Danni causati da agenti chimici

Presentazione sul tema: "Danni causati da agenti chimici"— Transcript della presentazione:

1 Danni causati da agenti chimici
- Danno diffuso: Variazioni del pH, solubilizzazione di componenti cellulari, denaturazione delle proteine - Danno selettivo, quando gli agenti chimici alterano uno specifico costituente cellulare (veleni o tossici)‏ - Danno diretto della sostanza così com’è: es. cloruro di mercurio, cianuro, chemioterapici antineoplastici, antibiotici … - Danno indiretto, cioè causato da una sostanza derivata dalla prima per modifica da parte dell’organismo (es.: Etanolo, Ccl4) Es: danno da RADICALI LIBERI Quando parliamo del potenziale danno che che una data sostanza chimica può causare parliamo di TOSSICITA’. Anche nel caso delle sostanze chimiche i meccanismi di tossicità possono essere DIRETTI o INDIRETTI. Alcune sostanze chimiche possono agire direttamente, combinandosi con alcune componenti molecolari critiche o con gli organelli cellulari. Negli avvelenamenti da cloruro di mercurio, il mercurio si lega ai gruppi sulfidrilici della membrana e ad altre proteine causando l’aumento della permeabilità di membrana e l’inibizione delle ATPasi di membrana. In questi casi il danno maggiore è carico delle cellule che utilizzano, assorbono, eliminano e concentrano le sost. chimiche in questo caso sono le cell del tratto gastrointestinale e del rene. Il cianuro avvelena le cellule agendo sulla citocromo ossidasi mitocondriale e bloccando così la fosforilazione ossidativa. Altre sostanze chimiche, nella maggioranza dei casi non sono attive ma devono essere convertite a metaboliti tossici reattivi che solo successivamente agiscono sulle cellule bersaglio. Queste reazioni di conversione sono solitamente svolte dalle ossidasi P-450 a funzione mista nel reticolo endoplasmatico liscio del fegato e di altri organi. Nonostante questi metaboliti possano causare un danno di membrana e un danno cellulare mediante la formazione di un legame covalente con le proteine di membrana e i lipidi, il meccanismo di danno di gran lunga più importante riguarda la formazione di radicali liberi dell’ossigeno e di conseguenza la perossidazione lipidica IL FEGATO E’ LA SEDE PRINCIPALE DELLE TRASFORMAZIONI ENZIMATICHE DELLE SOSTANZE ESOGENE (Xenobiotici)‏

2 CURVA DOSE/RISPOSTA DI TOSSICITA’ CHIMICA
Th: dose soglia STh: valori inferiori alla dose soglia La tossicità dipende dalle proprietà intrinseche della sostanza chimica e dalla sua dose. Dose soglia La tossicità dipende dalle proprietà intrinseche della sostanza chimica e dalla sua dose.

3 Danno diffuso - Variazioni del pH:
Acidi forti (ustioni, disidratazione tissutale, escare secche)‏ Basi forti (ustioni, macerazione dei tessuti, escare molli)‏ - Solventi: danno cellulare causato da estrazione di lipidi (alcool, acetone, cloroformio, benzolo)‏ - Soluzioni a diversa forza ionica - Saponina e detergenti - Denaturazione delle proteine

4 Intossicazione o avvelenamento
Veleni endogeni: - Prodotti tossici formati e accumulati nell'apparato digerente - Composti non degradati per qualche difetto genetico (malattie lisosomiali, diabete)‏ - Prodotti tossici formatisi in caso di necrosi - Composti che si accumulano per qualche difetto funzionale (urea, bilirubina)‏ Veleni esogeni: - Etanolo - Tetracloruro di carbonio - Diossina - Tossine vegetali e animali Di questa classe di composti fanno parte molte sostanze usate come armi chimiche. Una caratteristica fondamentale delle armi chimiche è l'esistenza di un antidoto (per non autointossicarsi). Non sono però ancora noti antidoti per ogni tipo di sostanza chimica. Importante classe di veleni sono le tossine batteriche che sono spesso classificate come agenti chimici (essendo non organismi vivi ma delle molecole che possono essere in teoria prodotte anche per sintesi)‏

