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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR Facultad de Ciencias Químicas Escuela Bioquímica y Farmacia

Asignatura Toxicología Farmacéutica Beatriz Vargas

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

GUÍA DE LA ASIGNATURA DE TOXICOLOGÍA GENERAL

DRA. BEATRIZ VARGAS QUITO, 2014

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Guía de la Asignatura de Toxicología General 2014 Dra. Beatriz Vargas

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CONTENIDO INTRODUCIÓN …………………………………………………………………… 5 1.1. Definiciones: ......................................................................................................... 6 1.2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA Y DESARROLLO ................................................. 7 1.3. RAMAS Y ÁREAS DE LA TOXICOLOGIA: .................................................. 13 2. TOXICIDAD …………………………………………………………………….16 2.1. CLASIFICACIÓN Y ETIOLOGÍA DE LAS INTOXICACIONES .................. 16 2.2. TÉRMINOS DE LOS ESTUDIOS DE TOXICIDAD ...................................... 19 2.3. RELACIÓN DOSIS - EFECTO Y DOSIS - RESPUESTA ............................... 25 2.4. EXPERIMENTACIÓN TOXICOLÓGICA Y PROTECCIÓN ANIMAL ........ 30 La experimentación toxicológica se fundamenta en una serie de principios básicos: 30 Tipos de Investigaciones Toxicológicas: ........................................................... 31 Modelos Experimentales.................................................................................... 32 Tipos de ensayos: ............................................................................................... 33 Estudios especiales: ........................................................................................... 34 Protección y Experimentación Animal: ............................................................. 35 2.5. RIESGO TÓXICO SOBRE LA SALUD HUMANA Y EL AMBIENTE ......... 36 ACTIVIDADES EN RELACION AL RIESGO TÓXICO ................................... 36 2.5.1. LA EVALUACIÓN DEL RIESGO:............................................................ 36 La Identificación de los peligros:....................................................................... 37 La Evaluación de la exposición: ........................................................................ 39 Caracterización del riesgo .................................................................................. 40 2.5.2. LA GESTIÓN DEL RIESGO ...................................................................... 47 2.5.3. COMUNICACIÓN DEL RIESGO .............................................................. 48 Caracterización Físico-Química: ...................................................................... 50 Estudios toxicológicos: ...................................................................................... 51 Procedimientos Básicos de Evaluación de la Toxicidad ................................... 52 Cinética Ambiental ............................................................................................ 53 Exposición Ocupacional .................................................................................... 55 3. TOXICOCINÉTICA Y TOXICODINÁMICA …………………………………58 3.1. MECANISMOS DE TRANSPORTE ................................................................. 58 3.1.1. FILTRACIÓN .............................................................................................. 58 3.1.2. DIFUSIÓN PASIVA ................................................................................... 59

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3.1.3. TRANSPORTE ACTIVO............................................................................ 60 3.1.4. DIFUSIÓN FACILITADA .......................................................................... 61 3.1.5. PINOCITOCIS ............................................................................................. 61 3.1.6. TRANSPORTE POR PARES DE IONES .................................................. 62 3.2. FASES DE LA ACCIÓN TÓXICA .................................................................. 63 3.2.1. FASE DE EXPOSICIÓN............................................................................. 63 Influencia de las Vías de Exposición: .................................................................... 64 3.3. FASE TOXICOCINÉTICA ................................................................................ 66 3.3.1. ABSORCIÓN .............................................................................................. 68 Vía Digestiva ..................................................................................................... 69 Absorción Parenteral: ........................................................................................ 71 Absorción por vía respiratoria: .......................................................................... 72 Absorción Cutáneo – Mucoso............................................................................ 72 3.3.2. DISTRIBUCIÓN ......................................................................................... 73 Cinética de Modelo Monocompartimental: ....................................................... 78 Cinética en Modelo Bicompartimental: ............................................................. 79 3.3.3. ELIMINACIÓN ........................................................................................... 79 Eliminación – Depuración Renal ....................................................................... 81 Excreción Pulmonar ........................................................................................... 82 Excreción Salival ............................................................................................... 82 Excreción Biliar ................................................................................................. 83 Excreción Fecal.................................................................................................. 83 Excreción Intestinal ........................................................................................... 83 Excreción a Través de Piel y Faneras ................................................................ 84 Excreción Láctea................................................................................................ 84 Cinética de Eliminación ..................................................................................... 84 3.4. TOXICODINÁMICA ......................................................................................... 87 3.4.1. BIOTRANSFORMACIÓN ......................................................................... 87 FASE I: DE ACTIVACIÓN .................................................................................. 89 Oxidación ........................................................................................................... 89 Hidroxilación aromática .................................................................................... 91 Hidroxilación alifática: ...................................................................................... 91 Reducción: ......................................................................................................... 91 Hidrólisis:........................................................................................................... 92 FASE II - CONJUGACIÓN ................................................................................. 92 FASE III: BIOTRANSFORMACIÓN DE CONJUGADOS ACTIVOS .............. 93

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3.4.2. MECANISMOS DE ACCIÓN .................................................................... 93 GENOTOXICIDAD .............................................................................................. 94 ALTERACIÓN DE LA RESPUESTA INMUNITARIA: ..................................... 95 ALTERACIÓN DEL METABOLISMO CELULAR ........................................... 95 ALTERACIÓN DE LA ESTRUCTURA CELULAR........................................... 96 ALTERACIÓN DE LA HOMEOSTASIS ............................................................ 96 FACTORES QUE MODIFICAN LA TOXICIDAD............................................. 96 4. PROCESOS PATOLÓGICOS DE ORIGEN TÓXICO ………………………..100 Efectos generales de causa tóxica ........................................................................ 100 PATOLOGÍA TÓXICA DEL SISTEMA NERVIOSO (SN).................................. 101 PATOLOGÍA TÓXICA PULMONAR ................................................................... 102 HEPATOPATÍAS TÓXICAS ................................................................................. 102 NEFROPATÍAS DE ORIGEN TÓXICO ................................................................ 103 PATOLOGÍAS TÓXICAS DE LA PIEL ................................................................ 104 PATOLOGÍAS TÓXICAS EN EL APARATO DIGESTIVO................................ 105 PATOLOGIAS TÓXICAS DE GÓNADAS Y FUNCION SEXUAL .................... 105 CARDIOTOXICIDAD ............................................................................................ 107 PATOLOGÍAS TÓXICAS DE LA SANGRE Y MEDULA OSEA ....................... 108 OTOTOXICOLOGÍA .............................................................................................. 108 PATOLOGÍA TÓXICA DE LOS OJOS ................................................................. 108

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INTRODUCCIÓN El presente documento es una recopilación bibliográfica de varios autores, cuyo contenido se ajusta a las necesidades curriculares que los estudiantes de las Carreras de la Facultad de Ciencias Químicas: Química de alimentos, Bioquímica Clínica y Química Farmacéutica, conforme a las necesidades para el desarrollo de las competencias profesionales. Sus contenidos divididos en unidades didácticas se relacionan con la evolución histórica de la ciencia, la experimentación en modelos animales y modelos alternativos, como base para el desarrollo de sustancias y productos de consumo y uso humano; las diferentes ramas y tendencias, el estudio de las sustancias tóxicas en función de su Toxicocinética y Toxicodinámica, su toxicidad y efectos tóxicos, la fisiopatología producida por diferentes tóxicos. El desarrollo de la toxicología y sus diferentes ramas nace como una necesidad del adelanto científico y tecnológico, el progreso de la industria química, que ha permitido la proliferación de gran cantidad de productos químicos, tanto orgánicos como inorgánicos, ya sea que actúen individualmente o en mezclas complejas, generando productos químicos en forma de: preparados, reactivos químicos, medicamentos, productos de uso agrícola, productos de uso doméstico, de limpieza, industriales, etc. La necesidad de evaluación de las diferentes sustancias y productos, su vigilancia bajo diferentes etapas articuladas como: la evaluación del riesgo que evidencie la problemática en relación al uso de sustancias químicas, la gestión por parte de las autoridades para regular las formas de utilización, la comunicación a la comunidad con el fin de prevenir su mal uso y el seguimiento en el mercado que permita evidenciar los efectos a largo plazo. Siendo la toxicología algo tan complejo, el estudio de los tóxicos vincula a los diferentes campos de la toxicología: Experimental, Clínica, Farmacéutica, Forense, Analítica, Ambiental, Laboral u Ocupacional, entre otras; todo depende de cómo y dónde se encuentren, sus formas de contaminación, la cantidad utilizada, los efectos que produce, etc.

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1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS 1.1. Definiciones: Toxicología: Toxicología es la ciencia que estudia las sustancias químicas y los agentes físicos en cuanto son capaces de producir alteraciones patológicas en los seres vivos, a la par que estudia los mecanismos de producción de dichas alteraciones y los medios para contrarrestarlas, así como los procedimientos para detectar, identificar y cuantificar tales agentes y evaluar su grado de toxicidad (Repetto, 2009). La Toxicología nace con la alquímica por lo que es considerada como una mezcla de ciencia, arte intuición y suerte (Sutteimer 1996) Es Ciencia, por cuanto ella sigue el método científico para lograr el conocimiento de cuáles son las concentraciones de las S. Q.s que pueden ser nocivas para el hombre y el medio ambiente, de las patologías y los cambios ecológicos inducidos por éstas, y de los métodos de identificación y cuantificación de ellas. Y, es Arte, en cuanto exige lo más importante de la investigación, esto es la interpretación de los resultados que se obtienen para realizar una evaluación y diagnóstico final. Sustancia tóxica: La palabra tóxico viene del latín toxicum y del griego toxikón. El tóxico o veneno es un agente químico o físico de origen endógeno o exógeno, que puede producir algún efecto nocivo sobre el ser vivo, la vida animal o vegetal, son sustancias capaces de alterar la continua sucesión de equilibrios dinámicos, incompatibles con la salud y la vida. “Teniendo presente de que, no existen sustancias inocuas, solo hay formas inofensivas de manejarlas" (Jeyaratham, Sri Lanka 1980). Toxina: Sustancia venenosa producida en forma natural (por un organismo vivo)

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Diana: Población, organismo, órgano, tejido. célula, sobre el que ejerce su acción un agente físico, químico o biológico. Xenobiótico: Compuestos exógenos de cualesquier naturaleza, que interactúan con el organismo en concentraciones excesivas. Toxicidad La toxicidad es una cualidad intrínseca y relativa de todas las sustancias, que dependen de un conjunto de condiciones y circunstancias como: la biotransformación, mecanismos de defensa, características genéticas, estado fisiológico y patológico, etc. Son los efectos nocivos que producen las sustancias químicas en los seres vivos. Una intoxicación depende de factores como: Toxicidad, Vías de ingreso, Dosis, Concentración, Formas de la exposición, Fuente contaminante, Agente causal, Factores predisponentes, Relación dosis- respuesta.

1.2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA Y DESARROLLO Primeras noticias: La evolución histórica de la toxicología sigue una línea continua con etapas de aceleración junto a otras de ritmo lento. Los primeros seres humanos utilizaron en la antigüedad, los productos que podían ser causa de una intoxicación eran relativamente pocos y estaban relacionados con los existentes en la naturaleza, con diferentes fines (para curar, matar, cazar, guerras) Las plantas que se utilizaban también con intención terapéutica, desde la época de la medicina primitiva con el descubrimiento de las propiedades narcóticas y estimulantes de la adormidera el acónito, cáñamo índigo, hiocina). Otro capítulo era el de los venenos de origen animal, principalmente mordeduras o picaduras de serpientes y escorpiones. Finalmente unos pocos tóxicos de origen mineral, entre los que ya destacan la utilización de algunos elementos y metales como: cobre, mercurio, plomo, antimonio, arsénico, que se encontraron escritos en el papiro de Ebers (1700 A.C.). De este periodo quedan pocos escritos. Las obras más importantes de la antigüedad se deben a Nicandro de Colofón, médico griego del siglo II A.C. y a Dioscórides del

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siglo I D.C. autor de un texto sobre las plantas medicinales en que dedica un libro a venenos. Etapas históricas: Hipócrates (460-370 A.C.) describe la relación entre la enfermedad y el medio ambiente. Los efectos sobre los individuos que trabajan en las minas. Principios de Toxicología Clínica Platón (399 A.C.) relata la muerte de Sócrates con la cicuta (veneno de estado /ejecución). Dioscórides, médico griego (40-60 DC.) Intentó clasificar los venenos: Animales, Vegetales, Minerales. Describió las plantas curativas con efectos terapéuticos y tóxicos. En la Edad media las enfermedades se consideraban como un castigo de Dios Miamónides: (1135 – 1204 D.C.) desarrolla el Tratado de envenenamientos por insectos, serpientes, perros y sus antídotos. Los Alquimistas: Al buscar el antídoto universal por destilación de productos fermentados obteniendo una bebida con etanol El Renacimiento: Es una etapa de despegue cultural de la humanidad con los descubrimientos geográficos, los grandes viajes en Europa, a América y Oriente que trajo el conocimiento de los productos propios de estas regiones. Catalina de Médecis exportó sus conocimientos desde Italia hasta Francia con brebajes tóxicos. Toffana, una mujer que vendía cosméticos que contenían As La introducción de las plantas americanas significó un aumento considerable de los conocimientos sobre el mundo vegetal: el tabaco o la coca, el curare o el mescal. Su empleo se introdujo lentamente a lo largo de varios siglos. Es la etapa de la primera ampliación de los tóxicos de origen natural. En América la civilización Maya y Azteca utilizaron los alucinógenos (hongos, peyote), los Incas la coca. Paracelso (1493-1541), introduce el concepto de p.a. de los fármacos y distingue el efecto tóxico de las sustancias químicas dependiente de la dosis. “Toda sustancia sin excepción es un veneno, la dosis correcta diferencia entre un veneno y un remedio”. Se imprimen los textos clásicos, llevados en parte a occidente por los sabios griegos. La introducción de la imprenta facilitó una mejor difusión de los conocimientos. A

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partir de fines del siglo XV aumenta la publicación de libros sobre los tóxicos. El primer texto específico que tuvo una cierta difusión es el de Sancte de Ardoynis de 1492. Bernardino de Ramazzini (1700), estableció el estándar de la medicina ocupacional. Sin embargo el impacto de los descubrimientos de la Toxicología Industrial apareció hasta la promulgación de las leyes de seguro de los trabajadores (Alemania 1883, Inglaterra 1887, EUA 1910) Asimismo se imprimen los textos clásicos, llevados en parte a occidente por los sabios griegos. Entre los autores de mayor interés destacan Teofrasto Bombast von Hohenheim, conocido como Paracelso Son importantes las ediciones comentadas de Dioscórides, a cargo de Mattioli y Laguna, y las de Nicandro, sobre todo la versión de Grévin. Este periodo dura algo más de dos siglos. Entre los autores de mayor interés destacan Teofrasto Bombast von Hohenheim, conocido como Paracelso (1493-1541), Jerónimo Mercurial a fines del XVI y Richard Mead, inglés, a principios del XVIII. La Ilustración, se inicia a mitad del siglo XVIII, el motor inicial es el progreso de la química, que empieza un desarrollo que luego se acelerará. De un lado la posibilidad de realizar análisis con mayor exactitud, permite la detección de sustancias tóxicas, de venenos, que antes pasaban desapercibidos. En este sentido fue fundamental la introducción de una técnica de determinación del arsénico por James Marsh, en 1836. De otro lado el descubrimiento de nuevas sustancias, empezando por el aislamiento de varios metales. El siglo XVIII marcó una ampliación importante en el número de elementos conocidos: cobalto, 1735; níquel, 1751; cromo, 1797, y otros muchos. Algunos años más tarde se inicia la síntesis de sustancias orgánicas, a partir de la obra inicial de Wohler con la urea (1828). Se abre pues el camino que llevará, al cabo de muchos años, a un aumento extraordinario en el número de los productos tóxicos conocidos. Es la etapa que definimos como la segunda ampliación. En este tiempo, en el último tercio del siglo XVIII, destaca la obra de Johann Frederick Gmelin, autor de un texto importante de toxicología (1776), que tuvo mayor eco en los países de lengua alemana. Su repercusión en el resto de Europa fue escasa y esto ha llevado a una menor valoración de su obra. Toxicología Forense, Matéu Orfila (1787-1853), vinculó la toxicología con la medicina legal. Elementos de Química y Tratado de las exhumaciones Judiciales, Tratado de Toxicología y Lecciones de Medicina Legal. Robert Christison, por los mismos años progresa en el conocimiento de los productos activos de numerosas plantas que tienen acción tóxica: así se abre el amplio capítulo de los alcaloides.

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Uno de los aportes más importantes es la introducción de las técnicas analíticas para la demostración de los envenenamientos intencionados. Así creció la toxicología forense, sobretodo de la mano de Orfila, que contribuyó también decisivamente al desarrollo de la toxicología experimental. En Inglaterra realizó una labor básica, asimismo de alto nivel científico. Su mayor desarrollo e impacto social se produjo en Francia a mediados del siglo XIX Claude Bernard (1865) publicó la obra sobre Introducción al estudio de la Medicina Experimental Toxicología Analítica, Casi inmediatamente alcanza un cierto relieve y diferenciación el estudio de las técnicas analíticas aplicadas a la detección de tóxicos. Algunos químicos se dedican principalmente a este tipo de análisis y desarrollan brillantemente el capítulo de la toxicología analítica. Otto, Stass, Fresenius, Dragendorff y otros destacan como impulsores técnicos y como autores de textos importantes. Sus aplicaciones se orientan principalmente hacia el campo de la medicina legal, con contribuciones científicas en numerosos países. Toxicología Laboral, El desarrollo de la química facilitó el desarrollo de la industria, principalmente en Europa. Se construyeron fábricas y la población se dedicó a estos trabajos, por lo general en malas condiciones. La falta de medidas de higiene y seguridad en el trabajo, como del hacinamiento en que vivían, fue el desarrollo de nuevas patologías. Unas de origen infeccioso como la tuberculosis y otras producidas por tóxicos. Uno de los primeros episodios de la patología tóxica laboral, o industrial, es el de las necrosis fosforadas de los maxilares, importantes en varios países europeos hacia 1850. Lentamente crece el concepto de las enfermedades profesionales. Toxicología Clínica, A fines del siglo XIX y el siglo XX, la medicina determina que muchas enfermedades conocidas en patología general pueden tener un mecanismo tóxico de producción. En el transcurso del tiempo muchos autores han tratado a la toxicología como parte de la farmacología. Una de las consecuencias de patología tóxica es la aparición de un nuevo tipo de enfermos, personas que se intoxican lentamente, no de forma aguda, con dosis relativamente bajas de tóxico. Con enfoque distinto a la de forma intencionada con dosis altas y a menudo únicas. Esto facilita el desarrollo de una clínica toxicológica que antes quedaba enmascarada por la intensidad de la dosis y la rapidez de los efectos. La mejora de la eficacia de la terapéutica facilita también que algunos intoxicados agudos puedan recuperarse. Todo ello lleva a un cierto desarrollo de los aspectos clínicos y sobretodo terapéuticos. Así crece, sobretodo en el siglo XX el contenido de una toxicología clínica o asistencial, que antes tenía un peso relativamente pequeño en el marco global del estudio de las intoxicaciones.

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Toxicología Social, también se desarrolla el interés por aspectos que si bien existían desde la antigüedad, quedaban a menudo ocultos. Muchas sustancias tóxicas tienden a crear una cierta dependencia o adicción, las “toxicomanías”, con una gran repercusión social. A pesar de su existencia antigua, el interés social extenso sólo se manifiesta a partir del siglo XIX. El tema ha mantenido su actualidad en todas las épocas, quizás el más constante ha sido el alcohol. Más tarde han pasado a un primer plano la dependencia al cannabis, el opio y sus alcaloides, principalmente la morfina y heroína. La coca ya tuvo su momento álgido en los años veinte y persiste hasta hoy, los alucinógenos y el nuevo brote de la coca son los mayores riesgos de nuestro tiempo que ha crecido junto con connotaciones económicas y políticas, que han llevado a una mayor preocupación social. Universalización, En nuestro tiempo asistimos a un hecho nuevo: el incremento de la población expuesta, que pasamos a ser todos. Hasta prácticamente la mitad del siglo XX, los problemas de la toxicología, se relacionaban con quienes estaban en contacto directo con el tóxico, la contaminación ambiental incluye a toda la población en riesgos tóxicos En principio los intoxicados eran pocos, personas, que contactaban con el tóxico de modo intencionado (homicidio, suicidio) o accidental (mordedura de serpiente, etc.). La ampliación en este enfoque la constituyó el riesgo en el medio de trabajo, que ha desarrollado una rama propia, la toxicología industrial. Sectores amplios de la población, que está expuesta por su trabajo, la dependencia a drogas, son pacientes que padecen la acción nociva de algunos tóxicos. Ecotoxicología, Se relaciona con el paso de cantidades importantes de tóxicos al medio ambiente. Hay tres factores que complican y confieren gravedad a este tema:  La gran cantidad de sustancias y productos utilizados en la industria.  Las cantidades masivas de productos, en la extensión de la tierra, por ejemplo el plomo, el mercurio o los plaguicidas.  Los posibles afectados somos todos: personas en correcto estado de salud como quienes, por su patología previa, son mucho más vulnerables a la acción de un tóxico. El fenómeno de la contaminación ha pasado a tener una importancia sanitaria de primer orden. La defensa o protección del medio ambiente se ha convertido en un problema político y está fijada claramente en Tratados Internacionales: Convenio de Rotterdam (PIC), Convenio de Estocolmo (COPs), Cumbre de la Tierra, Convenio de Basilea, y en las leyes fundamentales de algunos países. Multidisciplinariedad, Consecuencia de todo lo expuesto existe un interés creciente por los estudios de toxicología desde muchos puntos de vista. A pesar de su importancia sanitaria ya no se trata solamente de un problema médico. Ha trascendido por completo el marco de la medicina.

