa de filtração glomerular estimada hormona do crescimento hormona libertadora da hormona de crescimento hormona libertadora das gonadotrofinas glutationa peroxidase glutationa ou glutationa reduzida glicogénio sintase cinase 3 glutationa oxidada glutationa S­‑transferase

H HAD HAV HBV HCV HGF HSV HIV HMGB1 HO• HO­‑1 HPG HPT HRE HSP HT HTRA2

hormona antidiurética/vasopressina vírus hepatite A vírus hepatite B vírus hepatite C fator de crescimento do hepatócito vírus herpes humano vírus da imunodeficiência humana high mobility group box 1 protein radical hidroxilo heme oxigenase­‑1 eixo hipotálamo­‑hipófise­‑gónadas eixo hipotálamo­‑hipófise­‑tiroide elemento de resposta hormonal proteínas de choque térmico hormonas tiroideias proteína de exigência de elevadas temperaturas A2

I IAP ICAM­‑1 IECA

IGF

IL iNOS INR

proteínas inibidoras da apoptose molécula de adesão intercelular­‑1 inibidores da enzima de conversão da angiotensina fator de crescimento semelhante à insulina interleucina óxido nítrico­‑sintase induzível Índice Internacional Normalizado

J JCV

vírus John Cunningham

L LD50 LDH LH LMA LO• Log P LOO• LOOH LPS LTP

dose letal 50 (lethal dose) lactato desidrogenase hormona luteinizante leucemia mieloide aguda radical alcoxilo lipídico coeficiente de partilha óleo/água radicais peroxilo lipídicos hidroperóxidos lipídicos lipopolissacarídeo proteína de transferência de lípidos

M MAO MAO­‑A MAO­‑B MAPK

monoamina oxidase monoamina oxidase isoforma A monoamina oxidase isoforma B proteínas cinases ativadas por mitógenos

N NADH dinucleótido de nicotinamida e adenina

reduzido NAPQI N­‑acetil­‑p­‑benzoquinonaimina NAT N­‑acetiltransferase NET necrólise epidérmica tóxica NF­‑kB fator nuclear-kB NIS cotransportador simporte sódio-­ -iodeto/Na+/I­‑ symporter NK células exterminadoras naturais

(natural killer) NKR recetores de neurocininas NMDA N­‑metil­‑D­‑aspartato NNK 4­‑(metilnitrosamino)­‑1­‑(3­‑piridil)­‑ -1­‑butanona NNN N­‑nitrosonornicotina NO monóxido de azoto NOC composto N­‑nitroso NQO1 NADPH quinona oxirredutase Nrf2 fator nuclear eritroide 2

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O O2•– OAT OATP

OCT ONOO– OST

radical anião superóxido transportadores de aniões orgânicos polipéptidos transportadores de aniões orgânicos transportadores de catiões orgânicos anião peroxinitrito transportadores de solutos orgânicos

OST­‑α/OST­‑β transportador de solutos orgânicos α

eβ OTA ocratoxina A

P PaO2 PAO2

PAPS PARP PBB PBDE PBG PCB PCP PDGF

PepT PFC PG PGE2 PGI2 P­‑gp PHA PHS PKA PM0,1 PM2,5 POLγ PPAR

PPD PXR

pressão parcial de oxigénio no sangue pressão parcial de oxigénio no espaço alveolar 3­‑fosfoadenosina­‑5­‑fosfosulfato poli(ADP)ribose polimerase bifenilos polibromados éteres bifenilos polibromados porfobilinogénio bifenilos policlorados fenciclidina fator de crescimento derivado de plaquetas transportadores de péptidos compostos perfluorados prostaglandina prostaglandina E2 prostaglandina I2 glicoproteína­‑P hidrocarboneto aromático policíclico prostaglandina H sintetase proteína cinase A partículas ultrafinas partículas finas DNA polimerase mitocondrial recetores ativados por proliferadores de peroxissomas (peroxisome proliferator-activated receptores) parafenilenodiamina pregnane X receptor

R RCAF RE RfD RNA RNS RO• ROO• ROS

reações cutâneas adversas a fármacos retículo endoplasmático dose de referência (reference dose) ácido ribonucleico espécies reativas de nitrogénio radicais alcoxilo radicais peroxilo espécies reativas de oxigénio

S SCORTEN SLC

SMAC

SNC

Escala de Necrose Epidérmica Tóxica transportadores de solutos (solute carrier) segundo ativador mitocondrial das caspases sistema nervoso central