5 Meccanismi di difesa - Escrezione
- Deposito nel tessuto adiposo (veleni liposolubili, DTT)‏ - Emorragia - Sistemi tampone - Sistemi antiossidanti (superossido dismutasi e catalasi)‏ Trasformazione metabolica: Ossidoriduzione (trasformazioni di fase I) Coniugazione (faseII) (sintesi protettive): formazione di un legame covalente con un'altra molecola per rendere il veleno atossico e/o più solubile in modo che possano essere escreti per via renale

6 BIOTRASFORMAZIONE DELLE SOSTANZE TOSSICHE LIPOFILE IN
METABOLITI IDROFILI La maggior parte delle sostanze xenobiotiche è lipofila e questo facilita il loro trasporto nel sangue da parte delle lipoproteine e il loro passaggio attraverso le membrane lipidiche. Uno dei sistemi di difesa della cellula contro sost tossiche è quello di trasformarle da lipofile a idrofile e questo avviene in due fasi. Nella prima fase viene aggiunto un gruppo funzionale polare e sono generalmente reazioni di ossidazione che producono prodotti intermedi elettrofili reattivi (metabolita primario) che può essere eliminato oppure partecipare alle reazioni di fase II che producono prodotti di coniugazione con substrati endogeni più solubili (come l’ac glucuronico nella reazione di glucuronazione) e quindi escreti più rapidamente rispetto al composto originale. Vi sono differenti vie biochimiche coinvolte nella trasformazione di molecole tossiche. La più importante reazione di fase I è: IL SISTEMA DELLE MONOSSIGENASI DIPENDENTI DAL CITOCROMO P450

7 IL SISTEMA DELLE MONOSSIGENASI DIPENDENTI DAL CITOCROMO P450
Composto da un’emoproteina (citocromo P450), da una NADPH-P450 riduttasi e dalla fosfatidilcolina Fa avvenire delle reazioni di ossidoriduzione di diverse sostanze Rende le sostanze più trasportabili in circolo e quindi smaltibili NADPH + H+ + O2+ RH NADP+ +H2O + R-OH E’ localizzato a livello del reticolo endoplasmatico liscio (microsomi) e la sua attività è massima nel fegato, seguito da cute, polmoni e mucosa gastrointestinale Nell’uomo esistono circa 50 diversi isoenzimi P450 con diversa distribuzione tissutale e con attività preferenziale verso substrati diversi. Vi sono variazioni genetiche nel livello di attività di questi enzimi (polimorfismo)‏

8 Alcune trasformazioni che il sistema p450 compie sono pericolose perchè sostanze altrimenti innoque vengono traformate in sostanze tossiche: E’ responsabile anche dell’attivazione delle sostanze xenobiotiche in prodotti reattivi intermedi o in cancerogeni terminali Es: metabolismo del benzopirene TUMORI CUTANEI E POLMONARI Gli idrocarburi policiclici aromatici come il benzopirene contenuti nel fumo di tabacco inducono l’attivazione del sistema P-450. Il benzopirene ossidato dal P450 è cancerogeno. Questo sistema viene attivato anche dalla diossina e da alcuni tipi di farmaci. L'attivazione del sistema fa si che avvengano reazioni che trasformano sostanze altrimenti innoque in sostanze pericolose. E' uno dei meccanismi che sta alla base dei fenomeni di ipersensibilità ai farmaci e di interazioni tra farmaci. XENOBIOTICO: sostanza, estranea alla normale nutrizione dell’organismo e al suo normale metabolismo E’ responsabile della sensibilità individuale ai farmaci (ai FANS per esempio) e dei fenomeni di interazione tra farmaci.

