PRINCIPI GENERALI DI TOSSICOLOGIA AMBIENTE/UOMO

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1 1 CAP.III Idrocarburi policiclici aromatici Ossidazione mediata dal citocromo P450 Derivati elettrofili arilanti Arilazione di acidi nucleici e proteine Radicali liberi Arilammine Composti nitrosi Alchilazione di DNA e/o proteine Mutagenesi, carcinogenesi, teratogenesi, effetti immulogici, morte cellulare Nitriti Nitrati Riduzione mediata da batteri intestinali Metaemoglobina Anossia dei tessuti e morte PRINCIPI GENERALI DI TOSSICOLOGIA AMBIENTE/UOMO Il presente capitolo si avvale del materiale scientifico sviluppato e messo cortesemente a disposizione dal Prof.Renato Baudo dell Istituto del CNR di Pallanza

2 TORs Termini di riferimento Effetto ed esposizione Si definisce: VELENO: qualsiasi sostanza che, tramite interazioni fisico-chimiche con tessuti viventi, può causare danni e/o morte dell organismo Ne consegue che: Tutte le sostanze sono veleni potenziali, perché tutte possono produrre danni agli organismi in conseguenza di una esposizione eccessiva. Già Paracelso, infatti, riconosceva che: Dosis sola facit veleno Ad esempio, è risaputo che 1-2 cucchiaini di arsenico possono essere letali per un uomo. Ma anche 300 g del comune sale da cucina, o meno di 1 kg di zucchero, ingeriti tutti in una volta, sono sufficienti a determinarne la morte. D altra parte: tutte le sostanze sono sicure, se l esposizione è contenuta entro limiti tollerabili. Il concetto chiave è quindi quello di esposizione. ESPOSIZIONE: funzione della quantità (o concentrazione) della sostanza, della sua forma, del tipo di somministrazione e del tempo di interazione con l organismo Più precisamente, una esposizione eccessiva produce un effetto avverso, mentre una esposizione tollerabile non produce alcun effetto avverso. Tuttavia, per la stessa sostanza, e a parità di esposizione, l effetto può essere diverso per organismi diversi. In particolare, un effetto avverso è rappresentato da qualsiasi cambiamento anormale, indesiderabile, o dannoso, in un organismo esposto ad una sostanza potenzialmente tossica. L effetto avverso estremo comporta la morte dell organismo, mentre effetti avversi meno severi comprendono una alterazione

3 3 del consumo di cibo, del peso corporeo o di alcuni organi, cambiamenti patologici visibili, od anche una alterazione dei livelli enzimatici. Un cambiamento statisticamente significativo dallo stato normale non configura però necessariamente un effetto avverso; per diventare tale, l effetto deve alterare una proprietà importante ed essere posto in relazione allo stato complessivo di salute dell organismo esposto. Effetti Si può dunque definire, più in generale, l effetto dannoso: Effetto dannoso: causa danni funzionali o anatomici, cambiamenti irreversibili dell omeostasi, o aumenta la suscettibilità ad altre sostanze o allo stress biologico, comprese malattie infettive (l entità del danno è influenzata dallo stato di salute dell organismo) La figura 1 rappresenta graficamente importanti differenze degli effetti indotti da sostanze dannose. Innanzi tutto, la sostanza dannosa può produrre effetti reversibili (l effetto non si manifesta più quando cessa l esposizione), oppure irreversibili (l effetto dell esposizione causa danni permanenti anche quando l esposizione è cessata). In alcuni casi (Fig. 1), l effetto può essere diverso durante una prima esposizione e nelle esposizioni successive dell organismo alla stessa sostanza. È quanto si verifica se l organismo è in grado di sviluppare meccanismi adattativi (l effetto è molto più marcato con la prima esposizione, mente in seguito è necessaria una esposizione superiore per determinare lo stesso effetto), oppure nei fenomeni di sensibilizzazione (un organismo, esposto per la prima volta ad una sostanza, sopporta l esposizione senza mostrare effetti significativi, ma successivamente gli effetti sono molto più marcati già ad esposizioni ridotte; è il caso ad esempio delle sostanze allergizzanti).