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Las repercusiones industriales y la trascendencia económica de la contaminación, la necesidad de fijar una política clara en los diferentes campos: clínico, ambiental, toxicomanías, los problemas legales (forense) y éticos, hacen entre otros aspectos, que la atención hacia temas que en el fondo son propios de la toxicología se desarrolle desde una gran diversidad de ángulos. Esto ha llevado a una visión ricamente multidisciplinaria, de la toxicología. En el campo científico, ha llevado a una diversidad de enfoques, que es visible en las grandes reuniones de toxicólogos. El sector más fértil en cuanto a productividad científica es el de la toxicología experimental. Esto lleva a la colaboración de personas de formación inicial muy diversa. La toxicología, en el campo de la sanidad, quizás es el sector de confluencia de personas con mayor diversidad conocimientos, de más clara interdisciplinariedad. Todo ello conduce a un conocimiento cada vez más parcial, pero más profundo, de los temas de toxicología. Estas son las características principales de la etapa actual de la toxicología. En general podemos decir que en el ámbito de la Toxicología a lo largo de la historia han ocurrido hechos “Desastres Químicos” “Catástrofes Tóxicas” que han afectado a un número importante de individuos: (Repetto, M. 2009) 1900: Inglaterra (Manchester) 6.000 intoxicados (70 mortales): As en la cerveza. 1915: Bélgica, 100.000 soldados afectados con gas mostaza. 1921: Canadá, vacas afectadas por cumarínicos del trébol dulce. 1937: USA, sulfanilamina en dietilenglicol utilizados en productos farmacéuticos 1950: Japón, contaminación del agua de río Junzu con Cd de las minas (enfermedad de Itaiti – gritos de dolor) 1953: Japón (Minamata), bioacumulación de metilmercurio en peces. 1956: Iraq, metilmercurio en harina de trigo 1960: Holanda, éster del ác. maléico y la glicerina en margarina 1961: Europa, focomelia producida por la talidomida 1961-1971: Vietnam, agente naranja como defoliante, provocó cáncer en los veteranos de guerra (dioxinas) 1971: USA, adenoma vaginal por uso de dietilestilbestrol 1970- 2000: Países bananeros, 1,2-dibromo-3-cloropropano, esterilidad y trastornos psíquicos. 1976: Italia, escape de tretra-cloro-dibenzo-p-dioxina de una industria farmacéutica. 1984: India (Bhopal), escape de metilisocianato

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1990: Bangladesh y Nigeria, dietilenglicol en jarabe de paracetamol (1992 Argentina, Haití 1995, India 1998, Panamá 2007) 1992: Uruguay, bromato de potasio como blanqueante en panadería 1995: Tokio, organofosforado en el metro. 2002: Moscú, derivado del Fentanyl como gas narcótico, 2006: Nicaragua, alcohol metílico del aguardiente 2008: Ecuador- Quito, escape de H2S, por error en la materia prima (uso de sulfuro de sodio por sulfato de aluminio) en una industria química. 2011: Ecuador, alcohol metílico en bebidas alcohólicas, causó 50 muertes

1.3. RAMAS Y ÁREAS DE LA TOXICOLOGÍA: Gráfico Nº 1 (M. Repetto 2006)

Toxicología Mecanicista (Experimental): Es la rama interdisciplinaria de la Toxicología y la más compleja. Su finalidad es la de describir y averiguar los posibles efectos perjudiciales de las sustancias químicas en los seres vivos, su comportamiento en el organismo por qué se produce el efecto tóxico y de qué forma puede prevenirse. Eestudia e identifica los mecanismos por los cuales las sustancias químicas ejercen los efectos tóxicos sobre los seres vivos, con el fin de producir sustancias químicas más seguras y desarrollar un tratamiento racional de la intoxicación. Toxicología Clínica: Estudia la enfermedad producida por sustancias tóxicas; la prevención, el diagnóstico y el tratamiento de las intoxicaciones, agudas o crónicas;

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dentro de ésta puede ubicarse la Toxicología Ocupacional cuyos efectos a largo plazo provoca daños a la salud. Toxicología Farmacéutica: Es una importante área dedicada al estudio de las cualidades tóxicas de los medicamentos, márgenes de seguridad, riesgos que comporta su uso, reacciones adversas, entre otras; tanto de forma inmediata como a largo plazo y en la descendencia. Toxicología Analítica: Trata de la identificación y cuantificación de moléculas tóxicas y sus derivados, tomando en cuenta sus propiedades físicas, químicas y biológicas. Es aquella que da el soporte técnico para proporcionar datos reales que contribuyan a la prevención, diagnóstico y tratamiento de las intoxicaciones con curso agudo o crónico; así como de soporte técnico en la administración de justicia para el esclarecimiento de muertes e intoxicaciones causadas por diferentes tóxicos en casos forenses. Toxicología de los Alimentos: Se ocupa de la prevención y diagnóstico precoz de los efectos nocivos de los aditivos alimentarios, plaguicidas y sustancias químicas persistentes en fuentes alimenticias susceptibles de generar alteraciones en el humano y especies útiles. De importancia para el control sanitario de los alimentos (Seguridad alimentaria). El problema de la contaminación de los alimentos por sustancias químicas, voluntariamente añadida por el fabricante, o formando parte de la contaminación ambiental El estudio de la ingesta diaria admitida – IDA/ADI, para los aditivos alimentarios y la residualidad de sustancias químicas. Toxicología Forense: Trata de los agentes tóxicos, utilizados en el cometimiento de los delitos y los efectos sobre el cuerpo humano que apoyada en la Química Legal tiene como objetivo fundamental la determinación de la causa de intoxicación o de muerte relacionada con sustancias químicas como agente causal. Es el conjunto de técnicas y conocimientos toxicológicos aplicados en auxilio de la administración de justicia. Toxicología Ambiental: Se enfoca en el impacto de contaminantes químicos del ambiente hacia organismos biológicos, humanos y no humanos (aves, peces, animales terrestres) Ecotoxicología: Es la ciencia que estudia el impacto de las sustancias tóxicas sobre la dinámica de población de un ecosistema Estudia los potenciales efectos nocivos que las sustancias tóxicas presentes en el ecosistema generan en los seres vivos. Toxicología Regulatoria: Coordina mediante normas y medidas legales la prevención y control de los distintos riesgos tóxicos. Establece estándares para cantidades de sustancias químicas permitidas en el aire, suelo, agua, alimentos ambiente laboral y los principios y métodos utilizados para la valoración del riesgo

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Toxicología Laboral, Ocupacional o Industrial: Estudia la profilaxis, diagnóstico y tratamiento de las intoxicaciones específicas del medio laboral. Toxicología Genética: Es el estudio de la acción de los tóxicos sobre el genoma humano.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS CASARETT & DOULL, Manual de Toxicología, editorial McGrawHill, México D.F. 2005 LADRON DE GUEVARA, J. Toxicología Médica, Editorial Interamericana, Madrid 1995. LAZCANO R. Toxicología Clínica, Librería Akadia Editorial, Buenos Aires 2003 REPETO, Manuel, Curso de Experto Universitario en Toxicología. Universidad de Sevilla. 2006 REPETO, Manuel, REPETO, Guillermo, Toxicología Fundamental, Ediciones Díaz de Santos, Madrid 2009 La Enciclopedia Salvat 2004 http://www.viasalus.com/vs/B2P/cn/toxi/pages/t/01/t0101.jsp http://www.monografias.com/trabajos18/toxicologia-general/toxicologia-general.shtml

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2. TOXICIDAD La cualidad intrínseca y relativa de todas las sustancias, que produce una intoxicación depende de factores como:         

Toxicidad Vías de ingreso Dosis Concentración Formas de la exposición Fuente contaminante Agente causal Factores predisponentes Relación dosis- respuesta

2.1. CLASIFICACIÓN Y ETIOLOGÍA DE LAS INTOXICACIONES Consiste en la búsqueda de la etiología de las intoxicaciones, para lo cual es importante considerar se produce en forma accidental, intencional o por hábito (abuso), y pueden ser: 1. Según Su Origen: Las intoxicaciones pueden tener diferentes orígenes: Intoxicaciones Sociales: Las distintas costumbres sociales y religiosas llevan al uso y abuso de muchas sustancias que pueden ocasionar intoxicaciones agudas o crónicas. Podemos mencionar como ejemplo el tabaco, el alcohol. Estos tóxicos tienen como característica su influencia sobre grandes masas de la población y su progresiva aceptación por parte de las sociedades, alguna de las cuales, lo aceptan como ritos y signos de progreso. Intoxicaciones ocupacionales: También llamadas profesionales o laborales, ocurren por acción de sustancias químicas que se encuentran en el ambiente de trabajo, aunque también puede ser por mala higiene personal. Son muy difíciles de avaluar ya que no recogen la totalidad de las enfermedades tóxicas declaradas o porque la sintomatología en un individuo no se relaciona con una enfermedad laboral.

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Intoxicaciones Endémicas: La presencia de determinados elementos en el medio ambiente puede traer como consecuencia la ocurrencia de intoxicaciones. Por lo general, son de establecimiento crónico ya que se deben al contacto prolongado con elementos en dosis pequeñas. Intoxicaciones por Contaminación Ambiental: Su importancia es tal que ha dado origen a una especialidad de la Toxicología (Ambiental). La población está expuesta a los contaminantes del aire, el agua, los alimentos (metales pesados, hidrocarburos, gases, sustancias oxidantes, plaguicidas, subproductos de combustiones orgánicas, etc.) producto de la actividad industrial, agrícola, urbana. Poseen la característica de presentarse en forma epidémica cuando se producen descargas de sustancias químicas al ambiente y cuando llueve el agua lava la atmósfera constituyendo la lluvia ácida. Todo esto conlleva a que los seres vivos sufran progresivamente intoxicaciones que alteran su salud y causan acortamiento del promedio de vida. Intoxicaciones Ponzoñosas: Producidas por plantas, insectos, peses y reptiles que poseen toxinas que al ser inoculadas a los mamíferos producen acciones locales y sistémicas de tipo anafiláctico, hemolítico, paralizante vasoactivo, cardiotóxico, etc. 2. Según Su Finalidad: Doping.- El uso irreglamentario o mejor el de sustancias perjudiciales por el deportista, con el deseo de aumentar su rendimiento, se ha generalizado en gran manera. Su origen podemos establecerlo en el uso de estimulantes en caballos de carrera, para luego extenderse a los humanos. El peligro radica en que los efectos pueden llegar a ocasionar daños severos, cuando no la muerte del deportista o del animal. Toxicomanías: el uso de sustancias de abuso con fines lúdicos genera cuadros de dependencia: cocaína, marihuana, heroína, anfetaminas, etc. Intoxicaciones Alimentarías: Pueden ser causadas por alimentos de naturaleza tóxica: como hongos (micotoxinas, aflatoxinas), animales (peces), por alimentos procesados que absorben sustancias tóxicas del envase, por contaminación biológica (microbiana) dichos microorganismos producen toxinas antes de ingresar al organismo o que se desarrollan luego de ingresar al organismo del consumidor (Estafilococo, Salmonella, E. Coli). Por la presencia de sustancias químicas como: metales pesados, plaguicidas, hidrocarburos, etc. Los contaminantes alimentarios se pueden clasificar de acuerdo con sus orígenes, en cuatro grandes grupos: a) Constituyentes tóxicos naturales: Son productos originados en el metabolismo de animales, plantas o microorganismos que utilizamos como alimentos, o están presentes en ellos. Muchas de estas sustancias naturales son potentes tóxicos, con efectos adversos inmediatos, y que dan lugar a intoxicaciones severas, incluso fatales. Algunos poseen toxicidad retardada y el conocimiento de su presencia en

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b)

c)

d)

e)

el alimento y establecimiento del mismo como agente causal de la intoxicación resulta difícil. Contaminantes biológicos: son producidos por bacterias y microhongos que han dado lugar a múltiples intoxicaciones y toxiinfecciones alimentarias. Otros microorganismos, del propio tracto gastrointestinal del huésped al actuar sobre los componentes de los alimentos, también dan lugar a metabolitos tóxicos (descarboxilación de aminoácidos, producción de nitrosaminas, etc.). Contaminantes químicos: Los constituyentes inorgánicos del agua y suelo pueden de forma natural absorberse y acumularse en los alimentos (Se, Cd, Hg, nitratos) o contaminarlos artificialmente, como consecuencia de las diversas actividades industriales, agrícolas o tecnológicas, o bien por posibles migraciones del enlatado y empaquetado, o por el uso de utensilios en el cocinado, preparación y almacenamiento a corto plazo (Al, Pb, Sn). El incremento de la productividad agrícola y el desarrollo industrial han ocasionado una mayor presencia artificial de contaminantes orgánicos (plaguicidas, bifenilos policlorados, plastificantes) en los alimentos de consumo humano (moluscos, vegetales) o bien animal (piensos) que pueden pasar a su vez a la cadena alimentaria humana. Aditivos alimentario: Los aditivos alimentarios, son agregados a diferencia de los contaminantes (presencia generalmente accidental) intencionadamente a los alimentos y bebidas, con el objeto de modificar sus caracteres organolépticos, facilitar o mejorar su proceso de elaboración y/o conservación. Aunque muchos de estos aditivos han sido usados durante largo tiempo y se consideran sustancias GRAS (generalmente reconocidas como seguras) las intoxicaciones crónicas que se han producido por la presencia en múltiples alimentos, los fenómenos de hipersensibilidad y riesgo de carcinogénesis, hacen que continuamente se estén investigando las posibles acciones de estas sustancias, sus mecanismos de toxicidad y se revisen las IDAS de las mismas. Sustancias derivadas: Los componentes de los alimentos pueden reaccionar con el concurso de agentes físicos (calor, luz) durante el cocinado, procesado y almacenamiento, y dar lugar a derivados más o menos tóxicos que los compuestos de partida, o de diferente toxicidad. La presencia de sustancias específicas puede tener efectos catalíticos (p. ej. ácidos y metales sobre las reacciones de hidrólisis u oxidación). También se producen tóxicos por la acción de microorganismos, de sus enzimas (descarboxilasas, desaminasas) sobre el propio alimento, incluso en el propio organismo humano (nitrato reductasas bacterianas del tracto gastrointestinal). Por ello incluimos en este apartado el riesgo tóxico por nitratos, nitritos y compuestos Nitrosos en la alimentación.

Intoxicaciones Genéticas Sería más apropiada denominarlas intoxicaciones por factores genéticos, pues son ocasionadas por alteraciones en el metabolismo normal de sustancias producidas por cambios genéticos del paciente. 3. Según Su Etiología : Desde el punto de vista médico legal las intoxicaciones pueden ser accidentales, suicidas y homicidas.

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Intoxicaciones Homicidas La intención de ellas es causar daños a una o más congéneres. Implican por tanto la premeditación y la intención de causar perjuicio o muerte. Puede ser por administración sucesiva de dosis no letales que crea antecedentes patológicos en una persona sana para que la muerte sea menos sospechosa Son causa de acción penal y establece un amplio contacto entre la toxicología clínica y la forense o toxicología legal. Intoxicaciones Suicidas El intento de autoeliminación en las cuales se utiliza sustancias químicas en sobredosis como agente causal, lo encontramos casi siempre rodeado de fenómenos que angustian al enfermo y que lo debilitan para luchar contra los problemas que lo atormentan. Este campo de la intoxicación con intención de autoeliminación, toca con un amplio campo con la psiquiatría. Normalmente el enfermo de esta índole repite y perfeccionan su intento de suicidio, o son verdaderos psicópatas con ideas obsesivas de muertes. Por lo general estos pacientes deben de continuar tratamiento en manos de psiquiatra. Intoxicaciones Accidentales Son ocasionadas generalmente por imprevisión de las personas, por descuido, por ignorancia y no conllevan como las homicidas, ninguna intención: ocurren al azar. Intoxicaciones Iatrogénicas: Producidas tanto por automedicación como por efectos indeseables de protocolos terapéuticos controlados por el médico, errores diferentes y sobredosis, interacciones por polimedicación, por intolerancia, hipersensibilización cruzada, por alteración de su metabolismo, en su efectos, potenciación, antagonismos, bloqueos metabólicos, o absorción conjunta con sustancias químicas como alcohol, tabaco, plaguicidas, agentes de limpieza, se presenta con mayor incidencia en niños. Por otra parte el libre expendio de productos naturales que se los usa sin conocimiento, son igualmente causa de graves y frecuentes accidentes tóxicos, con el agravante de sus mezclas son por lo general de sustancia desconocidas, tanto en calidad como cantidad, lo que hace más difícil el tratamiento adecuado del paciente. Una forma de intoxicaciones pueden ser también generadas por armas químicas, usadas a lo largo de la historia con procedimientos utilizados en las guerras con el fin de producir altercaciones funcionales, intoxicaciones o enfermedades infecciosas en las tropas enemigas.

2.2. TÉRMINOS DE LOS ESTUDIOS DE TOXICIDAD De acuerdo a su cronología:

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Toxicidad aguda: es la aparición de un cuadro clínico patológico tras la absorción de una sustancia química y que se manifiesta en las primeras 24 horas de exposición, como consecuencia de la aplicación de una sola dosis o de múltiples dosis durante las primeras 24 horas (algunos tóxicos manifiestan su efecto agudo luego de varios días o semanas: fósforo, talio, paraquat). En relación con la toxicidad aguda sin considerar el riesgo que supone la toxicidad crónica de importancia cuantitativa, se han establecido rangos de toxicidad según vías de administración. Toxicidad retardada: Subaguda: significa menor grado de gravedad, con un curso subclínico, se manifiesta desde el primer día hasta los 14 días de exposición. Toxicidad subcrónica: Se manifiesta desde los 15 días hasta los tres meses de exposición. Toxicidad crónica: es la respuesta a la repetida absorción de un tóxico en cantidades insuficientes, pero que por acumulación y suma de efectos llevan a estados patológicos (uso de medicamentos, productos industriales, plaguicidas, contaminación ambiental, etc.) Se manifiesta en el período desde los tres a seis de meses de exposición en adelante. Clasificación físico – química y relación con vías de ingreso Es útil en la toxicología clínica, ocupacional y analítica. Se clasifican conforme a la categoría de toxicidad en relación con la característica físico-química y la vía de ingreso y dosis. CUADRO Nº 1 Rangos de Toxicidad (REPETO 2009) Rango de toxicidad

Categoría de toxicidad

V.O. DL50 rata

V.D. DL50 conejo

1

Extremadamente tóxico

< 1 mg/kg

< 5 mg/kg

Inhalación 4h CL50 ratas ppm 10

2

Altamente tóxico

1-50 mg/kg

5-50 mg/kg

10-100

3

Moderadamente tóxico

50-500 mg/kg

50-350 mg/kg

100-1000

4

Ligeramente tóxico

0,5 -5 g/kg

0,35 -3 g/kg

1000-10.000

5

Prácticamente no tóxico

5-15 g/kg

3-25 g/kg

10.000-100.000

6

Relativamente inocuo

> 25g/kg

> 25g/kg

> 100.000

Vías de Ingreso Inhalatoria: Los compuestos gaseosos y volátiles pueden ser inhalados y absorbidos a través del epitelio pulmonar y la mucosa del tracto respiratorio. Por ésta vía el acceso a la circulación es rápido debido a que la superficie es extensa.

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Oral: La absorción en tracto gastrointestinal está gobernada por factores de aplicación general como: área de superficie de absorción, flujo sanguíneo en el sitio de absorción, estado físico, concentración y estado de ionización. Dérmica: Pocos agentes penetran fácilmente la piel intacta, la absorción es proporcional a la extensión de la superficie sobre la cual están en contacto y a su liposolubildad. La absorción sistémica se produce más fácilmente en la piel erosionada. Mucosas: La absorción puede realizarse por la mucosa: oral, nasal, ocular, rectal, vaginal. Otro criterio de clasificación de la toxicidad consiste en considerar el efecto producido en los animales de experimentación o en individuos expuestos accidentalmente:     

Toxicidad tisular inespecífica Toxicidad tisular específica Carcinogénesis Teratogénesis Mutagenesis

Potencial Toxico Pt Es un parámetro que evalúa la toxicidad de las sustancias en forma más exacta. Representa el potencial o toxicidad inherente a una sustancia en determinadas condiciones, vías de administración, especie. El pT es la inversa del logaritmo de base 10 de la dosis de una sustancia expresada en mol/kg que produce un determinado efecto. Dosis: Es la cantidad de sustancia administrada o absorbida por un individuo en proporción a su peso o volumen corporal, ordinariamente en 24 horas. Existen varios tipos de dosis: Dosis inútil o nula (Dn): Sin efecto positivo. Dosis terapéutica (Dtr): Dosis con la que se logra un efecto deseado. Dosis efectiva (DE), dosis de una sustancia que origina un efecto definido en un sistema dado. Dosis efectiva 50 (DE50): es la dosis que causa el 50 % del efecto máximo (letal). Dosis efectiva 100 (DE100): Con la que se logra el efecto deseado en el 100% de individuos.