9 SOSTANZE STIMOLANTI i P450: - CAFFEINA - ALCOL - DIOSSINA - INQUINANTI AMBIENTALI - DIETE IPERPROTEICHE - PESTICIDI - FARMACI SOSTANZE RALLENTANTI i P450: - MONOSSIDO di CARBONIO - BARBITURICI - QUERCETINA - ECCESSO di TOSSICI - CARENZA di ENZIMI - CARENZA di NUTRIENTI - MANCANZA di OSSIGENO Tutte queste sostanze possono causare danni alla funzionalità epatica e sintomi da sovraccarico tossico

10 i RADICALI LIBERI DELL’OSSIGENO (ROS)‏
Le reazioni di ossidazione di FASE I possono generare come sottoprodotto i RADICALI LIBERI DELL’OSSIGENO (ROS)‏ Tutte queste reazioni di ossidazione di fase I, che comprendono quindi il sistema 450 ma anche altri sistemi come le monoossigenasi flaviniche, possono generare radicali liberi dell’ossigeno. Alcuni dei metaboliti primari sono anch’essi radicali altamente reattivi con numero dispari di e-. I ROS provocano varie forme di danno cellulare come perossidazione lipidica delle membrane, ma anche denaturazione e frammentazione delle proteine e del DNA. Le nostre cellule hanno molti meccanismi di difesa e i principali enzimi antiossidanti la SOD, la catalasi e la glutatione perossidasi. Anche le vit. A, E e C agiscono come da scavenger (spazzini) dei radicali sono quindi degli antiossidanti endogeni. Se c’è uno sbilanciamento tra ROS liberati e sistemi antiossidanti di difesa si parla di danno cellulare da STRESS OSSIDATIVO

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

12 CYP2E1: CYtochrome p450, famiglia 2, sottogruppo E1
Eliminazione dell'etanolo CYP2E1: CYtochrome p450, famiglia 2, sottogruppo E1 ADH: alcohol dehydrogenase

13 Sostanze liberate durante l’eliminazione dell’etanolo
Acetaldeide che causa nausea, danni ad altri organi (cervello) perossidazione di proteine, DNA, membrane NADH (nicotinammide adenina dinucleotide, coenzima nelle ossidoriduzioni) che causa accumulo di trigliceridi (non vengono più ossidati per produrre energia... c'è già)‏ e questo accompagnato a scarsa assunzione di proteine porta a cirrosi epatica (fegato grasso)‏ aumento dei radicali perossido, di radicali liberi in genere e quindi danni cellulari

14 Danni cellulari: possibili bersagli
Possibili bersagli: membrana plasmatica, nucleo, citoplasma, mitocondri, reticolo endoplasmatico e lisosomi. MEMBRANE: per attacco di proteasi e fosfolipasi (veleno di serpenti o l’-tossina delle diverse specie di clostridi). Agenti che danneggiano il citoscheletro RETICOLO ENDOPLASMATICO: azione di metaboliti tossici che vengono trasformati in sostanze reattive (CCl4, EtOH)‏ MITOCONDRIO: sostanze che interferiscono con il ciclo dell’acido citrico (es.: fluoroacetato porta a formazione di fluorocitrato che agisce da forte inibitore dell’aconitasi). Agenti disaccoppianti: dinitrofenolo scarica il gradiente protonico e blocca la formazione di ATP Il rotenone (un insetticida) blocca la catena respiratoria Il cianuro si lega all’eme della citocromo ossidasi in modo irreversibile bloccando in tal modo il trasporto di elettroni nel mitocondrio Colchicina: alcaloide estratto dallo zafferano usato come medicinale fin dai tempi dell’antico egitto, ciascuna molecola si lega saldamente a una molecola di tubulina e previene la sua polimerizzazione, blocca la cellula nello stato mitotico per alcuni minuti. Fa parte dei medicinali antimitotici, poiché la distruzione dei microtubuli uccide preferenzilamente cellule che si dividono rapidamente questi farmaci sono usati nelle terapie anticancro. Il tassolo ha un effetto opposto, si lega ai microtubuli e li stabilizza, fa arrestare la cellula allo stato mitotico.