4 4 Reversibile Irreversibile Esposizione Esposizione Effetto Effetto Esposizione Adattamento Esposizione Sensibilizzazione Effetto Effetto Fig. 1 Diversi tipi di risposta (effetto) in funzione dell esposizione. Un caso particolare è rappresentato dagli elementi essenziali: un elemento X è considerato essenziale se un organismo non può crescere o completare il suo ciclo vitale in sua assenza; non può essere sostituito da un altro elemento; ha una influenza diretta ed è coinvolto nel metabolismo dell organismo (Bowen, 1979). In questo caso(fig. 2), si hanno effetti dannosi se l esposizione non raggiunge almeno un livello minimo, ma l organismo funziona normalmente per esposizioni superiori a questo minimo. In alcuni casi, tuttavia, superata una determinata esposizione massima tollerabile, si ripresentano effetti dannosi (eventualmente diversi da quelli in condizioni di carenza).

5 5 Esposizione Effetto Fig. 2 Risposte per elementi essenziali Tra gli elementi essenziali si contano ovviamente C, H, N, O, P e S, costituenti fondamentali della materia viventi; inoltre, sono probabilmente essenziali per tutte le piante Ca, Cl, Co, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Se e Zn; per alcuni organismi, anche se non necessariamente per tutti: B, I, Si; ancora da verificare: As, Br, Cr, F, Ni, Sn, V (Bowen, 1979) Relazioni di causa ed effetto Avendo stabilito che una causa, l esposizione, può determinare un effetto, è necessario precisare come la causa determina un effetto. È necessario cioè definire in termini quantitativi questa relazione. Va innanzi tutto precisato che una associazione statisticamente significativa tra esposizione (causa) e risultato (effetto) non stabilisce necessariamente una relazione causa effetto. Ad esempio, in estate ci può essere una correlazione tra vendita di gelati e scottature solari, ma in questo caso evidentemente l effetto (= scottatura) non dipende dal consumo di gelati! L associazione può essere casuale (fortuita: evento improbabile ma comunque possibile), oppure essere spiegata da un elemento confondente, cioè un elemento associato indipendentemente tanto all esposizione che all effetto (il tempo assolato causa indipendentemente il consumo di gelati e le scottature solari). Bisogna inoltre tener conto del possibile errore sistematico: bias di selezione, quando il campione non è rappresentativo, e bias di osservazione, quando i dati raccolti hanno un vizio di fondo (bias dell osservatore = osservatore non obiettivo, esempio indagine solo in agosto; bias di ricordo = soggetti che rispondono in maniera viziata alle condizioni di esposizione, esempio albini golosi).

6 6 Alcuni criteri guida possono essere utili nell impostare l esperimento, soprattutto per escludere che l associazione osservata sia dovuta a fattori casuali: Forza dell associazione (nei soggetti osservati l effetto deve essere abbastanza forte da poter essere distinto dalla risposta del gruppo di controllo) Consistenza (esperimenti diversi portano agli stessi risultati) Specificità (l effetto si manifesta solo in seguito all esposizione) Temporaneità (la causa deve precedere l effetto) Gradiente biologico (effetto proporzionale dose - risposta) Plausibilità biologica (l esperimento è plausibile se è ipotizzabile un meccanismo di azione della causa) Coerenza (il risultato non deve essere in contrasto con informazioni pregresse) Esperimento (la rimozione della causa elimina l effetto) Analogia (altre cause, simili a quella investigata, determinano lo stesso effetto) Assumendo che il test programmato sia realizzato opportunamente, si incontra qui per la prima volta una differenza sostanziale tra Tossicologia ed Ecotossicologia. Nella prima, basata essenzialmente su animali, e sull uomo solo in casi particolari (esposizioni accidentali, ricerche su volontari ma, purtroppo, in qualche caso anche su soggetti inconsapevoli), la causa viene quantizzata con la dose: Dose: quantità della sostanza (fornita con l esposizione) per unità di massa corporea (mg/kg) LDn In Ecotossicologia, è invece forse più utilizzata la concentrazione: Concentrazione: quantità della sostanza (fornita con l esposizione) per unità di massa del veicolo (mg/l, mg/kg) LCn Tradizionalmente, i primi studi hanno preso in considerazione solitamente gli effetti estremi, in grado cioè di provocare la morte di soggetti esposti. Il piano sperimentale prevede in questo caso di sottoporre alcuni soggetti a dosi crescenti di una sostanza e di contare, per ogni dose e per controlli non esposti, il numero dei morti.