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Dosis tóxica (DTx): proporción de una sustancia que produce intoxicación sin que llegue a ser letal. Dosis letal (DL): Es aquella que produce la muerte. Dosis letal 50 (DL50): Es la dosis única, derivada estadísticamente de una sustancia química, que se puede pronosticar causará la muerte del 50% de una población de individuos que la reciben bajo condiciones experimentales (especie, vía de exposición, etc. La DL50 no nos dice nada sobre la toxicidad subletal. CUADRO N° 2 Según la OMS DL50 mg/kg

Dosis tóxica baja o mínima (DTxm): La dosis más baja con la que una sustancia produce algún efecto tóxico. Dosis letal baja o mínima (DLm): La dosis más baja que produce la muerte, administrada en una o más tomas. Dosis Ambiente: Máxima concentración admisible (MCA): Es la concentración máxima que no debe ser sobrepasada en ningún momento. Valor umbral límite (TLV): Es el nivel permisible de agentes químicos o físicos en el ambiente laboral. Tiempo promedio ponderado (TLV-TWA): Es la concentración media de exposición establecida para una jornada normal de trabajo de 8 horas diarias y 40 horas a la semana, sin sufrir efectos adversos. Valor techo (TLV-C): Es la concentración ambiental que no debe ser excedida ni por un instante.

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TLV-STEL: Es la máxima concentración para exposiciones de 15 minutos con intervalos de por lo menos 60 minutos y máximo 4 exposiciones (3TLV) Concentración: Niveles o concentración: Es diferente a DOSIS, se trata de la cantidad de sustancia existente en el organismo, la cual se puede determinar mediante análisis químicos en líquidos biológicos, o puede ser la cantidad de sustancia activa en el medio (agua, aire, suelo, alimentos, etc.). NOAEL/NOAEC: Nivel/ concentración sin efecto adverso observado, que es la dosis más alta ensayada en la que no se observan efectos estadísticamente significativos. Es utilizada para sustancias con umbral LOAEL/LOAEC: Nivel / concentración menor con efecto adverso observado que es la dosis más pequeña ensayada a la que se observan efectos adversos. Utilizada para sustancias sin umbral Concentración (C): Es la cantidad de una sustancia expresada en peso por unidad de peso o volumen del medio en el que se encuentra, puede expresarse como porcentaje (no es sinónimo de dosis). Concentración efectiva (CE): Proporción de una sustancia que causa un determinado efecto en un sistema dado. Concentración efectiva 50 (CE-50): Es la concentración que causa el 50 % del efecto máximo (letal). Concentración letal (CL): Es la proporción de una sustancia tóxica en un determinado medio, que causa la muerte después de un cierto periodo de exposición. Concentración letal 50 CL50: Es la concentración en un medio biológico que se puede pronosticar causará la muerte del 50 % de una población determinada de individuos bajo condiciones experimentales. Concentración letal mínima: Es la más baja que se sepa produce la muerte. ADI/ IDA: Se define como la ingesta diaria de un compuesto que, durante toda la vida, parece no provocar riesgo apreciable de acuerdo con el conocimiento disponible en ese momento. Efecto: Efecto tóxico: Se refiere a cualquier efecto sobre un organismo vivo que produzca alteración del equilibrio fisiológico, puede ser reversible o irreversible. Efecto latente o retardado: Es aquel que aún no se ha manifestado.

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Efecto sistémico: Es el que ocurre en distinto lugar de aquel por el cual ingresó al organismo. Efecto subvaluado: Es el cambio biológico resultante de la exposición continuada a lo largo de 21 días. Efecto subclínico: Es aquel que se produce antes de que aparezcan síntomas. Efecto subcrónico: Es el cambio biológico resultante de la exposición durante el 10 % del período de vida del organismo estudiado (tres meses en animales de experimentación). Exposición: Índices biológicos de exposición (IBE): Son parámetros utilizados para poner de manifiesto la absorción o acumulación de un xenobiótico por un ser vivo, sirve para valorar el grado de afectación. Es la expresión numérica de un parámetro biológico en relación con la incidencia de un xenobiótico sobre la salud. Hay varios tipos de IBE: Químicos: concentración (tóxico y metabolitos), en fluidos o tejidos biológicos. Bioquímicos: modificación de parámetros bioquímicos fisiológicos (glucosa, actividades enzimáticas) Funcionales: alteraciones de funciones fisiológicas (capacidad respiratoria, circulatoria, diuresis) Histológicos: lesiones tisulares (órganos y tejidos). Parámetros de Cálculo de Exposición: Regla de Habers:

E=f(c x t)

E: efecto de un tóxico c: concentración del tóxico en el ambiente o medio t: tiempo de exposición o contacto Gráfico Nº 2 Tiempos en un proceso tóxico Absorción

EFECTO Aparición

T. latencia

Máximo Muerte

Desaparición

Duración del efecto

La contaminación ciudadana:

CMPU= TLV/420

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TIEMPO

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CMPU: concentración máxima permisible en aire urbano en una exposición diaria de 24 horas. 420: factor de incertidumbre de acuerdo al estado fisiológico. Coeficientes de acción tóxica:

CATA = DL50/DU

CATA: coeficiente de acción tóxica aguda DL50: dosis letal 50 DU: dosis umbral (TLV)

2.3. RELACIÓN DOSIS - EFECTO Y DOSIS RESPUESTA Efecto: Es la manifestación de la acción de un fármaco o sustancia química que modifica algún mecanismo bioquímico y está relacionada a las variables de dosis y tiempo. Para calcular la relación dosis efecto conviene recoger datos de muchos individuos, los cuales no experimentan idéntico efecto. Respuesta: es la proporción porcentual de la población de individuos que manifiestan el efecto requerido. Como en una población hay elementos más sensibles y otros más resistentes, al representar gráficamente en número de individuos que muestran el mismo efecto frente a una misma dosis se tienen la curva de Gauss, simétrica o no. La relación entre dosis – respuesta o concentración – respuesta, es la base para determinar la CL50 o la DL50 No es usual representar gráficamente las relaciones dosis-efecto, dado que lo que suele obtenerse son nubes de puntos muy dispersas. No obstante si idealizáramos tal representación podría parecerse a lo que se recoge en el Gráfico Nº 3 GRÁFICO Nº 3 Representación Dosis-Efecto (Menéndez Manuel)

Aparece así el concepto de dosis-respuesta, que se define como relación existente entre las dosis, de exposición o absorbida, y el porcentaje de la población expuesta

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que manifiesta un mismo efecto tóxico específico. Las relaciones dosis-respuesta pueden representarse gráficamente, siendo posible dos modalidades diferentes, las denominadas curvas de distribución o frecuencias de respuestas y de frecuencias acumuladas de respuestas, representadas respectivamente por (A) y (B) En la curva de frecuencias de respuestas (A), que cumple la ley de distribución normal o de Gauss, el área bajo las abscisas A y A' encierra a la población total que experimenta una respuesta específica para los valores de dosis comprendidas entre más y menos una desviación estándar de la dosis media. Posteriormente, al estimarse este criterio como excesivo, sólo el 68% de la población laboral sería "normal", se consideró como más representativo establecer los cortes en menos y más dos desviaciones estándar. Por tanto, los grupos de individuos que presentan respuestas en las colas de la curva de Gauss, es decir, inferiores al 5% o superiores al 95%, se consideran como individuos híper o hiposusceptibles respectivamente. No obstante, es difícil encontrar en la realidad colectivos de individuos cuyas relaciones dosis-respuesta respondan a una típica curva de distribución normal, siendo más común encontrar un cierto sesgo en las curvas al representar gráficamente los datos experimentales. Por ello, es más usual en Toxicología acudir a una representación de las relaciones dosis-respuesta según la modalidad de frecuencias acumuladas (B), en las cuales como puede observarse entre los puntos B y B' la gráfica es prácticamente recta. Gráfico Nº 4 Dosis – Respuesta (Dr. M. Menéndez)

Sensibles

Resistentes

El hecho de que la representación gráfica de las relaciones dosis-respuesta en la modalidad de frecuencias acumuladas tenga forma de curva sigmoidea, presenta

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inconvenientes prácticos para su confección y reproducción. Esta dificultad puede obviarse en muchas ocasiones representando en abscisas el logaritmo decimal de la dosis. Se obtienen así líneas rectas de más fácil comprensión, las cuales además presentan la ventaja de que la pendiente de la recta nos da una idea de la potencialidad tóxica de la sustancia, así como del margen de seguridad del xenobiótico. En estas representaciones se hace aparecer en el eje de ordenadas las frecuencias acumuladas de individuos que presentan un mismo efecto al ir incrementando la dosis. Esta modalidad de curva dosis-respuesta es de más fácil comprensión, y consecuentemente de mayor utilidad para el observador, ya que es lógico que a valores pequeños de dosis el porcentaje de individuos que exhiban la respuesta objeto de la determinación sea escaso, y que al ir aumentando la dosis vaya incrementando el número de individuos afectados, llegándose finalmente a un cierto valor de la dosis en el que el 100% de los individuos ensayados presenten el efecto específico en cuestión. Aunque en principio pueda parecer que es fácil concluir cual es la relación existente entre la dosis de un tóxico y el porcentaje de individuos que experimentan un mismo efecto, en la práctica toxicológica se presentan dificultades tales como la identidad real y pureza del agente tóxico, estimación exacta de la dosis, existencia de otros xenobióticos y de variables medioambientales o individuales que alteran la calidad y gravedad del efecto, etc. El conocimiento de cómo estos parámetros y variables influyen en la relación dosis-respuesta es difícil de evaluar y por ello es dificultoso en muchas ocasiones el establecer este tipo de relaciones. Para el establecimiento correcto de las relaciones dosis-respuesta es necesario tener en cuenta los siguientes principios: 

  

Las relaciones dosis-respuestas deben basarse en el conocimiento, o en una presunción razonable, de que el efecto que se está valorando se produce por el agente tóxico en cuestión. Existe un receptor, localización anatómica o estructura molecular, en el que tiene lugar la acción toxicodinámica que produce el efecto tóxico. Tanto la aparición del efecto tóxico, como la cuantía de la respuesta dependen de la cantidad de tóxico que alcanza el receptor. La concentración del tóxico en el receptor está relacionada con la cantidad de tóxico administrada, es decir, con la dosis.

Como resumen de lo anterior puede afirmarse que una relación dosis-respuesta implica que la respuesta es función de la concentración del tóxico en el receptor, que a su vez es función de la dosis, por lo que la respuesta y la dosis están relacionadas causalmente. El contenido de la Toxicología Laboral puede comprenderse si se analizan los requisitos que deben cumplir un programa, o estudio sistemático y exhaustivo, de Toxicología Ocupacional. Previamente a la planificación del estudio se necesitan conocer una serie de datos, tales como número de individuos expuestos, frecuencia

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de las exposiciones, vía fundamental de entrada del tóxico y margen de concentraciones de los compuestos que contaminan la atmósfera laboral. El programa debe contener en su diseño la metodología y requisitos precisos que permitan efectuar conclusiones de orden práctico, tendentes a un mayor rendimiento y economía del programa, sin olvidar la finalidad básica de mantener o mejorar el grado de salud de los trabajadores. Uno de los objetivos que deben ser cumplimentados es la puesta a punto de métodos que sean capaces de poner de manifiesto el posible daño patológico, cuando éste se halla todavía a nivel subclínico reversible. Para ello es preciso conocer con anterioridad qué tipo de daño puede deducirse de la cantidad y frecuencia de tóxico absorbido por la vía de entrada implicada en la exposición industrial. El modelo de relación lineal nos permite calcular gráficamente la dosis letal 50 (DL50)

Gráfico Nº 5 CALCULO DL50 (VARGAS B. 2009)

DL50

N° individuos

Valoración de la relación mueren entre dosis y respuesta

> pendiente > toxicidad

sobreviven log DL50

100

log D

A B

C 50 Respuesta

A. más tóxica B: < tóxica que A C: respuesta paralela < tóxica que B

25

1

28

2

3

4

5 log D

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__________________________________________________________________________________ (REPETO 2006)

Para la clasificación o sistemas de jerarquización toxicológica se utiliza la prueba de dosis fija, para lo cual la sustancia de prueba en un nivel determinado es administrada a los animales de experimentación. Luego de la administración habrá un período de observación de 14 días. La dosis a la cual se detecten signos tóxicos, se utilizará para clasificar la sustancia química de prueba. Estudios retrospectivos sobre DL50, revelaron que entre el 80 % y 90 % de aquellos compuestos que producían signos de toxicidad pero no la muerte con dosis de 5, 50 y 500 mg/kg de peso corporal por vía oral, presentaba valores de DL50 de más de 25, de 25 a 200, de 200 a 2000 mg/kg de peso corporal respectivamente. La Unión Europea los clasifica como: muy tóxicos, tóxicos y dañinos (CEPIS 1997). La dosis inicial de la prueba deberá orientar a identificar la toxicidad sin que haya mortalidad. 

  

Si al realizar pruebas con un grupo de cinco ratas machos y cinco hembras, con una dosis oral de 500 mg/kg de peso corporal, no aparece ningún signo o síntoma claro de toxicidad, la sustancia no deberá clasificarse en ninguna de las categorías de toxicidad aplicadas. Si se observa que hay toxicidad, pero ausencia de mortalidad, la sustancia podrá clasificarse como dañina. Si existe mortalidad, se repetirá la prueba con dosis de 50 mg/kg de peso. Si no hubiera mortalidad, pero se detectan signos y síntomas de toxicidad, la sustancia se clasificará como tóxica. Si hubiera mortalidad con la dosis de 50 mg/kg, la prueba se repetirá con una dosis de 5 mg/kg de peso. Si se detectan signos y síntomas de toxicidad y/o hubiera mortalidad, la sustancia deberá clasificarse como muy tóxica.

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

Para una evaluación completa de los riesgos, también se requerirán pruebas con 2.000 mg/kg de peso, en el caso de que no se llegara a observar ningún signo de toxicidad con dosis de 500 mg/kg de peso.

Las pruebas de toxicidad tienen como finalidad principal establecer mediante ensayos experimentales efectuados son animales de laboratorio, los efectos que pueden tener las sustancias químicas, sobre los seres humanos expuestos a ellas. Tomando como base el peso corporal, se asume que en la extrapolación (de animales al humano), los seres humanos son normalmente alrededor de diez veces más sensibles que los roedores, igual sensibilidad que los mamíferos Existe un conjunto definido de pruebas que deben llevarse a cabo por cada producto químico que va a ser producido para ser usado en cantidades generalmente por encima de una tonelada anual.

2.4. EXPERIMENTACIÓN TOXICOLÓGICA Y PROTECCIÓN ANIMAL La experimentación toxicológica se fundamenta en una serie de principios básicos: a. ¿Es posible reproducir experimentalmente en animales la mayoría de los procesos tóxicos? Para la mayor parte de tóxicos es posible encontrar algún modelo animal que permite modelar su acción en humanos, sin embargo, existen excepciones debidas a las respuestas idiosincráticas, circunstancias especiales desconocidas, respuestas inmunitarias, observaciones de síntomas o manifestaciones fisiopatológicas ligados a las especies y que no pueden detectarse en los animales. Los ensayos de toxicidad no se diseñan para demostrar que un compuesto es seguro, sino para caracterizar los efectos tóxicos que puede producir, b. ¿La aplicación de dosis tóxicas altas a animales, permite descubrir posibles peligros para el humano? El número de animales utilizados en el modelo experimental es mínimo en comparación con la gran población que estará expuesta a un determinado producto o sustancia química, razón por la cual, para obtener resultados estadísticamente representativos es necesario utilizar dosis altas, para que sus efectos sean detectados, considerando de que existe una correlación directa entre la dosis administrada y los efectos observados (dosis-efecto), característico para cada sustancia. c. ¿Es posible extrapolar cuantitativamente a humanos muchos de los efectos tóxicos observados en animales?

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La extrapolación de datos al hombre es el problema más difícil que se le presenta al Toxicólogo experimental. Luego de una amplia investigación se ha llegado a la conclusión de que ni siquiera el primate, responde a los tóxicos en forma similar que los humanos, sin embargo la mayoría de los efectos observados en los animales se manifiestan también en humanos con diferencias más cuantitativas que cualitativas, debidas a diferencias metabólicas y condicionamientos sociales. . En estudios realizados por Krasovskii (1976), demostró que existe una correlación lineal entre el logaritmo del peso corporal medio y el logaritmo de la DL50 de cada tóxico. d. ¿Es posible reproducir en el laboratorio, determinados efectos tóxicos manifestados en un organismo vivo? Según la hipótesis de la toxicidad basal (Ekwall 1988) la mayoría de los tóxicos provocan toxicidad aguda por interferencia en los mecanismos celulares comunes a la mayoría de las células. Esto permite utilizar métodos de laboratorio (métodos alternativos DL50, estudios multicéntricos de citotoxicidad), para investigar mecanismos de acción específicos y está dada por la ecuación: Log (DL50) = 0,435 x log (CL50 X) + 0,625 Expresado en mmol e. ¿Pueden emplearse determinadas especies animales o vegetales como centinelas o representantes de los efectos tóxicos en otras especies? La extrapolación de los resultados a humanos procura emplear en el estudio, especies con similar sensibilidad a un efecto tóxico en particular. En estudios ambientales es imposible evaluar en cada una de las especies existentes, generalmente se selecciona a la Daphnia magna, para compuestos puros y vertidos.

Tipos de Investigaciones Toxicológicas: Investigación Regulada: Es la investigación llamada también “Evaluación Toxicológica”, que se aplica para:  El registro de nuevas sustancias o productos (medicamentos, productos industriales y fitosanitarios) con el fin de evaluar el riesgo y clasificarlos, mediante: o Evaluación del peligro por exposición aguda (DL50), subcrónica y crónica (NOAEL). o Cinética, metabolismo y degradación ambiental  Control y monitoreo de la contaminación: Capacidad tóxica de muestras ambientales o alimentos. Investigación No Regulada: No está normada y puede ser básica y aplicada

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

La investigación básica tiene como fin la búsqueda del conocimiento, sin implicaciones prácticas y corresponde al estudio de mecanismos de acción, interacciones, efectos, etc.



La investigación aplicada, dirigida a un objetivo práctico como: o La selección del tamizado de nuevas sustancias en comparación con otras, Ej. Desarrollo de medicamentos, fitosanitarios, agroquímicos, etc. o El diagnóstico y la monitorización de la presencia de sustancias por sus efectos, ej. Bioensayos en casos de intoxicaciones alimentarias con toxinas, o el control de contaminantes del agua.

Experimentación docente y formativa: El objetivo es proporcionar un entrenamiento o instrucción práctica a profesionales y estudiantes

Modelos Experimentales Consideraciones sobre la experimentación animal En general para todos los estudios de toxicidad in vivo, tenemos que hacer unas consideraciones que hay que tener siempre presentes. Primeramente, si vamos a trabajar con animales, debemos concienciarnos de que son seres vivos a los que hay que tratar con respeto. La experimentación animal se debe sustentar sobre tres pilares: el animal de laboratorio, el entorno animal y la competencia y responsabilidad del experimentador. Un buen diseño experimental, con elección de buenos protocolos, una sólida búsqueda bibliográfica y un correcto desarrollo de todas las técnicas garantizadas por las Normas de Buenas Prácticas de Laboratorio conducirá a conseguir los fines previstos. Para comenzar el diseño experimental elegiremos una serie de parámetros: 1.

Selección del sustrato biológico/especie animal: sobre el que se aplica el xenobiótico siguiendo un plan de exposición. La especie debe ser la más sensible, la más conveniente y más semejante al hombre, pero sin olvidar las diferencias metabólicas entre especies a la hora de extrapolar resultados

2.

Número y distribución por grupo de los individuos: seleccionado conforme al plan de exposición (grupos, réplicas, repeticiones). El número de animales utilizados en cada lote experimental lo proporciona el estudio estadístico previo (dosis respuesta), para utilizar el menor número de individuos. .

3.

Selección de la dosis y grupos o número de animales: Para determinar la dosis a ensayar, se consideran todos los datos proporcionados por la revisión bibliográfica y en los estudios in vitro previos.

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4.

Vía de exposición / administración: La elección de la vía de administración depende de las propiedades fisicoquímicas del producto y de la vía probable de absorción para el hombre.

5.

Período de exposición: una dosis (aguda), tratamientos cortos (toxicidad subcrónica), por dosis repetidas (toxicidad crónica, estudios especiales).

6.

Biomarcadores de toxicidad/toma de muestras: debe seleccionarse antes del experimento según el tipo de investigación, entre los biomarcadores a controlar tenemos: peso, consumo de agua y alimento, comportamiento, exámenes físicos, hematológicos, séricos y urinarios, autopsia, estudios macroscópicos e histológicos. Actualmente se están implementando estudios de imagen.

7.

Análisis de los resultados: comprende el estudio estadístico de los resultados obtenidos, identificación de interferencias, análisis de datos e interpretación de los resultados.

8.

Modelo Predictivo: es la toma de decisiones para convertir los resultados en indicadores, permite clasificar los compuestos de acuerdo a su grado de toxicidad (clasificación toxicológica)

9.

Condiciones generales: corresponde a la redacción del protocolo antes de comenzar el experimento (procedimiento), con observación previa de los animales a experimentar.

Tipos de ensayos: En líneas generales la determinación de la toxicidad de una sustancia comportará los siguientes estudios: -

Estudios de toxicidad aguda. Estudios de toxicidad por dosis repetidas. Estudios especiales.