Siglas, acrónimos e abreviaturas

transportador de extrusão de tóxicos e multifármacos proteína quimiotática de monócitos 1 malondialdeído proteína de resistência a multifármacos (multidrug resistance) complexo major de histocompatibilidade microRNA 3­‑monoiodotirosina manganês permeabilização da membrana mitocondrial externa mieloperoxidase 1­‑metil­‑4­‑fenilpiridina propionato de 1­‑metil­‑4­‑fenil­‑4­‑piperidinol transição da permeabilidade mitocondrial 1­‑metil­‑4­‑fenil­‑1,2,3,6­‑tetraidropiridina poro de transição da permeabilidade mitocondrial proteína de resistência a múltiplos fármacos metalotioneínas

XVII Toxicologia Fundamental

MATE

MCP­‑1 MDA MDR

MHC miR MIT Mn2+ MOMP

MPO MPP+ MPPP

MPT

MPTP mPTP

MRP

MT

SNP SOD SSJ SULT

sistema nervoso periférico superóxido dismutase síndrome de Stevens­‑Johnson sulfotransferases

T

Siglas, acrónimos e abreviaturas XVIII

T3 T4 TACR TAD TBG

TCDD TD50 TFPI Tg TGF­‑α

TGF­‑β

TGR5 Th TI TIMP

TLR TLV

TLV­‑TWA

TNF TNFR TNFR-1

triiodotironina tiroxina recetores da taquiquinina teste de antiglobulina direto proteína de transporte das hormonas tiroideias 2,3,7,8­‑tetraclorodibenzo­‑p­‑dioxina dose tóxica 50 (toxic dose) inibidor da via do fator tecidual tiroglobulina fator de transformação do crescimento‑α fator de transformação do crescimento‑β recetor membranar de ácidos biliares células T helper índice terapêutico inibidor tecidular das metaloproteinases da matriz recetores toll­‑like limiar máximo permitido (threshold limit value) limiar máximo permitido – média ponderada por tempo (threshold limit value – time weighted average) fator de necrose tumoral recetor do fator de necrose tumoral recetor do fator de necrose tumoral do tipo 1

TNF­‑α TP TPO TRADD

TRAIL

Treg TRH TSH

TSHR

TTPA

TTR

fator de necrose tumoral α tempo de protrombina trombopoietina proteínas do domínio de morte associado ao TNF­‑α ligando pró­‑apoptótico relacionado com o TNF fenótipo regulador dos linfócitos T hormona libertadora da tirotrofina hormona estimulante da tiroide ou tirotropina recetor para a hormona estimulante da tiroide tempo de tromboplastina parcial ativada transtirretina

U UGT URATE

UDP­‑glucuronosiltransferase transportadores de uratos

V VDAC VDR VEGF

VLDL

voltage dependent anion channel recetores da vitamina D fator de crescimento do endotélio vascular lipoproteínas de muito baixa densidade

X Xa

fator X ativado

Toxicologia Fundamental

Introdução à Toxicologia: conceitos fundamentais Ricardo Jorge Dinis-Oliveira, Félix Dias Carvalho, Maria de Lourdes Bastos

RESUMO Neste capítulo abordam-se os conceitos fundamentais da Toxicologia, os quais serão alvo de detalhe nos capítulos subsequentes.

CONCEITOS EM TOXICOLOGIA São de seguida apresentados alguns dos conceitos mais importantes da Toxicologia Fundamental: XX Barreira hematoencefálica – Barreira de per-

meabilidade altamente seletiva de capilares contínuos cujas células endoteliais estão conectadas por junções apertadas (também designadas de junções de oclusão ou zonulae occludentes ou tight junctions) que controlam a passagem de compostos entre o sangue e os fluidos (i.e., cerebrospinal e intersticial) do sistema nervoso central (SNC). Alguns locais anatómicos do cérebro estão desprovidos desta barreira (e.g., órgãos circunventriculares apresentam capilares fenestrados). Restringe a penetração de moléculas ionizadas, polares e macromoléculas, sendo mais permeável a pequenas moléculas como O2, CO2, H2O e numerosos xenobióticos lipófilos por difusão e endobióticos (e.g., vitaminas, aminoácidos, glucose) por transportadores específicos; XXBarreira hemato­‑ocular – Barreira de permeabilidade altamente seletiva (a xenobióticos e outras substâncias) que separa o olho da circulação sistémica mantendo a homeostasia ocular. É formada por duas barreiras: i) barreira hematoaquosa localizada no segmento anterior do olho e composta pelo epitélio ciliar e capilares da íris; e ii) barreira hematorretiniana localizada no segmento posterior do olho e formada por componentes internos (i.e., células endoteliais dos capi-

