Factores biológicos

Factores Biológicos

Espécies

Existem vários exemplos de diferenças toxicológicas de acordo com a espécie, respeitantes aos xenobióticos, alguns dos quais são comercialmente úteis ao Homem, como no caso dos pesticidas e antibióticos, onde há uma exploração de toxicidade selectiva. Diferenças na toxicidade da espécie estão frequentemente relacionadas com diferenças no metabolismo e eliminação de compostos, e um entendimento de tais diferenças é extremamente importante na avaliação da segurança dos compostos em relação à extrapolação de toxicidade dos animais ao homem e, portanto, a avaliação dos riscos.

Algumas diferenças nas espécies são devidas às diferenças na resposta do organismo às agressões ou dos mecanismos de reparação disponíveis. Podem existir diferenças muito simples, por exemplo, os ratos são sensíveis a certos rodenticidas, que ingerem por via oral, mas ao contrário da maioria dos outros mamíferos, eles são incapazes de vomitar. Pode haver diferenças na sensibilidade do receptor, tal como para o paraoxona composto organofosforado. Assim, a enzima colinesterase no ratinho é mais sensível à inibição do que no sapo (79x), e, correspondentemente, o sapo é menos sensível à toxicidade do composto (22x). Outro exemplo é a grande diferença da espécie, à toxicidade aguda do 2,3,7,8 tetraclorodibenzodioxina (TCDD ou dioxina). O TCDD causa muitos efeitos tóxicos, alguns dos quais são mediados pelo receptor arilhidrocarbonetos (AhR). Desta forma, os efeitos do cancro, o emagrecimento progressivo, as malformações fetais, os efeitos hormonais e a reprodução são todos resultantes de efeitos tóxicos. O porquinho-da-Índia é a espécie mais sensível, sendo pelo menos três ordens de magnitude mais sensível que o hamster. No entanto, isto não parece ser devido a diferenças na AhR, pois os valores são semelhantes tanto no fígado do porquinho-da-Índia como do hamster. Algumas diferenças em termos de sensibilidade podem ser devido a diferenças na afinidade dos receptores, mas estas aplicam-se principalmente às diferenças entre as estirpes de ratinhos. Embora não existam dados disponíveis que possam ser comparáveis para os seres humanos, a opinião geral é de que o homem é menos sensível do que a maioria dos animais de laboratório.

Acredita-se que ocorrem diferenças nas espécies, no que diz respeito à toxicidade da digoxina, devido às diferenças na concentração necessária para inibir a Na+/ K+ ATPase, que é mais sensível nas espécies susceptíveis. Uma sugestão alternativa é que as diferenças no metabolismo catalisado pelo CYP3A4 são responsáveis por esta causa.

Disposição nas diferentes espécies

Absorção

Absorção de compostos estranhos de vários locais está dependente das condições físicas e fisiológicas nesses mesmos locais. Estes podem estar sujeitos a variações de espécies. Absorção de compostos através da pele mostra consideráveis variações entre as espécies. A pele humana é geralmente menos permeável a substâncias químicas do que dos coelhos, ratinhos e ratos, embora haja variações. Para os mesmos compostos, a pele do rato tem uma permeabilidade semelhante à pele humana, contudo parece ser menos permeável do que a do coelho.

Absorção oral depende parcialmente do pH do tracto gastrointestinal, que é conhecida por variar entre as espécies, como é o caso da absorção de ácidos fracos no estômago. Da mesma forma, as diferenças podem ser vistas em compostos que são susceptíveis às condições ácidas do estômago, de modo que um xenobiótico seria mais estável no suco gástrico de uma ovelha do que de um rato. Por exemplo, há diferenças na toxicidade aguda do cloreto de pirvinio – rodenticida-, entre ratos e ratinhos devido a diferenças na absorção no tracto gastrointestinal. Portanto, após a administração intra-peritoneal, a toxicidade é semelhante nas duas espécies (LD50 3-4mg kg-1), enquanto que, após uma dose oral, essa mesma toxicidade é muito diferente, sendo mais tóxicos no ratinho (LD50 15mg kg-1) do que nos ratos (LD50 1550 mg kg-1). As diferenças entre as espécies na fisiologia pulmonar podem ser importantes na absorção de compostos por inalação. Animais de pequenas dimensões, como ratos, ratinhos e pássaros têm uma taxa de respiração mais rápida do que os animais com maiores dimensões, tal como seres humanos. Consequentemente, para compostos com alta solubilidade no sangue, onde a absorção é limitada pela ventilação, a exposição será maior para os animais pequenos, quando expostos à mesma concentração do composto. Esta é a razão da utilização dos canários nas minas para alertar sobre a acumulação de gases perigosos.

Distribuição

A distribuição dos xenobióticos pode variar entre as espécies devido a diferenças numa série de factores, tais como, a proporção e distribuição da gordura corporal, as taxas de metabolismo e excreção, e consequente eliminação, e a presença de sistemas de captação em órgãos específicos. Por exemplo, as diferenças na localização da metilglioxal-bis-guanil hidrazona no fígado, levam a uma maior hepatotoxicidade em ratos do que em ratinhos. A concentração hepática em ratinhos após 48 horas é de apenas 0,3 a 0,5% da dose, em comparação com 2 a 8% em ratos.

A concentração de proteínas plasmáticas é uma variável dependente da espécie, podendo variar o tipo e as suas proporções. A concentração pode variar de 20 g L-1 em determinados tipos de peixe para 83 g L-1 nos bovinos. Assim, os compostos estranhos podem-se ligar às proteínas plasmáticas em diferentes graus nas diferentes espécies. Uma vez que a extensão da ligação às proteínas plasmáticas pode ser um determinante importante da concentração livre de um composto no plasma e tecidos, esta diferença entre as espécies pode ser determinante na toxicidade, já que a fracção livre do composto tem maior relevância para causar toxicidade.

Excreção

Excreção renal

Embora a maioria dos mamíferos apresentem semelhança renais, existem diferenças funcionais entre as espécies e o pH da urina, uma vez que tanto o volume como o ritmo de produção podem variar consideravelmente. Assim, a taxa de produção de urina no rato tem uma ordem de magnitude maior do que no homem. Embora os intervalos de pH da urina de vários de mamíferos possam sobrepor-se, uma pequena alteração no pH pode alterar significativamente a solubilidade de um xenobiótico e, consequentemente, a sua excreção. Por exemplo, algumas das sulfonamidas e seus metabolitos acetilados mostram alterações marcadas na solubilidade, perante uma alteração de apenas uma unidade de pH, contribuindo deste modo, para a toxicidade renal devido à cristalização do fármaco ou dos seus metabolitos ao nível dos túbulos renais, o que se tem verificado quando são usadas doses elevada. Por exemplo, ocorrem diferenças relativas à excreção renal de um composto não metabolizado, metilglioxal-bis guanilhidrazona, em que os ratos e ratinhos excretam o dobro da quantidade eliminada pelo homem em 24 horas. Esta relação pode ser ligeiramente menor, devido à maior taxa de fluxo da urina dos roedores. A atrofia tubular renal, causada por alguns diuréticos tal como a furosemida é verificada nos cães, mas tal não ocorre em ratos e macacos. Esta diferença tem sido explicada em função das diferenças do sistema vascular do rim de espécies distintas.

Para compostos que não são activamente secretados no rim, as diferenças nas espécies, relativamente à ligação às proteínas plasmáticas pode levar indirectamente a diferenças na excreção urinária.

Excreção Biliar

A extensão da excreção de xenobióticos através da bílis é influenciada por uma série de factores, sendo o principal o peso molecular da substância. No entanto, o limite de peso molecular para excreção biliar pode mostrar diferenças significativas mediante a espécie. Os compostos com peso molecular inferior a 300 apresentam uma excreção biliar pequena (5 a 10% da dose) No entanto, acima deste valor, a bílis pode tornar-se uma das principais vias de eliminação, e é provavelmente em torno deste valor que as variações das espécies são mais perceptíveis. Assim, para o ácido metileno dissalicílico, o cão excreta 65% na bílis, enquanto o porquinho-da-Ìndia excreta apenas 40%. Do mesmo modo, a excreção biliar de succinil sulfatiazol, mostra uma variação superior a 10x entre o macaco Rhesus e rato. Assim, os limites de peso molecular aproximados são de 500-700 em seres humanos, 475 em coelhos, 400 nas porquinhos-da-Índia e de 325 em ratos.

O padrão de que espécies, como o coelho e o porquinho-da-Índia se apresentem como fracos excretores biliares, e os ratos como excretores biliares extensos, é mantido com muitos outros compostos. Já com substâncias de elevado peso molecular, as diferenças entre espécies são menores como demonstrado pelo composto indocianina verde. Também as diferenças do metabolismo entre espécies influenciam a extensão da excreção biliar.

A taxa de secreção biliar e do pH da bílis, pode ser determinante no grau de excreção biliar de um xenobiótico, apresentando também variações nas espécies. O destino dos compostos excretados na bílis pode também depender da espécie, como resultado da ocorrência de diferenças na flora e pH intestinal. Uma consequência particularmente importante da excreção biliar é a metabolização pela flora intestinal e reabsorção. Esta circulação enterohepática prolonga a duração do tempo que o animal é exposto ao xenobiótico, podendo assim introduzir novos metabolitos tóxicos e resultar, portanto, em diferenças marcantes de toxicidade entre as espécies.

Diferenças no metabolismo entre espécies

As diferenças no metabolismo entre espécies podem ser qualitativas ou quantitativas, contudo, as diferenças quantitativas são as mais comuns. Em geral, os animais pequenos, como ratinhos, têm uma taxa de metabolização mais rápida do que os animais de maior tamanho, como os seres humanos, de acordo com as diferenças gerais na taxa metabólica. Um exemplo extremo da diferença na taxa de metabolização é conferido pelo fármaco oxifenobutazona. No cão é rapidamente metabolizada e tem um tempo de semi-vida aproximadamente de 30 minutos, contudo, em várias outras espécies como o rato, o coelho e o macaco, o tempo de semi-vida é entre 3 a 6 horas, enquanto que nos seres humanos, o metabolismo é muito lento e, portanto, o fármaco tem um tempo de semi-vida de cerca de 3 dias. Embora com poucas excepções, existem diferenças quantitativas, que são geralmente difíceis de distinguir em padrões funcionais. Mesmo os organismos mais simples como as bactérias parecem ser capazes de realizar diversos tipos de reacções. As diferenças, que são claras e estão incluídas nos grupos taxonómicos, são encontradas principalmente nas reacções de fase 2. Estas diferenças, em alguns casos estão relacionados com a dieta, e deste modo, os herbívoros e carnívoros podem mostrar divergências.

Reacções de Fase 1

Oxidação

Embora a maioria dos mamíferos comummente usados como animais experimentais efectuem reacções de oxidação, estas podem variar na sua extensão. A diferença entre espécies mais comum é a taxa de oxidação do composto, em detrimento da via particular pela qual é metabolizado. A maioria das espécies são capazes de hidroxilar compostos aromáticos, mas aparentemente não há nenhum padrão na forma como as espécies realizam essa transformação metabólica.

Os peixes têm uma capacidade relativamente fraca para o metabolismo oxidativo em comparação com os animais normalmente utilizados em laboratório, tal como ratos e ratinhos. Os insectos, como as moscas têm enzimas microssomais, que estão envolvidas no metabolismo do insecticida do paratião para a paraoxona que é mais tóxica.

No entanto, há vários exemplos de diferenças na via de metabolismo preferida, que são importantes na toxicidade, bem como simples diferenças no percurso particular da oxidação. Por exemplo, o metabolismo oxidativo de etilenoglicol dá origem ao dióxido de carbono ou ácido oxálico. A importância relativa destas duas vias é reflectida na toxicidade. Assim, a produção de ácido oxálico é a seguinte: gato> rato> coelho, o que coincide com a crescente ordem de toxicidade. A hidroxilação aromática da anilina, mostra acentuadas diferenças entre espécies na posição de substituição. Assim, os carnívoros tais como o furão, gato e o cão excretam principalmente o-aminofenol, enquanto os herbívoros, tal como o coelho e o porquinho-da-Índia excretam principalmente p-aminofenol. O rato, como omnívoro, é intermediário. A via preferencial de hidroxilação também se correlaciona com a toxicidade, de modo que as espécies, para as quais a anilina é especialmente tóxica, produzem principalmente o-aminofenol, enquanto aqueles que produzem p-aminofenol, parecem menos susceptíveis. Por outro lado, a hidroxilação da cumarina na posição 7 é uma via importante no coelho e também no hamster e no gato, mas já não é relevante no rato ou ratinho. É claro que, mesmo com a hidroxilação aromática, as espécies não são facilmente agrupadas.