Estudios de toxicidad aguda: El objetivo de los estudios agudos es la determinación de la dosis letal media (DL50), que supone la cantidad de producto capaz de producir la muerte al 50% de los animales tratados. Este parámetro, en la actualidad no se determina con alta precisión, pues al no ser una constante biológica pierde interés encontrar una cifra influenciada por numerosas variables. La definición más actualizada de DL50 o DLmedia es: dosis calculada estadísticamente, de un agente químico o físico (radiación), que se espera que produzca la muerte al 50% de los organismos de una población bajo un conjunto de condiciones definidas. Los estudios agudos se realizan en animales de ambos sexos, en dos especies, roedores y no roedores, administrando una dosis única, por dos vías diferentes a

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distintos lotes. Los animales tratados se observan diariamente durante un periodo de 14 días, anotando síntomas, alteraciones o muertes. Concluido el estudio se sacrifican todos los animales y se realizan los análisis bioquímicos y anatomopatológico, si fuese necesario. Los métodos más usados son el "Método de clase tóxica aguda" y "Método de dosis fija". Ambos métodos nos proporcionan información destinada tanto a la evaluación de los riesgos como a su clasificación. Por cálculo estadístico se llega a determinar una gama de exposición en la que puede esperarse aparición de letalidad. Estudios de toxicidad por dosis repetidas: Son los estudios que se denominaban de toxicidad crónica, subcrónica e incluso se llamaron en un momento determinado como estudios de toxicidad subaguda, y en realidad eran estudios crónicos de distinta duración. En 1995 de acuerdo con las líneas directrices de la OCDE se sustituyen estos por los estudios de toxicidad por dosis repetidas. Son estudios de experimentación animal que se realizan en dos especies y en ambos sexos, igual que en los agudos. La administración es diaria, y se tienen que llevar en paralelo 4 lotes por sexo (uno como control sin tratamiento y tres lotes con tres niveles de dosis diferentes). La duración de estos estudios será distinta atendiendo a las propiedades fisicoquímicas del producto a ensayar y de la especie animal. En estos ensayos la observación diaria de manera muy minuciosa es primordial para los resultados. Se terminan sacrificando a todos los animales tratados y realizando la evaluación bioquímica y anatomopatológica. Estudios especiales: Dentro de ellos hay que considerar los estudios sobre la reproducción y los estudios a largo plazo. Todos necesitan unas instalaciones con una infraestructura más complicada ya que son ensayos que se realizan con animales estériles y tanto el personal que debe tener un nivel de formación alto como el material, bioterio, alimento, y necesitan unos requerimientos especiales. Los estudios sobre la reproducción incluyen los de teratogénesis, fertilidad y de toxicidad sobre una generación y sobre dos generaciones. Los ensayos a largo plazo son los de carcinogénesis y mutagénesis. Actualmente se ha avanzado mucho en los protocolos de estos estudios que están cambiando y renovándose constantemente. Los mayores esfuerzos en la validación de métodos alternativos se están realizando en esta parcela de la Toxicología con la finalidad de usar menos animales y conseguir mejores resultados. Los estudios de comportamiento son muy interesantes en Toxicología, debido a que muchos tóxicos pueden producir alteraciones de comportamiento con anterioridad a otras variaciones en parámetros clínicos.

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Podemos considerar también como estudios especiales los ensayos toxicocinéticos que ayudan a interpretar y evaluar los datos de toxicidad en la investigación de nuevos productos. Para comenzar a estudiar un producto químico nuevo, sus efectos, aplicaciones, reacciones adversas, dosificación, lo primero que hay que conocer es su cinética individual. En estos ensayos se realizan estudios de absorción del producto, distribución, metabolismo, que implica a su vez el estudio de los metabolitos, órgano diana donde va a realizar su efecto, posible acumulación y las vías de excreción. Independientemente pueden llevarse a cabo estudios para profundizar en el mecanismo por el cual se producen los efectos tóxicos.

Protección y Experimentación Animal: La protección y uso apropiado de los animales de experimentación es una responsabilidad que se debe asumir por Instituciones, personal investigador y laboratorios de ensayo. La experimentación in vivo ha de seguir realizándose, pero con una filosofía muy definida del "animal de experimentación". La participación de los animales en la salud y bienestar de la humanidad es un hecho desde la Antigüedad, que ha llegado hasta nosotros. En general se puede pensar que existe un derecho natural del humanoide usar el animal de laboratorio, para perfeccionar y aumentar conocimientos, así como para comer, vestirse, acompañarse y defenderse se necesitan otros animales. Repasando la Historia nos encontramos que en todos los tiempos y en todas las culturas se ha usado el animal en métodos científicos. Estos métodos diagnósticos quedan hoy obsoletos, frente el desarrollo de las técnicas instrumentales, capaces de detectar y cuantificar trazas de tóxicos tanto en muestras biológicas como en muestras no biológicas; sin embargo, actualmente se sigue diagnosticando el botulismo por un bioensayo en ratón.

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2.5. RIESGO TÓXICO SOBRE LA SALUD HUMANA Y EL AMBIENTE Puede definirse al Riesgo como la probabilidad de que se produzca un efecto adverso por una sustancia, tecnología o actividad. Por lo tanto, para que exista un riesgo es necesario que exista la posibilidad de ser expuesto a un peligro potencial, es decir, al conjunto de las características intrínsecas por las que se produce un efecto adverso. Mientras que el peligro potencial se puede determinar por procedimientos experimentales, el riesgo ha de ser estimado por estudios epidemiológicos de una población expuesta, o por inferencia matemática a partir de datos experimentales. Riesgo= Peligro X Exposición Entre los agentes estresantes se incluyen compuestos químicos y agentes físicos. Las características de peligrosidad, es decir la clasificación como "tóxico, muy tóxico, nocivo, corrosivo, irritable, carcinogénico, tóxico para la reproducción, mutagénico, etc.", son asignadas con arreglo a los criterios establecidos por la legislación. Un mismo compuesto puede provocar diferentes efectos dependiendo del tipo de exposición (ruta, duración, época, dosis), por lo que la evaluación del riesgo supone un proceso muy complejo. Además se producen interacciones entre compuestos, y los receptores de los compuestos pueden mostrar sensibilidad muy diferente, como en el caso de niños, adultos, ancianos, especies animales, etc.

ACTIVIDADES EN RELACIÓN AL RIESGO TÓXICO 1. Evaluación del Riesgo, que generalmente comprende  Identificación del peligro potencial  Evaluación de la exposición  Evaluación dosis - respuesta (toxicidad / seguridad)  Caracterización del riesgo 2. Gestión del riesgo 3. Comunicación del riesgo 4. Seguimiento o Monitorizacion del riesgo

2.5.1. LA EVALUACIÓN DEL RIESGO: Suele realizarse en cuatro etapas: 1. Identificación del peligro potencial: La valoración inicial del peligro inherente a la sustancia, 2. Evaluación de la exposición; La evaluación de las concentraciones o dosis a las que una determinada población puede ser expuesta, 3. Evaluación dosis - respuesta (toxicidad / seguridad): El estudio de la relación existente entre la dosis aplicada y los efectos producidos, que habitualmente se denomina como estudio de seguridad / toxicidad, y 4. Caracterización del riesgo: La caracterización del riesgo por integración de todos los datos obtenidos para concluir cuantificando el riesgo, además de la

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incertidumbre de su estimación. No siempre son precisas todas las etapas, ya que a veces con la primera es suficiente. A veces las legislaciones emplean sólo una parte para hacer clasificaciones ordenadas por la toxicidad de diferentes compuestos. Otras veces se combina con los datos de exposición para elaborar listas de prioridad de riesgos. La Historia del lugar o descripción de los procesos tecnológicos consiste en revisar, clasificar y validar toda la información referida a las características del sitio en relación con la ubicación geográfica, su geomorfología, hidrogeología, historia tecnológica, etc. La Identificación de los peligros: Es decir de los efectos indeseables que una sustancia es intrínsecamente capaz de provocar, consiste en identificar los efectos preocupantes y revisar la clasificación a la luz de los datos disponibles. Las evidencias empleadas para identificar los peligros varían en calidad, y sus resultados son a veces conflictivos. Unos estudios son mejores que otros debido a factores como el tamaño muestral y la duración de los experimentos. Además, unos estudios permiten correlacionar la dosis y el efecto sobre la salud, mientras que otros no lo consiguen. Para poder identificar los peligros es necesario recoger las evidencias que relacionen a una sustancia con un determinado efecto sobre los seres humanos o el medio ambiente. Estas evidencias proceden de cuatro tipos principales de datos: estudios epidemiológicos e informes de casos, estudios en animales, estudios in vitro y estudios de microcosmos y mesocosmos. Solo en algunos casos disponemos de datos experimentales obtenidos en humanos, ya que existen muchas limitaciones éticas. Estos mismos procedimientos nos permitirán profundizar en su conocimiento en la fase de evaluación de los efectos. En la evaluación del riesgo se emplean muy diversas herramientas. Con frecuencia la base de la información empleada para identificar peligros suele proceder de la aplicación a largo plazo del compuesto en animales de laboratorio, en un proceso largo y costoso. Los ensayos in vitro se han limitado durante años a ensayos cortos de mutagenicidad, que resultan mucho más baratos, y se están extendiendo en la actualidad a otras áreas toxicológicas reguladas. La gran ventaja de emplear datos procedentes de humanos, es que la evaluación del riesgo puede hacerse directamente evitando complejos procesos de extrapolación. Los datos epidemiológicos suelen proceder de la observación de efectos sobre la salud. La mayoría proviene de informes de casos, evaluación de correlaciones, y estudios de cohortes ocupacionales o epidemiológicas, que son los más deseables.

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Examina la existencia de una enfermedad en las poblaciones y trata de identificar si existe una relación causal con la exposición a un agente. Cuantifica la incidencia, es decir, el ritmo al que aparecen nuevos casos en la población, y la prevalencia, es decir, el número existente de casos en un determinado momento. Se basan en la experiencia de sujetos humanos. Por lo que la epidemiología proporciona el sistema más directo para determinar los efectos del agente sobre el ser humano. Los estudios epidemiológicos difieren de los ensayos clínicos y estudios con voluntarios, en que, a diferencia de los últimos, la aplicación del agente o la exposición laboral o ambiental de un grupo de personas ya ha tenido lugar antes de iniciar la evaluación. Para evaluar el riesgo de enfermedad o muerte, se examinan poblaciones que han sido expuestas a un agente y se compara con una población control no expuesto pero lo más parecida posible a la anterior (edad, sexo, raza, nivel socioeconómico, área geográfica, estilo de vida, influencia medioambiental, etc.). Lo más complicado es establecer la correlación con la exposición a una determinada sustancia. Cuando los efectos son a largo plazo, como en el caso de carcinógenos, las dificultades aumentan. Existen cuatro tipos principales de estudios epidemiológicos: -

Estudios de cohorte: comparan en el tiempo los efectos sobre un grupo expuesto (cohorte) y uno control. Son las evaluaciones epidemiológicas más frecuentes. Generalmente emplean grupos expuestos ocupacionalmente, ya que resulta más sencillo identificar y cuantificar los niveles de exposición. Existen dos tipos de estudios: o Los estudios de cohorte prospectivos: se identifican grupos según la exposición actual y se hace un seguimiento en el futuro. o Estudios retrospectivos: se identifican grupos de acuerdo a una exposición pasada.

-

Estudios caso-control: se comparan individuos enfermos con individuos sanos para detectar asociaciones con exposiciones. Estudios longitudinales (cross-sectional): comparación de la prevalencia de una enfermedad entre uno o más grupos expuestos. Estudios ecológicos: comparación de la incidencia de una enfermedad entre diferentes áreas geográficas.

-

El diseño de los estudios epidemiológicos es crítico, exigiendo la selección adecuada del periodo de tiempo, el empleo de controles adecuados, y los métodos estadísticos para detectar los efectos. Por ejemplo, para investigar la producción de cáncer es preciso considerar periodos largos, de unos 20 años. La potencia del estudio dependerá de la capacidad estadística de detectar efectos, y para aumentar la precisión, conviene que la población de estudio y control sean lo más amplias posible. Los errores más comunes en los estudios epidemiológicos se producen en la recogida de los datos, y son fundamentalmente de tres tipos:

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Sesgos de selección: cuando el grupo de estudio no es representativo de la población de la que proviene. Sesgos de información: por mala clasificación de los sujetos. Factores de confusión: cuando la población estudiada y el control difieren en factores que podrían influir en la producción de la enfermedad. Ej. fumar

La Evaluación de la exposición: Consiste en la determinación de las emisiones, vías de transferencia y tasas de movimiento de una sustancia y de su transformación o degradación, a fin de hacer una estimación de las concentraciones o dosis a las cuales están o pueden estar expuestas las poblaciones humanas o los compartimentos del medio ambiente (es decir, medio acuático, medio terrestre y aire). Consiste en la especificación de la población que podría estar expuesta al compuesto, identificando las rutas a través de las que podría producirse la exposición, y estimando la magnitud, duración, y patrón en el tiempo de las dosis que los seres vivos podrían recibir debido a su exposición. La evaluación de la exposición (PEC o estimación cualitativa) puede tener en cuenta, entre otros, los siguientes: -

-

Datos de exposición medidos adecuadamente. La cantidad de sustancia producida o importada. La forma en la que se produce, importa o utiliza la sustancia (por ejemplo, la sustancia por sí sola o como componente de un preparado). Las categorías de uso y el grado de confinamiento. Datos sobre la producción. Las propiedades fisicoquímicas de la sustancia, en particular el punto de fusión, el punto de ebullición, la presión de vapor, la tensión superficial, la solubilidad en agua, el coeficiente de partición n-octanol/agua, incluidas, cuando proceda, las que le confiere la elaboración (por ejemplo, la formación de aerosol). Los productos de degradación y/o los productos de transformación. Las vías probables de la exposición y el potencial de absorción, y los de absorción/desorción y degradación en compartimentos medioambientales. La frecuencia y duración de la exposición. El tipo y tamaño de las poblaciones específicas expuestas.

Todos los elementos se integran utilizando diversos tipos de modelos. Evaluación de la relación dosis (concentración)- respuesta (efecto): Supone la estimación de la relación entre la dosis o el nivel de exposición a una sustancia y la incidencia y la gravedad del efecto. El objetivo es predecir la concentración de la sustancia por debajo de la cual no son de esperar efectos adversos. Los estudios de toxicidad deberían comenzar con métodos in vitro para continuar con los métodos in vivo.

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Los procedimientos básicos utilizados en la evaluación de la toxicidad y las propiedades físico-químicas son los aceptados y publicados por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico, y afortunadamente se está produciendo la armonización entre las legislaciones de los estados miembros de la Unión Europea. Caracterización del riesgo Es la última fase de la evaluación del riesgo y consiste en la estimación de la incidencia y gravedad de los efectos adversos probables en una población humana o un compartimento del medio ambiente, debidos a la exposición real o prevista a la sustancia; puede incluir la estimación del riesgo, es decir, la cuantificación de dicha probabilidad. La mayoría de los compuestos presentan un umbral de toxicidad. Se incluyen en este grupo a los compuestos no cancerígenos, y a los cancerígenos no genotóxicos o mitogénicos. La caracterización del riesgo se hace sobre la base de este umbral, ya que se protegerá a la población manteniendo los niveles de exposición por debajo del mismo. Como umbral se emplea el Nivel / concentración sin efecto adverso observado (NOAEL/NOAEC), que es la dosis más alta ensayada a la que no se observan efectos estadísticamente significativos.

Gráfico Nº 6 - Curva Dosis - Respuesta: Con y Sin Umbral (Repetto y Col. 2006)

Habitualmente el procedimiento de caracterización consiste en dividir el umbral obtenido de estudios epidemiológicos o experimentales (NOAEL o LOAEL) por un factor de seguridad que asegure un margen de seguridad (MOS) o valor límite humano (HLV) suficiente. El factor de seguridad (SF) es un múltiplo de varios factores para compensar la incertidumbre debida a variaciones intra e interespecies,

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en el periodo de exposición, la naturaleza de los efectos adversos, la validez de la base de datos, etc. Como base suele usarse la Ingesta Diaria Aceptable (ADI) o la dosis de referencia (RfD), aunque parecen muy útiles los métodos probabilísticos como la Dosis Cota, o Benchmarking Dose Level (BMDL) ADI= NOAEL / SF Los compuestos sin umbral, que incluyen cancerígenos genotóxicos o mutagénicos, están regulados de una forma mucho más rígida y cautelosa, cuantificando el riesgo en humanos por extrapolación de los resultados obtenidos en los ensayos a largo plazo de carcinogenicidad en roedores. Atendiendo a los mecanismos por los que se producen los efectos tóxicos pueden distinguirse dos tipos fundamentales de agentes, según se identifique o no un umbral de efecto: 1. Compuestos / agentes con umbral de efecto tóxico: Suele tratarse de compuestos que provocan efectos sistémicos que sólo se observan si se sobrepasa una determinada dosis. Corresponde a la mayoría de los compuestos, y podrá evitarse que se produzcan sus efectos adversos simplemente manteniendo los niveles de exposición por debajo del umbral, es decir, aplicando un margen de seguridad. Este grupo incluye a los compuestos no cancerígenos, pero también a los cancerígenos no genotóxicos. Este tipo de cancerígenos no mutagénicos, también denominados mitogénicos, incrementan el riesgo de cáncer al acelerar el ritmo de división celular interactuando sobre el complejo sistema de regulación de la división celular. Los sistemas de control explican que exista un umbral para la acción de este grupo reducido de cancerígenos. 2. Compuestos / agentes sin umbral de efecto tóxico: Se considera que cualquier dosis por pequeña que ésta sea puede dar lugar a efectos tóxicos. Este grupo incluye a los cancerígenos genotóxicos o mutagénicos, que en la práctica constituyen la mayoría de los compuestos cancerígenos. Están regulados de una forma mucho más rígida y cautelosa, asumiendo que una molécula puede dar lugar a una célula mutada, y esto a cáncer, por lo que no se regulan niveles seguros. Tiende a buscarse el nivel cero, o al menos, el menor posible técnicamente. Para facilitar la exposición de las características de cada uno, se desarrollará en primer lugar la caracterización del riesgo en humanos para compuestos con umbral, seguida del estudio de los compuestos sin umbral, y de la caracterización del riesgo medioambiental. Caracterización del Riesgo de Compuestos con Umbral La mayoría de los compuestos presentan un umbral de toxicidad. Se incluyen en este grupo a los compuestos no cancerígenos, y a los cancerígenos no genotóxicos o mitogénicos. La caracterización del riesgo se hace sobre la base de este umbral, ya

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que se protegerá a la población manteniendo los niveles de exposición por debajo del mismo. Como umbral se emplea el Nivel / concentración sin efecto adverso observado (NOAEL/NOAEC), que es la dosis más alta ensayada a la que no se observan efectos estadísticamente significativos para todos los indicadores toxicológicamente relevantes considerados, incluyendo la morfología, capacidad funcional, crecimiento, desarrollo o vida media. Si no fuera posible determinar el NOAEL, se utiliza el Nivel / concentración menor con efecto adverso observado (LOAEL/LOAEC), que es la dosis más pequeña ensayada a la que se observan efectos adversos. Existen diversos métodos de extrapolación desde los resultados experimentales a los valores regulados, que emplean una nomenclatura no estandarizada por las diversas agencias reguladoras: 1. Ingesta Diaria Aceptable (ADI /IDA): La población general está fundamentalmente expuesta a los compuestos tóxicos a través del alimento y el agua de bebida. La aproximación de factores de seguridad se introdujo a partir de 1950 en respuesta a una directriz en el área de aditivos alimentarios (FDA). Un nivel seguro de aditivo alimentario o de contaminante se derivó a partir del NOAEL crónico (en mg/kg. de alimento) de estudios animales dividido por un factor de seguridad de 100 veces (ECETOC, 1995; Lehman y Fitzhugh, 1954). La propuesta se modificó en 1961 adoptándola la Organización Mundial de la Salud (WHO/FAO), expresándolo en mg/kg. Peso corporal / día. La ADI se define como la ingesta diaria de un compuesto que, durante toda la vida, parece no provocar riesgo apreciable de acuerdo con el conocimiento disponible en ese momento. En el caso de contaminantes suele denominarse Ingesta Diaria Tolerada (TDI). Para calcularla se recoge toda la información disponible, se determina el NOAEL usando el indicador de toxicidad más sensible, y se aplica el factor de seguridad apropiado para obtener la ADI en humanos. El factor de seguridad general puede ir de 10 a 1000, siendo 100 el más habitualmente usado. ADI= NOAEL / SF El factor de seguridad de 100 se seleccionó basándose en las siguientes premisas para cubrir las diferentes áreas de incertidumbre (Lehman y Fitzhugh, 1954): -

Diferencias en susceptibilidad entre animales y humanos Variabilidad intra (humano) especie Variabilidad inter (animal a humano)-especies Poblaciones humanas enfermas más sensibles, en comparación con animales experimentales sanos Posible acción sinérgica muchos aditivos alimentarios o contaminantes intencionales y no intencionados

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Pequeño número de animales ensayados frente al tamaño de la población humana Diferencias en el tamaño corporal entre los animales de laboratorio y el hombre Diferencias en requerimientos energéticos según edad, sexo, actividad física y condiciones ambientales Diferencias entre especies en el balance de agua e intercambio entre el cuerpo y el medio ambiente Para caracterizar el riesgo puede calcularse el cociente de riesgo, dividiendo la dosis absorbida por el ADI. Si el resultado es < 1, el riesgo será aceptable.