7 7 La relazione causa effetto assume allora la forma rappresentata in figura 3, dove si può distinguere, in particolare, la dose mediana letale. Sulla base di un campione finito di soggetti, Questo tipo di rappresentazione permette di interpolare la dose in grado di provocare la morte del 50 % degli organismi esposti; per inferenza, si assume che questa dose sarebbe in grado di provocare la stessa % Risposta (Mortalità) Sostanza B Sostanza A LD50 Dose LDn: Dose della sostanza che determina la morte per n % degli organismi esposti LD50: dose mediana letale. Singola dose, statisticamente calcolata, che si prevede determini la morte del 50 % degli organismi esposti in definite condizioni sperimentali percentuale di morti nella popolazione di soggetti. Fig. 3 Relazione dose mortalità. Il grafico indica anche che due sostanze diverse possono (ma non necessariamente) avere la stessa LD50, ma la relazione causa effetto indica che una sostanza (A) ha effetti letali anche quando l altra sostanza (B) non ha un effetto misurabile. Al contrario, la sostanza B ha un effetto letale superiore della sostanza A a dosi più elevate (naturalmente, questa è una rappresentazione molto semplificata, intesa a mettere in evidenza che la LD50, da sola, non è sufficiente a caratterizzare completamente la relazione causa effetto. Sostanze diverse possono ovviamente avere curve simili, ma ampiamente sfasate).

8 8 In Ecotossicologia, si ottengono curve dello stesso tipo (Fig. 4), ma sostanzialmente diverse in quanto descrivono la relazione causa effetto in funzione della concentrazione dell esposizione (riferita al mezzo di % Risposta (Mortalità) Threshold LCn LC50 Threshold (soglia): concentrazione (o dose) minima necessaria per indurre un effetto rilevabile (impossibile da misurare con certezza) LOEL: livello al quale è stato osservato il più piccolo effetto (differenza dal controllo statisticamente significativa) NOEL: livello al quale non è stato osservato un effetto (differenza dal controllo non statisticamente significativa) somministrazione), invece che alla dose (riferita al soggetto che la riceve). Fig. 4 Relazione concentrazione mortalità. In questo caso, sulla base del confronto statistico tra esposti e controlli, è possibile identificare una soglia (threshold) minima, al di sotto della quale non si osserva una mortalità statisticamente significativa, alla quale corrisponde una concentrazione NOEL (livello al quale non si osserva un effetto). La concentrazione LOEL è invece il livello minimo per il quale viene osservato un effetto statisticamente significativo. Entrambi questi valori sono però ampiamente criticati, perché legati al piano sperimentale: le concentrazioni LOEL e NOEL sono semplicemente identificate con le concentrazioni sperimentalmente utilizzate e non con punti reali della relazione causa effetto. Ad esempio, se la sperimentazione prevedeva concentrazioni (unità arbitrarie) pari a 1000, 500, 250, 125, 62,5 e 0 (controllo) e se l analisi statistica indica che la concentrazione 62,5 non è distinguibile dal controllo, ma la concentrazione 125 dà un effetto statisticamente significativo, si avrebbe LOEL = 125 e NOEL = 62,5. Non si ha però nessuna indicazione nel