1

lares retinianos unidas por tight junctions) e externos (i.e., epitélio pigmentar da retina unido por tight junctions); XXBarreira ou membrana placentária – Conjunto de camadas de células interpostas entre a circulação fetal e materna (i.e., membrana do sinciciotrofoblasto; célula do sinciciotrofoblasto; membrana basal do sinciciotrofoblasto; tecido conjuntivo das vilosidades do citotrofoblasto; endotélio e membrana basal dos vasos fetais) que se estabelece por volta da décima semana de gestação e que confere alguma proteção fetal, sobretudo à custa da atividade da bomba de efluxo designada de glicoproteína­‑P (P­‑gp), entre outros transportadores. A passagem está favorecida para moléculas lipófilas e de peso molecular inferior a 600 Da; XXBenchmark dose (BMD) – Dose com um determinado limite de confiança que produz um nível predeterminado de resposta adversa comparativamente aos controlos. É ponto de partida para o cálculo da dose de referência quando dividido por 1000 (descrito abaixo); XXBiodisponibilidade (F) – É o ritmo e extensão pela qual o xenobiótico é absorvido e se torna disponível no local de ação. Como a determinação da concentração do xenobiótico no local de ação é raramente possível, a biodisponibilidade determina­‑se através da análise da concentração na circulação geral; XXCirculação êntero­‑hepática – Processo cinético que envolve a ação coordenada do intestino e fígado. Inicia­‑se com a absorção dos compostos, metabolismo no fígado e eliminação através da bílis para o intestino delgado, seguida de reabsorção (em alguns casos após desconjugação intestinal) e transporte de novo ao fígado pela veia porta, podendo permanecer neste ciclo por longos períodos,

Capítulo 4 – O fígado como órgão-alvo da toxicidade dos xenobióticos 68

A estrutura do fígado é complexa e apresen­ ta uma composição celular heterogénea com grande impacto nos fenómenos de toxicidade hepática. Este órgão pode ser descrito com base em critérios histológicos ou funcionais. Histologi­ camente, a unidade estrutural do fígado designa­ ‑se por lóbulo hepático. Cada uma destas unida­ des possui uma forma hexagonal, um diâmetro de aproximadamente 1 mm, e uma espessura de cerca de 2 mm. Cada lóbulo é constituído por hepatócitos organizados em cordões, drenados por uma única veia central (tributária da veia he­ pática) e ligados a duas ou mais tríades localiza­ das nos vértices do hexágono. Cada tríade portal é constituída por um ramo da artéria hepática, um ramo da veia hepática e um ducto biliar inter­ ligados por tecido conjuntivo (Figura 4.1).

Ácino Lóbulo

3 2 1 1 2 3

Zonas

Tríade portal Ramo da veia porta Ducto biliar Ramo da artéria hepática Veia central

Figura 4.1 · Organização hepática de acordo com critérios histológicos ou funcionais.

Toxicologia Fundamental

Do ponto de vista funcional, a unidade designa­‑se por ácino hepático. Estas unidades definem­‑se, não de acordo com critérios his­ tológicos, mas de acordo com o gradiente bio­ químico resultante da diferente composição do sangue em oxigénio e nutrientes entre o espa­ ço periportal e centrolobular. No ácino hepático distinguem­‑se três zonas: a zona periportal (ou zona 1), com localização próxima da tríade por­

tal onde o sangue é altamente oxigenado (pres­ sões parciais de oxigénio entre 60­‑70 mmHg); a zona centrolobular (ou zona 3), com localização próxima da veia central onde o teor de oxigénio no sangue é significativamente menor (pressões parciais de oxigénio entre 25­‑35 mmHg); e ainda uma zona de transição, também designada por zona 2. O sangue que atinge o trato portal, atra­ vés da veia porta e da artéria hepática, mistura­ ‑se nos vasos aferentes e, através dos sinusoides hepáticos, percorre os cordões de hepatócitos, drenando para as veias centrais e abandonando o fígado através da veia hepática. Da zona peri­ portal para a zona centrolobular a concentração de oxigénio reduz­‑se de cerca de 13% v/v (84­‑91 µM) para 4% v/v (42­‑49 µM), sendo cerca de 9% v/v na zona intermédia. O gradiente bioquímico ao longo do ácino hepático influencia o metabo­ lismo e a expressão genética, através de fatores de transcrição sensíveis ao oxigénio [e.g., fator elemento regulador negativo (NRE) e fator induzí­ vel por hipoxia (HIF)], nomeadamente dos genes que codificam para as enzimas intervenientes no metabolismo de hidratos de carbono. Também a composição da matriz extracelular varia ao longo do ácino hepático, o que se reveste de particular importância dado que esta matriz é fundamental para a diferenciação dos fenótipos dos hepató­ citos e das células não parenquimatosas hepá­ ticas. A matriz extracelular localiza­‑se no espaço intersticial (espaço de Disse), entre os cordões de hepatócitos e o endotélio dos sinusoides hepáticos. Nas zonas periportal e centrolobular predominam a laminina, colagénio de tipo IV e o proteoglicano perlecano, enquanto no parên­ quima (entre estas duas zonas) predominam a fibronectina e o colagénio do tipo III. A Tabela 4.1 apresenta os principais componentes da matriz extracelular hepática e a respetiva localização.