El establecimiento del límite aceptable del residuo en un producto de consumo (alimento o producto farmacéutico), está basado en el consumo aceptable diario (ADI), el cual tiene en cuenta el efecto tóxico de la sustancia en el cuerpo luego de su absorción. El efecto tóxico de una sustancia en el cuerpo se estima a través de la toxicidad en animales, considerando DL50 (dosis letal media o toxicidad aguda en animales), usualmente expresada como mg/Kg de peso del animal, que corresponde a la dosis de toxicidad a la cual mueren el 50 % de los animales experimentados. Para el cálculo de la ADI en humanos para una sustancia experimentada, tomando en cuenta la vía prevista para su uso, para lo cual se emplea el factor de seguridad FS, de 100 para alimentos y 1000 en fármacos, con un factor adicional de 1 a 10, así; ADI (mg/día) = DL50 (mg/Kg) * W (kg) / F W = peso corporal F = (FS)* (FC) FS = Factor de seguridad FC = Factor adicional (1 a 10) factor de conversión determinado empíricamente a partir de modelos con animales, desarrollado por Layton y otros, Una forma más indirecta de calcular la ADI es considerando el NOEL (nivel de efecto no observado) ADI = NOEL * W * FS

2. El Consejo de Salud de los Países Bajos: Propone el mismo factor de 100 para establecer los límites máximos en humanos (HLVs) en la población general (Health Council, 1985). Compara dos posibilidades de extrapolación:

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una basada en peso corporal, y otro basado en la demanda calórica, en cuyo caso se utiliza un factor de 30 en combinación de factores de ajuste. 3. Dosis de Referencia (RfD): El mismo sistema de ADI fue adoptado en 1988 por la U.S EPA para contaminantes ambientales, pero empleando los términos dosis de referencia (RfD) y factor de incertidumbre (UF) para evitar emplear los términos "aceptable" y "segura". 4. Método de Calabrese y Gilbert (1993): Se sugieren modificaciones a los factores de incertidumbre basándose en que los factores intra e interespecíficos no son totalmente independientes. El factor de incertidumbre entre especies asume que la media animal es 10 veces menos sensible que la media de los humanos. Partiendo de la asunción de que la mayoría de las respuestas humanas se encuentran en el rango de 10 veces, la aplicación de este factor debería comenzar con la media humana y extenderse para cubrir a los segmentos de alto riesgo de la población. Además tienen muy en cuenta la edad de los individuos. Asumiendo que el 50 % de la variabilidad intraespecie se debe a diferencias de edad, este factor podría considerarse como 60% antes del destete, y 40% tras el mismo.

5. Método de Renwick (Renwick, 1991, 1993ayb) Propone dividir cada uno de los factores en subfactores para tener en cuenta diferencias en toxicocinética y toxicodinámica aplicables cuando existan datos disponibles. Las diferencias toxicocinéticas son generalmente más importantes que las toxicodinámicas, por lo que propone que las 10 veces de los factores de incertidumbre (para inter- e intraespecies) deberían subdividirse en factores de 4 para cinética y 2.5 para dinámica. Para efectos críticos como teratogenicidad y carcinogénesis no genotóxica se emplearían factores de hasta 10. En casos en que la lesión reversible (como hiperplasia) es un precursor de severo cambio irreversible, se utiliza NOAEL para calcular la menor ADI. Se incluye un factor extra para contemplar la seriedad potencial de aspectos no reconocidos, y que ha de basarse en el juicio científico. Se emplea 1 si se asume que los datos son adecuados y consistentes. El International Program on Chemical Safety (IPCS, 1994) ha adoptado estos principios, pero sugiere que mientras que el factor de incertidumbre interespecies se subdivida en 4 y 2.5 veces, el de extrapolación intraespecies debería separarse regularmente (3.16 veces) para ambos (cinética y dinámica) (ECETOC, 1995). 6. Aproximación de Lewis y col., (1990): Introduce flexibilidad en la obtención de información y en el juicio experto. Establece guías para ajustar los valores experimentales de no efecto. En la práctica no es sencillo distinguir los diferentes factores, alguno de ellos no tienen base científica, y no se tiene en cuenta que los factores pueden no ser independientes.

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7. Método TNO: Propuesto para la evaluación del riesgo en trabajadores en los Países Bajos (EC, 1992; Stevenson y col., 1995; Hakkert, y col., 1996) estableciendo valores de referencia (HBORVs), como máxima cantidad de una sustancia a la que un trabajador puede exponerse sin sufrir efectos adversos. Los factores de evaluación se derivan considerando el perfil de toxicidad de la sustancia, y si no es posible, se aplican opciones por defecto A menos que los datos conduzcan a otro método, el factor general se establece por multiplicación de los factores individuales, lo que puede dar lugar a factores extremadamente altos. Se considera que algunos factores pueden estar relacionados. 8. Método ECETOC: El ECETOC (1995) obtiene la estimación científica del NOAEL humano, al que denomina nivel sin efecto adverso previsto (PNAEL) mediante tres etapas. En cada etapa se estima un factor, que al final son multiplicados para obtener el PNAEL humano. En la primera etapa se aplica un factor de ajuste derivado científicamente al NOAEL/ LOAEL de los efectos críticos establecidos en el estudio central. Si la base de datos es inadecuada, no puede aplicarse. En la segunda fase se aplica un factor de incertidumbre al PNAEL para tener en cuenta el grado de incertidumbre científica del proceso (alto grado de confianza: 1; medio: 1-2; bajo: >2). En la tercera etapa se aplica factor de seguridad no científico, teniendo en cuenta factores políticos, socioeconómicos, o de percepción del riesgo. De acuerdo con cada vía y la duración de la exposición se aplican diferentes factores, que son recomendados. La Guía de evaluación del riesgo de la Unión Europea (TGD) recomienda considerar los siguientes parámetros al estimar el margen de seguridad: - La incertidumbre deriva, entre otros factores, de la variabilidad en los datos experimentales y en la variación intra e interespecie - La naturaleza y severidad del efecto - La población humana a la que se le aplica la información de exposición - Las diferencias en exposición (ruta, duración, frecuencia, y patrón) - La relación dosis-efecto observada - La confidencia general de la base de datos La TGD especifica que se requiere el juicio experto para balancear el peso de cada uno de los parámetros individuales caso por caso. Se requiere trasparencia, por lo que todas las decisiones tomadas y las razones para ello deben ser descritas cuidadosamente. 9. Métodos Probabilísticos: Benchmarking Dose Level: Los métodos probabilísticos suponen una aproximación completamente diferente a las comentadas previamente. La que podríamos traducir al español como Dosis Cota, es decir Benchmarking Dose Level (BMDL) (Slob y Pieters, 1998) puede considerarse una aproximación ideal para establecer límites de exposición y cuantificar el riesgo cuando se exceden dichos límites (Vermeire y col., 1999).

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El BMDL se define como el límite inferior de confianza al 95% de la dosis de efecto critico (CED), como punto inicial para la extrapolación al hombre (Crump, 1984). A partir de ahí podrían aplicarse factores de seguridad. Alternativamente se propone combinar probabilísticamente el CED con las distribuciones de los factores de extrapolación. El resultado sería una distribución de evaluación, con un nivel de cautela cuantificable. Es una aproximación probabilística completa, que permite comparar las diferentes incertidumbres implicadas en la evaluación del riesgo, incluyendo la incertidumbre de la estimación de la exposición, la incertidumbre del punto de inicio toxicológico (el concepto de benchmark dose), y la incertidumbre de los factores de evaluación. El concepto de la dosis cota tiene en cuenta la información de curva dosis-respuesta y las incertidumbres en la estimación del verdadero umbral experimental en el animal, dependiendo de la calidad del estudio. También permite estimar los límites superiores e inferiores de posibles efectos sobre la salud en la población sensible a un nivel de exposición. Caracterización del Riesgo de Compuestos sin Umbral Cualquier dosis por pequeña que sea de un compuesto sin umbral puede dar lugar a efectos tóxicos. Este grupo incluye a los cancerígenos genotóxicos o mutagénicos, es decir, la mayoría de los compuestos cancerígenos. Están regulados de una forma mucho más rígida y cautelosa que los compuestos no cancerígenos, asumiendo que una molécula puede dar lugar a una célula mutada, y esto a cáncer, por lo que no se regulan niveles seguros. Tiende a buscarse el nivel cero de exposición, o al menos, el menor posible técnicamente. Una vez que de forma cualitativa se estima que una sustancia es carcinógena o probable carcinógena en humanos, es preciso cuantificar el riesgo. Desde 1970 se fueron desarrollando diversos modelos estadísticos o de distribución para extrapolar a dosis bajas en humanos los resultados obtenidos en los ensayos a largo plazo de carcinogenicidad en roedores. Estos procedimientos de Evaluación cuantitativa del riesgo (QRA) en US se suelen conocer como modelos de extrapolación de altas a bajas dosis. Entre los modelos desarrollados se incluye el método probit, logit, Weibull, etc. Otra vía fue la de los modelos mecanicistas, como el de impacto singular, multiimpacto, modelos multietapa y su versión linealizada, y los estocásticos de dos etapas. Su habilidad para adaptarse a los datos fue reconocida, aunque proporcionando diferentes estimaciones de riesgo a dosis bajas. Algunos modelos empleados en la extrapolación del riesgo:  

Modelos estadísticos o de distribución: - Log-probit / Logit / Weibull Modelos mecanicistas: - Impacto singular / Multiimpacto - Multietapa

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

- Multietapa linealizado - Estocástico de dos etapas Modelos intensificados: - Tiempo a la respuesta tumoral - PBPK: cinética

En 1986 la EPA, que había desarrollado modelos de impacto singular y multietapa, se decantó por emplear el modelo multietapa linealizado (LMS) como opción por defecto en la evaluación del riesgo (Lovell y Thomas, 1996). El modelo multietapa linealizado había sido desarrollado para explicar datos epidemiológicos de cánceres en humanos. Asume que todos los carcinógenos actúan por un mecanismo común, y que cualquier carcinógeno incrementa esa parte del proceso en marcha. Solamente es aplicable a compuestos clasificados como carcinógenos. El modelo multietapa linealizado (LMS) se ha mostrado útil en diversos marcos reguladores. Consiste en ajustar el modelo multietapa como una ecuación polinómica, y usando el componente lineal del polinomio, q1, llevar a cabo la extrapolación. El componente lineal es equivalente a la pendiente de la relación dosis-respuesta a dosis bajas. El mejor ajuste, o la pendiente de la Estimación de Máxima Probabilidad (MLE), q1, o límite superior de confianza al 95 %, q1*, valores que son usados para la extrapolación de dosis bajas para obtener, la dosis asociada al incremento específico en el riesgo de 10-6, generalmente denominada Dosis Virtualmente Segura (VSD) (Lovell y Thomas, 1996). Expresado de forma más sencilla, a partir de la curva dosis-respuesta se calcula matemáticamente por el procedimiento adecuado el factor de riesgo q, por lo que Riesgo = q x dosis de exposición = cánceres esperados / millón de personas durante toda la vida Al ser ésta la opción por defecto aplicada por la EPA, solo se permiten desviaciones de las directrices si existe adecuada evidencia de que el mecanismo de carcinogénesis se ajusta a otro modelo. La evaluación del riesgo para el medio ambiente es cada vez más relevante para resolver problemas ecológicos, como la pérdida de biodiversidad, además de las cuestiones políticas relacionadas. Se fundamenta en procedimientos estandarizados de análisis del impacto y monitorización ambiental. Se emplean ensayos con especies animales (peces, insectos), análisis geográficos por computador, y simulaciones computarizadas del ecosistema.

2.5.2. LA GESTIÓN DEL RIESGO Una vez caracterizado, el riesgo debe gestionarse. La gestión o manejo del riesgo es el proceso de identificación, evaluación, selección, e implementación de acciones para reducir el riesgo para la salud humana y los ecosistemas. Entre las posibles decisiones se encuentra la evitación del riesgo mediante la prohibición del producto; las limitaciones en su uso; o el establecimiento de recomendaciones de uso y límites de seguridad que no puedan sobrepasarse, como los límites de contaminantes

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industriales o medioambientales, límites máximos de residuos en alimentos, etc. Cuando se han tomado las decisiones, es preciso que las autoridades reguladoras se aseguren de su cumplimiento, efectuando la monitorización o seguimiento del riesgo. Programas patrocinados por organizaciones internacionales como la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OECD) y la Organización Mundial de la Salud (WHO) han ayudado a la promoción de la armonización en la evaluación del riesgo.

2.5.3. COMUNICACIÓN DEL RIESGO La comunicación del riesgo, consiste en la interpretación y difusión de la evaluación y de las decisiones. Requerimientos de información para la Evaluación y Notificación de Peligro (CEPIS 1997)Identidad de la sustancia: 

 



Nombre o Nombres en la nomenclatura IUPAC o Otros nombres (comercial, común, abreviatura) o Número de CAS Fórmula empírica y estructural Composición de la sustancia o Grado de pureza en % o Naturaleza de las impurezas, incluido isómeros y subproductos o Porcentaje de impurezas significativas o Aditivos en orden de magnitud en ppm o % o Datos espectrométricos (UV, IR, RMN) Métodos de detección e identificación (descripción detallada o referencias bibliográficas)

Información sobre la sustancia:  Usos propuestos o Tipos de uso: acción y efectos deseados o Campos de aplicación: industria, agricultores, público en general  Producción calculada y/o importaciones para cada uno de los usos  Métodos y precauciones recomendadas o Manipulación o Almacenamiento o Transporte o Incendio: naturaleza de gases de combustión o Otros peligros: reacciones químicas  Medidas de emergencia en caso de accidente químico  Medidas de emergencia en caso de daño a la salud Propiedades Físico Químicas de la sustancia:

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Punto de fusión Punto de ebullición Densidad relativa Presión de vapor Tensión superficial Solubilidad en agua Solubilidad en grasas o Tipo de Disolvente en mg/100 g y ºC Coeficiente de partición: n-octanol – agua Punto de inflamación Inflamabilidad Propiedades explosivas Auto inflamabilidad (ºC) Propiedades de oxidación

Estudios toxicológicos: 

Toxicidad aguda o Administración por vía oral: DL50 mg/kg de peso; Efectos observados (signos y síntomas) o Administración por inhalación: CL50 (ppm), duración de la exposición en horas; efectos observados (signos y síntomas). o Administración por vía cutánea: DL50 mg/kg; efectos observados (signos y síntomas). o Las sustancias que no sean gases se deberán administrar por dos vías y una de ellas será la oral, la otra vía dependerá del uso previsto. Los gases y líquidos volátiles deberán administrarse por vía inhalatoria por un período mínimo de 4 horas. En los dos casos se deberá observar a los animales por 14 días. La rata es la especie preferida para la vía oral e inhalatoria. Se deberán realizar los experimentos en los dos sexos. o Irritación de la piel: aplicada sobre piel rasurada (preferible conejo albino). Duración de la exposición en horas. o Irritación ocular: duración de la exposición en horas (preferible en conejo). o Sensibilización de la piel: se usa conejillo de indias



Toxicidad subaguda o Toxicidad subaguda en 28 días  Efectos observados: signos y síntomas de acuerdo con las concentraciones usadas (estudios clínicos y de laboratorio)  Dosis en la que no se observa ningún efecto tóxico o Deberá elegirse un período de administración diaria (cinco a siete días por semana, durante al menos cuatro semanas

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  

La vía de administración se elegirá de acuerdo al uso propuesto, la toxicidad aguda y propiedades físico químicas de la sustancia. La rata es la especie preferida para experimentos por vía oral e inhalatoria.

Otros efectos: o Mutagenicidad (carcinogenicidad)

Estudios Ecotoxicológicos: Dependiendo del uso previsto 



Efectos en los organismos o Toxicidad aguda para peses  CL50  Duración de la exposición  Especies seleccionadas (una o más) o Toxicidad aguda para Dafnia  CL50  Duración de la exposición Degradación biótica y abiótica o DBO y la proporción de DBO/DBQ (mínimo)

Posibilidad de Eliminar el Riesgo de la Sustancia 

Para la industria y el comercio especializado o Posibilidad de recuperación o Posibilidad de neutralización o Posibilidad de destrucción  Descarga controlada  Incineración  Estación de purificación de agua  Otros  Para el público en general o Posibilidad de recuperación o Posibilidad de neutralización o Posibilidad de destrucción  Descarga controlada  Incineración  Estación de purificación de agua  Otros

Caracterización Físico-Química: Desde hace muchos años se conoce la relación existente entre la estructura química y las propiedades fisicoquímicas de una determinada sustancia con sus efectos específicos, lo que se conoce como relación estructura - actividad o SARs. En un principio se estudió la relación existente entre análogos químicos y sus efectos. El

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coeficiente de partición octanol-agua, el peso molecular, han sido las más utilizadas para correlacionar estructura y efectos químicos y la relación más frecuentemente usada ha sido el log del coeficiente de partición octanol/agua frente al log de la toxicidad media aguda. Por medio de una ecuación de regresión se puede relacionar la toxicidad de una serie de sustancias químicas similares, con sus propiedades químicas. Si bien las relaciones cuantitativas de estructura-actividad deben estar basadas en datos válidos de estudios de toxicidad. La caracterización Físico-Química de las sustancias se realiza mediante una serie de métodos, reconocidos y recomendados por organismos internacionales competentes, en particular la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE). Cuando no se ha podido disponer de tales métodos, se han adoptado normas nacionales o métodos ampliamente reconocidos por los medios científicos.

Estudios toxicológicos: Evaluación de los Efectos o Dosis –Respuesta La evaluación de la toxicidad conlleva el estudio de sustancias que pueden ser peligrosas para el medio ambiente y/o para el hombre. Cuando un xenobiótico llega a uno de los compartimentos del medio ambiente puede actuar sobre su flora o fauna, puede ser incorporado o absorbido por un organismo vivo que puede transmitirse a través de la cadena alimentaria a especies más elevadas en la escala zoológica hasta llegar al hombre. Algunos compuestos químicos pueden tener efectos tóxicos inmediatos, otros presentan baja toxicidad aguda pero se pueden acumular y producir toxicidad a largo plazo, o transformarse a metabolitos más o menos tóxicos. La evaluación de la toxicidad para el hombre la podemos centrar en tres puntos: a). - Diagnóstico de la intoxicación b). - Evaluación de la toxicidad de sustancias conocidas c). - Evaluación de la toxicidad de nuevos productos Para trabajar en cualquiera de los apartados anteriores tenemos que realizar: -

-

Estudio químico toxicológico para determinar cuali y cuantitativamente el agente productor de la intoxicación. Búsqueda bibliográfica de la información sobre el producto: características físico-químicas; toxicológicas (dosis, cantidad, margen de seguridad…); disponibilidad; condicionamientos ambientales, alimentarios y terapéuticos; casos conocidos de intoxicaciones y si es posible, resultados de ensayos clínicos. Estudios de toxicidad: o In vitro: se deben comenzar con ellos para respetar las 3R (reemplazo, reducción, refinamiento y la 4ª R responsabilidad) y las 3S (screening, especificidad y sensibilidad).