A N-hidroxilação de acetilaminofluoreno e do paracetamol são dois importantes exemplos toxicológicos que ilustram as diferenças entre espécies. As aminas heterocíclicas cancerígenas MeIQX (2-amino-3,8-dimetilimidazol [4,5-f]quinoxalina) formadas durante o cozimento da carne, parecem ter diferenças na sua activação de acordo com a espécie, sendo os seres humanos, possivelmente, os mais sensíveis. O MeIQX sofre N-hidroxilação catalisada pela CYP1A2, seguido por O-acetilação para originar um ião reactivo de azoto, que se liga covalentemente ao ADN. Estudos in vitro utilizando microssomas hepáticos do homem, do rato, e dos macacos cynomologous revelam que o fígado humano forma aductos (produtos de adição covalente) maiores do que as outras espécies. O MelQX é carcinogénico em ratos, sendo detectados aductos tanto in vivo como in vitro. No entanto, há pouca formação de aducto nos macacos, de acordo com ausência de tumores, quando os animais são tratados in vivo durante cinco anos. Parece que ao contrário do homem e do rato, o macaco cynomologous não tem expressão constitutiva para CYP1A2, não ocorrendo activação metabólica Outro exemplo é o metabolismo da anfetamina, que possui diferença entre espécies marcadas na via preferencial.

As diferenças entre espécies, na taxa de metabolização do hexobarbital in vitro correlacionam-se com o tempo de semi-vida e duração de acção in vivo, pelo que diferenças acentuadas na actividade da enzima entre as espécies é o principal determinante da actividade biológica Um exemplo recente de que uma diferença no metabolismo das espécies, contribui para uma diferença na toxicidade é por hidroxilação alicíclica de fármacos antialérgicos orais, o proxicromil. Após a sua administração crónica, este composto foi detectado como sendo hepatotóxico em cães, mas não nos ratos. Constatou-se que os cães não diferiram significativamente na metabolização do composto por oxidação alicíclica, enquanto que os ratos, os hamsters, os coelhos, e o Homem excretaram proporções elevadas de metabolítos na urina.

No cão, a via de eliminação do composto inalterado foi a excreção biliar, e após serem administrados doses tóxicas, esta ficou saturada. Assim, a toxicidade foi provavelmente devido à acumulação de níveis elevados de composto não metabolizado.

Reacções Hidrolíticas

Existem inúmeras esterases diferentes responsáveis pela hidrólise de ésteres e amidas, que ocorrem na maioria das espécies, contudo, a sua actividade pode variar consideravelmente entre elas. Por exemplo, o insecticida malatião deve a sua toxicidade selectiva a essa diferença. Nos mamíferos, a maior via de metabolização é a hidrólise a ácido dicarboxílico, enquanto nos insectos é a oxidação a malaoxona, sendo esta um potente inibidor da colinesterase, e sua acção insecticida é provavelmente devido a esta propriedade. O produto de hidrólise tem uma baixa toxicidade em mamíferos.

Outro exemplo é o dimetoato, cuja toxicidade se relaciona com a taxa de hidrólise. As espécies capazes de metabolizar o insecticida, são menos sensíveis do que as espécies, que são MP (metabolizadores pobres). Estudos sobre o metabolismo in vitro do dimetoato têm demonstrado que o fígado das ovelhas produz apenas o primeiro metabolito, em contraste com porquinhos-da-Índia que produzem apenas o produto final. Tanto os ratos como os ratinhos têm a capacidade de metabolizar o dimetoato de forma a obter ambos os produtos. A toxicidade está na seguinte ordem decrescente: ovinos >cão> rato> gado> porquinho-da-Índia > porco.

Redução

A actividade de azo e nitro-redutases varia entre as diferentes espécies. Assim, a actividade azo-redutase é particularmente elevada nos porquinhos-da-Índia, em relação às restantes espécies estudadas, enquanto que, a actividade da nitro-redutase se considera maior no fígado do rato.

Reacções de Fase 2

A extensão da conjugação com xenobióticos varia consideravelmente com as espécies sendo esta geralmente uma diferença quantitativa e não qualitativa. Assim, a maioria das espécies tem via de conjugação preferencial, contudo têm ainda outras vias que estão disponíveis e podem ser utilizadas.

Conjugação Glucorónica

A conjugação de xenobióticos com o ácido glucorónico é uma via de metabolismo importante na maioria dos animais, ou seja, mamíferos, pássaros, anfíbios e répteis, não incluindo os peixes. Em insectos, os conjugados de glucosídeos são formados utilizando glucose em vez do ácido glucurónico. A principal excepção respeitante à conjugação de glicosídeos ocorre no gato, que é incapaz de formar coniugados de ácido glucurónico com determinados compostos estranhos, em particular, os fenóis. No entanto, a bilirrubina,a tiroxina e certos esteróides são conjugados com ácido glucurónico no gato. Isso pode ser explicado pela presença de múltiplas formas da enzima UDP- glucuronosil transferase, que catalisa a coniugação com diferentes tipos de substratos, tal como demonstrado no rato.

Presumivelmente, no gato falta a isoenzima que catalisa a conjugação glucorónica de fenóis, portanto, sendo mais susceptível aos efeitos tóxicos de fenóis do que espécies capazes de realizar destoxificação.

Conjugação de Sulfato

A conjugação de xenobióticos com o sulfato ocorre na maioria dos mamíferos, dos anfíbios, das aves, dos répteis e dos insectos, mas, tal como com a glucuronidação, não em peixes. Embora o porco tenha reduzida capacidade de formar certos conjugados sulfatados com o fenol, o 1-naftol é excretado sob esta forma. Como existem várias formas de sulfotransfefases, específicas para diferentes substratos, a incapacidade do porco para formar um conjugado sulfatado a partir do fenol pode ser devido à falta de uma forma particular da enzima. A incapacidade dos porquinhos-da-Índia para formar um conjugado sulfatado de N-hidroxiacetilaminofluoreno ajuda a conferir resistência à carcinogenicidade de acetilaminofluorene nesta espécie As proporções relativas de conjugados de glicuronídeo e sulfato variam entre as espécies, estando o gato e o porco em extremos opostos. Curiosamente, os seres humanos e os ratos excretam proporções semelhantes de conjugados, mas com acentuada diferença no primata. No entanto, apesar da semelhança entre os seres humanos e os animais em relação à conjugação do fenol, no caso do tamoxifeno, que é um fármaco de substituição hormonal, o rato e o homem são, felizmente, muito diferentes. Este fármaco, que é utilizado para tratar o cancro da mama em seres humanos, é um agente cancerígeno no fígado nos rato. Aductos de ADN podem ser detectados em ratos in vivo e in vitro em hepatócitos de ratos e, em menor extensão em ratinhos, embora não seja cancerígeno nesta espécie. Nos seres humanos não existe nenhuma indicação de que é hepatocarcinogénico, e não foram detectados aductos de ADN. Nos ratos, o fármaco sofre hidroxilação mediada pelo citocromo no átomo de carbono α, e este é conjugado com o sulfato, catalisada pela sulfotransferase. O grupo sulfato é um bom grupo abandonador e pode ser facilmente perdido para formar um intermediário reactivo carregado positivamente (carbocatião). Este reage com ADN para originar aductos, conduzindo por fim ao crancro do fígado. Os seres humanos, pelo contrário, produzem muito menor quantidade de α-hidroxi-tamoxifeno, que é conjugado com ácido glicurónico. Esta é uma reacção de desintoxicação levando a uma eliminação segura. A razão para a diferença entre as espécies, é que os ratos são mais activos na hidroxilação (3x) que os seres humanos e por essa razão têm uma actividade mais acentuada da sulfotransferase, mas sem qualquer actividade da glucuronosil transferase. Os seres humanos têm pouca actividade da sulfotransferase (5 x menor do que nos ratos), mas muito mais actividade da glucuronosil transferase (100x mais do que nos ratos). Este tipo de informação permite uma lógica abordagem científica para avaliação dos riscos.

Conjugação com aminoácidos

Consideráveis diferenças entre as espécies residem na conjugação de ácidos carboxílicos aromáticos com aminoácidos. Um número de aminoácidos pode ser utilizado, embora a conjugação com a glicina seja a via mais comum e ocorra na maioria das espécies, à excepção de algumas aves, onde a ornitina é o ácido aa de eleição. Os Humanos usam a glutamina para a conjugação de ácidos arilacéticos enquanto, no pombo e no furão, é a taurina a usada. Os répteis podem excretar conjugados de ornitina, bem como conjugados de glicina, e alguns insectos, usam principalmente a arginina.

Os ácidos aromáticos também podem ser excretadas como conjugados de ácido glicurónico, e a relativa importância da conjugação do ácido glucurônico versus conjugação de aminoácidos depende das espécies e a estrutura do composto. Os herbívoros realizam geralmente a conjugação com aminoácidos, os carnívoros favorecem a formação de glicuronídeos enquanto os omnívores, tal como o homem, usam as duas vias do metabolismo.

Há também diferenças entre espécies no local de conjugação, o que geralmente ocorre em ambos os órgãos: o fígado e o rim, contudo, tanto os cães como as galinhas realizam essa conjugação apenas ao nível do rim.

Conjugação da Glutationa

A conjugação com a glutationa, que resulta na excreção urinária de derivados de cisteína ou N-acetilcisteína, ocorre no Homem, nos ratos, nos hamsters, nos ratinhos, nos cães, nos gatos, nos coelhos e nos porquinhos-da-Índia. Estes últimos são geralmente não excretam conjugados de N-acetilcisteína, pois a enzima responsável pela acetilação da cisteína não está presente. Os insectos também são capazes de originar conjugados de glutationa, podendo provavelmente estar envolvida na desidroclorinação do insecticida DDT, uma reacção que ocorre com as moscas.

Metilação

Metilação de átomos de oxigénio, de enxofre e de azoto parece ocorrer na maioria dos mamíferos, das aves, dos anfíbios e dos insectos.

Acetilação

A maioria das espécies de mamíferos é capaz de acetilar compostos amino-aromáticos, sendo a grande excepção o cão. Assim, para uma série de compostos de aminoácidos, como procainamida, sulfadimetoxina, sulfametomidina, sulfasomizole e o grupo amino N4 da sulfanilamida, o cão não tem a capacidade de excretar o produto acetilado. No entanto, ele tem um elevado nível de desacetilases no fígado, assim como um inibidor de acetiltransferase no fígado e rins. Consequentemente, uma vez que a acetilação pode não estar ausente no cão, os produtos provavelmente são hidrolisados ou a reacção é inibida eficazmente.

No entanto, o cão acetila o grupo N1 sulfonamido da sulfanilamida, e também acetila os grupos amino alifáticos. O porquinhoo-da-Índia é incapaz de acetilar os grupos amino alifáticos, tal como na cisteína. Por isso, excreta cisteína em vez dos conjugados N-acetilcisteína ou ácidos mercaptúricos. As aves, alguns anfíbios e insectos também são capaz de acetilar aminas aromáticas, mas os répteis não usam este mecanismo.

Em alguns casos, diferenças na toxicidade entre espécies devem-se a mais do que uma diferença metabólica. Por exemplo, pesquisas sobre a aflatoxina B1 (AFB1) uma toxina fúngica, indica que os seres humanos são particularmente sensíveis, mais do que os roedores, enquanto os ratos são mais susceptíveis do que os ratinhos.

A toxicidade (hepatocarcinogenicidade), medida pela TD50 foi superior a 70 µg AFB1 kg-1 por dia-1 nos ratinhos em comparação com 1,3 µg AFB1 kg-1 por dia-1 para os ratos, ambos do sexo masculino. Nos hamsters pareceram mais sensíveis do que ratos. O epóxido da aflatoxina, que é responsável pela carcinogenicidade, pode ser neutralizado por conjugação com a glutationa, catalisada pela GSTs. No entanto, parece que a razão para a susceptibilidade das diferenças de espécies seja a seguinte: embora o ratinho produza maior quantidade de epóxido do que os ratos ou os seres humanos, esta espécie também tem níveis muito maiores de α-GST activa em comparação com o rato. Portanto, o rato não efectua adequadamente a desitoxicação causada peloo metabolito reactivo, o epóxido. Como nos seres humanos, a α-GST está presente, mas tem pouca actividade para o epóxido de aflatoxina cancerígenas, é a µ-GST que preferencialmente conjuga com o endo-peróxido. Deste modo, pode concluir-se que a falta de desintoxicação adequada pode ser menos importante que a presença de sistemas activados

Observações Finais

Assim, a maioria das diferenças no metabolismo entre as espécies são quantitativas e não qualitativas, mas ocasionalmente uma espécie pode não ser capaz de realizar uma determinada reacção.

As diferenças quantitativas mais comuns dependem das diferenças das espécies para a concentração de enzima ou dos seus parâmetros cinéticos, da disponibilidade de co-factores, da presença de inibidores de enzimas reversíveis e da concentração de substrato no tecido.

Essas diferenças quantitativas podem, muitas vezes significar que uma determinada via metabólicas esteja favorecida em diferentes espécies, com uma consequente diferença farmacológica ou na actividade toxicológica. Em geral, o Homem é capaz de possuir todas as transformações metabólicas encontradas noutros mamíferos e não mostra qualquer particularidade na presença ou ausência de uma via enzimática.

No entanto, seria difícil, na hora de escolher uma única espécie como o melhor modelo para homem, devido a razões metabólicas isoladas. Contudo, pode ser possível fazer isso após uma análise da estrutura do xenobiótico em questão.

Estirpes

As diferenças na disposição dos xenobióticos entre as diferentes estirpes da mesma espécie têm sido bem documentadas. Por exemplo, os ratinhos e ratos de várias estirpes mostram acentuadas diferenças na duração da acção do hexobarbital, considerando que em qualquer uma das estirpes, a resposta é uniforme.