Tabela 4.1 · Composição da matriz extracelular hepática.

Proteínas da matriz extracelular

Localização hepática

Colagénio do tipo I

Espaço perissinusoidal em qualquer local entre a área periportal e a centrolobular

Colagénio do tipo I, III, V, VI

Interstício da área periportal

Tenascina

Interstício da área periportal

Fibronectina

Abundante no espaço de Disse; interstício da área periportal

Membrana basal (laminina, entactina, perlecano, colagénio do tipo IV, proteoglicano sulfato de heparano)

Área periportal (revestindo os canalículos biliares e as ramificações terminais da veia porta e da artéria hepática)

Elastina

Abundante nos tratos portais; não está presente nos sinusoides

Adaptado de Godoy et al. (2013).

Hepatócito

Célula tubular renal Fluido tubular

Bílis GSH

Cd-GSH

Cd MT

?

Cd-Alb Cd-MT

Cd-MT

?

Membrana glomerular

Capítulo 5 – O rim como órgão-alvo da toxicidade dos xenobióticos 106

Cd-MT

Cd-Alb Cd-MT

Urina Corrente sanguínea

Lisossoma

Cd MT

Cd-MT

A NEFROTOXICIDADE surge quando há esgotamento de MT e o Cd fica livre, interferindo assim com os mecanismos de reabsorção tubular

Figura 5.7 · Mecanismo de toxicidade renal do cádmio.

Alb – albumina; Cd – cádmio; GSH – glutationa; MT – metalotioneína.

Toxicologia Fundamental

e de enzimas. Esta lesão pode evoluir para uma nefrite intersticial crónica. Para além das MT, vários outros transportadores têm sido associados à acumulação tecidular de Cd. Outros mecanismos têm sido propostos para explicar a nefrotoxicidade induzida por cádmio, incluindo stresse oxidativo, necrose e apoptose celulares.

Um caso particular de toxicidade do Cd foi des­ crito no início do século XX em Toyama (Japão), em resultado do consumo de arroz provenien­ te de plantações irrigadas com um efluente in­ dustrial contaminado com Cd. Esta intoxicação aguda ficou conhecida como doença “Itai­‑Itai” (expressão de dor), e caracterizava­‑se por insu­ ficiência renal e anemia, bem como fortes dores ósseas e musculares resultantes da perda ex­ cessiva de cálcio, numa população já à partida com níveis baixos de cálcio endógeno.

O mercúrio é um metal que existe no am­ biente em três formas: mercúrio elementar (Hg(0)), sais inorgânicos de mercúrio (Hg+ e Hg2+) e mercúrio orgânico (e.g., mono e dimetil mercúrio). A forma elementar é rapidamente oxidada e convertida em Hg+ após exposição em animais ou seres humanos, razão pela qual as duas outras formas são as mais relevantes em relação à sua toxicidade celular e tecidular.

Enquanto os sais inorgânicos de mercúrio têm os rins como o seu principal órgão­‑alvo, as for­ mas de mercúrio orgânico atingem tanto os rins como o SNC. Tal como descrito para o cádmio, o mercúrio tem elevada afinidade para grupos sulfidrilo ou tiol de proteínas e de compostos de baixo peso molecular, respetivamente. Isto

significa que praticamente todo o Hg2+ que cir­ cula no sangue o faz ligado a células e ligandos endógenos, como a albumina ou proteínas con­ tendo sulfidrilo, GSH e cisteína, que parecem ter um papel importante no transporte luminal e/ou basolateral de Hg2+ para dentro das célu­ la epiteliais dos túbulos proximais, onde a toxi­ cidade do mercúrio se inicia (Figura 5.8). Após apenas algumas horas de exposição, é possível encontrar cerca de 50% de Hg2+ no rim. A ne­ frotoxicidade aguda induzida pelo mercúrio é caracterizada por necrose tubular proximal e por insuficiência renal aguda. Os marcadores mais precoces desta nefrotoxicidade são o aumento da excreção urinária de enzimas, incluindo a fosfatase alcalina e γ­‑glutamiltransferase, suge­ rindo que as células com borda em escova são o alvo primário da toxicidade. Com a evolução da lesão verifica­‑se uma redução da reabsor­ ção tubular de solutos e água e um aumento da excreção urinária de glicose, aminoácidos, albumina e outras proteínas, bem como uma re­ dução progressiva da GFR. Considerando a ele­ vada afinidade do mercúrio inorgânico para os grupos sulfidrilo de proteínas, pensa­‑se que esta interação tem um papel­‑chave na toxicidade celular. Sugere­‑se que disfunção mitocondrial, stresse oxidativo e desregulação da homeosta­ sia do Ca2+ possam estar envolvidos nos meca­ nismos conducentes à morte celular induzida pelo mercúrio inorgânico nos túbulos proximais.