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o In vivo: se realizan en animales de laboratorio. Los estudios de evaluación de la toxicidad persiguen determinar cuáles son los efectos tóxicos producidos, así como establecer la relación dosis (concentración)respuesta (efecto), que consiste en la estimación de la relación entre la dosis o el nivel de exposición a una sustancia y la incidencia y la gravedad del efecto. El objetivo es predecir la concentración de la sustancia por debajo de la cual no son de esperar efectos adversos en el compartimento ambiental de que se trate (PNEC). No obstante, en algunos casos puede no ser posible establecer una PNEC y habrá que hacer una estimación cualitativa de la relación dosis (concentración) - respuesta (efecto). Procedimientos de Evaluación de la Toxicidad Todos los estudios de toxicidad se debieran comenzar con métodos in vitro para continuar con métodos in vivo. En el momento actual los esfuerzos que se están realizando en experimentación in vitro, muchos con resultados muy satisfactorios, han generado un gran avance en estas técnicas alternativas, pero no se pueden considerar sustitutivas. La CEE, en el Diario Oficial de la Comunidad contesta que "la Comisión no tiene intención de prohibir las técnicas de análisis prescritas por la directiva 91/492/CEE, mientras que la evidencia científica no demuestre que la protección de la salud de los consumidores puede estar garantizada a un nivel equivalente por técnicas alternativas". Procedimientos Básicos de Evaluación de la Toxicidad En Europa, los procedimientos básicos utilizados en la evaluación de la toxicidad y las propiedades físico-químicas son los aceptados y publicados por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OECD, 1993). El listado de los procedimientos aprobado por la OCDE puede obtenerse en la dirección http://www.oecd.org/document/22/0,2340,en_2649_34377_1916054_1_1_1_1,00. html. Como un ejemplo del tipo de procedimientos más empleados, se relacionan aquellos incluidos en la Directiva 92/69/CEE (no se incluye la parte A correspondiente a los estudios fisicoquímicos): Parte B: Métodos para la Determinación de la Toxicidad B.1. Toxicidad aguda por vía oral B.1 Toxicidad aguda (oral) método de dosis fija B.2. Toxicidad aguda por inhalación B.3. Toxicidad aguda por vía cutánea B.4. Toxicidad aguda - irritación de la piel B.5. Toxicidad aguda - irritación ocular B.6. Sensibilización de la piel B.7. Toxicidad por administración continuada (28 días) por vía oral

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B.8. Toxicidad por administración continuada (28 días) por inhalación B.9. Toxicidad por administración continuada (28 días) por vía cutánea B.10. Mutagenesis (ensayo citogenética in vitro en mamíferos) B.11. Mutagenesis (ensayo citogenética in vivo en médula ósea de mamíferos, análisis cromosómico) B.12. Mutagenicidad (ensayo de micronúcleos) B.13. Mutagenesis (ensayo de mutación revertida en Escherichia Coli) B.14. Mutagenesis (ensayo de mutación revertida en Salmonella typhimurium) Parte C: Métodos para la Determinación de la Ecotoxicidad: C.1. Toxicidad aguda en peces C.2. Toxicidad aguda en Daphnia C.3. Ensayo de inhibición de algas C.4. Biodegradación: determinación de la biodegradabilidad "fácil" C.4-A: Pérdida de carbono orgánico disuelto (COD) C.4-B: Prueba de detección de la OCDE modificada C.4-C: Desprendimiento del dióxido de carbono (CO2) C.4-D: Respirometría manométrica C.4-E: Frasco cerrado C.4-F: MITI (Ministerio de Industria y Comercio Internacional de Japón) C.5. Degradación: demanda bioquímica de oxígeno C.6. Degradación: demanda química de oxígeno C.7. Degradación: degradación abiótica: hidrólisis en función del pH. Cinética Ambiental La Ecotoxicología no sólo se centra en el efecto tóxico de las sustancias químicas en el ámbito de organismos y poblaciones sino también en el ámbito de ecosistemas. En los últimos años ha ido adquiriendo cada vez una mayor importancia el conocimiento del ecosistema en cuanto a su caracterización jerárquica, la importancia de las interrelaciones entre los distintos componentes del ecosistema y los ciclos de materia y energía. Para describir las propiedades básicas de los ecosistemas se han aplicado principios de Termodinámica. Así, por ejemplo se ha estudiado la capacidad de adaptación del ecosistema asociada a los cambios producidos por impactos y la cantidad de información almacenada en dichos ecosistemas. Para caracterizar el comportamiento de las sustancias químicas será necesario conocer su concentración en los diferentes compartimentos medioambientales (aire, suelo y agua) y entender el movimiento y transporte de estas sustancias químicas dentro y entre los mismos. Existen modelos para predecir los efectos en el medio ambiente de las fuerzas naturales sobre las sustancias químicas producidas por el humano. Una sustancia química antropogénica va a sufrir una serie de interacciones en la naturaleza. Para la creación de dichos modelos, se requiere la incorporación de variables abióticas, como temperatura, dirección del flujo del agua y del viento, velocidades, incidencia

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de la radiación solar, presión atmosférica y humedad y su incidencia sobre las sustancias químicas, a una concentración determinada, en una de las cuatro matrices, con fases móviles como atmósfera e hidrosfera (aire o agua) y aquellas que contienen fases estacionarias litosfera (suelo) y organismos de la biosfera. De esta forma existen movimientos intra e inter fases. La persistencia de la contaminación es función de la estabilidad de la sustancia química en una fase y su transporte dentro de ella. La estabilidad es función de las propiedades fisicoquímicas y de la biodegradación en esta fase. Una sustancia química, una vez liberada puede entrar en cualquiera de las cuatro matrices. En la atmósfera por evaporación, en la litosfera por adsorción, en la hidrosfera por disolución o en la biosfera por absorción, inhalación o ingestión. La principal ruta de entrada de los contaminantes en la atmósfera es a través de la evaporación y de la emisión. En la atmósfera entran cantidades significativas de contaminantes procedentes de otras matrices mediante su transporte, el cual suele ser a mayor velocidad en el aire que en el agua y depende de factores como la viscosidad, existiendo un gradiente de concentración. La difusión de los contaminantes en el aire dependerá de su peso molecular y de la temperatura del aire. Los contaminantes entran directamente en la hidrosfera a través de vertidos, deposición seca o húmeda o por movimientos de interfase. El movimiento de las sustancias químicas en la hidrosfera se produce por difusión, dispersión o a través de flujos de masas de agua. El grado de difusión de los contaminantes, dependerá como en el caso del aire, de características como el peso molecular del contaminante o soluto, el peso molecular del agua (disolvente), la temperatura del agua, la viscosidad y de un factor de asociación entre el agua y las características dinámicas, como la magnitud del gradiente de concentración del contaminante. Los procesos de difusión en el agua son mucho más rápidos que en el suelo. Las sustancias químicas entran en la litosfera por procesos similares. El suelo tiene distintas porosidades rellenas de gas o fluido. El movimiento de las sustancias químicas en el suelo ocurre por difusión en estos fluidos o por movimientos del agua a través de los lugares vacíos entre las partículas del suelo. La difusión de los contaminantes a través del suelo depende del peso molecular de las sustancias químicas, temperatura del suelo, distancia a recorrer y magnitud del gradiente de concentración entre flujos. Los contaminantes son eliminados del suelo mediante descomposición o transporte entre fases. Una vez en una matriz, el contaminante puede pasar a otra matriz por transporte entre fases. El paso de agua a aire será por volatilización, recíprocamente un contaminante del aire puede pasar a fase acuosa por adsorción. El coeficiente de transferencia de masa depende de las propiedades físicas del soluto y de la magnitud de flujo tanto del aire como del agua. Un contaminante puede pasar del suelo al agua por un proceso de desorción e inversamente contaminantes del suelo pueden pasar al agua y el grado de transferencia de masa dependerá del coeficiente de transferencia de la masa total

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específica del contaminante y de la velocidad de flujo del agua sobre la interfase agua/suelo. Un contaminante puede pasar del suelo al aire por volatilización. Este proceso dependerá de la presión de vapor, de la sustancia química y de su afinidad sobre el suelo. Durante todos los procesos abióticos, los compuestos van cambiando de compartimento, como ha quedado expuesto. Pero además, y fundamentalmente en los procesos bióticos, se producen transformaciones de los mismos y pueden provocarse fenómenos de acumulación y biomagnificación en las cadenas tróficas. En cualquier caso, es necesario evaluar cuales son los compuestos y sus concentraciones en aire, agua, suelo y alimentos en contacto con cada receptor, y particularmente con el hombre. Exposición Ocupacional En el siglo XX se han intensificado los esfuerzos para conocer y controlar la exposición ocupacional, evaluando el riesgo que conlleva el contacto con diferentes sustancias. El control de la salud ocupacional se centraba anteriormente, en la identificación de la relación causa-efecto entre los agentes externos y los efectos nocivos, mientras que se ignoraba la prevención de las enfermedades ocupacionales. Aristóteles, Paracelso, Agrícola y otros, estuvieron preocupados por la identificación de enfermedades ocupacionales, pero conocían pocos métodos para solucionar los problemas. Se llegaron a proponer la utilización de algunos artículos, como el uso de respiradores de vejigas de animales, para la protección de los trabajadores frente a los agentes tóxicos del polvo, así como mejoras en la ventilación, pero se avanzó poco en la prevención de las enfermedades ocupacionales. El trabajo de la Doctora Alice Hamilton a principios del siglo XX, que describe la situación de la salud ocupacional en los Estados Unidos, se ha considerado el inicio de la higiene industrial moderna. En su autobiografía, "Exploring the Dangerous Trades", describe su experiencia con la compañía nacional del plomo y las dificultades que se encontró para convencer a los directivos sobre los riesgos asociados con dicho elemento. Finalmente consiguió persuadirlos y empezó un programa de prevención para este tipo de intoxicación. La Asociación Americana de Salud Pública posee una Sección de Salud y Seguridad ocupacional desde 1914. Además, con el fin de avanzar en el campo de la salud y seguridad laboral, se fundó, en 1938, la Conferencia Americana Gubernamental de Higienistas Industriales (ACGIH), organización privada compuesta por: higienista industriales, de las universidad y del gobierno. A pesar de estos antecedentes, hasta los años 60, la opinión pública no tomó realmente conciencia de la presencia de sustancias potencialmente nocivas en el ambiente laboral, introduciéndose entonces nuevas reglamentaciones.

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En el año 1962, Rachel Carson publicó un libro, sobre los efectos de los pesticidas en el medio ambiente, "Silent Spring", que influyó en que los sindicatos obreros empezaran a presionar para mejorar las condiciones de seguridad en el ambiente laboral. Estos hechos dieron como resultado el desarrollo de gran número de iniciativas legislativas al final de la década. Junto con otras leyes medioambientales, se aprobó el Acta sobre Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) en 1970. En este Acta se asegura que todo trabajador tiene "derecho a un ambiente laboral libre de cualquier sustancia peligrosa conocida". Desde entonces el campo de la higiene industrial ha crecido enormemente. La protección de la salud del trabajador constituye la filosofía básica de la higiene industrial. Esto es responsabilidad en primer lugar del patrón y en segundo lugar del propio trabajador, el cual debe responsabilizarse de su autoprotección. Las medidas de protección, en orden de eficacia, son las siguientes: eliminación del uso de sustancias tóxicas, sustitución de las sustancias tóxicas por otras que lo sean menos, controles y equipos de protección personal. Una vez identificados, deben ser evaluados los riesgos potenciales para la salud, mediante procesos de observación en el lugar de trabajo y durante su práctica, cuantificando el riesgo asociado al peligro. La evaluación del riesgo se refiere a la identificación y evaluación del mismo, mientras que la gestión del riesgo se suele referir a la fase de control. Para proteger a una gran mayoría de la población expuesta a enfermedades inducidas a través del medio ambiente, se han desarrollado los límites de exposición, constituyendo el puente de unión entre la toxicología y la higiene industrial. Los límites de exposición son valores de referencia que no debieran ser excedidos. El nivel de protección varía dependiendo del tipo y de la severidad de la emisión esperada, así como de la sensibilidad de la población expuesta. Los valores umbral límite (TLVs) para sustancias químicas vienen siendo publicados por la Conferencia Americana de Higienistas Industriales (ACGIH) desde 1946. Generalmente los TLVs para muchas sustancias han sido disminuidos a medida que se han identificado nuevos efectos adversos para la salud. Los TLVs están diseñados para procurar una guía a los higienistas industriales para determinar el peligro potencial asociado a la exposición de aire contaminado. Nunca deben ser entendidos como una clara línea entre las condiciones de "seguridad" e "inseguridad", y tampoco permiten que se descarte la aparición de efectos adversos para la salud en individuos con mayor sensibilidad. Los límites propuestos por la ACGIH y por otra parte por la Directiva 98/24/CE (sobre la protección de los trabajadores frente a los riesgos derivados de la exposición a agentes químicos durante el trabajo), cuya transposición dará lugar a una completa remodelación de las normativas en la materia, obliga a los países a disponer de unos Límites de Exposición Profesional propios, aunque el valor de dichos límites y su carácter (vinculante o indicativo) quedan a criterio de cada país.

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Los Límites de Exposición Profesional se establecen para su aplicación en la práctica de la Higiene Industrial. Se consideran como Límites de Exposición Profesional los valores límites ambientales (VLA), contemplándose además como complemento de la exposición, los Valores Límite Biológicos (VLB). Los valores límites ambientales (VLA) son valores de referencia para las concentraciones de los agentes químicos en el aire, y representan condiciones a las cuales se cree, basándose en los conocimientos actuales, que la mayoría de los trabajadores pueden estar expuestos ocho horas diarias y 40 horas semanales, durante toda su vida laboral, sin sufrir efectos adversos para la salud. Se consideran diferentes tipos de Valores Límite Ambientales, según sean para exposición diaria (VLA-ED) o de corta duración (VLA-EC). Se considera una exposición de corta duración la concentración media del agente químico en la zona de respiración del trabajador, medida o calculada para cualquier período de 15 minutos a lo largo de la jornada laboral. Los Valores Límite Biológicos (VLB) son valores de referencia para los indicadores biológicos asociados a la exposición global a los agentes químicos. Son aplicables para exposiciones profesionales de ocho horas diarias durante 5 días a la semana. Las bases científicas para establecer los VLB pueden derivarse de dos tipos de estudios: a) los que relacionan la intensidad de la exposición con el nivel de un parámetro biológico, y b) los que relacionan un parámetro biológico con efectos sobre la salud. El control biológico puede usarse para completar la valoración ambiental, para comprobar la eficacia de los equipos de protección individual o para determinar la posible absorción dérmica y/o gastrointestinal de un agente químico. Debe considerarse complementario del control ambiental.

REFRENCIAS BIBLIOGRAFICAS:         

ARIENS, E.J., Introducción a la Toxicología General, Editorial Diana, México, 1981 CASARETT & DOULL, Manual de Toxicología, McGrawHill, México D.F. 2005 REPETO, Manuel, Toxicología Fundamental, Ediciones Díaz de Santos, Madrid 2009 LADRON DE GUEVARA, J. Toxicología Médica, Editorial Interamericana, Madrid 1995. IOMC / OMS/ IPCS/.- seguridad Química, Principios Básicos de Toxicología Aplicada, Segunda Edición, Lima 1997. ECVAN Curso Toxicología Experimental 2004 Repetto G., Gotelli C., Curso de Experto Universitario en Toxicología – Módulo evaluación del Riesgo Tóxico. 2006 http://scielo.sld.cu/img/revistas/mtr/v60n3/f0105308.gif

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3. TOXICOCINÉTICA Y TOXICODINÁMICA El paso de las diferentes sustancias tóxicas a través de los fluidos biológicos y tejidos en el organismo vivo depende de los mecanismos de transporte.

3.1. MECANISMOS DE TRANSPORTE El transporte del tóxico en los organismos se realiza por intermedio de un conjunto de procesos fisicoquímicos, que son comunes a la absorción, distribución y excreción, su transferencia de un lugar a otro dependerá de un constante (K), cuya magnitud determinará la velocidad de la transferencia, así como la dirección en la que se realiza. El transporte de los tóxicos se realiza a través de las membranas biológicas (paredes celulares) que son una barrera lipoproteíca con poros en su superficie que permite el paso de sustancias liposolubles, que pueden disolverse en ellas y que disponen de mecanismos especiales de transporte (mecanismos pasivos y activos), que implican la participación de los constituyentes de la membrana, los más importantes son: a. b. c. d. e. f.

Filtración Difusión pasiva Difusión facilitada Transporte activo Pinocitocis Paso por pares de iones

3.1.1. FILTRACIÓN Cuantitativamente es menos importante que la difusión pasiva. Es el mecanismo que permite el paso de las moléculas no liposolubles (acuosas) y de los iones a través de los poros de las membranas; sus características son: a. b. c. d.

No consume energía, El proceso se realiza en favor de gradientes de concentración, El principal factor limitante es el tamaño de la partícula, El diámetro de los poros oscila entre 4-10 nm, lo que permite el paso de sustancias con PM 100-200. Los poros del glomérulo renal llegan a 70 nm y permite el paso de sustancias de PM entre 60 000 y 70 000. La barrera hematoencefálica carece de poros, por lo que el paso de sustancias por filtración es nula.

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La Filtración es de importancia para el paso de:     

Agua en función de la gradiente (presión hidrostática u osmótica), Sustancias hidrosolubles de tamaño pequeño, (poros de 4 -7 A°), Compuestos esféricos de masa molecular inferior a 150, Compuestos de cadena lineal de masa molecular de 0 - 400. En el medio intersticial (filtración glomerular de poros 40 A°), atraviesan moléculas de mayor masa. Gráfico Nº 7 Filtración (Vargas B.) COMPARTIMENTO EXTERNO

Membrana 80 – 100 Aº

Poro 7 – 10 Aº

Agente químico hidrosoluble

Agente químico hidrosoluble

COMPARTIMENTO INTERNO

3.1.2. DIFUSIÓN PASIVA Cuantitativamente es la más importante. Consiste en el paso de la sustancia a través de la barrera celular, mediante su solubilización en la misma, interviene en el paso de las sustancias susceptibles de disolverse en los constituyentes de la membrana. Las membranas ricas en fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina y colesterol son más permeables con sustancias liposolubles. Un elevado % de tóxicos son ácidos y bases débiles que se ionizan en el rango de pH fisiológico (Hipótesis de reparto por pH). Sus características son: a. En favor de la gradiente de concentración o electroquímico. b. Sin gasto de energía c. Sólo la fracción libre del tóxico, interviene la gradiente de concentración (difusión) d. Un indicador de difusibilidad es el coeficiente de reparto hexano/agua. Cuanto más liposoluble es la molécula más elevado es el coeficiente de reparto favoreciendo la difusión. e. La mayoría de los p.a. son bases o ácidos orgánicos (una parte en forma ionizada y otra como no ionizada). y sólo la fracción no ionizada liposoluble puede atravesar la membrana por difusión pasiva.

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Gráfico Nº 8

Difusión Pasiva

Fuente: http://sis.nlm.nih.gov/toxtutor2/index.htm

3.1.3. TRANSPORTE ACTIVO Es una modalidad de paso a través de la membrana que difiere de la difusión pasiva. Permite absorber, difundir o eliminar sustancias a través de los tejidos. Disponen de este mecanismo de transporte: la barrera hematoencefálica, el intestino y el riñón (reabsorción tubular de glucosa, eliminación de ácidos endógenos de tejidos cerebrales, excreción urinaria de penicilina). Tiene las siguientes características: a. b. c. d. e. f. g. h. i.

Necesita un transportador (enzima o proteína) El transporte se realiza en un sentido determinado El sistema es saturable, tiene un punto de saturación Tm Es específico para una o un grupo de moléculas Puede existir competición entre moléculas por un mismo transportador (unos más afines que otros). Ocurre en contra de gradiente de concentración (químicos o físicos) Necesita ATPasa). La velocidad de transporte no depende de la concentración. Es selectivo. Gráfico Nº 9

Transporte Activo

Fuente: http://sis.nlm.nih.gov/toxtutor2/index.htm

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3.1.4. DIFUSIÓN FACILITADA Es similar al mecanismo de transporte activo en tanto es: a. Selectivo, b. Saturable, pero c. No consume energía. d. No se hace en contra de gradientes. Gráfico Nº 10 Difusión Facilitada

Fuente: http://sis.nlm.nih.gov/toxtutor2/index.htm

3.1.5. PINOCITOCIS Permite el paso de grandes moléculas Se forma una especie de vesículas que atraviesan la membrana (similar a la fagocitosis Gráfico Nº 11

Pinocitocis

COMPARTIMENTO INTERNO

Fuente: http://sis.nlm.nih.gov/toxtutor2/index.htm

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3.1.6. TRANSPORTE POR PARES DE IONES Es una modalidad propuesta para explicar el paso de ciertos compuestos frecuentemente ionizados a  pH fisiológico (amonio cuaternario)  Forma complejos neutros (pares de iones) con sustancias endógenas  Permite la difusión pasiva del conjunto (pares) a través de la membrana Gráfico Nº 12

Transporte por Pares de Iones (Vargas B.)

COMPARTIMENTO EXTERNO A

Membrana

C

COMPARTIMENTO INTERNO

A

C

REFRENCIAS BIBLIOGRAFICAS: ARIENS, E.J., Introducción a la Toxicología General, Editorial Diana, México, 1981 REPETO, Manuel, Toxicología Fundamental, Ediciones Díaz de Santos, Madrid 1997 LADRON DE GUEVARA, J. Toxicología Médica, Editorial Interamericana, Madrid 1995. http://www.monografias.com/trabajos18/toxicologia-general/toxicologia-general.shtml

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3.2. FASES DE LA ACCIÓN TÓXICA Un efecto tóxico es el resultado final de una serie de procesos muy complejos (EADME). Para comprender estos efectos es conveniente dividir la acción tóxica en tres pasos: a. Fase de exposición b. Fase Toxicocinética c. Fase toxicodinámica

3.2.1. FASE DE EXPOSICIÓN La exposición es una medida del contacto entre el agente químico y el organismo; es función de la concentración y del tiempo. La forma o estado como se encuentra el tóxico antes de ingresar al organismo, está en función del estado de agregación del tóxico y de las condiciones del organismo, dependiendo de la vía de penetración. Riesgo: Es la probabilidad de que aparezca un efecto nocivo debido a la exposición a una sustancia química Peligro: Es la probabilidad de que una sustancia o mezcla de ellas, bajo ciertas condiciones, causen efectos adversos en los organismos vivos y el ambiente . Puede ocurrir exposición del humano durante la manufactura, formulación, derrame, durante el transporte y almacenamiento debido a la ingestión de alimentos o agua contaminada. La Exposición puede ser de corta duración, por una o varias exposiciones, en un período de 24 horas o menor; en la cual el agente químico es rápidamente absorbido y produce una intoxicación de efecto agudo. La Exposición a largo plazo son exposición a cantidades pequeñas, durante períodos largos, los efectos pueden aparecer de inmediato, después de cada exposición o producir efectos crónicos. Al exponerse a una sustancia química, solamente habrá efecto tóxico cuando la sustancia se haya absorbido y será de gran influencia en la absorción, la forma como se presente:      

Tamaño de la partícula Liposolubilidad e hidrosolubilidad Forma cristalina Presencia de adyuvantes Humedad de la piel Intensidad de la respiración

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

Dosis efectiva

Medios y Rutas de Exposición: Para que los diferentes contaminantes puedan llegar al lugar de absorción y produzcan un efecto a la salud se requieren de diferentes vehículos o formas de transporte: agua, aire, alimentos, medicamentos, etc. Puede ocurrir: en forma intencional, accidental, ocupacional, no ocupacional.