9 9 campo compreso tra 62,5 e 125. Una successiva sperimentazione, con concentrazioni , 25, 0, potrebbe, infatti, produrre una NOEL di 25 ed una LOEL di 75, e così via cambiando il piano sperimentale. Per lo stesso motivo, anche il valore soglia è impossibile da determinare sperimentalmente. Questo tipo di rappresentazione ha comunque il vantaggio di poter confrontare la tossicità di sostanze diverse (Fig. 5). mg/kg peso corporeo ,1 0, ,02 0,02 Etanolo NaCl CuSO4 DDT Nicotina Tetrodotossina Diossina Fig. 5 Confronto tra LD50 per l uomo di diverse sostanze. In effetti, è stata utilizzata per cercare almeno di stabilire una scala relativa di tossicità per le varie sostanze. Nella Direttiva Comunitaria su Classificazione, Imballaggio ed Etichettatura dei prodotti chimici, recepita in Italia con il Decreto Legislativo 3 febbraio 1997 N 52, ad esempio, vengono indicati dei valori (Tab. 1) che consentono di classificare le diverse sostanze in 3 categorie, in funzione della loro LD50 quando somministrate oralmente a ratti (dose espressa in mg kg -1 di peso corporeo). Questa categorizzazione è abbastanza arbitraria e non completamente soddisfacente: ad esempio, una sostanza con LD50 = 200 è classificabile come tossica, mentre un altra con LD50 = 199 è solo dannosa.

10 10 In effetti, per un applicazione concreta che dia garanzie di salvaguardia, è necessario introdurre un altro concetto, quello di rischio: Rischio: frequenza prevista o osservata (probabilità) con la quale una sostanza può indurre danni o effetti inaccettabili quale risultato di una esposizione di organismi o ecosistemi suscettibili Non è sufficiente che una sostanza dimostri di poter produrre un effetto; questa sostanza deve avere una probabilità (misurabile) di raggiungere l organismo bersaglio nelle dosi che determinano gli effetti avversi. Il caso tipico è quello di sostanze che manifestano un effetto avverso solo a concentrazioni superiori al loro prodotto di solubilità: è praticamente impossibile che, in un acqua potabile, raggiungano dunque concentrazioni tanto elevate da danneggiare l organismo che la beve. Pertanto: Una sostanza può essere ritenuta sicura quando c è una elevata probabilità che l esposizione non provochi danni La misura del valore di LD50 non è certamente sufficiente per garantire che una sostanza sia sicura. È necessario almeno stimare la dose corrispondente ad una mortalità accettabile, alla quale non corrisponde un danno. Ad esempio, un agricoltore può ritenere accettabile che, trattando con un diserbante il suo campo, ottenga una germinazione soltanto dell 80 % dei semi utilizzati (rispetto ad un campo non trattato), perché comunque la resa del raccolto risulterà superiore che in un campo infestato da altre erbe. È cioè preparato ad accettare una LD20 (il 20 % dei semi non germina). In generale, è dunque necessario definire il: Rischio accettabile: Probabilità che il danno possa essere tollerato da un individuo, un gruppo, o dalla società. La valutazione dipende dai dati scientifici, ma la sua accettabilità è influenzata da fattori sociali, economici e politici Se invece di un agricoltore ed il suo portafoglio è necessario proteggere invece la salute umana, non solo non è sufficiente garantire una dose il più vicina possibile a LD0 (non siamo disposti ad accettare nemmeno 1 morto su 1 milione), ma dobbiamo anche cercare di evitare altri possibili danni non letali. Viene dunque superata la verifica della mortalità, ritenuta non sufficiente in quanto non dà indicazioni su eventuali effetti sub-letali, per investigare invece il maggior numero possibile di relazioni causa effetto che possono determinare effetti avversi. Nel caso dell acqua potabile, il Safe Drinking Water Committee della U.S. National Academy of Sciences nel 1977, dovendo fissare una soglia di rischio ha deciso di adottare questi criteri:

11 11 Quando il pericolo non può essere valutato con precisione, per stimare una concentrazione sicura si divide la NOEL (no observed effect level) per un fattore di incertezza pari a: 10, quando non esistono validi dati di esposizione cronica per umani; 100, quando i dati sugli umani non sono conclusivi (ad esempio, limitati esposizioni acute), ma esistono dati attendibili per una o più specie animali; 1000, quando non esistono dati a lungo termine, non sono disponibili dati su umani e sono scarsi anche quelli su animali Tipi di effetto Il tipo di effetto dipende non solo dall esposizione, ma anche dal tipo di esposizione: questa può essere singola (quando l organismo è esposto una sola volta alla sostanza potenzialmente tossica); ripetuta (più esposizioni in tempi successivi), o cronica (l organismo è costantemente sottoposto alla sostanza). Bisogna poi distinguere tra effetti locali (dove vengono applicate le sostanze) ed effetti sistemici (l organo bersaglio, nel quale cioè si manifesta l effetto avverso, può essere diverso da quello di assorbimento): le sostanze corrosive, ad esempio, hanno sempre effetto locale; le sostanze irritanti hanno spesso effetto locale, ma in qualche caso possono aver un effetto sistemico su organi o tessuti bersaglio diversi dal sito di assorbimento; altre sostanze, infine, come il Pb tetraetile, hanno sia un effetto locale (per contatto sulla pelle) che un effetto sul sistema nervoso centrale, dopo assorbimento e trasporto. Per alcune sostanze, per le quali l assorbimento supera l escrezione, si osserva un bioaccumulo, nell intero corpo o in particolari parti. Di per sé, questo non può essere considerato un effetto avverso: i tessuti adiposi possono accumulare grandi quantità di pesticidi organoclorurati, senza riceverne un danno. L effetto avverso si manifesta invece nel caso in cui l accumulo comporti il raggiungimento, in una determinata componente, di una concentrazione sufficientemente elevata da alterare una funzione essenziale di tale componente. Al contrario, gli effetti di una sostanza possono essere cumulativi, anche quando la sostanza stessa non viene accumulata (esempio: effetto dei pesticidi organofosforati sul sistema nervoso). Gli effetti di una sostanza possono anche non essere immediati, ma ritardati: è il caso (già citato) della sensibilizzazione ad un allergene (effetto: allergia), o più in generale delle sostanze mutagene, teratogene, carcinogene (esempio: cancro

12 12 vaginale in giovani donne le cui madri sono state esposte al dietilstilbestrolo durante la gravidanza). Come si è visto per le modalità di azione, si distinguono poi effetti reversibili ed irreversibili: molti effetti sul fegato sono reversibili, perché ha una grande capacità di rigenerazione, mentre per il sistema nervoso centrale, che ha una limitata capacità di rigenerazione, la maggior parte degli effetti che comportano cambiamenti morfologici sono irreversibili ed il recupero, anche nel migliore dei casi, è limitato (per alcuni effetti irreversibili, ad esempio carcinogenesi e teratogenesi, un opportuno trattamento può però limitare la severità dell effetto). L interpretazione dei risultati è poi particolarmente complicata quando si ha una esposizione multipla, dando luogo ad interazioni di tipo additivo, sinergico, potenziante o antagonista. In pratica, l esposizione contemporanea a due o più sostanze produce un effetto complessivo pari, superiore, o inferiore alla somma degli effetti che produrrebbero indipendententemente le due o più sostanze Il primo caso è quello dell effetto della sostanza A (pari a 1) che si somma all effetto della sostanza B (pari a 5), producendo un effetto complessivo pari a 6 (effetto additivo): pesticidi organofosforati. Altri casi possibili sono: = 10 (effetto sinergico): fibre di asbesto + fumo di sigarette aumenta di 40 volte il rischio di cancro) = 20 (effetto di potenziamento): isopropanolo (a concentrazioni non dannose) aumenta i danni al fegato prodotti dal tetracloruro di carbonio = 2 (effetto antagonista): il selenio aumenta la tolleranza al mercurio In sostanza, la manifestazione di un effetto dipende da un complesso bilancio tra assorbimento ed escrezione, danno esercitato e eventuali processi metabolici di riparazione o alleviamento del danno. Per questo, non sempre da esperimenti semplici è possibile predire con certezza l effetto finale. Da questo bilancio può, infatti, talvolta risultare una: Tolleranza: diminuita sensibilità ad una sostanza a seguito di una esposizione a tale sostanza o ad altre sostanze con una struttura simile Od anche una:

13 13 Resistenza: quasi completa insensibilità ad una sostanza (solitamente riflette una capacità metabolica di inattivare ed eliminare rapidamente la sostanza ed i suoi metaboliti) Vie di esposizione Particolarmente importante risulta essere la via di esposizione alla sostanza potenzialmente tossica, che dipende soprattutto dalla sua forma. Come è risaputo, possono causare danni i solidi (una tegola in testa), i liquidi (annegamento) i gas (gas asfissianti possono causare la morte semplicemente perché manca l ossigeno). Ma la tossicologia si occupa solo di veleni : trascurando i casi di danneggiamento fisico, va ricordato allora che: una sostanza può causare danni solo se raggiunge una parte sensibile di un organismo con una concentrazione sufficientemente elevata e per un sufficiente tempo di esposizione. I veleni possono ancora essere distinti in liquidi, gas, vapori, aerosol, polveri, fumi,, perché in ciascuna di queste forme può esistere un esposizione in grado di causare effetti avversi: - per inalazione (vie respiratorie: gas, vapori, polveri, nell uomo tra 0,5-10 µm) - per ingestione (tratto gastro-intestinale: solidi e liquidi) - topica (superficie di contatto: anilina, HCN, steroidi, Hg organico, nitrobenzene, composti organici fosforati, fenolo,...) Poiché la forma di un veleno dipende dalle condizioni ambientali, in particolare temperatura e pressione, anche i suoi effetti tossici possono variare con le condizioni ambientali (mercurio liquido o gassoso; amianto solido o in particelle respirabili, ecc.), che devono quindi essere specificate quando si presentano dati di tossicità. Il tipo di esposizione condiziona in particolare il destino della sostanza nel corpo dell organismo esposto (Fig. 6), perché diversi possono essere i meccanismi di assorbimento, distribuzione ed escrezione. Dopo l assorbimento, il metabolismo delle diverse sostanze dipende invece dalle loro proprietà chimicofisiche, ad esempio dal loro carattere idrofilo o polare (Fig. 7): sostanze solubili in acqua, o dissociate in composti polari, entrano direttamente nella circolazione sanguigna e, se facilmente vaporizzabili, possono essere espirate attraverso i polmoni, oppure escrete nell urina o in altri fluidi (lacrime, saliva, latte, sudore, ecc.)

14 14 Le sostanze lipofile (Fig. 8) e metabolicamente stabili, in genere tendono invece ad essere accumulate nel grasso corporeo: ma, in condizioni di stress, possono essere rimesse in circolo e provocare intossicazioni acute e/o dar luogo, nel fegato e altri organi, a due tipi di reazioni: Ingestione Bocca Tratto gastrointestinale Feci Circolazione enteroepatica Bile Fegato Polmoni Aria espirata Inalazione Naso o Bocca Polmoni Sangue e linfa Reni Vescica Urina Topico Fluidi extracellulari Organi Tessuti molli Grasso Capelli Unghie Pelle Ossa Ghiandole secretive Sudore, latte, saliva, lacrime Fig. 6 Assorbimento, distribuzione ed escrezione di una sostanza. Sostanze idrofile Dissociate Sostanze polari Indissociate Circolazione sangue Proprietà lipofile Polmoni Aria espirata Reni Urine lacrime saliva sudore latte capelli pelle Linfatico Tessuto Adiposo Fig. 7 Metabolismo di sostanze idrofile e polari.

15 15 Reazioni Fase 1: sono catalizzate dalla famiglia del citocromo P450 e da altri enzimi del reticolo endoplasmatico liscio (ossidazioni, riduzioni, idrolisi, dealchilazioni, deaminazioni, dealogenazioni, formazioni e rottura di anelli) Reazioni Fase 2: reazioni di coniugazione - formazione di legami covalenti delle sostanze assorbite o dei loro prodotti nelle reazioni di Fase 1 con composti quali glutatione, acido glucuronico o aminoacidi. I coniugati, solitamente più solubili in acqua delle sostanze di partenza, sono più facilmente escreti nella bile. Alcuni possono essere separati nei loro componenti dai batteri nell intestino ed essere riassorbiti. In alcuni casi, la biotrasformazione delle sostanze può ridurre la loro tossicità: un caso di detossificazione è rappresentato dal cadmio, che induce la sintesi di metallotioneine (proteine che legano i metalli), aumentando la tolleranza a questo tossico (ma, a lungo andare, l accumulo nei reni causa comunque una nefrotossicità). Sostanze lipofile Legame con cellule del sangue, albumina, lipoproteine, cellule linfatiche, proteine linfatiche Sostanze altamente lipofile Localizzazione fisica, accumulo nei tessuti adiposi Reazioni Fase 1 Reazioni Fase 2 Prodotti solubili in acqua Circolazione sangue Escrezione nella bile Riassorbimento intestinale Idrolisi Latte Circolazione sangue Escrezione renale Passaggio attraverso intestino Escrezione fecale Fig. 8 Metabolismo di sostanze lipofile. In altri casi (ad esempio agenti arilanti, alchilanti, o metalli) la biotrasformazione può invece portare ad alterazioni strutturali o delle proteine (Fig. 9) che aumentano la tossicità, fino a vere e proprie biotossificazioni (Fig. 10): gli idrocarburi policiclici aromatici vengono convertiti in derivati arilanti, che interagiscono con DNA e proteine, causando mutazioni, cancro, teratogenesi, sensibilizzazione del sistema immunitario, morte cellulare; le arilammine,