Os diferentes metais pesados parecem poder ter diferentes alvos primários no rim, sugerindo uma seletividade e variabilidade

O coração como órgão-alvo da toxicidade dos xenobióticos Vera Marisa Costa, Fernando Remião, Ricardo Jorge Dinis-Oliveira, Félix Dias Carvalho, Maria de Lourdes Bastos

7

RESUMO O coração e o sistema cardiovascular apresentam características muito peculiares que os tornam alvos de toxicidade dos xeno‑ bióticos. Vários são os endobióticos ou xeno‑ bióticos que podem afetar os alvos cardíacos, como os canais iónicos, os miofilamentos ou as mitocôndrias. As alterações do sistema de geração ou condução do potencial de ação, os danos estruturais ou o comprometimento me‑ tabólico/energético podem conduzir a cardio‑ toxicidade, que pode apresentar vários tipos de manifestações clínicas. As catecolaminas, os fármacos anticancerígenos, as substâncias psicoativas, os anti­‑histamínicos de primeira geração, os AINE, assim como os vários medi‑ camentos que atuam no SNC (antidepressivos, antipsicóticos e anestésicos gerais) e os medi‑ camentos de uso cardiovascular afetam nega‑ tivamente, em determinadas circunstâncias, a função cardíaca, com consequências even‑ tualmente fatais. Este capítulo abordará estes efeitos e os seus mecanismos, sendo esse co‑ nhecimento determinante para a aplicação ou descoberta de novas medidas cardioprotetoras de interesse científico e clínico.

INTRODUÇÃO

Anatomia e fisiologia cardíaca geral O coração humano está localizado no me‑ diastino. A principal finalidade atribuída ao cora‑ ção é a de bombear o sangue para os pulmões e para as artérias sistémicas e, por conseguinte, permitir o fornecimento de oxigénio e nutrientes para todos os tecidos do corpo. O coração con‑ tém quatro câmaras: duas aurículas (i.e., direita e esquerda) e dois ventrículos (i.e., o direito e

Nó sinusal Nó auriculoventricular

Artéria aorta Artéria pulmonar Aurículas Feixe de His Ventrículos Fibras de Purkinje

Figura 7.1 · Anatomia do coração.

esquerdo), que comunicam com o sistema vas‑ cular por artérias e veias (Figura 7.1).

O coração, como qualquer outro órgão ou tecido do corpo, tem o seu próprio sistema vas‑ cular, designado por circulação coronária. As principais artérias coronárias, esquerda e di‑ reita, surgem a partir da aorta e estão alojadas dentro do sulco coronário e interventricular na superfície do coração. Existem poucas anasto‑ moses entre os vasos coronários, pelo que os fenómenos isquémicos são graves no coração e tornam­‑no particularmente suscetível a moléculas vasoconstritoras. A parede cardíaca é for‑ mada por três camadas de tecido: epicárdio, miocárdio e endocárdio. O epicárdio é uma mem‑ brana fina que constitui o revestimento da super‑ fície exterior do coração. A parede secundária, mais espessa, é o miocárdio que é constituído principalmente por células musculares cardía‑ cas. A fina membrana interna de tecido epitelial chama­‑se endocárdio e cobre uma camada de tecido conjuntivo, permitindo assim que o san‑ gue se movimente suavemente dentro das suas câmaras. Os fibroblastos cardíacos, as células vasculares, as células de Purkinje e outras cé‑ lulas do tecido conjuntivo constituem a maioria das células no coração. De facto, os fibroblastos cardíacos representam, em número, cerca de

O

O

2,5-hexanodiona

Proteína-NH2

N - Proteína

Aducto proteico 2,5-dimetilpirrol Proteína-NH2

N - Proteína

N - Proteína Aducto bis (proteico) 2,5-dimetilpirrol

Figura 8.4 · Mecanismo de neurotoxicidade do solvente n­‑hexano.