Gráfico Nº 13

Rutas de Exposición (Fernícola, Nilda 2000) Agua

Aire

Medicamentos

Alimentos

Humano Ingreso de agentes químicos Vías de ingreso

Exposición ocupacional (vía oral,dérmica, respiratoria)

Exposición Exposición

Intencional

accidental

(via oral, (uso de sustancias respiratoria) químicas, medicamentos)

Durante la fase de exposición el tóxico puede ser transformado, en productos de mayor o menor toxicidad, ej.: hidrólisis de esteres, acción de la flora intestinal

Influencia de las Vías de Exposición: La vía de exposición está en relación directa con el origen del agente contaminante, su forma y estado físico y estado fisiológico del organismo vivo:   

Vía digestiva: está relacionada con intoxicaciones de tipo accidental o intencional, depende de la concentración, solubilidad, estado fisiológico Vía respiratoria: está relacionada con exposiciones de tipo ocupacional o ambiental, depende de la concentración, difusión, tamaño de partículas, estado fisiológico, tiempo de exposición. Vía dérmica: está relacionada con intoxicaciones accidentales (derrames), administración parenteral de medicamentos, picaduras de insectos y animales ponzoñosos, depende de la concentración, solubilidad, estado fisiológico, temperatura, humedad.

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  

Mucosas: relacionada con intoxicaciones ocupacionales (vapores, humos, nieblas), aplicación de drogas, depende de la concentración, solubilidad, estado fisiológico, temperatura, humedad. Ocular: por exposición ambiental u ocupacional a vapores irritantes y solventes, accidentales (derrames y proyecciones) Parenteral: utilizada básicamente para la administración de medicamentos, la administración parenteral puede ser: intradérmica, subcutánea, Intravenosa, intramuscular.

Emisión de Contaminantes: Los contaminantes o sustancias tóxicas proceden de diferentes fuentes como:      

Productos de consumo: alimentos, alcohol, medicamentos, drogas de abuso, cosméticos Productos industriales y de uso doméstico disolventes, limpiadores, desinfectantes, plaguicidas, etc. Productos de uso agrícola (plaguicidas, fertilizantes, etc.) Contaminantes ambientales: emanaciones industriales y vehiculares (gases, combustibles, vapores). Toxiinfecciones: microorganismos, animales. Productos naturales: plantas.

Clasificación de los Tóxicos Los tóxicos pueden clasificarse por su origen, estado físico, órgano blanco, composición química y mecanismo de acción. 

Por Su Origen: i. ii. iii. iv.



Tóxicos de origen mineral. Tóxico de origen botánico. Tóxico de origen animal. Tóxico de origen sintético.

Por Su Estado Físico: i. ii. iii. iv. v. vi. vii.

Tóxicos Líquidos: medicamentos, alcohol, disolventes, etc. Tóxicos Sólidos: polvos, medicamentos, plaguicidas, etc. Tóxicos Gaseosos: CO, NO, SH2, etc. Nieblas: fumigaciones, etc. Vapores: ácidos y álcalis fumantes, etc. Aerosoles: aspersiones Humos: industriales, de automotores

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

Por El Órgano Blanco sobre el que actúan: i. ii. iii.



Por Su Composición Química i. ii.



Hepatotóxicos. Nefrotóxicos. Hemotóxicos

Aminas Aromáticas. Hidrocarburos: alifáticos, aromáticos, halogenados

Por Su Mecanismo de Acción: i. ii. iii. iv. v.

Inhibidores enzimáticos Inhibidores del Sulfhídrilo. Inhibidores de la Colinesterasa. Productores de metahemoglobinemia. Inductores enzimáticos

REFRENCIAS BILIOGRÁFICAS:      

A.G.G. de Fernícola, Nilda Nociones Básicas de Toxicologia Aplicada a las Emergencias Químicas CETESB, octubre 2000. REPETO, Manuel, Toxicología Fundamental, Ediciones Díaz de Santos, Madrid 1997 LADRON DE GUEVARA, J. Toxicología Médica, Editorial Interamericana, Madrid 1995 VARGAS, B, Cátedra de Toxicología Clínica, Universidad Central del Ecuador, Quito 2004 PNUMA/OMS/OIT, Evaluación de Riesgos Químicos, 1999 http://www.monografias.com/trabajos18/toxicologia-general/toxicologia-general.shtml

3.3. FASE TOXICOCINÉTICA Es el estudio cuantitativo de la manera en que el tóxico se desplaza desde el exterior por los distintos compartimientos del organismo, pasando por los diferentes procesos que experimenta en función del tiempo, hasta su eliminación. Es todo lo que el organismo le hace al tóxico Estudia la evolución temporal de las concentraciones y cantidades de los tóxicos y sus metabolitos en los fluidos biológicos, tejidos y excrementos, esto determina el grado del efecto que la sustancia produzca, la evaluación de los probables riesgos y las probabilidades de tratamiento. Es susceptible de un tratamiento cinético o evaluación matemática con relación al tiempo. “Como regla general las sustancias cáusticas y corrosivas (ácidos y álcalis) son la excepción”

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En el estudio cinético se supone al organismo como un sistema de compartimentos, separado por membranas biológicas interconectadas entre sí a través de la sangre circulante, por medio del cual el tóxico puede llegar al lugar selectivo donde se va a ejercer su acción, de tal manera que los cambios temporales en la concentración sanguínea o plasmática permiten inferir las variaciones correspondientes en los tejidos y en los medios de excreción. En función de una evaluación matemática podemos aplicar la Toxicocinética en lo siguiente: 1. En la estimación de las velocidades de absorción, metabolismo y eliminación de los xenobióticos. 2. Desarrollo de protocolos de tratamiento que permitan disminuir la biodisponibilidad de los tóxicos absorbidos. 3. Interpretación de la determinación de indicadores químicos en muestras biológicas y la selección de las muestras. 4. Cálculo de la capacidad de eliminación de un tóxico. 5. Estudio de las interacciones de los tóxicos: entre sí, con alimentos, medicamentos, etc. La fase Toxicocinética incluye todos los procesos “Procesos EADME” involucrados en la relación entre dosis efectiva del contaminante y su concentración alcanzada en los diferentes compartimentos líquidos del cuerpo y en tejido escogido como blanco y comprende de:    

Absorción Distribución Metabolización / Biotransformación Eliminación /Excreción

Desempeñan un papel importante los mecanismos de transporte

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Gráfico Nº 14

Fases de la intoxicación Diego González M. - CEPIS FASE TOXICOCINETICA FASE TOXICODINAMICA

EXPOSICION ABSORCION

gástrointestinal piel y mucosas pulmonar

órgano blanco

sangre

sust. quím.. plaguicidas gases medicamen. alimentos otros

efecto tóxico

parenteral

Vías de exposición

DISTRIB.

ELIMINACION

orina heces bilis sudor saliva otros

E. Tóxico fase clínica

BIOTRANSF

3.3.1. ABSORCIÓN Consiste en el paso de las moléculas del tóxico desde el lugar de exposición a los fluidos biológicos (sangre, linfa, LCR) a través de la barrera biológica (membranas). Para ello el producto ha de pasar las diferentes barreras (cutáneas, gastrointestinales, alveolares y vasculares) por diferentes vías. Constituye el final de la fase de exposición y el comienzo de la fase Toxicocinética En la absorción las sustancias pueden atravesar las diferentes membranas por tres mecanismos:   

Filtración: por gradiente de concentración, tamaño de la partícula. Difusión: por gradiente de concentración, por disolución lipoidea, no consume energía, solubilidad en función de pH Por el concurso de un transportador (T.A.)

La absorción depende de los mecanismos de paso a través de la membrana, sin embargo no son los únicos factores; depende también de las características anatomofisiológicas del lugar de exposición y del aporte sanguíneo a la zona. Las sustancias que se absorben a través de la vena porta son filtradas previamente en el hígado (efecto de primer paso) Estos son factores que hay que considerar para definir la modalidad de absorción. (Vía de exposición).

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Desde el punto de vista clínico, las vías de absorción de los tóxicos presentan ciertas características propias, de lo cual depende su ingreso en el organismo y son las siguientes:    

Digestiva: Oral, gástrica, intestinal Parenteral: Subcutánea, intradérmica, intramuscular, intravenosa. Respiratoria: Inhalación Cutáneo-mucoso: piel, mucosas: ocular, nasal y vaginal

Vía Digestiva Es la vía más frecuente de las intoxicaciones, especialmente en los casos autolíticos, accidentes infantiles y laborales, alrededor del 80% de los medicamentos ingresan por esta vía. La absorción ocurre a lo largo de todo el aparato digestivo. La importancia de la absorción varía según el nivel del aparato digestivo. Las sustancias exclusivamente liposolubles (aceite mineral), o únicamente hidrosolubles ácidos minerales, álcalis) no atraviesan las membranas por difusión pasiva. Los electrolitos débiles que se ionizan en solución acuosa, en pequeña cantidad: en forma no ionizada son liposolubles (se difunden), en estado ionizado son hidrosolubles (no se difunden). El grado de ionización es función del pH y del pKa del medio. La diferencia de pH entre el plasma (7.4) y el jugo gástrico (1) o del contenido intestinal (5-7-8), rige el paso de los electrolitos débiles. La concentración relativa de las formas ionizadas y no ionizadas de una sustancia en disolución, viene dada por las ecuaciones de Henderson – Hasselbach Para ácido débil:

log.

no ionizado

= pKa - pH

ionizado Para base débil:

log.

no ionizado

ionizado

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= pH - pKa

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Grafico Nº 15 Variaciones de pH en el Tubo Digestivo (M. Repetto 1997)

Absorción en Cavidad Bucal: Existen condiciones favorables para la absorción como:   

Epitelio pluricelular estrecho pH débilmente ácido (libre de la influencia del pH gástrico). Gran vascularización (que permite un paso rápido hacia la circulación sanguínea - encefálica)

La absorción en la mucosa oral es rápida, no modifica la química del tóxico, pasa directamente a la circulación general y puede alterar el gusto, aliento, sensibilidad y color de las estructuras bucales. Se absorben por esta vía el alcohol, nitroglicerina, estrógenos, nicotina, cocaína Absorción en Esófago: La absorción en el esófago es pequeña debido a la rapidez del tránsito de las sustancias, a pesar de que su mucosa es similar a la del estómago, le afectan mucho los cáusticos por efecto de contacto, especialmente en los estrechamientos fisiológicos Absorción en Estómago: El papel del estómago es predominantemente motor y secretor.   

Tiene vascularización reducida (limitada superficie de absorción) Es de menor importancia que la absorción intestinal Depende del estado de vaciamiento: o En estómago vacío su absorción es rápida si sus características le permiten pasar por filtración o difusión pasiva (agua y moléculas pequeñas). o Para moléculas grandes, su absorción es rápida según el grado de ionización o liposolubilidad de su forma no ionizada

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 

o En el estómago lleno el paso a la circulación es reducido (existe poco contacto con la superficie de absorción. Favorece la administración de sustancias irritantes). El pH gástrico: los electrolitos débilmente ácidos pasan rápidamente, mientras que los alcaloides se absorben lentamente En estado de reposo la sustancia puede pasar libremente para ser absorbida a nivel intestinal

Absorción intestinal: Aquí se encuentran reunidas las características anatómicas y fisiológicas más favorables para la absorción de medicamentos, debido a: 

     

La existencia de repliegues (de Kerkring), en el duodeno y el yeyuno (600 veces más de superficie) o Estos repliegues poseen vellosidades  Microvellosidades, con intensa actividad  Existencia de red capilar sanguínea y linfática Motilidad Intestinal Condiciones de pH (desfavorable para moléculas ácidas) A nivel de duodeno ocurre la absorción de: Fe, Ca, Azúcares, aminoácidos e intercambios bidireccionales de agua y electrolitos Las secreciones biliares y pancreáticas favorecen la disolución de sustancias liposolubles para su fácil absorción. Su paso es por difusión pasiva a favor de la gradiente. También intervienen mecanismos de transporte activo y pinocitosis (yeyuno e íleon)

En el intestino, al aumentar el pH, se absorben mejor las bases y los ácidos son poco absorbidos, sin embargo el fenómeno no es matemático, ya que la absorción depende también de otros factores (liposolubilidad, coeficiente de partición lípido/ agua, forma no ionizada, presencia de: alimentos, medicamentos, secreciones), que modifican la absorción y la toxicidad de la sustancia

Absorción Parenteral: Es importante en la administración de medicamentos y algunas drogas de abuso. El mecanismo de paso es la difusión pasiva y facilitada a favor de la gradiente por lo que las soluciones acuosas difunden rápidamente, las soluciones oleosas no son miscibles con la hialuronidasa y forman depósitos (gotas). Los microcristales en suspensión (pellets) aseguran un tratamiento de larga duración.  

Intravenosa e intraarterial: elimina todo problema de absorción, puesto que la sustancia es introducida directamente al medio circulante (de mayor riesgo). Intramuscular y subcutánea: Se emplea con frecuencia cuando se requiere una respuesta rápida o cuando no se puede utilizar la vía enteral por la naturaleza de la sustancia. La absorción es más rápida aplicada en masa muscular que la aplicación subcutánea. Debido a la presencia de la sustancia fundamental (hialuronidasa)

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Absorción por vía respiratoria: Las sustancias que ingresan por esta vía se encuentran en estado gaseoso y como partículas líquidas o sólidas (1 a 10 μ) y dependen directamente de la concentración en el aire inspirado. 



 

Para los gases ocurre intercambio rápido a través del epitelio alveolar con la sangre, lo cual ocurre rápidamente debido a la gran superficie disponible en los alvéolos, a su vez ocurre una eliminación rápida de los componentes que no se asocian con los tejidos. En el caso de aerosoles y polvos, la retención de la sustancia inhalada no significa absorción, pueden tener un efecto de contacto. La retención dependiente del tamaño de la partícula ocurre desde fosas nasales, tráquea y bronquios (de mayor a menor tamaño) A más del tamaño de la partícula también es importante su peso específico, carga eléctrica e higroscopicidad. Otros factores importantes son: o Volumen respiratorio: frecuencia y profundidad de la respiración (edad, enfermedad, esfuerzo físico) o Perfusión pulmonar o Relación entre superficie pulmonar y masa corporal (más peligroso en niños). o Gradiente de concentración entre aire alveolar y sangre alveolar. o Sensibilidad olfativa: se absorben en mayor cantidad las sustancias de olores agradables y las inodoras. Muchos gases tienen la capacidad de anestesiar la pituitaria, disminuyendo el umbral olfativo (hidrocarburos, alcoholes, compuestos de azufre). o Temperatura y humedad ambiental.

En el inicio del árbol respiratorio (mucosa nasal), los tóxicos se absorben bien y rápida y completamente cuanto más esté inflamada la mucosa, por su vasodilatación y el deterioro de su epitelio, parte de lo absorbido pasa a circulación encefálica a través del sistema porta hipofisario. Se absorben con facilidad a este nivel: cocaína, hormona antidiurética, hormonas adenohipofisarias, sustancias adrenérgicas e histamínicos. Partículas que se degluten pueden ser absorbidas en sistema digestivo. Los irritantes químicos irritan la membrana alveolocapilar permitiendo el paso de agua plasmática al intersticio y al alveolo, alterando la función y llegando incluso al edema agudo de pulmón

Absorción Cutáneo – Mucoso La piel es una vía de absorción muy importante en el campo laboral, cuando se encuentra intacta posee en su superficie una capa sebácea, lo que le hace poco permeable a sustancias hidrófilas y muy permeable a las lipófilas (difusión).

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Desempeñan un papel importante las condiciones ambientales y físicas como: humedad, temperatura, contacto. La piel dañada (lesionada o sin capa sebácea) permite el paso de sustancias lipófilas como hidrófilas. La capa de queratina de la piel actúa como una barrera eficaz, resultando las mucosas mucho más permeables a la penetración de tóxicos. La mucosa ocular se encuentra en exposición permanente a contaminantes ambientales sobre todo de naturaleza orgánica, se absorben además sustancias vasoconstrictoras y dilatadores de la pupila. A través de la mucosa genital femenina, se absorben sustancias como: cocaína, antisépticos, prostaglandinas.

3.3.2. DISTRIBUCIÓN Después de la fase de absorción, el tóxico pasa a circulación sanguínea y de aquí se distribuye en todo el organismo, transportado en glóbulos rojos, proteínas plasmáticas, agua plasmática, hacia fluido extracelular, órganos y tejidos, para ejercer la acción tóxica, atravesando las membranas plasmáticas, para luego desaparecer del medio circulante y fijarse en tres tipos de soportes : • • •

Receptores/Diana: lugar de acción donde producen el efecto tóxico Aceptores: Lugar de almacenamiento - depósito Enzimas: Intervienen en la metabolización/ inactivación /activación

En las proteínas son relativamente limitados los sitios de unión (albúminas transportadoras de ácidos, ⍺-1-glicoproteinas transportadoras de bases, las globulinas de iones positivos y negativos), por lo que varios xenobióticos compiten por un mismo transportador. Los tóxicos pasan a los tejidos y ejercen su acción tóxica a medida en que quedan libres en el plasma. Algunas sustancias (pequeña cantidad) pueden ser transportadas por el sistema linfático. El mecanismo más importante es la difusión pasiva, con mayor difusión las sustancias liposolubles que las no liposolubles y estas a su vez difunden más que las sustancias de peso molecular alto que quedan retenidas en el agua plasmática. Los procesos de distribución según los niveles plasmáticos encontrados son: Distribución ⍺: La sustancia difunde rápidamente a los tejidos, disminuyendo en forma paralela la concentración plasmática (cuando mayor es la concentración plasmática, menor es la concentración en tejidos, ocurre en los tejidos per fundidos como: corazón, pulmón, hígado, riñón, cerebro- médula espinal.

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Distribución β: difusión lenta que se produce cuando se alcanza un equilibrio entre los compartimentos plasmáticos y los tejidos (Cp. = CAT), ocurre en los tejidos macros como: piel, músculo; grasos: tejido adiposo y médula ósea. Distribución despreciable: ocurre en los tejidos con perfusión despreciable como: huesos, dientes, ligamentos, cartílagos, tracto digestivo. Irrigación tisular: Existe una estrecha relación entre los niveles tisulares y la importancia de la irrigación. • • • •

Órganos de gran vascularización: Corazón, hígado 50%, pulmón, cerebro, riñón, glándulas endocrinas (total 70%). Piel y músculo esquelético (15%) Médula ósea y tejido adiposo (10%) Aparato digestivo y tejido seco: huesos, faneras, ligamentos, cartílagos (bajo %)

Los compartimentos acuosos en donde se distribuye el xenobiótico son: • • • • •

Agua plasmática: (4,5 % - 3 L aprox.) Agua intersticial: extracelular (9%- 6 L) Agua intracelular: (33%-23 L) Agua inaccesible : tejido seco Agua transcelular: agua de depósito (LCR, humor vítreo, acuoso).

Almacenamiento tisular: Es característica de sustancias liposolubles con coeficiente de reparto alto que se unen a diferentes tejidos por mecanismos de disolución y fijación selectiva, como proteínas plasmáticas de unión reversible, tejido graso, cerebro, hígado. Depósito en proteínas plasmáticas (reversible): La magnitud de unión a proteínas plasmáticas varía mucho entre los diferentes xenobióticos. • •

•

La albúmina es la proteína más abundante en el plasma y sirve como medio de trasporte y depósito para muchos compuestos endógenos y exógenos. Además existen las globulinas. El complejo proteína – xenobiótico tiene alto peso molecular, y por ello no pueden atravesar las membranas de capilares, por lo que este complejo no está disponible para su distribución, sin embargo esta unión es un proceso reversible. La sustancia química se disocia hasta que la fracción libre alcanza un equilibrio en el espacio vascular y extravascular. Cuando un tóxico es desplazado desde las proteínas plasmáticas por otro agente, aumenta la fracción libre del tóxico, que se distribuye, elevando su concentración en el órgano blanco y aumento el potencial de toxicidad.

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Deposito en Tejido Graso: Compuestos orgánicos liposolubles penetran rápidamente las membranas celulares y son captados por tejido graso. Depósito en hueso: La captación de xenobióticos por el esqueleto, en esencia es un fenómeno químico de superficie; el intercambio ocurre entre la superficie ósea y el líquido que se encuentra en contacto. Este depósito no es irreversible y los tóxicos pueden liberarse mediante intercambio iónico, Ej.: Pb Ca Paso al SNC / Barrera Hematoencefálica: El acceso a los centros nerviosos se realiza por los capilares cerebrales, capa celular apretada de reducida permeabilidad, o por el LCR, llegan las moléculas liposolubles (disolventes, medicamentos, alcohol, etc.), con mayor coeficiente de reparto de la fracción plasmática libre, considerando que: • • • • •

Sustancia gris: mayor porcentaje de distribución Las sustancias hidrosolubles no llegan o llegan poco Las variaciones de pH sanguíneo afectan la ionización. La modificación de las características Físico-Químicas La permeabilidad se altera por patologías

Mientras la liposolubilidad aumenta la tasa de penetración de tóxicos al SNC, al parecer debido a la composición del cerebro principalmente por fosfolípidos, la ionización de compuestos disminuye su ingreso, algunos tóxicos lo hacen por transportadores. En el niño gestante o recién nacido, la barrera hematoencefálica no se encuentra totalmente desarrollada por lo que algunas sustancias químicas resultan más tóxicas que para adultos Intercambios transplacentarios: En las membranas celulares que separan la sangre materna de la fetal los procesos de difusión del xenobiótico ocurre en igual forma que en otras membranas biológicas: • • • • •

La permeabilidad aumenta en el embarazo La pinocitosis tiene poco interés El transporte activo es de importancia al final del embarazo. La difusión pasiva es el mecanismo dominante Los xenobióticos pasarán más rápidamente a mayor gradiente de concentración (forma libre), mayor coeficiente de reparto (liposolubles), menor ionización y las moléculas hidrosolubles de menor tamaño.