16 16 trasformate in arilidrossilammine, convertono l emoglobina in metaemoglobina, incapace di trasportare l ossigeno; i nitrati, assunti tramite la dieta, nell intestino vengono ridotti (da batteri) in nitriti e in presenza di sostanze contenti amminogruppi, in nitrosammine; gli stessi nitriti possono anche convertire l emoglobina in metaemoglobina (questa reazione spiega la cosiddetta sindrome del bambino blu : mescolando latte in polvere con acqua troppo ricca in nitrati, si formano nitriti e metaemoglobina ed i tessuti vengono privati dell ossigeno). Fig. 9 Biotrasformazioni possibili. Agenti arilanti o alchilanti Radicali liberi Metalli Legame covalente con acidi nucleici e proteine Escrezione Chelazione e legame covalente con acidi nucleici e proteine Accumulo nelle ossa, se chimicamente simile al calcio Riparazione DNA Alterazione DNA produce mutazioni Alterazioni struttura producono alterate funzioni Alterazione RNA funzioni anormali Rilascio per stress, malattia o vecchiaia Alterazione proteine funzioni anormali, antigeni Un caso speciale è quello delle sintesi letali, esemplificato da un comune ratticida, l acido fluoroacetico: attraverso la trasformazione in acido fluorocitrico e all inibizione dell aconitasi, provoca il blocco del ciclo dell acido citrico, determinando la morte dei ratti.

17 17 Fig. 10 Biotossificazione. Idrocarburi policiclici aromatici Ossidazione mediata dal citocromo P450 Derivati elettrofili arilanti Arilazione di acidi nucleici e proteine Radicali liberi Arilammine Composti nitrosi Alchilazione di DNA e/o proteine Mutagenesi, carcinogenesi, teratogenesi, effetti immulogici, morte cellulare Nitriti Nitrati Riduzione mediata da batteri intestinali Metaemoglobina Anossia dei tessuti e morte Riassumendo, la produzione di un effetto tossico passa attraverso tre fasi (Fig. 11): una fase chimica, o di esposizione; una fase tossicocinetica, di trasformazione, e una fase tossicodinamica. Fase chimica (esposizione) Fase tossicocinetica Fase tossicodinamica Sostanza potenzialmente tossica Formulato o derivati Assorbimento Circolazione Legame ai tessuti Biotrasformazioni Iniziatore della tossicità Reazione in siti chiave Tossicità Circolazione Escrezione

18 18 Fig. 11 Fasi nella produzione di tossicità Nella fase tossicodinamica gli iniziatori della tossicità (che possono essere i tossici di partenza o i loro metaboliti) interagiscono in siti chiave e danno inizio ai processi che si manifestano con gli effetti tossici veri e propri. Se il sito chiave è: - un particolare organo, si può avere una alterazione della funzionalità, potenzialmente culminante con la morte; - il DNA, una mutazione in una cellula somatica può degenerare in un tumore; in una cellula germinale produrre effetti teratogeni; - il sistema immunitario, la riduzione delle difese può portare a asma, riniti, congiuntiviti, anemia emolitica, dermatiti da contatto,