Este composto, através da oxidação mediada pela CYP450, produz um metabolito que é a 2,5­‑hexanodiona. Este metabolito, uma g-dicetona, reage com grupos amina dos aminoácidos lisina formando uma estrutura pirrólica e aductos de proteínas. A posterior oxidação deste derivado pirrólico possibilita a formação de mais aductos com outras proteínas. As proteínas, uma vez interligadas através da estrutura pirrólica, perdem capacidade funcional, tal como acontece com os neurofilamentos axonais, interferindo com os mecanismos de transporte neuronal.

© Lidel – Edições Técnicas, Lda.

A lesão na célula causada por estes compostos inicia­‑se a nível distal no axónio, afetando pri‑ mordialmente os neurónios maiores e longos mielinizados, com consequente perda da bai‑ nha de mielina.

Mielopatias Os compostos que lesam de algum modo a bainha de mielina neuronal conduzem a mie‑ lopatias. Embora, habitualmente, seja possível uma eficiente remielinização, nem sempre es‑ tão reunidas as condições para a recuperação da lesão. Na verdade, a exposição continuada

Toxicidade associada à neurotransmissão É possível que a lesão no sistema nervoso resulte da interferência com os mecanis‑ mos de neurotransmissão. Este mecanismo de

Capítulo 8 – O sistema nervoso como alvo da toxicidade dos xenobióticos

Metabolismo via CYP450

ao agente neurotóxico, a presença de uma do‑ ença neurodegenerativa desmielinizante ou o envelhecimento podem dificultar ou inviabilizar a recuperação da mielopatia.

O quelante do cobre, cuprizona, é consi‑ derado o agente modelo promotor da desmie‑ linização, pelo que é usado em experiências animais para estudos das doenças neurodege‑ nerativas desmielinizantes. A cuprizona causa apoptose seletiva nos oligodendrócitos através do distúrbio da homeostasia intracelular do cobre e pela inibição de enzimas, permane‑ cendo os axónios neuronais intactos. Durante o processo agudo de desmielinização e perda de oligodendrócitos, promovido por este agen‑ te, existe um enorme aumento local do número de astrócitos e microglia.

Outro xenobiótico conhecido por promover a neurotoxicidade na bainha de mielina é o chum‑ bo. Este metal promove a desmielinização, lesan‑ do diretamente os oligodendrócitos ou células de Schwann. O chumbo apresenta­‑se na natureza em três espécies diferentes, a mais prevalente o chumbo inorgânico, chumbo metálico no estado elementar e, ainda, o chumbo orgânico. Devido principalmente à sua capacidade de substituir os iões de cálcio, divalentes tal como o chum‑ bo inorgânico, atravessa rapidamente a BHE, concentrando­‑se no SNC. De referir, ainda, a sua capacidade de causar lesão na BHE – que será discutida abaixo –, o que favorece a sua capaci‑ dade para atingir o SNC. Uma vez no cérebro, os mecanismos de toxicidade são complexos, mas envolvem um conjunto de ações mediadas pelo stresse oxidativo, alterações membranares, alte‑ ração na homeostasia do cálcio, que conduzem a anomalias na sinalização intracelular e disfun‑ ções na neurotransmissão. O oligodendrócito é a célula do sistema nervoso mais sensível à to‑ xicidade do chumbo e a exposição a este causa hipomielinização e desmielinização. O chumbo é mais tóxico no cérebro em desenvolvimento, como em recém­‑nascidos e crianças, do que no adulto, sendo que a sintomatologia clínica de uma intoxicação passa por perda de memória, défice cognitivo e retardação mental.

169 Toxicologia Fundamental

n-hexano

Tabela 9.8 · Taxa de mortalidade estimada da SSJ/NET com base na Escala SCORTEN.

Escala SCORTEN

Taxa de mortalidade prevista (%)

0­‑1

3,2

2

12,1

3

35,3

4

58,3

≥5

>90

Erupções acneiformes Capítulo 9 – A pele como órgão-alvo da toxicidade dos xenobióticos 184

Constituem reações que se assemelham à acne inflamatória, mas que não são uma ver‑ dadeira acne por não resultarem da formação primária de comedões e associam­‑se a diversos fármacos (Quadro 9.9). Presume­‑se que esta erupção resulte de toxicidade direta do xenobi‑ ótico e/ou dos seus metabolitos na unidade pi‑ lossebácea, talvez por serem significativamente excretados por esta via. Exemplos ilustrativos de xenobióticos associados a erupções acnei‑ formes exuberantes são as dioxinas e os fár‑ macos inibidores do EGFR (EGFRi). As dioxinas são tóxicos que resultam de combustão incom‑ pleta e podem contaminar a natureza ou serem usados de forma dolosa, como se presume ter acontecido no caso mediático do ex­‑presidente da Ucrânia, Viktor Yushchenko, alegadamente intoxicado por dioxinas. A maior parte dos casos de erupções acneiformes associados aos EGFRi é causada pelo gefitinib, usado sobretudo no Quadro 9.9 · Exemplos de xenobióticos associados a erupções acneiformes. �

Toxicologia Fundamental

� � � � � � � � � � � � � �

Anticonvulsivantes Antituberculosos Ciclosporina A Corticosteroides Dactinomicina Diazepam Doxorrubicina lipossómica Ecstasy Inibidores do EGF Iodetos e brometos Lítio Propiltiouracilo Sirolimus Tetraciclina Vitaminas do complexo B

EGF – fator de crescimento epidérmico.

tratamento do cancro do pulmão e colorretal, e a presença de certos polimorfismos genéticos do EGFR, como o 216G>T, incrementa o risco.

ALTERAÇÕES DOS FÂNEROS Os xenobióticos podem induzir alterações estruturais e discrómicas dos fâneros sobretu‑ do por interferência com o ciclo de crescimento do pelo/cabelo (anteriormente referido), rotura estrutural da haste capilar, cinética da matriz ungueal ou através de alterações neurovascu‑ lares do leito das unhas e dos tecidos periun‑ gueais.

Envolvimento ungueal A leuconíquia, unha parcial ou completa‑ mente esbranquiçada, é a discromia ungueal mais frequentemente associada a fármacos e pode ser aparente (pseudoleuconíquia), resul‑ tante de alterações vasculares do leito ungueal que levam ao destacamento do prato ungueal, ou verdadeira, originada por agressões súbitas da área proximal da matriz, seguidas de reten‑ ção de corneócitos paraqueratóticos, os quais alteram as propriedades óticas da unha. Se esta agressão matricial for mais profunda, há desaceleração súbita do crescimento do prato ungueal, com formação de sulcos transversais, denominados de linhas de Beau ou mesmo a separação do prato da matriz, a denominada onicomadese. A traquioníquia ou distrofia das vinte unhas caracteriza­‑se pelo aspeto rugoso e opalescente de várias unhas das mãos e/ou dos pés. A fragilidade ungueal por onicosquizia causa separação distal das camadas do pra‑ to ungueal (retinoides). A elconixis é uma rara distrofia da área mediana da unha, em forma de “V” junto à cutícula e resulta de agressões à matriz proximal. A melanoníquia, unha parcial ou totalmente hipercrómica, associada a fárma‑ cos, é na sua maioria funcional, sendo causada por aumento da produção ou transferência de melanina. Por vezes, certos fármacos induzem o aparecimento de tumores vasculares do tipo granuloma piogénico, que emergem nos tecidos periungueais ou inflamam estes tecidos (paroní‑ quia). A Tabela 9.9 resume as principais altera‑ ções ungueais induzidas por xenobióticos.

Pulmões

de carbono. A hemoglobina tem a capacidade de aceitar iões hidrogénio, apresentando assim uma importante capacidade tampão. Esta aci‑ dificação da célula facilita a cedência do oxigé‑ nio (efeito de Bohr) aos tecidos. Uma pequena quantidade de dióxido de carbono combina­‑se com os grupos aminados livres da hemoglobina, formando­‑se a carbamino­‑hemoglobina, e uma pequena fração é transportada em solução no plasma.

A função da hemoglobina pode ser afeta‑ da pelo monóxido de carbono, que tem maior afinidade para a hemoglobina que o oxigénio, cerca de 200 vezes mais, e se liga a esta pre‑ ferencialmente, formando carboxiemoglobina, que é mais estável que a oxiemoglobina. Ape‑ sar de se ligar a uma taxa relativamente baixa à desoxi­‑hemoglobina, estabelece com esta uma ligação de elevada afinidade. A sua ligação no mesmo local de ligação do oxigénio, estabiliza a molécula de hemoglobina, favorecendo a con‑ formação relaxada e um desvio para a esquerda da curva de dissociação do oxigénio, ou seja, o fornecimento de oxigénio aos tecidos fica com‑ prometido, gerando­‑se hipoxia (Figura 13.4). As principais fontes de exposição ao monóxido de carbono são o fumo do tabaco e a combustão Tecidos

O2

+ O2

CO

R

+

© Lidel – Edições Técnicas, Lda.

↓ O2

Hipoxia

R

Figura 13.4 · Hipoxia induzida por intoxicação pelo monóxido de carbono, resultante de maior afinidade da hemoglobina para este gás, do que para o oxigénio.

CO – monóxido de carbono; O2 – oxigénio; R – conformação relaxada da hemoglobina; T – conformação tensa da hemoglobina.