O metabolismo da antipirina em ratos varia muito entre as diferentes estirpes. Um bom exemplo da diferença entre estirpes é a do rato Gunn, que é incapaz de formar o-glicuronídeo da bilirrubina e de outros xenobióticos. Esse defeito é devido a uma deficiência na glucuronil transferase. A actividade da N-acetiltransferase varia mediante a estirpe de ratos e ratinhos. A hidrólise de acetilisoniazida para acetilhidrazina, foi marcadamente diferente em ambas as estirpes de ratos, assim como a hepatotoxicidade da acetilisoniazida, sendo maior na estirpe com a maior actividade da acilamidase.

As estirpes ou diferenças genéticas na capacidade de resposta também podem ser importantes, tal como a resposta a indutores enzimáticos.

As diferentes estirpes de ratinhos, apresentam diferentes sensibilidades ao TCDD (dioxinas) e a outros hidrocarbonetos policíclicos. Assim, o ratinho C57B1 6 têm uma maior resposta com o TCCD e 3-metilcolantrene, que interagem com o receptor AhR e induz as enzimas como CYP1A1, enquanto que o ratinho DBA/2 tem uma menor resposta. Acredita-se que esta característica é proveniente do traço autossómico dominante. O alelo Ahd, que nãoinduz resposta, expressa uma proteína com afinidade diminuída para os ligandos, tal como o TCDD.

Sexo

Há uma série de diferenças documentadas na eliminação e toxicidade dos xenobióticos, que estão relacionados com o sexo do animal. Por exemplo, o composto organofosforado paratião, é duas vezes mais tóxico para os ratos do sexo feminino do que para os do sexo masculino. Muitas dessas diferenças de toxicidade foram observadas nos roedores. Por exemplo, nos ratos, as fêmeas são mais susceptíveis à toxicidade dos fármacos fenacetina, ácido salicílico e varfarina e também para nicotina e picrotoxina. Uma das primeiras diferenças a notar entre os sexos é o facto de que o tempo de sono induzido pelo hexobarbital é maior nas fêmeas do que em ratos machos. Isto está de acordo com a visão de que, de forma geral, os ratos machos metabolizam os xenobióticos mais rapidamente do que as fêmeas. Assim, o tempo de semi-vida do hexobarbital é consideravelmente maior nas fêmeas do que nos ratos do sexo masculino, e in vitro, a fracção microssomal do fígado metaboliza mais rapidamente o hexobarbital quando é proveniente de ratos machos. Em contraste, os ratos do sexo masculino são mais susceptíveis aos efeitos tóxicos da monocrotalina, da epinefrina e da cravagem do centeio.

Tal como as reacções de fase 1, as reacções de fase 2 também mostram diferenças entre os sexos. Assim, a conjugação do ácido glucurónico 1-naftol é maior nos machos do que nas fêmeas, e esta diferença também é encontrada em microssomas in vitro. A acetilação da sulfanilamida é também maior nos ratos do sexo masculino do que nos de sexo feminino. No entanto, as diferenças metabólicas entre os sexos dependem do substrato. Por exemplo, a hidroxilação da anilina ou zoxazolamina mostra pouca diferença entre os sexos, em contraste com o metabolismo verificado para o hexobarbital, que é três vezes maior no sexo masculino quando comparado com os ratos do sexo feminino.

As diferenças observadas no metabolismo tendo em conta o sexo dos animais, são menos acentuadas noutras espécies do que no rato. Em seres humanos, as diferenças, quando observadas, são semelhantes ás que ocorrem no rato, enquanto que no ratinho, essas diferenças são muitas vezes contrárias. As diferenças no metabolismo entre animais machos e fêmeas devem-se à influência de hormonas e factores genéticos.

Muitas das diferenças entre os sexos dos roedores atingem ambas as enzimas da fase 1 e fase 2, desenvolvem-se durante a puberdade do animal e são influenciadas pelas concentrações de hormonas sexuais ou efeitos indirectos do crescimento hormonal. A administração de androgénios em fêmeas elimina as diferenças que se observavam com os machos. Deste modo, as hormonas sexuais parecem ter uma forte influência sobre o metabolismo dos xenobióticos. Por exemplo, o estudo do metabolismo da aminopirina e do hexobarbital nos ratos do sexo masculino mostraram que a castração reduzia acentuadamente o metabolismo dos dois fármacos, contudo esta situação podia ser revertidas pela administração de androgenios.

Assim, em alguns casos, a expressão da enzima é influenciada directamente, num determinado órgão, pela testosterona ou estrogénios. Por exemplo, no rim do ratinho, a testosterona regula directamente a expressão das isoenzimas do citocromo P-450, que leva à sensibilidade peculiar dos “rins femininos” para a nefrotoxicidade causada pelo paracetamol.

O fígado de ratos mostra grandes diferenças ao nível do citocromo P-450, tais como CYP2A2 e CYP3A2 que são maiores nos machos, enquanto que o CYP2A1 e CYP2C7, são maiores nas mulheres. Outras enzimas também revelam diferenças de género, tais como as epóxido hidrolases, as glutationa transferases, e algumas glucuronosil transferases e sulfotransferases, que são mais elevadas no fígado de ratos de sexo masculino. Os níveis de flavina monooxidases são maiores nas fêmeas.

Embora as diferenças de género sejam muito menos evidentes em outras espécies, incluindo os seres humanos, há algumas situações, como no caso dos níveis de CYP3A4 serem mais elevados nas mulheres em comparação com os homens. No entanto, o controle do metabolismo parece ser mais complicado do que isso, pois também envolve o hipotálamo e a hipófise. Parece que o hipotálamo nos Homens produz um factor que inibe a libertação de uma hormona e deste modo, deixa o fígado num estado particular. Nas Mulheres, o hipotálamo está inactivo e, portanto, não é produzido nenhum factor permitindo que, a hipófise liberte um factor femininizante, que possivelmente a hormona de crescimento, responsável pela modificação do fígado no sexo feminino.

Esta actividade do hipotálamo não depende do genotípico presente no sexo do animal, mas sobre os acontecimentos durante o período perinatal. Por exemplo, ratos machos têm uma actividade muito baixa para a hidroxilação de coniugados sulfato de esteróides (15 B-hidroxilase). Isto aplica-se tanto aos ratos machos normais como os castrados. No entanto, se são machos castrados logo após o nascimento, eles mostram um maior nível de actividade feminina. Este efeito pode ser revertido pelo tratamento dos machos castrados com testosterona durante o período imediatamente após o nascimento, mas não pelo tratamento do animal já adulto. Isto tem sido interpretado como indicativo de que é a ausência ou presença de androgénios no período imediatamente após o nascimento, que determina a masculinidade ou feminilidade do animal no que diz respeito as enzimas envolvidas no metabolismo de compostos estranhos. O fenómeno é conhecido como imprinting.

Como já mencionado, a actividade farmacológica de certos fármacos é alongada no rato fêmea, pelo que a toxicidade de certos compostos pode estar aumentada. A procaína é mais hidrolisada em ratos machos, contribuindo para uma menor toxicidade, considerando que os insecticidas aldrino e heptacloro são metabolizados mais rapidamente a epóxidos mais tóxico em machos e, portanto, menos tóxico para as fêmeas.

Provavelmente o melhor exemplo de uma diferença de toxicidade nos sexo é a toxicidade renal do clorofórmio em ratinhos. Os machos são nitidamente mais sensíveis que as fêmeas, e esta diferença pode ser removida pela castração dos machos e depois recuperada pela administração de androgénios.

In vitro, o clorofórmio é metabolizado 10 vezes mais rapidamente pelos microssomas do rim de macho, quando comparados com os ratinhos do sexo feminino. Em contraste com ratos, os ratinhos do sexo masculino metabolizam o hexobarbital mais lentamente, e deste modo, o efeito farmacológico é mais prolongado do que nas fêmeas. A excreção dos aditivos alimentares, Butil-hidroxitolueno, mostra uma diferença interessante entre os sexos dos ratos, principalmente através da urina nos machos, contudo nas fêmeas ocorre predominantemente a excreção fecal, o que provavelmente reflecte diferenças nas taxas de produção dos conjugados glucuronida e mercapturato entre os sexos. Um exemplo semelhante, mas particularmente importante que resulta na diferença de toxicidade, é conferida pelo 2,6- e 2,4-dinitrotolueno. Estes compostos (a que pode haver exposição industrial) demonstraram ser hepatocarcinogénicos, especialmente em ratos masculinos. Os compostos são metabolizados primeiro pela hidroxilação do grupo metil seguido por conjugação com ácido glucurónico. A maior susceptibilidade à hepatocarcinogenicidade dos animais do sexo masculino foi mostrada por ser devida a maior excreção biliar do conjugado glicuronídeo nos machos, seguida da quebra pela B-glucuronidases, ao nível do intestino, para originar a aglicona (1-hidroximetil-2,6-dinitrotolueno) e redução de pelas nitrorredutases nas bactérias. A aglicona reduzida é então reabsorvida para o fígado, onde sofre activação metabólica pela N-oxidação e conjugação com o sulfato ou acetil, que pode formar um ião de azoto reactivo intermediário, que se liga ao ADN do fígado, sendo capaz de causar tumores neste orgão. Este exemplo ilustra a importância das várias etapas (no caso de metabolismo e excreção), que podem ser necessárias para causar toxicidade. Os tumores renais causados por vários diferentes compostos, incluindo o 1,4-diclorobenzeno, a isoforona e a gasolina sem chumbo, são dependentes do sexo e da espécie. Assim, apenas os ratos do sexo masculino sofrem nefropatia α2-µ-globulina e adenocarcinoma renal tubular, como resultado da acumulação de um complexo de proteínas nas células epitelíais dos túbulos renais proximal. A síntese das proteínas envolvidas, α2-µ-globulina está sob controlo androgénico nos ratos do sexo masculino.

Factores Ambientais

Vários factores ambientais influenciam a disposição, metabolismo e toxicidade do fármaco em maior ou menor extensão, como a variação diurna e stress, dieta, entre outros.

Stress e Variação Diurna

As condições ambientais adversas ou estimulantes, criam stress nos animais, o que podem influenciar o metabolismo e disposição do fármaco. O stress causado pelo frio, por exemplo, aumenta a hidroxilação aromática, o que também acontece com o stress resultante do barulho excessivo. As monoxigenases microssomais possuem um ritmo diurno tanto em ratinhos como ratos, com um pico de actividade ao anoitecer.

Assim, como as enzimas microssomais mostram variação diurna, outros factores importantes em toxicologia também diferem com o tempo. Por exemplo, o nível de glutationa varia significativamente. Estudos demonstram que os níveis de GSH hepática em ratinhos é significativamente menor às 20 horas do que às 8 horas. Correspondentemente, a susceptibilidade da toxicidade do paracetamol é muito maior quando administrada às 20h do que às 8h.

Dieta

A influência da dieta no metabolismo, eliminação e toxicidade do fármaco depende de muitos factores, sendo difícil distingui-los. Aditivos alimentares e contaminantes naturais dos alimentos podem influenciar a actividade de várias enzimas através da sua indução ou inibição.

Quer a raça quer a dieta podem afectar a depuração dos fármacos como a antipirina. Desta forma os Caucasianos comedores de carne têm uma depuração significativamente maior e um tempo de semi-vida menor da antipirina que os Asiáticos vegetarianos. No entanto, a importância relativa da raça versus dieta como contribuintes para esta diferença não é clara.

O estado nutricional do animal tem também uma importante influência. A falta de vários nutrientes pode afectar o metabolismo do fármaco causando depressão da actividade metabólica, embora esta nem sempre ocorra. A deficiência em proteínas é um dos parâmetros melhor estudados e mostra uma influência marcada no metabolismo do fármaco. Assim, ratos alimentados com dieta de baixo teor proteico (5%) mostram uma perda significativa da actividade das enzimas microssomais quando comparada com ratos alimentados com uma dieta com 20% de proteínas. O declínio da actividade é acompanhado pelo declínio dos níveis de proteínas microssomais no fígado. Tanto o conteúdo do citocromo P450 como a actividade do citocromo P450 redutase se encontram reduzidos pela dieta de 5% de proteínas. Da mesma forma, em humanos, a diminuição das proteínas da dieta de 20 para 10% diminui a depuração da teofilina em 30%. No entanto, as diferentes formas do citocromo P450 encontram-se afectadas de forma distinta. Em estudos em ratos, o CYP3A diminui dramaticamente com a redução das proteínas na dieta de 18 para 1%, enquanto o CYP1A2 apenas diminui 0,5%.

Medidas in vivo, como o tempo de sono induzido por barbitúricos, encontram-se de acordo com o enunciado, sendo os tempos de sono maiores em animais com deficiências proteícas. A dieta com baixo teor proteíco pode também influenciar a toxicidade. Por exemplo, a hepatotoxicidade do tetracloreto de carbono é marcadamente menor em ratos com deficiência em proteína em comparação com animais normais, o que se correlaciona com a reduzida habilidade de metabolizar a hepatotoxina em animais com deficiência proteica. No entanto, ocorre o inverso com a hepatotoxicidade do paracetamol, que se encontra aumentada numa dieta com baixo teor proteico. Tal pode dever-se aos reduzidos níveis de glutationa nos ratos com deficiência proteica, o que compensa a quantidade reduzida do citocromo P450 causado por esta deficiência.