15 Danni cellulari: possibili bersagli
NUCLEO / NUCLEOLO: blocco della trascrizione e duplicazione Es.: Actinomicina D: agente intercalante che blocca la trascrizione, molto tossica (LD 1 mg/Kg) Aflatossina prodotta da Aspergillus flavus un parassita dei cereali si lega al DNA e ne impedisce sia la duplicazione che la trascrizione Amanitine (da Amanita phalloides) inibisce l’RNA polimerasi. Rifampicina: agisce sull’RNA polimerasi procariotiche (farmaco antibatterico, antitubercolare)‏

16 Danni cellulari nel citoplasma
Inibizione della sintesi proteica Tossine: Difterica: tossina AB che catalizza la scissione del NAD e la formazione di un legame covalente tra NAD, ADP-ribosio e il fattore di elongazione 2 (EF2)‏ Esotossina da pseudomonas aeruginosa: meccanismo enzimatico simile a quello della difterica Abrina e ricina: tossine vegetali polipeptidiche di tipo AB che modificano la subunità ribosomiale 60s cataliticamente impedendone l’interazione con EF2 Antibiotici: Streptomicina: blocca il legame ai ribosomi dell’aminoacil tRNA e causa inoltre ‘miss-coding’, ha bassa tossicità ampio spettro e efficace contro la tubercolosi Puromicina: causa il rilascio precoce della catena polipeptidica nascente dal ribosoma per addizione alla catena polipeptidica nascente Modifica di segnali di trasduzione Tossina della pertosse: ADP-ribosilazione della subunità G Blocco specifico di enzimi Blocco di proteine di trasporto Gli ab e quasi tutti gli inbitori della sintesi proteica agiscono legandosi in proporzioni equimolari con i componenti del sistema (ribosomi, enzimi o acidi nucleici), invece le tossine agiscono come enzimi e percio’ sono efficaci a conc.molto più basse

17 Danni cellulari: alterazioni strutturali
CITOPLASMA Alterazioni strutturali: Falloidina da amanita falloides, stabilizza i filamenti di actina e inibisce la loro depolimerizzazione, Citocalasine una famiglia di metaboliti secreti da vari funghi Paralizza molti movimenti dei vertebrati Si lega alle estremità crescenti dei filamentei di actina. Colchicina: alcaloide estratto dallo zafferano usato come medicinale fin dai tempi dell’antico egitto, ciascuna molecola si lega saldamente a una molecola di tubulina e previene la sua polimerizzazione, blocca la cellula nello stato mitotico per alcuni minuti. Fa parte dei medicinali antimitotici, poiché la distruzione dei microtubuli uccide preferenzilamente cellule che si dividono rapidamente questi farmaci sono usati nelle terapie anticancro. Il tassolo ha un effetto opposto, si lega ai microtubuli e li stabilizza, fa arrestare la cellula allo stato mitotico.

18 Danni cellulari nei lisosomi
LISOSOMI: in alcune cellule come i granulociti PMN e i macrofagi hanno un ruolo esaltato e specializzato nella digestione di materiale estraneo L’accumulo di materiale non digerito porta a tesaurismosi lisosomiale. La causa può essere genetica o acquisita dovuta a presenza di materiale non digeribile o (inerte o anormale) o eccessivo. Clorochina: farmaco antimalarico che interferisce con la degradazione lisosomiale di proteine, di alcuni polisaccaridi e lipidi. Accumulo di antibiotici se in eccesso (streptomicina, gentamicina, kanamicina, neomicina…) che riducono l’attività delle idrolasi lisosomiali. Accumulo di farmaci anfifilici (antidepressivi, neurolettici…) e materiali inerti (colloidi, mezzi di contrasto, metalli pesanti…)‏

19 Interazione con recettori
Un danno cellulare può derivare anche dalla stimolazione o inibizione di recettori causata dalle somiglianze strutturali tra sostanza tossica e un ligando endogeno. Curaro e nicotina agiscono sui recettori nicotinici del muscolo scheletrico Muscarina e atropina hanno un’azione stimolante e antagonista rispettivamente sui recettori muscarinici Morfina: recettori per le encefaline Strictina: sui recettori GABA Charybdotoxin dal veleno di uno scorpione e lo ione tetrabutilammonio bloccano il canale del potassio voltaggio dipendente I canali del calcio voltaggio dipendenti vengono classificati in base alla loro sensibilità nei confronti di tossine animali e vegetali. Es.: -agatossina (ragno) e -conotossina (serpente) Una gran parte della moderna farmacologia si basa su questi tipi di interazioni. Molte tossine producono i loro effetti in questo modo. Curaro e nicotina agiscono sui recettori nicotinici del muscolo scheletrico