TOSSICOCINETICA Studia il movimento nel tempo delle concentrazioni

TOSSICOCINETICA Studia il movimento nel tempo, delle concentrazioni di un xenobiota e/o dei suoi metaboliti nei diversi fluidi e tessuti dell’organismo mediante l’analisi dei processi che lo regolano: ASSORBIMENTO DISTRIBUZIONE METABOLISMO ELIMINAZIONE ADME

Descrive i processi di assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione (ADME) degli xenobiotici. L’assorbimento è il processo tramite cui lo xenobiotico penetra nell’organismo (sangue) dal sito di esposizione. La distribuzione è il processo di passaggio dal sangue ai vari organi e tessuti.

Studia i movimenti del tossico nell’organismo. Le varie fasi della cinetica di un tossico sono: Assorbimento Passaggio del tossico dall’esterno al sangue attraverso le membrane biologiche Distribuzione del tossico dal sangue ai diversi compartimenti dell’organismo Metabolismo o Biotrasformazione Modificazioni chimiche il tossico subisce nell’organismo, principalmente ad opera di enzimi appartenenti al genoma dell’organismo Escrezione Eliminazione del tossico dall’organismo

L’entità e la velocità di assorbimento di un tossico dipendono essenzialmente dalla: 1. 2. 3. 3. Via di introduzione Forme chimiche liposolubilità Per la via orale dal p. H dell’ambiente e dalla costante di dissociazione del farmaco (p. Ka)

Caratteriste: massa molecolare, stato fisico, carica, stabilità, solubilità…. Proprietà dell’organismo: morfologia e dimensioni della superficie assorbente, perfusione dell’area assorbente, specie, razza, età, stato nutrizionale, stato di salute…. . Caratteristiche dell’esposizione: dose, via, durata del contatto con la superficie assorbente…. Fattori esogeni: formulazione, interazione con altre sostanze condizioni fisiche (es. temperatura)…. .

Schema della morfologia strutturale delle membrane cellulari Proteine Code molecolari lipofile Teste molecolari idrofile Canali

La struttura molecolare e le caratteristiche chimico- fisiche condiziona la tossicocinetica e la tossicodinamica

Diffusione degli xenobiotici nell’organismo Il movimento degli xenobiotici nei fluidi biologici e attraverso le membrane biologiche avviene principalmente per diffusione (passiva). Il passaggio attraverso le membrane è il passaggio limitante la velocità di diffusione globale. La diffusione avviene secondo la legge di Fick: Flusso molare (moli/sec) = (c 1 – c 2) x D x A/d c 1 - c 2 = gradiente di concentrazione (moli/l) D = coefficiente di diffusione (cm 2/sec) A = area (della membrana) (cm 2) d = spessore (della membrana) (cm)

La velocità di diffusione è: ü linearmente proporzionale al gradiente di concentrazione, che è la ‘forza motrice’ della diffusione; ü linearmente proporzionale al coefficiente di diffusione; ü linearmente proporzionale all’area della membrana; ü inversamente proporzionale allo spessore della membrana; Fattore legato alle modalità di entrata Fattore determinato dalle caratteristiche chimico-fisiche della sostanza e della membrana Fattori biologici, non modificabili se non in stati patologici

La velocità di diffusione dipende dal gradiente di concentrazione; nel tempo, le 2 concentrazioni tendono ad equilibrarsi diminuisce la velocità di diffusione cinetica di I ordine.

Coefficiente di diffusione A parità di gradiente di concentrazione, la velocità di diffusione di sostanze diverse è determinata dal loro coefficiente di diffusione. Il coefficiente di diffusione attraverso una membrana è determinato dal coefficiente di ripartizione soluzione/membrana e, quindi, dalle caratteristiche chimico-fisiche della molecola e della membrana

ASSORBIMENTO GASTRICO DI UN SOSTANZA ACIDA (es. : acido acetilsalicilico p. Ka = 3, 4) Stomaco: p. H = 1, 4 Plasma: p. H = 7, 4

ASSORBIMENTO GASTRICO DI UN SOSTANZA ACIDA (es. : acido acetilsalicilico p. Ka = 3, 4) Stomaco: p. H = 1, 4 Plasma: p. H = 7, 4

Le membrane biologiche composte principalmente da lipidi, sono attraversate tanto più velocemente tanto più elevato è il coefficiente di ripartizione lipidi/acqua, ovvero tanto più elevata è la ‘lipofilia’. Non è sperimentalmente attuabile determinare il coefficiente di ripartizione membrana/acqua, quindi per predire la velocità relativa di passaggio attraverso le membrane, si fa riferimento ai coefficienti di ripartizione ottanolo/acqua o olio di oliva/acqua. In pratica, è possibile solo descrivere in modo qualitativo, e approssimativo, la dipendenza della velocità di passaggio dalla ‘lipofilia’ del composto.

Molecole ‘molto poco lipofile’ (con coefficiente di ripartizione ‘molto’ basso) hanno una capacità ‘trascurabile’ di attraversare le membrane. Questi composti possono essere ‘altamente’ idrofili (es. sali, polioli) oppure essere ‘praticamente’ insolubili sia nei lipidi che in soluzioni acquose (es. molti peptidi e proteine). Per molecole estremamente lipofile il fattore limitante è la solubilità nelle soluzioni acquose; queste molecole possono accumularsi nello strato lipidico delle membrane. In definitiva, la maggiore velocità di passaggio attraverso le membrane si ha con molecole con lipofile ma con un certo grado di idrofilia (es. paracetamolo).