A carcinogenicidade da aflatoxina é reduzida por uma deficiência em proteínas, presumivelmente causada por redução da activação metabólica do intermediário epóxido, que pode ser o último carcinógeneo que se liga ao ADN. A deficiência de ácidos gordos na dieta também diminui a actividade das enzimas microssomais. Assim, o metabolismo da etilmorfina, hexobarbital e anilina está diminuído, possivelmente porque requerem lípidos para o citocromo P450. Então, a deficiência de ácidos gordos essenciais leva ao declínio de ambos os níveis e actividade dos citocromos P450 in vivo.

A deficiência de minerais e vitaminas também tende para a redução do metabolismo de compostos estranhos. Contudo, os hidratos de carbono não têm efeitos directos no metabolismo de xenobióticos. A fome ou mudanças na dieta podem também diminuir as reservas dos cofactores tal como o sulfato, o qual é necessário para a fase 2 nas reacções de conjugação e pode ser rapidamente esgotado. O período de jejum nocturno dos animais pode ter efeitos significativos no metabolismo e toxicidade. Assim, a desalquilação da dimetilnitrosamina está aumentada quando ocorre um curto período de privação de comida, assim como a sua hepatotoxicidade. A hepatotoxicidade do paracetamol e bromobenzeno estão também aumentadas em período de jejum nocturno dos animais, provavelmente como resultado da depleção da glutationa para 50% dos níveis normais, havendo menos glutationa disponível para a destoxificação destes compostos.

O estado nutricional dos animais pode ser afectado pela exposição a compostos estranhos in vivo, bem como o metabolismo. Muitos fármacos ligam-se às proteínas plasmáticas e a alteração da afinidade de ligação para esses compostos tem uma importante implicação toxicológica. Assim, a diminuição dos níveis plasmáticos de albumina após uma diminuição de proteínas na dieta, tal como acontece na deficiência humana de Kwashiorkor, pode levar ao aumento significativo dos níveis plasmáticos dos fármacos livres, contribuindo para o aumento da toxicidade.

Efeitos da Idade

A capacidade de metabolização de fármacos e diversas outras funções metabólicas e fisiológicas, no Homem e outros animais, são influenciadas pela idade. Além disso, a sensibilidade aos efeitos tóxicos e farmacológicos dos fármacos e outros xenobióticos é usualmente diferente em animais jovens e idosos. Como pode ser esperado, em idades extremas, a actividade de metabolização dos fármacos está comprometida, a capacidade de ligação às proteínas plasmáticas alterada, e a depuração de xenobióticos do organismo pode ser menos eficiente. Estas diferenças levam geralmente a exposição de níveis mais elevados do fármaco não alterado por períodos mais longos em animais jovens e geriátricos do que em adultos, o que tem aplicações na toxicidade.

Embora o significado toxicológico ainda não tenha sido estudado, foram demonstradas diferenças relacionadas com a idade na absorção de xenobióticos. Indivíduos em idade neonatal e geriátrica têm a secreção gástrica diminuída, e consequentemente a absorção de algumas substâncias pode estar alterada. Assim, no neonato, a absorção da penicilina está aumentada, enquanto a absorção do paracetamol esta diminuída.

A motilidade intestinal pode ser influenciada pela idade, sendo que os efeitos da absorção de xenobióticos estão dependentes do local em que esta ocorre. A ausência de flora intestinal no recém-nascido pode ter influências que ainda não são conhecidas na exposição de xenobióticos no tracto gastrointestinal.

Uma vez absorvida a substância estranha pode reagir com as proteínas plasmáticas e distribuir-se nos vários compartimentos do organismo. Quer no recém-nascido, quer nos idosos os níveis plasmáticos de proteínas totais e albumina encontram-se diminuídos. No recém-nascido, as proteínas plasmáticas podem demonstrar certas diferenças que permitem a diminuição da ligação aos xenobióticos e a redução dos níveis de proteínas. Por exemplo, o fármaco lidocaína liga-se apenas em 20% as proteínas plasmáticas do recém-nascido, em comparação com 70% nos adultos. A reduçaõ do pH plasmático verificada nos recém-nascidos também afecta a ligação dos compostas às proteínas, assim como, a sua distribuição e excreção. A distribuição de compostos em compartimentos particulares pode variar com a idade, resultando em diferentes toxicidades. Por exemplo, a morfina é 3 a 10x mais tóxica nos ratos recém-nascidos do que nos adultos, devido ao aumento da permeabilidade do cérebro do recém-nascido. Da mesma forma, esta diferença na barreira hematoencefálica explica o aumento de neurotoxicidade de chumbo nestes.

A quantidade total de água no organismo, particularmente a água extracelular, é maior nos recém-nascidos do que nos adultos e diminui com a idade, o que influência a distribuição de fármacos solúveis em água, podendo ocorrer níveis plasmáticos mais baixos. Quer a filtração glomerular quer a secreção renal tubular estão diminuídas nos recém-nascidos e nos idosos, e os bebés humanos atingem os níveis de filtração glomerular do adulto a partir de um ano de idade. Como consequência, a excreção é reduzida, diminuindo a depuração do composto do organismo, o que permite um aumento da toxicidade pelo prolongamento da exposição ou acumulação se estiverem envolvidas doses crónicas. Este foi um importante factor no desenvolvimento de reacções adversas ao fármaco anti-artrite benoxaprofeno, que causou toxicidade severa em alguns pacientes idosos, e o levou a ser retirado do mercado. Muitos sistemas enzimáticos metabolizadores de fármacos demonstram modificações marcadas por altura do nascimento, sendo geralmente reduzidas no feto e recém-nascido. Em alguns casos, a actividade pode ser igualada à do adulto em poucos dias, enquanto para algumas enzimas como o citocromo P450 podem ser necessárias várias semanas para se obterem os níveis óptimos. O desenvolvimento desses sistemas enzimáticos depende das espécies. Por exemplo, nos ratos a actividade da monooxigenase microssomal é negligenciável no nascimento enquanto aos seis meses de gestação nos humanos, a actividade da enzima não só é detectável, como pode ter 20 a 50% dos níveis do adulto.

No rato, o desenvolvimento da actividade para níveis semelhantes aos do adulto demora cerca de 30 dias, após os quais os níveis diminuem com o avançar da idade. No entanto, em humanos, a actividade da hidroxilase aumenta até aos 6 anos, atingido níveis maiores do que os do adulto, e apenas diminui após maturação sexual. Assim, a eliminação da antipirina e teofilina está aumentada nas crianças. Deve ter-se em conta que essas proporções da isoenzima podem ser muito diferentes do recém-nascido para o animal adulto, e o desenvolvimento da isoenzima pode ser diferente. Nos ratos parecem existir 4 tipos de desenvolvimento para as enzimas metabolizadoras da fase 1: o tipo A em que se verifica um aumento linear desde o nascimento até à idade adulta (4 hidroxilação da anilina); tipo B em que os níveis se encontram diminuídos até ao desmame, ocorrendo depois um aumento até níveis de adulto (N-desmetilação); tipo C em que ocorre desenvolvimento rápido após o nascimento, seguido de um rápido declínio para baixos níveis na idade adulta (Hidroxilação da 4-metilcumarina); e rápido aumento após o nascimento para um pico máximo havendo declínio nos níveis de adulto, tipo D.

O padrão de desenvolvimento pode ser diferente entre os sexos e as espécies. Por exemplo, no rato a actividade da 16-α-hidroxilase esteróide na androst-4-ene-3,17-diona desenvolve um padrão tipo B nos machos e fêmeas, mas nestas a actividade começa a desaparecer aos 30 dias de idade e torna-se indetectável aos 40 dias. O sistema da monooxigenase desenvolve-se como uma unidade, e as suas taxas estão dependentes da espécie e sexo do animal e do substrato em particular.

Com algumas enzimas metabolizadoras da fase 2 pode ocorrer um padrão de expressão estritamente ontogenético. A capacidade de conjugação dos sulfatos ocorre cedo nos ratos, enquanto a glucuronidação dos xenobióticos e conjugação com a glutationa e aa apenas se desenvolve após os 30 dias do nascimento. Estas deficiências na capacidade metabólica dos recém-nascidos podem ter um impacto significativo na toxicidade de xenobióticos. Quando um composto semelhante é responsável por um efeito farmacológico ou toxicológico, a actividade metabólica reduzida pode levar a respostas prolongadas e exageradas. Por exemplo, em ratinhos ocorre reduzida oxidação da cadeia lateral do hexobarbital, e o tempo de sono é excessivamente prolongado. Doses administradas para tempo de sono inferior a uma hora para ratinhos adultos são fatais em recém-nascidos. Esta toxicidade correlaciona-se com a incapacidade de metabolização de fármaco.

O inverso é verdadeiro para fármacos que necessitam de activação metabólica para terem toxicidade. Por exemplo, o paracetamol é menos hepatotóxico num recém-nascido do que num ratinho adulto, dado ser menos metabolicamente activado. Tal deve-se aos níveis diminuídos de citocromo P450 do fígado do recém-nascido. Estão também envolvidos os níveis hepáticos de glutationa necessários para a destoxificação. Embora os níveis deste tripéptido estejam reduzidos no nascimento, o desenvolvimento é suficiente em comparação com os níveis de citocromo P450, permitindo uma destoxificação adequada. O mesmo efeito é observado com a hepatotoxina bromobenzeno. Já o tetracloreto de carbono não é hepatotóxico nos ratos recém-nascidos visto ser necessária activação metabólica para existir efeito tóxico e esta se encontrar diminuída.

A deficiência das enzimas metabolizadoras de fase 2 também influencia a toxicidade dos xenobióticos. Por exemplo, a actividade da glucuronosiltransferase nos recém-nascidos humanos é normalmente baixa, e consequentemente a conjugação fica comprometida, o que pode ser importante na destoxificação do fármaco. Uma deficiência relativa do ácido UDP-glucorónico pode contribuir para a diminuição dos níveis de conjugação. Assim, com o cloranfenicol, que conjuga 90% com o ácido glucurónico, uma deficiência neonatal na conjugação glucurónica pode levar à cianose severa e morte em alguns bebés humanos devido aos elevados níveis plasmáticos do fármaco inalterado. No entanto, nos casos de metabolismo do paracetamol nos recém-nascidos, a conjugação de sulfatos encontra-se nos níveis normais, o que compensa qualquer redução na glucuronidação. Quando a conjugação da bilirrubina com o ácido glucurónico está comprometida pode ocorrer icterícia neonatal, o que pode levar a danos cerebrais devido aos elevados níveis de bilirrubina livre. Tal pode ser exacerbado pela administração de fármacos, o que retira a bilirrubina do local de ligação da albumina plasmática.

Como nos neonatos, a capacidade metabolizadora de fármacos em idosos está reduzida em comparação com os adultos jovens para alguns compostos, como é o caso do benoxaprofeno, propanolol e a lignocaína. Outros fármacos como a isonazida e a varfarina têm um tempo de semi-vida semelhante nos idosos e nos jovens adultos. O metabolismo de fase 1 parece ser mais afectado nos idosos que as reacções de fase 2. No entanto, deve-se destacar que a depuração de alguns fármacos (propanolol e lignocaína) pode estar diminuída em idosos, parcialmente devido ao reduzido fluxo sanguíneo hepático e extracção hepática assim como ao metabolismo reduzido. Assim como nos neonatos, o metabolismo reduzido de xenobióticos nos animais idosos pode levar a diferenças de toxicidade em comparação com o animal adulto.

O feto é uma situação especial dada a circulação materna ter um efeito modificador. A depuração de compostos do plasma fetal pode ser mais eficiente embora se forem produzidos compostos polares no fígado fetal, estes podem ser incapazes de deixar o embrião, uma vez que não conseguem atravessar a placenta. Alternativamente, fármacos ingeridos pela mãe podem ser metabolizados por ela e ficarem impossibilitados de atravessar a placenta. No entanto, a maioria dos fármacos, particularmente os de administração crónica, tendem a ter os mesmos níveis de equilíbrio no plasma do feto e da mãe, à excepção do metabolismo e/ou excreção do feto ser significativa. O fígado fetal excreta alguns compostos no fluido alantóico. A capacidade de ligação das proteínas plasmáticas está diminuída no feto devido aos menores níveis de albumina. A capacidade do feto metabolizar compostos estranhos é geralmente menor que a do animal adulto, como acontece com o recém-nascido. No entanto, isto depende da via metabólica e do sistema enzimático envolvido.

O citocromo P450 demonstra actividade negligenciável no feto até ao nascimento, embora a actividade consiga ser medida nos tecidos embrionários. Tal ocorre na maioria dos mamíferos, à excepção do homem, onde o feto seis semanas após a gestação possui actividade mensurável, correspondente a 20 e 40 % dos valores dos adultos, mantendo-se estes níveis até ao nascimento. Na maioria dos outros mamíferos os níveis de citocromo P450 estão entre 0% e 5% dos níveis do adulto. Nos porquinhos-da-índia e macaquinhos os níveis são mais elevados mas o feto humano é o que apresenta os níveis mais elevados.