Cuando la mayor parte de los referentes cinéticos se relacionan con la concentración plasmática, se emplea el concepto de volumen de distribución. Volumen de distribución: Expresa el volumen necesario para contener la dosis de tóxico o fármaco absorbido si la concentración del mismo fuera igual a la plasmática.

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Dosis absorbida (mg/kg) VD (L/kg) = Conc. plasmática (mg/L) El volumen de distribución VD se considera una constante para cada tóxico, aunque varía con la edad, alteraciones patológicas: insuficiencia renal y cardiaca, hepatopatías, que modifiquen los niveles de proteínas plasmáticas o la relación de líquidos corporales y dosis. El volumen de distribución está determinado por las propiedades físicas y químicas del xenobiótico. Aquellas sustancias que difunden una elevada proporción a los tejidos tienen VD altos (2-3 L/kg), mientras que los que quedan retenidos en el plasma tienen VD pequeños 0.04 L/kg La fracción de tóxico en el plasma que se intercambia con los tejidos es la que aparece disuelta (libre) en los líquidos plasmáticos y es la que nos indica la concentración efectiva del tóxico. Los fármacos con VD e índices terapéuticos estrechos producen con facilidad efectos tóxicos. Volumen de distribución es el volumen del fluido corporal en el cual se distribuye un peso dado de xenobiótico: VD

=

cantidad

de

xenobiótico

administrado

(mg)

concentración plasmática inicial (mg/l) Para el cálculo según el método gráfico la expresión es: InC = InCo - β t ;

ln X = 2.303 log X

Log C = Log Co – (β /2,303);

t1/2 = 0,693 / β;

β = pendiente de la curva (Log C vs. t), Si se iguala C a ½ CCO y despejamos su valor, encontramos el valor de la vida media plasmática t1/2 Para el método matemático necesitamos la curva de nivel plasmático y el valor de la constante de eliminación (Ge).

dosis

VD =

área bajo la curva (A B C D) x Ge ABCD =∫o

∞ Cdt

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Coeficiente

de

distribución

´

=

volumen

de

distribución

peso corporal (kg) Para el cálculo se está considerando al organismo como monocompartimental, con distribución instantánea, pero en realidad existen zonas en donde:   

La distribución del xenobiótico es más lenta, El xenobiótico se queda atrapado Existe demora de retorno al plasma

Esto ocurre porque el xenobiótico se une a proteínas plasmáticas a cuya concentración hay que sumar la fracción libre, el xenobiótico se une a elementos tisulares según la afinidad y se retarda en el equilibrio de distribución lo cual depende del grado de distribución Redistribución: La fase inicial de distribución está determinada por el flujo sanguíneo; así, un órgano bien perfundido puede alcanzar altas concentraciones de un xenobiótico, sin embargo la afinidad de órganos y tejidos menos perfundidos puede ser más alta para un xenobiótico particular, lo que produce redistribución con el tiempo, formando lugares de depósito.

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Gráfico Nº 16

INGESTIÓN

Vías De Absorción, Distribución y Eliminación de Agentes Tóxicos

INHALACIÓN

ENDOVENOSA

INTRAPERITONEAL SUBCUTÁNEA

TRACTO GASTROINTESTINAL

PULMÓN

HIGADO

INTRAMUSCULAR

DÉRMICA

Vena porta

Sangre y Linfa

LíQUIDO EXTRACELULAR

GRASA

BILIS

RIÑÓN

PULMÓN

VEJIGA URINARIA

ALVÉOLO

ÓRGANOS SECRETORES

ÓRGANOS

TEJIDO HECES

ORINA

AIRE ESPIRADO

HUESO

SECRECIONES

(ROZMAN y KLAASSEN, 1996)

Cinética de Modelo Monocompartimental: Se considera que un tóxico en la sangre en una cantidad Q, se está eliminando o desapareciendo de ella a una velocidad constante Ke. Se realiza de acuerdo a la cinética de primer orden, con distribución instantánea, con absorción y eliminación lineales. La cantidad de tóxico que sale de un compartimiento o se elimina por unidad de tiempo es proporcional a la cantidad que queda. dQ/dt = kel . Qo Al ser un proceso de eliminación tiene signo negativo dQ/Qo = - Kel . dt;

Q= Qo . e –Kel . t

Qo = cantidad inicial e = base logarítmica Si determinamos un tóxico en la sangre, su concentración C es proporcional a su cantidad en todo el organismo

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Cinética en Modelo Bicompartimental: En el modelo bi o multicompartimental, hay una difusión del tóxico a la sangre y de aquí a otros compartimentos, luego de retorno y finalmente la eliminación, regidas por diferentes constantes y distinta velocidad y la expresión matemática viene dada por la suma algebraica de las fases parciales.

GRAFICO Gráfico Nº Nº 17 11 Análisis Compartimental 1 Lugar de absorción

6 Agua transcelular K12 2

K62

K27

K26

PLASMA

K23 K32

K2-10

7 Proteína plasmática K72

3 Fluido K35 5 Agua intracelular intersticial K53 profunda

K43

K34

K85

K58

K84 8

9 Metabolitos 4 Agua Depósito en plasma intracelular K49 intracelular asequible K48

10 Medic. en orina

K9 11

11 Metabolitos en orina

3.3.3. ELIMINACIÓN La eliminación de un tóxico se define como la disminución neta de su cantidad en el organismo. Esta eliminación puede ocurrir por excreción y por Biotransformación La excreción es el paso de la sustancia tóxica del interior del organismo al medio externo a través de las excretas: (orina, heces, sudor, bilis, aire expirado, etc.). La biotransformación supone la modificación de la molécula, disminuyendo la cantidad total de la misma. Técnicamente el aclaramiento o Clerance de una sustancia, se define como el volumen de fluido corporal (plasma) que se depura completamente por unidad de tiempo. Los más importantes son: la depuración renal y el clerance hepático. Matemáticamente el Clerance se define como: Cl =

dC/dt

= β x VD =

VD* x t1/2

C

0,693

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La eliminación es un proceso que ocurre en forma simultánea a la absorción y distribución. Esta fase es el último destino del xenobiótico y contribuye a determinar su actividad y toxicidad. Se aplican igualmente las leyes de paso a través de membranas, pero en sentido contrario a la absorción y distribución Tejidos

Sangre

Exterior

La principal vía de eliminación en el ser humano es la renal. La eliminación urinaria requiere que el compuesto sea suficientemente hidrosoluble, para ser transportado en la orina en una concentración significativa, el proceso biotransformativo se encamina por lo tanto a convertir los tóxicos en sustancias más hidrosolubles, aunque algunos xenobióticos se excretan por rutas diferentes. Sin embargo, todas las vías son interesantes; pues, aunque no se excreten en cantidades elevadas, podría ser la vía exclusiva de eliminación (excreción láctea del hexaclorobenceno, Ribete de Burton en el saturnismo). La eliminación puede retardarse por:      

Formas y vías de exposición Fenómenos de absorción Fenómenos de difusión Gradiente de concentración Unión a proteínas plasmáticas Fijación en el lugar de almacenamiento

Parámetros de la fase de eliminación: Constante de Eliminación (Ke): Determina la velocidad de salida del xenobiótico desde el plasma, influye en la pendiente de la curva exponencial y en la inclinación de la recta semilogaritmica: Vida Media de Eliminación (t50%, t½, t0.5): Es una constante de cada xenobiótico y para cada especie, mide el tiempo que permanece el xenobiótico en el organismo. t½, = tiempo en que la concentración del xenobiótico se reduce a la mitad en el plasma. La t½, se aplica para: 



El cálculo del nivel plasmático a un tiempo t: Si se conoce la Co, se puede calcular el tiempo que se necesita para llegar a un determinado nivel (aplicación en caso de intoxicaciones, para conocer el tiempo necesario para llegar al nivel de seguridad) Establecer regímenes de dosificación: el objetivo es mantener en el organismo durante el tiempo de tratamiento una concentración eficaz y que no sobrepase la concentración máxima (que no sea tóxica)

Vías de Eliminación (Excreción):

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• • • • • • •

Excreción renal Excreción pulmonar Excreción salival Excreción biliar Excreción fecal Excreción por piel y faneras Excreción láctea

Eliminación – Depuración Renal Los mecanismos que aseguran la eliminación de los xenobióticos son los mismos de la formación de orina (en el nefrón), filtración, reabsorción y secreción. Clerance Renal: La mayoría de los xenobióticos se eliminan a través del riñón. Es el volumen de plasma que depura el xenobiótico en unidad de tiempo, para lo cual se realizan varios procesos: dc/dt Clr = -------------C

Clt = Ke Vd ;

Velocidad de excreción renal --------------------------------------------Concentración plasmática a un tiempo t 0.693 x Vd Clt = ---------------t½

0.693 Ke = ------t½

Excreción Renal El riñón recibe el 25 % del gasto cardíaco (1200 ml/min), por lo que es una eficaz vía de eliminación, cuyo único limitante es la solubilidad del compuesto excretado en la orina y alteraciones renales que limitan la eliminación. La excreción renal tiene dos componentes: Filtración glomerular, Secreción tubular. La filtración glomerular: permite el paso de sustancias disueltas en el agua plasmática (PM = 70 000). El volumen por minuto de agua plasmática que filtra el glomérulo es 125 ml. El ultrafiltrado tiene igual composición que el plasma, pero menos proteínas. La cantidad de xenobiótico filtrado en un tiempo t es igual a la cantidad de xenobiótico pasado por la sangre en el mismo tiempo, si no intervienen fenómenos de reabsorción y secreción. Reabsorción: Ocurre luego de que un xenobiótico ha sido filtrado a través del glomérulo. Los compuestos tóxicos y sus productos biotransformados pueden reabsorberse en el túbulo, dependiendo de su coeficiente de partición agua/octano, mediante difusión pasiva o transporte activo. La reabsorción de compuestos con índices de partición altos puede ser significativa a lo largo del túbulo renal.

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El pH de la orina es importante, generalmente es ácido, lo que dificulta la reabsorción tubular y por lo tanto en el caso de sustancias ionizables, facilita la eliminación de los compuestos básicos y viceversa. – Reabsorción total Clerance = 0; Clerance = Velocidad de filtración = 120 ml/min – Reabsorción parcial. Vida media de eliminación (t½) La vida media de eliminación puede ser: • • •

70 min. si la filtración interviene sola 7 min. si hay secreción por el túbulo renal 7 días si por la reabsorción tubular, la conc. de la orina no sobrepasa la conc. plasmática.

Esto influye directamente en la actividad del xenobiótico. Además se debe considerar que: • •

A menor pH: menor ionización, menor cantidad de xenobiótico en plasma; mayor cantidad de orina reabsorbida, menor cantidad de orina eliminada. Solo se difunde la fracción plasmática libre (si no hay difusión no hay eliminación)

La Secreción tubular se realiza principalmente por mecanismos de difusión pasiva, aunque también se realiza por mecanismos de transporte activo tanto para ácidos como para bases que aumentan la eliminación urinaria (en algunos casos los deportistas utilizan sustancias dopantes con probenecid que interfiere en la secreción tubular de moléculas ácidas. Penicilina + probenecid, prolonga el tiempo de acción de la penicilina

Excreción Pulmonar Los mecanismos de excreción pulmonar son iguales a los de la absorción. Esta vía es utilizada por: • •

Sustancias gaseosas a Tº corporal a través de diferentes mecanismos: – Difusión pasiva por gradiente de presión y equilibrio de P parcial. – Fenómenos ventilatorios Sustancias volátiles absorbidas por otras vías y que pueden producir lesiones pulmonares (edema), (hidrocarburos) e inclusive puede aparecer lesiones difusas en los campos pulmonares, por efecto de la fase de eliminación.

Excreción Salival La mayoría de los tóxicos que se excretan por ésta vía lo hacen por difusión pasiva o filtración de iones de bajo PM. El volumen total aproximado de saliva es de 2-10

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litros por día, por lo que la cantidad total es elevada, sin embargo al deglutir vuelve a ingresar en el organismo, por lo que no es una vía de eliminación eficaz. Los metales se difunden unidos a las proteínas y su reabsorción es escasa, por lo que aparecen signos orales (gingivitis, periodontitis – mercurio), otros precipitan sobre el esmalte o la mucosa provocando lesiones coloreadas (plomo, cadmio). La saliva puede ser de interés diagnóstico.

Excreción Biliar Por esta vía se eliminan gran parte de sustancias tóxicas hidrosolubles y liposolubles, y una elevada proporción de los productos de bioconjugación que se desarrollan en el hígado (metabolitos). Se eliminan moléculas de PM mayor a 350. Se realiza por mecanismos de: • • •

Transporte activo (aniones y cationes orgánicos), lo cual facilita la eliminación de ácidos y bases orgánicas y compuestos neutros Difusión pasiva, por gradiente de concentración Eliminación de metabolitos polares

La mayor parte de compuestos eliminados por la bilis se reabsorben siguiendo el círculo enterohepático. En alteraciones hepáticas existe perturbación de la biotransformación y eliminación biliar. Si han sido bioconjugados, las bacterias intestinales hidrolizan el compuesto, liberando el tóxico. La administración de carbón activo (adsorbente) o de colestiramina (quelante), dificulta la reabsorción, aumentando la cantidad eliminada, técnica utilizada para tratamiento de intoxicaciones por benzodiacepinas. La dieta rica en fibra favorece la eliminación por ésta vía

Excreción Fecal Por esta vía se eliminan los xenobióticos y sus metabolitos eliminados por la bilis y no sometidos al ciclo enterohepático, como también sustancias de secreciones digestivas (salivar), sustancias que ingresan por vía digestiva y no absorbidas y que pueden tener acción local.

Excreción Intestinal La fuente de muchas sustancias químicas encontradas en heces no se debe a porción no absorbida de vía oral, ni de excreción biliar, si no que se debe a una transferencia directa desde la sangre hacia el contenido intestinal, que puede ocurrir por difusión pasiva. Es una importante vía de eliminación para sustancias con bajas tasas de biotransformación y eliminación renal y biliar. Muchos compuestos pueden ser biotransformados por la microflora, re-excretándose hacia la luz intestinal, lo que ocurre con más frecuencia en intestino grueso, donde el contenido intestinal permanece por 24 horas o más y la flora es más numerosa.

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Excreción a Través de Piel y Faneras Las glándulas sudoríparas y las glándulas sebáceas pueden excretar gran parte de compuestos tóxicos. Las sustancias hidrosolubles se eliminan por el sudor. Las sustancias liposolubles a través del cebo. Por ésta vía pueden eliminarse los metales pesados que se unen a grupos sulfhidrilos que se encuentran en los tejidos queratinizados (estrato córneo dérmico, uñas, pelo).

Excreción Láctea La leche humana contiene una cantidad de grasas de 3.8 g/100g ó 3,5 % y el calostro 2,9 g/100g, similar a la leche de vaca. Su pH es de 6.5, por lo que las sustancias básicas quedan atrapadas en su matriz, reabsorbiéndose tan sólo una pequeña proporción. Se eliminan por esta vía sustancias liposolubles (plaguicidas organoclorados, drogas básicas – alcaloides, psicofármacos, etc.). Puede presentar problemas para el lactante y consumidores de leche, por mecanismos de difusión y transporte activo.

Cinética de Eliminación La cinética de eliminación incluye a los procesos que contribuyen a disminuir la concentración de los xenobióticos en el organismo: Destrucción metabólica (hepática) y Excreción (renal, pulmonar, salival, etc.) Normalmente los mecanismos de eliminación siguen una cinética de primer orden (exponencial). Cuando las concentraciones del tóxico son grandes que saturan los mecanismos de eliminación, se cumple una cinética de orden cero. Para la eliminación exponencial se aplica la siguiente ecuación: La cantidad Q en un tiempo t es Qt = Qo. e –Ka.t Ke.t logQ = logQo - -------2,303

=

Ke.t x  --------------- ecuación de la recta 2,303

 = pendiente de la recta de logaritmo de base 10 logQ1 – logQ2

Ke.t

En un intervalo entre dos puntos  = - --------2,303 Vida Media de Eliminación

=

--------------------t1 – t2

La constante de eliminación Ke, significa la fracción del fármaco que queda en el cuerpo después de cada unidad de tiempo y es directamente proporcional a la velocidad de desaparición del xenobiótico. Supone el tiempo necesario para que la Q ó C se reduzca a la mitad Sirve para cuantificar la permanencia de un xenobiótico en el organismo y se presenta como:

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t½=

0,693 Ke

Gráfico Nº 18

Diagrama de Wagner, indica el tiempo necesario para la eliminación de un porcentaje del producto según su vida media . Repeto pág. 80

99 % Horas necesarias para eliminar % de conc.

90 %

80 %

70 % 60 % 50 % 40 % 30 %

Auque la mitad del xenobiotico se elimine en t½ la excreción de la totalidad del producto requiere n veces t ½

20 % 10 % T Vida media en horas

Curvas de excreción: El manejo de curvas plasmáticas resulta molestoso para la persona que está sometida al análisis (varias punciones): No se puede hacer toma seguida. La concentración al final de la curva es baja, se requiere métodos muy sensibles. Las curvas de excreción urinaria son de manejo fácil:      

Toma de muestra fácil, La concentración al final de la curva es más alta, Se puede tomar muestras a intervalos cortos Describen el tránsito del xenobiótico en el organismo (xenobiótico y metabolitos). Curvas directas :cantidad excretada/hora Curva acumulativa: cantidad excretada en un tiempo de 24 horas.

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Curvas de excreción urinaria dC/dt

Vd x t½ = Vd

Cl =

=

C

0.693

t½ = 0,693 x Vd Cl

Esta expresión es exacta en modelos monocompartimentales y aproximada en los bicompartimentales

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS      

GONZÁLEZ M. D – CEPIS, I Jornadas de Toxicología, Portoviejo 1996 REPETO, Manuel, Toxicología Fundamental, Ediciones Díaz de Santos, Madrid 1997 LADRON DE GUEVARA, J. Toxicología Médica, Editorial Interamericana, Madrid 1995 LAZCANO R. Toxicología Clínica, Librería Akadia Editorial, Buenos Aires 2003 http://www.monografias.com/trabajos18/toxicologia-general/toxicologia-general.shtml http://www.viasalus.com/vs/B2P/cn/toxi/pages/t/04/t0403.jsp

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3.4. TOXICODINÁMICA 3.4.1. BIOTRANSFORMACIÓN Los términos biotransformación y metabolismo a menudo se utilizan como sinónimos, en particular cuando se aplican a fármacos. El término metabolismo describe el destino total de un xenobiótico (absorción, distribución, biotransformación y eliminación); sin embargo la palabra metabolismo suele usarse para indicar biotransformación, desde el punto de vista de que los productos de la biotransformación son los metabolitos. Son todas las modificaciones que las moléculas pueden experimentar en un medio biológico (cuando la nueva molécula es aprovechable hablamos de metabolismo). La biotransformación desempeña un papel importante en la reducción o incremento de posibles efectos tóxicos por la transformación en compuestos tóxicos o atóxicos que luego serán eliminados por procesos detoxicantes. La Biotransformación es el mejor mecanismo para eliminar los tóxicos. Puede ser el punto de finalización de la acción tóxica o farmacológica y aumento de la eliminación. Las sustancias extrañas sufren un rechazo de las vías de eliminación, por lo que se requiere que las moléculas posean características fisicoquímicas particulares, que se puede lograr con ciertas modificaciones de su estructura. Los mecanismos que gobiernan estas transformaciones de naturaleza enzimática (inducción), ocurre en diferentes lugares:    

La biotransformación de xenobióticos se desarrolla fundamentalmente en el hígado y en menor proporción en riñón, pulmón e intestino. De menor importancia es la biotransformación plasmática y de glándulas suprarrenales. A nivel de piel y gónadas es de escasa importancia. En el hígado ocurre en sistemas básicos como citocromo P450 de microsomas (fármacos como: barbitúricos, hidantoínas y tóxicos como: etanol, hidrocarburos aromáticos y halogenados son potentes inductores de los sistemas biotransformadores microsomales)

La inducción o activación enzimática provoca un aumento de la actividad de la enzima por estimulación o aumento de la velocidad de reacción, o por incremento del número de moléculas de la enzima. En la biotransformación también intervienen fenómenos de inhibición enzimática. La inhibición enzimática conduce a una disminución de la actividad de la enzima por destrucción, conjugación o cambios desfavorables en el medio.

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Otro proceso biotransformador ocurre en el interior de la célula (enzimas citoplasmáticas) o en el plasma (estearasas solubles) Una sustancia extraña que llega al organismo vivo para ser eliminada puede seguir varios caminos:     

Puede ser eliminada sin cambios (compuesto primitivo libre) Compuesto primitivo unido a proteínas Puede sufrir transformaciones a formas activas Puede experimentar transformaciones que facilitan su eliminación (derivados inactivos) Puede experimentar transformaciones que aumenten, disminuyan, o cambien su cualidad tóxica. (compuestos de una o varias formas activas y derivados excretables) Gráfico Nº 19Nº 15 Biotransformacion GRAFICO TRANSFORMACION DESTOXICACION CONJUGACION ELIMINACION

SIN

Sustancia Extraña