Principali vie di entrata di sostanze chimiche tossiche Apparato gastroenterico 1. Orale (sublinguale rettale) Apparato respiratorio Apparato tegumentario (cute e annessi cutanei)

Schema della circolazione sanguigna dell’app. gastroenterico

FATTORI CHE CONDIZIONANO L’ASSORBIMENTO GASTROINTESTINALE Ø Legge di azione di massa Ø Equazione di Henderson-Hasselbach Ø Fase farmaceutica (disintegrazione e dissoluzione) Ø Area della superficie di assorbimento Ø Velocità del flusso ematico Ø Resistenza al p. H gastrico, agli enzimi dello stomaco, dell’intestino e della flora intestinale Ø Trasporto specializzato Ø Circolo enteroepatico Ø Effetto di primo passaggio

ASSORBIMENTO POLMONARE Molto importante dal punto di vista tossicologico (gas nervini, CO, solventi, particolato) Alta superficie di scambio alveolare: 100 -200 m 2 nell’uomo (come intestino tenue) Epitelio alveolare monostratificato e sottile Ampia superficie capillare (80 m 2) ed elevata perfusione ematica (2, 5 l/min; intestino tenue 1 l/min) Assorbimento molto efficiente per gas e vapori

GAS E VAPORI • Es. rapidità di effetto di anestetici volatili, gas nervini, HCN (secondi-minuti). • La velocità di assorbimento è in genere più alta della velocità di assorbimento GI.

La lipofilia è meno discriminante rispetto all’assorbimento GI perché la velocità di diffusione non è il passaggio limitante la velocità di assorbimento polmonare dei gas: ü gas e vapori sono in genere sufficientemente lipofili ü l’epitelio alveolare è molto sottile ü l’elevato flusso ematico assicura una rapida rimozione del gas passato nel sangue mantenimento di un gradiente di concentrazione tra aria alveolare e sangue

Fattori protettivi. La mucosa naso-tracheale è coperta da un film fluido vengono trattenute molecole altamente idrosolubili o altamente reattive (es. formaldeide) Molti gas e vapori non vengono metabolizzati in quantità significative e vengono escreti per via polmonare. Assorbimento ed eliminazione avvengono perciò nella stessa sede. In presenza di adeguate concentrazioni nell’aria inspirata si può raggiungere quindi dopo un certo periodo di tempo un vero equilibrio, durante il quale la velocità di assorbimento è uguale alla velocità di eliminazione.

AEROSOL Sospensioni di polveri o liquidi Deposizione Il punto di deposizione delle particelle in sospensione lungo l’albero respiratorio dipende dalla loro velocità di sedimentazione, e quindi dalle dimensioni delle particelle. Tanto più piccole sono le particelle tanto più in profondità penetrano nell’albero respiratorio. Particelle con diametro < 1 m vengono in buona parte esalate senza depositarsi.

Le particelle con diametro > 5 m si depositano soprattutto nella regione nasofaringea: üespulsione ütrasporto ciliare alla bocca e assorbimento GI üassorbimento nel sangue tramite l’epitelio nasale Particelle con diametro 2 -5 m si depositano principalmente nella regione tracheo-bronchiale: ürimozione da parte dell’epitelio ciliare üespulsione o assorbimento (v. sopra)

Particelle con diametro 1 m si depositano principalmente negli alveoli: üRimozione verso la regione tracheobronchiale üFagocitosi da parte dei macrofagi che poi migrano verso la regione tracheo-bronchiale reazione infiammatorio-proliferativa (amianto) ü Rimozione linfatica

ASSORBIMENTO TRANSCUTANEO La cute integra è un’ottima barriera verso molti agenti chimici. Tuttavia sostanze sia gassose che liquide possono essere assorbite attraverso la cute in quantità sufficiente a dare tossicità sistemica. L’assorbimento avviene principalmente per diffusione La superficie assorbente vaia in relazione alla specie agli annessi cutanei. Importante in tossicologia.

Le sostanze che vengono assorbite per via transcutanea devono passare attraverso 7 strati cellulari prima di raggiungere i capillari e i vasi linfatici del derma. La barriera principale all’assorbimento, che limita la velocità di assorbimento, è rappresentata dallo strato più esterno dell’epidermide, lo strato corneo. Le cellule di questo strato durante il loro ciclo, perdono il nucleo, si disidratano e la loro matrice cellulare polimerizza, dando luogo a cellule ‘secche’ e piene di cheratina. Le pareti cellulari si ispessiscono per l’inclusione di materiali chimicamente inerti. Le cellule cheratinizzate formano uno strato altamente ‘impaccato’.

La biodisponibilità di un tossico rappresenta la percentuale della quantità di dose che raggiunge la circolazione sistemica. Ad esempio una sostanza con una biodisponibilità del 80% vuol dire che un 20% della quantità somministrata non ha raggiunto la circolazione sistemica. Questo è legato a due processi: l’assorbimento (di fatto è impossibile che una sostanza entrata attraverso il tratto GI venga assorbito completamente) e il metabolismo di primo passaggio epatico.