A actividade da glucoroniltransferase parece diminuída no feto, usando substratos como o p-nitrofenol e 1-naftal. O diazepam é metabolizado a N-demetildiazepam, que conjuga com o ácido glucurónico nos adultos e crianças; contudo, o glucuronídeo não é detactável em crianças prematuras. Se a actividade do citocromo P450 está presente no feto, mas a capacidade de conjugação está comprometida, os metabolitos tóxicos mais do que os estáveis, podem acumular conjugados menos tóxicos. A actividade das enzimas citosólicas tal como a GSTs está diminuída no feto, tendo apenas 5 a 10 % dos valores do adulto em coelhos e porquinhos-da-índia. O conteúdo de glutationa no fígado do ratinho fetal é aproximadamente 10% do do adulto, mas os estudos indicam que o feto do ratinho se encontra protegido dos efeitos hepatotóxicos de compostos como o paracetamol por estes níveis de glutationa.

Aparentemente, o feto parece não estar exposto a um maior risco aos xenobióticos do que o recém-nascido, dependendo a sua susceptibilidade em grande escala do composto em questão. O recém-nascido humano, no entanto, pode raramente ter níveis comparativamente elevados de actividade enzimática microssomal, o que pode ter importantes consequências toxicológicas para o feto exposto ao composto metabolizado por essas enzimas a produtos mais tóxicos. A rapidez da depuração do composto da circulação materna é um parâmetro importante na toxicidade fetal do xenobiótico. A teratogenicidade é um caso especial da toxicidade fetal e está dependente do estado de desenvolvimento.

Efeitos Hormonais

Para além das hormonas sexuais, muitas outras hormonas afectam o metabolismo de xenobióticos, tendo influência na toxicidade. Várias hormonas da hipófise podem afectar o metabolismo, quer directa, quer indirectamente, como é o caso da hormona de crescimento, da FSH, da ACTH, da LH e da prolactina. Assim, a hipofisectomia em ratos machos resulta em geral numa diminuição do metabolismo, mas os efeitos de algumas hormonas individuais podem depender do sexo do animal e em particular da enzima ou via metabólica. Por exemplo, a administração de ACTH diminui o metabolismo oxidativo em machos mas aumenta a N-desmetilação em ratos fêmeas. A remoção da glândula adrenal reduz o metabolismo, como a desmetilação da etilmorfina e a 4-hidroxilação da anilina, e isto pode ser parcialmente reposto pela administração de corticosteroídes. Contudo, provavelmente existem muitos factores envolvidos para além da perda de uma hormona em particular. Da mesma forma, a tiroidectomia causa modificações no metabolismo, mas estas dependem do sexo do animal e em particular das reacções metabólicas em estudo. A diabetes induzida pela estreptozotocina que danifica especificamente o pâncreas parece provocar uma diminuição na capacidade metabólica da monooxigenase, e a actividade pode ser restaurada por tratamento com insulina. De facto, embora não existam modificações nos níveis de citocromo P450 totais, a diabetes pode induzir uma forma particular da enzima, pelo que provoca modificações das proporções da isoenzima.

Em síntese, as hormonas da tiróide, adrenais e da hipófise e a insulina actuam sobretudo directamente no fígado afectando o metabolismo, enquanto as hormonas sexuais actuam provavelmente indirectamente via hipófise e hipotálamo. É de notar que as potenciais interacções são complexas.

Efeitos das Condições Patológicas

Embora a maioria dos estudos experimentais com xenobióticos sejam realizados em animais saudáveis ou voluntários humanos saudáveis, os animais e humanos doentes podem ser expostos a xenobióticos. É claramente o caso de fármacos desenhados para tratar doenças específicas ou para serem usado em condições particulares. A influência das condições patológicas na eliminação e metabolismo desses compostos deve ser considerada. Para além disso, a exposição crónica a xenobióticos pode resultar em danos patológicos, o que pode influenciar a distribuição do composto em exposições subsequentes.

A absorção de xenobióticos no tracto gastrointestinal pode ser alterada em certas síndromes de malabsorção e pode estar aumentada após injecções subcutâneas ou IM caso nessa doença em particular ocorra vasodilatação. A eliminação do xenobiótico, uma vez absorvido, pode ser influenciada por alterações nas proteínas plasmáticas, que se encontram reduzidas em algumas patologias. Nestas, para os xenobióticos que têm elevada afinidade para as proteínas, a concentração plasmática do composto livre pode-se encontrar significativamente aumentada. O que pode alterar a excreção renal, aumentando-a em certos caso, mas pode também aumentar a toxicidade do fármaco com um estreitamento da janela terapêutica, caso o composto dissociado da proteína seja responsável pela toxicidade. Assim, a anestesia com tiopental é prolongada quando a albumina plasmática se encontra reduzida, e em doenças crónicas do fígado ocorre aumento da difenilhidantoína e sulfonamidas não ligadas resultantes das modificações nas proteínas plasmáticas. As doenças e danos hepáticos têm potencial para serem factores major no metabolismo de xenobióticos. Em pacientes com necrose hepática devido ao paracetamol, o tempo de semi-vida deste fica aumentado em 2 a 8h e para a antipirina em 12 a 24h. A necrose hepática aguda em animais causada pela administração de hepatotoxinas resulta no aumento de 2x do tempo de semi-vida plasmático de barbitúricos, da difenilhidantoína e da antipirina. Contudo, podem ocorrer outros factores como a separação do fármaco do local de ligação da proteína plasmática pela bilirrubina. Em caso de dano no fígado, os níveis de bilirrubina plasmática podem estar aumentados devido a falta de conjugação com o ácido glucurónico. Tal pode alterar a eliminação de alguns fármacos como a tolbutamida. Os níveis da albumina plasmática podem estar reduzidos em caso de doença hepática, uma vez que são sintetizados no fígado, e consequentemente a ligação da albumina plasmática tenderá a estar reduzida. Ainda assim, os efeitos das doenças hepáticas são imprevisíveis. Por exemplo, em pacientes com cirrose hepática, a glucuronidação do cloranfenicol e a acetilação da isoniazida encontram-se diminuídas e o seu tempo de semi-vida prolongado. No entanto, nas doenças crónicas do fígado a depuração hepática do lorazepam ou oxazepam não é afectada ainda que a glucuronidação seja a via metabólica destes compostos. Em geral, a formação do ácido glucurónico e conjugados sulfatados tende a estar comprometida em doenças hepáticas como a hepatite, icterícia obstrutiva e cirrose.

O dano hepático pode também afectar a eliminação de alguns fármacos devido a alterações no fluxo sanguíneo hepático. No dano colestático do fígado a depuração é reduzida em 70% em relação ao controlo. Tanto a antipirina como a aminopirina são depuradas pelo metabolismo no fígado, embora apenas a depuração da antipirina esteja afectada no dano colestático. Ainda que as doenças hepatocelulares afectem a depuração, é difícil extrapolar pelos efeitos conhecidos da eliminação de determinado fármaco se terá maior efeito do que outro. É muito importante saber a relevância dos factores na eliminação de um fármaco em particular assim como a severidade e tipo de dano patológico. A cirrose hepática altera o fluxo sanguíneo mas não afecta necessariamente os níveis enzimáticos. A hepatite fraca a moderada em humanos parece não ter influência no conteúdo do citocromo P450 hepático, enquanto que a hepatite severa e cirrose reduzem este conteúdo em 50%. O fígado sintetiza colinesterases pelo que fármacos hidrolisados por estas enzimas como a aspirina, procaína e succinilcolina demonstram uma redução no metabolismo. Pelo que os danos e doença hepática podem ter inúmeros efeitos na eliminação do composto, o que pode dever-se à alteração dos níveis ou actividade enzimática; alteração no fluxo sanguíneo ou alteração na albumina plasmática e consequente ligação.

As doenças renais são outro factor importante particularmente quando a excreção renal é a via principal de eliminação do composto farmacológica e/ou toxicologicamente activo. Tal é particularmente importante em fármacos com uma reduzida janela terapêutica como acontece com a digoxina. A ligação às proteínas plasmáticas pode estar afectada, ocorrendo a sua redução particularmente com os ácidos orgânicos. Em pacientes urémicos verificou-se um aumento da toxicidade de fármacos sujeitos a um metabolismo significativo, como é o caso do cloranfenicol. O tempo de semi-vida de vários fármacos encontra-se prolongado na falência renal, embora este efeito seja variável e dependente do fármaco em questão.

A doença renal crónica pode também afectar o metabolismo devido ao efeito indirecto da falência renal no metabolismo hepático. Por exemplo, em animais com falência renal observa-se uma diminuição do citocromo P450 no fígado, e consequentemente o tempo de paralisia da zoxazolamina prolonga-se.

A falência cardíaca pode afectar o metabolismo pela alteração do fluxo sanguíneo hepático. No entanto, mesmo após um ataque cardíaco sem hipotensão ou falência cardíaca, o metabolismo pode estar afectado. Por exemplo, a depuração plasmática da lidocaína está reduzida nessas situações. Outras doenças que afectem os níveis hormonais, como o hiper ou hipotiroidismo, deficiência ou excesso de hormona de crescimento, e diabetes podem alterar o metabolismo dos xenobióticos.

As doenças infecciosas, virais, bacterianas, protozoárias e inflamação podem afectar o metabolismo, algumas através do aumento parcial dos níveis de interferão endógeno o que inibe algumas vias metabólicas. Sabe-se que os níveis de citocromo P450 diminuem em certas doenças infecciosas. As citoquinas parecem estar envolvidas no efeito do metabolismo de fármacos em várias doenças.

Especificidade de Órgãos e Tecidos

A eliminação, e em alguns casos o metabolismo, de xenobióticos pode estar dependente de características particulares de órgãos ou tecidos, o que pode afectar a toxicidade. Existem vários exemplos de organotropia em toxicologia, mas os mecanismos subjacentes à toxicidade específica do órgão na maioria das vezes são desconhecidos.

Um xenobiótico que seja quimicamente semelhante a um composto endógeno, ou possua certas semelhanças químicas, pode acumular-se num determinado tecido, como é o caso da 6-hidroxidopamina, em que uma única dose é selectivamente tóxica para as terminações dos nervos simpáticos. Devido à sua semelhança com a noradrenalina, a 6-hidroxidopamina é distribuída especificamente para as terminações nervosas simpáticas. Aí é oxidada a quinona, e esta liga-se covalentemente às terminações nervosas, desactivando-as. Noutros casos, no entanto, o mecanismo é menos claro. Certos carcinogéneos demonstram especificidade para um determinado tecido/órgão, como é o caso da hidrazina responsável por tumor pulmonar. Tal pode reflectir a capacidade do tecido reparar macromoléculas danificadas como o ADN. Assim, se a reparação do ADN for reduzida em determinados tecidos, como o tecido nervoso, o tecido pode estar particularmente susceptível a certos carcinogéneos. O carcinógeneo dietilestilbestrol induz tumores nos órgãos femininos particularmente expostos ao estrogénio, nomeadamente nas glândulas mamárias, útero e vagina. No entanto, nos hamsters machos o composto causa tumor renal.

Embora determinados órgãos sejam alvos primários de toxicidade devido à sua função e posição anatómica, como é o caso do intestino e fígado, podem não ser necessariamente os mais susceptíveis. Esses órgãos parecem ter uma capacidade especial para cooperarem com a agressão tóxica, o que se denomina “capacidade funcional de reserva”. Como exemplos desta toxicidade específica para um determinado órgão temos a toxicidade pulmonar do paraquato e o 3-metilfurano, e a toxicidade renal do clorofórmio. No entanto, alguns destes compostos, como o 3-metilfurano e o paraquato, quase nunca, ou nunca, são hepatotóxicos, mesmo após a administração oral.

As fosfolipidoses causadas por certos fármacos anfifílicos, como a clorfentermina, tendem a ser específicos para um órgão ou tecido, ocorrendo primariamente em tecidos com elevado turnover da membrana celular, como os macrófagos nos pulmões ou no sistema imunológico, ou em órgãos com elevada biossíntese lipídica ou fosfolipídica, como as glândulas adrenais ou retina. No caso da clorfentermina tal correlaciona-se com a acumulação do fármaco nos tecidos gordos, particularmente nos associados às glândulas adrenais e pulmões.

No entanto, o mesmo composto pode afectar diferentes órgãos de acordo com a espécie. Por exemplo, a tafenoquinona causa acumulação fosfolipídica no pulmão em ratos e cães, mas no Homem esta tende a ocorrer na córnea.

Dose

A dose das substâncias é um importante factor na definição da sua toxicidade. A toxicidade pode decorrer de uma simples relação resultante do aumento da concentração da toxina no seu local de acção, com um aumento proporcional na resposta ao aumento das doses. No entanto, a quantidade da dose também pode influenciar a distribuição ou metabolização do composto. Assim, uma dose elevada pode não ser bem distribuída e depositar-se no local em que foi administrada. Uma elevada dose administrada oralmente, por exemplo, pode não ser toda absorvida, dependendo das taxas de absorção e tempo de transição no intestino. O processo de absorção activo é saturável sendo particularmente afectado pelos efeitos da dose, o que pode resultar numa relação dose-resposta inesperada.

Uma vez absorvido o composto tóxico, a eliminação in vivo será também influenciada pela dose. A saturação dos locais de ligação às proteínas plasmáticas pode levar a um aumento significativo da concentração do composto livre no plasma, possibilitando os seus efeitos tóxicos. Tal depende da fracção do composto que se liga e tem apenas significado em substâncias com elevada afinidade de ligação às proteínas. O resultado é um aumento desproporcional na toxicidade para um pequeno aumento da dose. Os sistemas de transporte, como as proteínas MRP, podem retirar xenobióticos dos tecidos e órgãos expostos para a corrente sanguínea ou lúmem do órgão (ex: intestino). Como são sistemas de transporte activo, podem ficar saturados, pelo que uma elevada quantidade de xenobiótico pode reduzir a capacidade de protecção do órgão pela remoção do fármaco.