Toxicologia Fundamental

241

-

T

Capítulo 13 – O sangue como tecido-alvo da toxicidade dos xenobióticos

Por oxidação da hemoglobina, o ião ferroso do grupo heme (Fe2+) é oxidado ao estado férri‑ co (Fe3+), formando­‑se meta­-hemoglobina, que não é funcional, uma vez que não é capaz de se ligar e transportar oxigénio. O eritrócito tem mecanismos responsáveis pela regeneração da meta-hemoglobina ao seu estado funcional.

O mais importante é assegurado pelo citocro‑ mo b5 redutase, numa reação dependente de NADH. O citocromo b5 redutase encontra­‑se li‑ gado de forma não covalente a um dinucleótido de flavina e adenina (FAD) que atua como acei‑ tador de eletrões. O NADH, gerado pela via de Embden­‑Meyerhof, reduz o FAD, que por sua vez reduz o citocromo b5 redutase. Este transfere os eletrões para a meta-hemoglobina, reduzin‑ do o ferro e regenerando hemoglobina funcio‑ nal. O mecanismo alternativo é mediado por outra redutase da meta-hemoglobina, utilizando o NADPH, gerado pela via das hexoses monofos‑ fato, como fonte de eletrões (ver Figura 13.3).

A maioria do dióxido de carbono prove‑ niente do catabolismo celular entra no glóbulo vermelho por difusão. Sob a ação da anidrase carbónica eritrocitária é convertido em bicarbo‑ nato e transportado pelo plasma até aos pul‑ mões, onde é eliminado sob a forma de dióxido

17cm x 24cm

15,1 mm

A Toxicologia é a ciência que estuda os efeitos adversos de agentes químicos, físicos ou biológicos sobre os organismos vivos e o ecossistema, incluindo a prevenção e a melhoria de tais efeitos adversos.

Esta obra, escrita com uma linguagem clara e simples, proporciona conhecimentos fundamentais de Toxicologia, constituindo-se assim como base pedagógica para professores e estudantes de cursos superiores de pré e pós-graduação que pretendam aprofundar conhecimentos sobre os efeitos tóxicos dos xenobióticos e endobióticos nos órgãos e nos sistemas.

Neste livro colaboram toxicologistas, farmacêuticos, bioquímicos e médicos, que apresentam a sua visão dos temas abordados, o que o torna adequado e adaptado à realidade dos cursos superiores de Ciências Farmacêuticas, Ciências Forenses, Ciências Biomédicas, Medicina, Análises Clínicas e Biologia, sendo igualmente muito útil como revisão e atualização para os profissionais destas áreas.

Esperamos que esta obra contribua para um melhor entendimento desta temática tão atual e em desenvolvimento e que os leitores desfrutem da sua leitura.

Toxicologia fundamental

Toxicologia fundamental

C

M

CM

MY

CY

Conteúdos: Toxicocinética Toxicodinâmica Toxicologia do fígado Toxicologia do rim

Toxicologia do pulmão Toxicologia do coração Toxicologia do sistema nervoso Toxicologia da pele

Toxicologia do olho Toxicologia do sistema imunológico Toxicologia do sistema endócrino Toxicologia do sangue

CMY

K

Ricardo Jorge Dinis-Oliveira Professor Auxiliar com Agregação em Ciências Forenses do Instituto Universitário de Ciências da Saúde e da Faculdade de Medicina da Universidade do Porto; Investigador da UCIBIO-REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas – e do IINFACTS – Instituto de Investigação e Formação Avançada em Ciências e Tecnologias da Saúde; Presidente da Associação Portuguesa de Ciências Forenses.

Félix Dias Carvalho Professor Catedrático de Toxicologia da Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto; Investigador da UCIBIO-REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas; Secretário-geral da Associação dos Toxicologistas Europeus e das Sociedades Europeias de Toxicologia (EUROTOX); Vice-presidente da Sociedade Portuguesa de Farmacologia.

Maria de Lourdes Bastos

ISBN 978-989-752-286-4

9 789897 522864

www.lidel.pt

Professora Catedrática de Toxicologia da Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto (FFUP); Investigadora da UCIBIO-REQUIMTE – Unidade de Biociências Moleculares Aplicadas; Diretora do Departamento de Ciências Biológicas e Responsável pelo Laboratório de Toxicologia da FFUP.

Ricardo Jorge Dinis-Oliveira / Félix Dias Carvalho / I Maria de Lourdes Bastos

Y

17cm x 24cm

Toxicologia fundamental Coordenação:

Ricardo Jorge Dinis-Oliveira Félix Dias Carvalho Maria de Lourdes Bastos