A saturação do processo envolvido na eliminação do xenobiótico do plasma, como o metabolismo e a excreção, pode ter consequências toxicológicas. Assim, o etanol exibe uma cinética de eliminação de ordem zero a concentrações plasmáticas facilmente atingíveis, dado o seu metabolismo ser facilmente saturado. Consequentemente, assim que estas concentrações no plasma sejam atingidas, a taxa de eliminação do plasma é constante. O aumento da dose de etanol leva à acumulação e aos seus conhecidos efeitos tóxicos.

A indução de dano hepático colestático, em alguns pacientes idosos, pelo benoxaprofeno, teve quase de certeza, como um dos factores principais o uso de doses inapropriadas. Com a repetição das doses, o fármaco é acumulado, provavemente como resultado da redução da função renal verificada usualmente nos idosos. A eliminação do fármaco foi então menos eficiente que a estudada nos voluntários saudáveis da fase 1 dos estudos clínicos, resultando em tempos de semi-vida de eliminação mais prolongados nos pacientes susceptíveis, para as mesmas doses administradas, o que permite que o fármaco se acumule no organismo. Pensa-se que o metabolito acil-glucoronídeo do benoxaprofeno, que possui menor solubilidade, é também eliminado pela bílis por um sistema de transporte activo (Mrp2), pelo que as membranas canaliculares são expostas a concentrações relativamente altas. O glucoronídeo pode também ser hidrolizado e acetilado na proximidade das proteínas no sistema biliar. As doses acumuladas do fármaco e seus metabolitos nos hepatócitos destes pacientes podem também saturar o(s) transportador(es) biliar(es) levando a um aumento da exposição destas células.

A excreção biliar da furosemida é, igualmente, um processo activo e saturável, e após elevadas doses de furosemida, há um aumento desproporcional nos níveis plasmáticos do fármaco. Tal parece ser responsável pelo limiar da dose tóxica, acima da qual ocorre necrose hepática.

O metabolismo dos compostos tóxicos também pode ser influenciado pela dose, com possibilidade de consequências toxicológicas. A saturação das vias metabólicas pode aumentar a toxicidade se o composto aparentado for mais tóxico que os seus metabolitos, ou menor mas as vias tóxicas se tornarem mais importantes. Reciprocamente, a toxicidade pode não aumentar proporcionalmente com a dose se a via responsável ficar saturada. Por exemplo, a hepatotoxicidade do paracetamol é dependente da dose, mas apenas acima de um limiar de dose, como resultado da saturação da via de conjugação da glutationa. Já a hepatotoxicidade da isoniazida resulta do metabolito acetilado. Ao serem administradas doses elevadas de isoniazida a animais não se verifica necrose hepática, enquanto que se forem administradas várias pequenas doses esta já ocorre, provavelmente porque a acetilação se encontra saturada a doses elevadas e o fármaco é metabolizado por outras vias.

Deve ter-se em consideração os riscos e problemas de segurança associados ao metabolismo dependente da dose aquando da extrapolação de resultados em animais para o Homem. Por exemplo, o estragole – aditivo alimentar – sofre oxidação alifática da cadeia lateral, seguido de conjugação, para formar um metabolito cancerígeno. O estragole é carcinogénico nos ratinhos em doses de aproximadamente 511 mg kg-1, mas em humanos é necessário apenas uma exposição de 1 µg Kg-1. Quando se analisa o metabolismo do estragole em ratinhos e ratos, verifica-se que é dependente da dose, em que a proporção de dose metabolizada para o metabolito tóxico aumenta 10 vezes de 1 a 10%. Em humanos, esta via representa apenas 0,3% da dose da toma diária, pelo que a quantidade de exposição usualmente requerida para produzir tumores no ratinho relativamente ao humano é de 15 milhões para 1 milhão. Estes dados são muito importantes para a regulamentação dos limites de ingestão diária destas substâncias.

Indução e Inibição Enzimática

A maioria dos sistemas biológicos, e especialmente os humanos, estão expostos a um grande número de químicos diferentes no ambiente. Assim, pesticidas, contaminantes naturais dos alimentos, químicos industriais, e poluentes agrícolas podem contaminar o ambiente e, consequentemente, afectar vários sistemas biológicos. Os humanos e outras espécies animais podem estar expostos a fármacos e aditivos alimentares, e os humanos são expostos a substâncias no seu local de trabalho. Estes químicos podem modificar a sua distribuição e a de outros químicos, através de afecção de enzimas envolvidas no metabolismo de xenobióticos, que podem ser inibidas ou induzidas. Ao alterar as vias ou taxas metabólicas dos xenobióticos, quer a indução quer a inibição podem ter efeitos profundos na actividade biológica do composto em questão. A importância biológica é provavelmente uma adaptação à exposição química e consequente stress potencial, ao aumentar a remoção da substância agressora.

Indução Enzimática

Embora o exemplo mais conhecido seja as várias funções oxidases do CYP450, várias enzimas envolvidas no metabolismo dos xenobióticos são indutíveis. Tal como os citocromos, NADPH reductase do citocromo P450, citocromo b5, glucorosil transferase, epóxido hidrolase, e GSTs são também induzíveis em vários graus.

A indução dos citocromos foi demonstrada em várias espécies, nomeadamente no Homem, e em vários tecidos, como o fígado. A indução resulta, usualmente, da exposição repetida ou crónica, embora a extensão da exposição possa ser variável, e tem como resultado um aumento na quantidade de enzima, pelo que requer síntese de novo de proteínas, e consequentemente, um aumento na actividade metabólica aparente de um tecido in vitro ou um animal in vivo. Assim, os inibidores da síntese proteíca, como a cicloheximida, inibem a indução. É uma resposta celular reversível à exposição de substâncias, pelo que pode ser demonstrada em células isoladas, como as células fetais de hamster em cultura, em que a exposição ao benzo[a]antraceno induz a actividade da aril hidrocarbono hidroxilase (AHH) – CYP1A1.

Muitas substâncias foram identificadas como indutores, podendo ser indutoras específicas de uma isoforma do citocromo, ou indutoras de várias isoformas, o que complica o efeito no metabolismo. Embora a indução enzimática ocorra mais comummente no fígado, pode ocorrer indução enzimática noutros tecidos, por vezes, mesmo em maior extensão.

Retirando o facto da maioria ser orgânica e lipofílica, não existem factores comuns às substâncias indutoras, estando classificadas em várias classes. No entanto, existem vários tipos de indução que podem ser diferenciados e dentro desta classificação pode-se encontrar algumas semelhanças estruturais nestes indutores. Por exemplo, os indutores do CYP1A1 (tipo hidrocarbonetos policiclícos) tendem a ser moléculas planas.

Os bifenilpoliclorinados planares e não planares diferem no tipo de indução que provocam. Assim, 3,3’,4,4’,5,5’-hexaclorobifenil é uma mólecula planar, indutora da isoforma CYP1A1. 2,2’,4,4’,6,6’-hexaclorobifenil é uma molécula não planar devido ao impedimento estérico entre o atómo de cloro na posição 2 e o 6, e é um indutor do tipo fenobarbital. Alguns compostos podem ser indutores mistos, e podem-se encontrar misturas de bifenilpoliclorados planar e não planar a agirem como indutores quer do tipo policíclico, que do tipo barbital.

As isoformas do citocromo P450 diferem na sua capacidade de catalisar reacções particulares. Algumas destas formas do citocromo são encontradas nos tecidos normais do fígado e são “constitutivas”, enquanto outras, aparentemente, apenas ocorrem após indução. Como exemplo temos o omeprazole que induz o CYP1A2, o fenobarbital que induz o CYP2B6 e a dexametasona – indutora da CYP3A1.

A indução pode modificar a proporção de isoenzimas num dado tecido, assim como aumentar várias vezes a actividade de uma isoforma normalmente insignificante. Embora a indução do fenobarbital aumente a concentração total de citocromos P450 no fígado cerca de 3 vezes, isoenzimas específicas podem-se encontrar aumentadas em cerca de 70 vezes. Da mesma forma, também o tratamento com 3-metilcolantreno consegue aumentar a forma específica de uma enzima.

A indução das enzimas microssomais pode ter outros efeitos, como o aumento da produção de enzimas e isoenzimas particulares, ocorrendo também variação do tipo de indutores. Assim, os indutores do tipo barbitúrico diferem significativamente do tipo hidrocarboneto policiclíco. Os indutores do tipo barbitúrico caracterizam-se por aumentarem o retículo endoplasmático liso, aumentarem a fluxo sanguíneo do fígado e da vesícula biliar, aumentarem a síntese de proteínas e fosfolípidos, assim como o conteúdo em citocromo P450, NADPH citocromo P450 reductase, glucoronosil transferases, GSTs, entre outros. Os indutores do tipo hidrocarboneto policiclíco não têm um efeito tão extenso, causando apenas aumento reduzido do fígado e não têm efeitos no fluxo sanguíneo. O aumento de citocromos P450 não se encontra confinado à área centrilobular do fígado, a síntese de proteínas encontra-se apenas ligeiramente aumentada, e não existe aumento na síntese de fosfolípidos. Outras enzimas que não o citocromo P450 também são induzidas por hidrocarbonetos policiclícos, embora geralmente em menor extensão que na indução por barbitúricos. A NADPH citocromo P450 reductase não é induzida pelo tipo hidrocarboneto policiclíco.

O álcool é um indutor do CYP2E1, o que pode levar a situações de aumento de toxicidade em alcoólicos ou indivíduos que bebam muito (exemplo: overdose de paracetamol).

Com o indutor do tipo clofibrato verificam-se outras modificações. Ocorre proliferação do número de peroxissomas (organelo intracelular) assim como indução de uma isoforma particular do citocromo P450 envolvido no metabolismo dos ácidos gordos. Várias outras enzimas também envolvidas no metabolismo dos ácidos gordos encontram-se aumentadas, como é o caso da carnitina acetiltransferase e a catalase.

O inicio da resposta indutiva ocorre em poucas horas (3 a 6 horas após os hidrocarbonetos policiclícos, 8 a 12 horas após os barbitúricos), e é máximo após 3 a 5 dias com barbitúricos (24 a 48 horas com os hidrocarbonetos policiclícos) e demora pelo menos 5 dias (maior que nos hidrocarbonetos policiclícos). A magnitude do efeito indutivo depende do tamanho e duração da dose com o indutor, e é influenciada também pelo sexo, espécie e tecido exposto. Verifica-se pois que os efeitos bioquímicos e toxicológicos que ocorrem após indução de vários indutores podem ser marcadamente diferentes. Em alguns casos o indutor não causa modificações no metabolismo, enquanto noutros casos o metabolismo é aumentado ou mesmo diminuído. Assim, estudos in vitro demonstraram que um pré-tratamento com fenobarbital aumenta marcadamente o metabolismo da benzetamina, mas não têm efeito no metabolismo do benzopireno. Inversamente, pré-tratamento com 3-metilcloroantreno aumenta o metabolismo do benzopireno mas diminuí marcadamente o metabolismo da benzetamina. Estes efeitos são agravados por diferenças na resposta aos indutores entre espécies e tecidos, assim como pelas diferentes isoenzimas presentes em cada espécie e tecido.

Consequentemente, a indução pode causar o aumento da taxa de metabolismo de um xenobiótico por uma determinada via; alteração do perfil de metabolismo caso o composto seja metabolizado por várias vias e apenas uma for induzida; sem efeito no metabolismo se as isoenzimas induzidas em particular não estiverem envolvidas no metabolismo de um determinado composto; e diminuição do metabolismo se a indução aumentar os níveis de certas isoenzimas em detrimento daquelas que metabolizam o composto em questão.

Dependendo do papel do metabolismo na toxicidade do composto. a indução enzimática pode aumentar, diminuir ou não causar modificações na toxicidade desse composto em particular. Os efeitos da indução devem ser considerados, sob o ponto de vista da distribuição e excreção, processos competitivos. Contudo, as consequências podem ser facilmente sumariadas:

Se um metabolito for responsável pelo efeito tóxico do composto, a indução da enzima responsável por esse composto vai aumentar a toxicidade. Contudo, se existir apenas uma via metabólica e a eliminação depender dela, apenas a taxa de metabolização de um único metabolito estará aumentada, e não a total. Tal pode não aumentar a toxicidade se não estiverem envolvidos outros factores ou não estiver dependente do tempo, embora não seja muito comum, já que a maioria dos efeitos tóxicos tem vários passos, envolvendo protecção e reparação.
Se o composto aparentado for responsável pelo efeito tóxico a indução do metabolismo pode diminuir a toxicidade. Contudo, a indução do metabolismo pode levar a diferentes efeitos tóxicos devido ao metabolito.
Se o composto estranho for metabolizado por várias vias, a indução pode alterar o balanceamento dessas vias. Tal pode levar a um aumento ou diminuição da toxicidade.
A indução pode aumentar a estereoquímica da reacção.

O paracetamol é metabolizado por várias vias. A hepatotoxicidade do paracetamol no rato está aumentada pela indução com fenobarbital devido ao aumento da isoenzima do citocromo P450 que activa o fármaco. Contudo no hamster a hepatotoxicidade está diminuída devido ao aumento da glucoronidação – via de destoxificação induzida pelo fenobarbital. Já com a hepatotoxina bromobenzeno, a indução da 3-metilcloroantreno diminui a sua toxicidade, dado aumentar a via alternativa não tóxica – 2,3-epoxidação – e aumentar a via de destoxificação catalisada pela epóxido hidrolase. A acção farmacológica da codeína é aumentada pela indução dado ocorrer aumento da desmetilação da morfina. A indução pelo fenobarbital diminui a toxicidade dos organofosfatos, mas aumenta a dos fosforotionatos. Em estudos com a varfarina verificou-se que a indução pelo fenobarbital e pelo 3-metilcloroantreno muda a estereoquímica do produto, pelo que a hidroxilação na posição 8 no isómero R está aumentada dose vezes em comparação com a hidroxilação do isómero S, de apenas 4 vezes. Como vimos, a indução enzimática altera a toxicidade dos xenobióticos, o que pode ter consequências clínicas importantes e interações medicamentosas subjacentes. Temos como exemplo, o aumento da susceptibilidade pelo álcool à hepatotoxicidade do paracetamol. Contudo, deve-se ter em conta que a indução pode alterar o metabolismo de compostos endógenos. Por exemplo, a rifampicina é uma indutora das enzimas microssomais humanas. Para além de aumentar a toxicidade do fármaco isoniazida, este composto também altera o metabolismo dos esteróides e pode levar à diminuição da eficácia das pílulas contraceptivas. É também importante notar a importância dos factores ambientais na alteração do metabolismo de xenobióticos. Tal é o caso do fumo de cigarro ou dos cozinhados em carvão vegetal que interferem com o metabolismo do fármaco fenacetina em voluntários humanos. Ambas as actividades produzem hidrocarbonetos policiclícos como o benzopireno, com potente actividade indutora de enzimas microssomais. Comer bife grelhado em carvão vegetal demonstrou causar um aumento significativo na taxa de metabolismo da fenacetina pela desetilação do paracetamol. Tal foi indicado pelos níveis plasmáticos de fenacetina, que foram significativamente mais baixos (20-25%) em voluntários humanos após ingerirem carne exposta a carvão vegetal do que nos que ingeriram carne frita em óleo. Não ocorreu diminuição no tempo de semi-vida, uma vez que a fenacetina sobre um efeito significativo de primeira passagem, e a indução enzimática gastrointestinal pode ter sido um factor neste estudo responsável pela grande proporção do aumento do metabolismo. Da mesma forma, também fumar cigarros aumenta o metabolismo da fenacetina. Um estudo que compara o metabolismo da antipirina en Caucasianos e Asiáticos mostrou existirem grandes diferenças metabólicas nestes dois grupos étnicos. O aumento da taxa de metabolismo nos Caucasianos (menor tempo de semi-vida, aumento da depuração) foi descrito como sendo influenciado por factores da dieta como alimentação com carne e exposição ao café, fumo de cigarro, e álcool.

Mecanismos de Indução e Regulação e Expressão Genética

A indução envolve o aumento da síntese de enzimas proteicas, o que pode ser detectado como um aumento ao nível das proteínas totais, como com a indução fenobarbital, ou como um aumento de uma isoenzima em particular. A síntese proteica está aumentada, e tal parece ser necessário já que a inibição da síntese proteica resulta na inibição da indução. Os mecanismos de indução mais usuais são: o aumento da síntese de mRNA ou do precursor rRNA; aumento da estabilidade do mRNA ou rRNA; diminuição da degradação do grupo heme ou das apoproteínas; aumento do transporte de RNA e efeitos na RNA polimerase dependente de DNA.

O tipo indutor policíclico foi o mais estudado, sabendo-se hoje que está envolvido um receptor citosólico na indução dos hidrocarbonetos policiclicos. O receptor, AhR, encontra-se em muitos tipos de células diferentes.

De facto, existem diversos mecanismos mediadores de receptores responsáveis pela acção dos diferentes indutores. Estes encontram-se no núcleo e envolvem elementos de resposta a xenobióticos (XREs) ou elementos de resposta a glucocorticóides (GREs). O processo ocorre pela transcrição de factores activadores de ligandos. Assim, a indução do CYP1A1, CYP1A2, CYP2B6, CYP3A4 e CYP4A envolvem sistemas semelhantes. A indução da CYP2E1 é diferente e a CYP2D6 não é indutível.

Indução do CYP1A1 por Hidrocarbonetos Policiclícos

Este tipo de indução é causada por um grande número de agentes ambientais químicos, vegetais como as plantas e de origem humana como os hidrocarbonetos policiclícos. Alguns exemplos são o benzopireno, o benzoantreno, o 3-metilclorantreno, a β-naftoflavona, o bifenil policloridrato, as benzo-p-dioxinas e os dibenzofuranos. Muitos destes compostos têm interesse dado serem cancerígenos.

A descoberta de estirpes de ratinhos que não respondem à indução por hidrocarbonetos policíclicos foi um dos pontos mais importantes no estudo dos mecanismos de indução. Descobriu-se que a estirpe de ratinhos DBA/2 não induz o AAH (conhecido como citocromo CYP1A1) pelo 3-metilclorantreno, contrariamente aos ratinhos controlo (C5BL/6). Esta incapacidade de indução está ligada a um gene recessivo de um único locus. Os alelos são conhecidos como Ahb para o fragmento que induz resposta, e Ahd para o fragmento recessivo que não induz resposta. Daí que a espécie de ratinhos que induz resposta seja mais susceptível aos efeitos carcinogénicos dos hidrocarbonetos policíclicos. Outro efeito tóxico correlaciona-se com a posse de resposta, isto é, o ratinho que induz resposta à indução de AHH é susceptível de sofrer danos na córnea pelo paracetamol, enquanto os ratinhos que não respondem não. Também foram observadas variações na resposta à indução em ratos, e pensa-se que os humanos possuem um factor genético responsável por esta característica. Os hidrocarbonetos policíclicos como o 3-metilcloroantreno e o benzilantreno induzem o AHH. O inibidor mais potente parece ser o TCDD, com capacidade de indução mesmo nos ratinhos que não possuem resposta. O TCDD permite aumentar a taxa de transcrição do gene CYP1A1 de células em cultura em poucos minutos.

Posteriormente, foi descoberto que o ratinho que não induz resposta (Ahb) possui um receptor citosólico anormal e não uma deficiência genética para o citocromo P450. Assim, este receptor possui reduzida afinidade de ligação para os hidrocarbonetos policíclicos, o que pode ser ultrapassado com grandes quantidades de inibidores potentes como é o caso do TCDD. O alelo que não produz resposta deve-se a um gene regulador anormal. A AhR é uma proteína citosólica, localizada no citosol, que se liga a uma HSP (heat shock protein) e à proteína que interage com o receptor aril hidrocarbonato (AIP). Pode possuir vários domínios de função: ligação ao ligando, ligação ao ADN, um domínio para a transactivação, ligação à HSP, dimerização, e importação/exportação nuclear.

As proteínas associadas actuam como chaperões, e impedem a ligação do receptor ao ADN, mantendo-o no citosol. Este complexo liga-se ao ligando (hidrocarboneto, como por exemplo o TCDD), no qual a HSP e AIP se dissociam e o ligando do receptor (complexo receptor-hidrocarboneto) é translocado para o núcleo. O ligando do receptor heterodimeriza com outra proteína - o translocador nuclear AhR (ARNT)-, o que permite a sua ligação a inúmeros genes. O complexo receptor-ARNT liga-se às sequências de ADN do gene CYP1A1. Os alvos genéticos podem ser o CYP1A1, CYP1A2 e CYP1B1. Os genes para enzimas de fase 2 também são induzidos por ligandos deste receptor, pelo que a resposta pode ser pleiotrópica.

A ligação ocorre com elementos reguladores ou regiões promotoras/potenciadoras do gene e envolve XREs ou elementos de resposta a fármacos (DRES). Estes são elementos de controlo positivo ou potenciadores transcricionais, que funcionam como modificadores.

Um potenciador é um segmento de ADN com capacidade para aumentar a taxa de transcrição. Esta causa alterações na estrutura da cromatina levando ao aumento da acessibilidade do ADN regulador e aumentando a transcrição do gene do citrocromo CYP1A1. Consequentemente, ocorre um aumento no mRNA, o que resulta na síntese da porção proteica do citocromo P450. O CYP1A1 e o CYP1A2 são normalmente expressos apenas em níveis reduzidos e sobretudo em tecidos extra-hepáticos como o pulmão, onde possuem um papel importante de metabolização e destoxificação dos poluidores ambientais inalados. A potência do hidrocarboneto como indutor correlaciona-se com a sua capacidade de ligação. A regulação dos genes do citocromo P450 por indutores como o TCDD é claramente muito complexa e pode também envolver estabilização póstranscricional do mRNA, especialmente para o CYP1A2.

Indução fenobarbital do CYP2B2

O mecanismo geral deste tipo de indução ainda é desconhecido mas é diferente do do CYP1A1. O pré-tratamento com fenobarbital leva a um aumento do mRNA no fígado em 4 horas. O mRNA, que é polissomal e codifica para o citocromo P450 é aumentado 14 vezes. No entanto, o maior efeito parece ser o aumento da taxa de transcrição genética. O fenobarbital causa indução do citocromo P450 pela activação transcricional dos genes codificantes de dois membros da família do CYP2B em ratos. O resultado é um aumento no CYP2B1 e CYP2B2, sendo a última uma forma constitutiva do citocromo P450. O CYP2B2 é inactivo em fígados não tratados de ratos, mas activo nos pulmões e testículos. Em humanos, a isoforma CYP2B indutível é a CYP2B6. O fenobarbital induz outros citocromos como o CYP2C8, CYP2C9, e as isoformas da família do CYP3A – no Homem induz o CYP3A4. A indução é mediada por um receptor nuclear, receptor constitutivo de androstano – CAR. A actividade do gene é controlada pela ligação do complexo que constitui o CAR, o receptor retinóico X (RXR), e o co-activador SCR-1. Parece existir um local de ligação para o complexo no gene do CYP2B2 e no gene CYP3A4. O controlo do gene pode ser modulado por fármacos, como o fenobarbital ou esteróides. Alguns ligandos, como alguns esteróides, conseguem reduzir a actividade ao separarem o SCR-1 do complexo, não permitindo que ocorra ligação e inactivando o gene. Consequentemente, a produção do CYP2B2 é diminuída ou deixa de ocorrer. Reciprocamente, os indutores podem afectar a ligação do complexo CAR-SCR1 RXR, provavelmente tornando a ligação mais forte, e assim aumentando a taxa de transcrição. Sugere-se que o fenobarbital possa afectar o estado fosforilado do CAR, o que pode influenciar a sua interação com o local de ligação. Contudo, embora os detalhes não sejam totalmente conhecidos, nota-se claramente a ocorrência da activação da transcrição do gene do CYP2B e estabilização do mensageiro, e o tratamento com fenobarbital leva ao aumento do mRNA e consequentemente da enzima.

Pré-tratamento com fenobarbital também induz CYP2C, CYP3A1 e CYP3A2

Indução do CYP2E1:

Esta isoforma é induzida por várias moléculas pequenas e hidrófilas como o etanol, a acetona, o pirazole e fármacos como a isoniazida. Os diabetes e a fome também levam à sua indução. Embora não seja a forma mais abundante da enzima em humanos (10% no fígado humano), é particularmente importante do ponto de vista toxicológico. Tal deve-se ao seu envolvimento na activação metabólica de inúmeros químicos, incluindo o tetracloreto de carbono, o paracetamol, a tioacetamida e o cloreto de vinilo.

Contrariamente às outras CYPs, com a indução da CYP2E1 não ocorre o aumento do mRNA, e parece estar envolvido mais do que um mecanismo. Ocorre, no entanto, um aumento da enzima superior a 8 vezes em animais expostos a indutores, o que pode ser resultado da regulação pós-trancricional. Pensa-se que o substracto estabiliza as proteínas da enzima, tornando-a mais funcional, o que permite que mais proteína seja sintetizada de forma mais eficiente, e a degradação seja inibida.

Nos diabéticos parece ocorrer a estabilização do mRNA, levando a um aumento do armazenamento por vez de um aumento da síntese. A indução causada pela doença pode reflectir a necessidade de metabolizar os corpos cetónicos produzidos.

Indução da família CYP3A4:

O CYP3A4 é a isoforma mais abundante, e no fígado humano, representa cerca de 30 a 50% do citocromo P450 total, metabolizando uma grande variedade de substractos químicos, incluindo fármacos (possivelmente 60% dos fármacos correntemente usados), tóxicos naturais, e químicos ambientais. Esta isoforma possui também um importante papel no metabolismo dos esteróides endógenos como a testoterona. É induzida por um grupo de substâncias elevadas mas semelhantes, como o fenobarbital, a dexametasona, o 16-α-carbonitrilo pregnenolona, a rifampicina, o imidazole, os antifúngicos, os esteróides sintéticos, os insecticidas organocloretos e organofosfatados, entre outros.

O mecanismo de indução é muito semelhante com o da indução do CYP2B6, com a excepção que o receptor detecta a presença do indutor. O receptor nuclear, encontrado em tecidos como o fígado e o intestino, é o receptor pregnane X (PXR), e liga-se a várias hormonas esteróides, assim como, a indutores enzimáticos como os referidos acima, e esta ligação pode levar eventualmente à activação do gene. Existe um variado tipo de químicos com capacidade de ligação, sugerindo a existência de uma cavidade de ligação bastante larga, hidrofóbica, e com capacidade de aceitar várias orientações moleculares. Tal permite uma elevada flexibilidade e baixa especificidade de ligação. O ligando mais potente até hoje descoberto foi a hiperforina. O PXR possui também um domínio de ligação ao ADN.

Uma vez que o indutor (ligando) se ligua ao PXR, é translocado para o núcleo onde forma um complexo heterodímero com o receptor X α-retinóide (RXR-α). O complexo liga-se ao elemento de resposta ER6 (e possivelmente a outros), na parte superior do gene CYP3A4. O resultado é uma expressão genética aumentada com consequente aumento da transcrição, a após tradução, o aumento da enzima. Podem ser induzidas outras isoformas da CYP3A4.

Outros receptores nucleares, como o receptor glucocorticóide e o CAR, também parecem estar envolvidos, embora os detalhes ainda sejam desconhecidos. Assim, parece que a activação dos receptores dos glucocorticóides induz o PXR e consequentemente o CYP3A4. Reciprocamente, o PXR pode ver a sua regulação diminuída por algumas citoquinas, o que está subjacente à diminuição dos níveis de algumas CYPs em certas condições patológicas.

Indução do CYP4A:

Esta família de genes pode ser induzida por xenobióticos, como os fármacos hipolipidémicos (exemplo: clofibrato) e outros proliferadores de peroxissomas. As enzimas desta família tendem a metabolizar os lípidos, em particular os ácidos gordos, por vez dos xenobióticos. Os efeitos dos proliferadores de peroxissomas são mediados por receptores activadores dos proliferadores de peroxissomas (PPAR), que são receptores da familia das hormonas esteróides.

O receptor envolvido na indução do CYP4A é o PPARα, que possui um domínio de ligação ao ligando e um domínio de ligação ao ADN. Este último liga-se às secções reguladoras do, por exemplo, gene do CYP4A6. Novamente, o RXR encontra-se envolvido no mecanismo. Com o clofibrato existe uma activação da transcrição após 1 hora da dosagem. Como as moléculas endógenas, particularmente ácidos gordos, conseguem-se ligar ao PPAR, o mecanismo de indução por xenobióticos pode envolver distúrbios no metabolismo lipídico, levando à indução de ácidos gordos.

Os níveis de CYP4A1 são muito baixos no fígado e rim mas são marcadamente aumentados por indutores. Conforme o citocromo P450, outras enzimas são induzidas pelos proliferadores de peroxissomas como o clofibrato. Deste modo, as enzimas envolvidas na β-oxidação de ácidos gordos estão aumentadas, assim como outras proteínas estruturais, o que acaba por ser mais um exemplo do efeito pleiotrópico, semelhante à indução da via AhR. Com os citocromos P450 indutíveis por fármacos hipolipidémicos (CYP4A), ocorre uma activação trasncricional após 1 hora de administração do clofibrato.

Para além da indução da síntese da porção apoproteica do citocromo P450, ocorre igualmente indução da síntese do grupo heme, e o aumento desta é consequência da primeira. Assim, o passo limitante da síntese do grupo heme, a enzima ɗ-aminolevolinato sintetase, é induzida tanto pelo fenobarbital como pelo TCDD. Tal é resultado da activação transcricional do gene, que codifica para esta enzima. Pode ocorrer que a diminuição no armazenamento do grupo heme, resultante da incorporação deste grupo na nova apoproteina sintetizada, leve à desrepressão do gene, e consequentemente, ao aumento da síntese de mRNA. A repressão do gene pode ser mediada pelo grupo heme, ou o grupo heme pode modular o gene P450.

Indução das Enzimas Não Citocromo P450

Outras enzimas, para além do citocromo P450 podem ser induzidas por vários compostos. Alguns exemplos são a transferase glucuronosil, cuja indução pode ser conseguida pelo 3-metilcloroantreno e pelo TCDD; a epóxido hidrolase induzida pelo fenobarbital e o 3-metilcloroantreno; a acetil carnitina transferase induzida pelo clorofibrato, entre outras. Estas enzimas podem ter um impacto crucial na toxicidade geral do composto.

Detecção da Indução Enzimática

A indução enzimática pode ser detectada quer in vivo, quer in vitro. O estudo da actividade ou dos níveis absolutos de enzima podem ser estudados in vitro, como é o caso do citocromo P450 e da glucuronosil transferase que podem ser medidas em células, fracções de tecido, ou fracções subcelulares (exemplo: microssomas) e comparadas com as obtidas nos animais de controlo. A actividade é medida usando um substrato particular para cada isoforma da enzima que nos interessa (exemplo: citocromo P450 ou UDPGT). O nível total de citocromo P450 pode ser determinado por espectofotometria, utilizando os metódos padrão (exemplo: ligação do monóxido de carbono e respectivo espectro). Alternativamente, os níveis de proteína podem ser determinados por gel de electroforese e Western blott, o que permite a separação das diferentes isoformas.

In vivo pode ser estudada através da diminuição do tempo de semi-vida ou dos níveis plasmáticos, pela modificação das proporções dos metabolitos, modificação nos efeitos farmacológicos como o tempo de sono após a toma de barbitúricos ou tempo de paralisia após a toma de zoxazolamina; modificações no efeito tóxico; um aumento na ү-glutamil transferase plasmática; e um aumento na excreção urinária do 6-β-hidroxicortisol em humanos.

Inibição Enzimática

Em contraste com a indução enzimática, a inibição tende a requerer apenas uma dose ou exposição única. Embora em termos ambientais tenha menos consequências que a indução, no que toca a interacções farmacológicas tem provavelmente uma maior importância. Muitas das diferentes enzimas envolvidas no metabolismo dos xenobióticos podem ser inibidas, o que traz consequências na actividade biológica desses compostos. Assim, como com a indução enzimática, as consequências da inibição vão depender do papel do metabolismo no mecanismo de toxicidade ou actividade biológica, pelo que a inibição enzimática pode aumentar ou diminuir a toxicidade ou não provocar alterações.

A inibição enzimática pode ser considerada no seu sentido mais lato como a diminuição da actividade da enzima, in vivo ou in vitro, causada por um determinado composto estranho. A inibição pode ser dividida em diferentes tipos de acordo com: a interacção do composto com o local activo da enzima, formando um complexo – pode englobar uma ligação reversível ou irreversível; inibição competitiva por dois compostos diferentes no mesmo local activo da enzima; destruição da enzima; redução da síntese; efeito alostérico ou deficiência nos cofactores.

Complexos

Nesta categoria estão vários inibidores bem conhecidos do citocromo P450, que formam complexos estáveis com a enzima, como é o caso do SKF525 A, o butóxido de piperonilo, a amfetamina, a isoniazida e a cimetidina. Na maioria dos casos, o metabolismo é catalizado pelo citocromo P450, e os metabolitos daí produzidos inibem a enzima. Assim, acredita-se que a amfetamina é metabolizada a um intermediário de azoto, que complexa com a enzima. O butóxido de piperonilo é comummente usado como inibidor das enzimas microssomais, sendo activo quer in vivo, quer in vitro, e metabolizado a um carbeno reactivo, com capacidade de se ligar à enzima. Pode também inibir a ácido ɗ-aminolevolínico sintetase – responsável pelo passo-limitante na biossíntese do grupo heme. É usado como sinergista de insecticidas, bloqueando o metabolismo mediado por enzimas destes. Por exemplo, quando um sinergista semelhante estruturalmente, 2,3-metilenedioxinaftaleno, é misturado com o insecticida carbaril, o carbaril é tóxico para as moscas em concentrações de cerca de 5 mg g-1, enquanto em ratinhos expostos a concentrações de 750 mg Kg-1 não se verifica toxicidade. Esta diferença impressionante e selectiva na toxicidade deve-se, em parte, ao facto de os ratinhos terem capacidade de metabolização do sinergista, e consequentemente removerem o 2,3-metilenedioxinaftaleno, pelo que o metabolismo do carbaril não é inibido. Pelo contrário, as moscas não metabolizam o sinergista, pelo que o metabolismo microssomal do carbaril é inibido, aumentado a toxicidade. Este é um exemplo criativo do uso de inibição na toxicidade selectiva.

O triacetiloleandomicina – antibiótico – está associado a inúmeras interacções medicamentosas, o que pode resultar da inibição do CYP3A4. Assim, quando co-administrado com contraceptivos orais, pode causar problemas de colestase, e com a carbamazepina e a teofilina, podem ocorrer sinais de intoxicação neurológica. É metabolizado pelo citocromo P450, primeiro por desmetilação e depois por oxidação, e o metabolito resultante forma um complexo estável com a enzima. A inibição tem um efeito marcado no metabolismo e actividade biológica dos compostos como o hexobarbital. Embora uma dose seja suficiente, a inibição aumenta com o tempo, e a repetição da dosagem aumenta-a marcadamente. O tipo de inibição no qual o complexo é formado tende a ser não competitivo, embora se for necessário metabolização inicial, pode ocorrer competição nessa fase. Assim, o butóxido de piperonilo, sozinho é um inibidor competitivo, mas o seu metabolito é um inibidor não competitivo.

Um exemplo clínico importante de inibição de enzimas microssomais é a interacção entre fármacos como a isoniazida e a difenilhidantoína. O final da actividade farmacológica da difenilhidantoína depende do metabolismo microssomal. Este pode ser inibido pela isoniazida quando os dois fármacos são administrados concomitantemente. Quando tal ocorre, o tempo de semi-vida da difenilhidantoína é significativamente aumentado, e aparecem sinais de efeitos tóxicos no sistema nervoso central. Esta interacção é vista em maior extensão em acetiladores lentos, que têm niveis de isoniazida plasmáticos mais elevados. O SKF 525A é outro inibidor deste tipo, activo quer in vitro, quer in vivo,mas parece actuar, por vezes, como inibidor competitivo e outras como inibidor não competitivo. Este composto não só inibe as reacções mediadas pelo citocromo P450, como também inibe a glucuronosil transferase e esterase. Os inibidores do citocromo P450 podem ser específicos apenas para uma forma e o SKF 525A, por exemplo, é especifica para a forma indutivel pelo fenobarbital, enquanto o inibidor 7,8-benzoflavona é especifico para a forma indutível por hidrocarbonetos policíclicos.

Os compostos organofosforados são outro importante inibidor enzimático deste tipo. Assim, após metabolização dos analógos de oxigénio, os insecticidas paratião e malatião formam complexos com a enzima acetilcolinesterase. Os carbamatos como o carbaril também inibem as estearases, embora normalmente de forma menos potente que os compostos organofosfatados. A toxicidade dos compostos metabolizados por hidrólise pode, assim, ser alterada por esses inibidores. Por exemplo, o bis-p-nitrofenilfosfato (BNPP) é um inibidor organofosfatado, que bloqueia a hidrólise de compostos como a fenacetina e a acetilisoniazida. Consequentemente, a fenacetina causa metehemoglobinémia quer em experiências animais quer em humanos devido ao metabolito 2-hidroxifenetidina. Este metabolito é um produto da desacetilação – catalisada pela acilamidase - e da hidroxilação. A acilamidase é inibida pelo BNPP.

Consequentemente, a metehemoglobinémia pode ser prevenida em experiências com animais por tratamento com o organofosfato. O BNPP foi também usado como ferramenta experimental de estudo da toxicidade da isoniazida dado inibir a hidrólise da acetilisoniazida. Os compostos organofosforados podem causar inibição cumulativa e prolongada da iproniazida, da fenelzina e da isocarboxazida colinesterases, em humanos expostos ocasionalmente, o que pode ter importantes consequências toxicológicas.

Outra enzima envolvida no metabolismo de xenobióticos, que pode ser inibida intencionalmente, é a aldeído desidrogenase. Esta é inibida não competitiva e irreversivelmente pelo fármaco dissulfiram (anti-abuso). Esta inibição que dura 24 horas, é usada no tratamento do alcoolismo. A ingestão de álcool após a toma de dissulfiram leva a efeitos desagradáveis devido à acumulação do acetaldeído, que não é removido do organismo devido à inibição da enzima. O dissulfiram também inibe os citocromos P450, pelo que podem ocorrer outras interacções medicamentosas semelhantes às que ocorrem com a isoniazida. Por exemplo, o dissulfiram reduz a toxicidade do 1,2-dimetilhidrazina – um carcinogénio do cólon. A N-oxidação do metabolito intermediário, o azometano, essencial para a sua carcinogenecidade, é inibida pelo dissulfiram. Outro exemplo clínico da inibição enzimática é o alopurinol, que inibe a xantina oxidase in vivo, e consequentemente inibe o metabolismo do composto de fármacos, como o anti-cancerígeno, 6-mercaptopurina, e consequentemente aumentando a sua eficácia.

Os inibidores da monoaminooxidase, como a fenelazina ou a isocarboxina, são usados clinicamente no tratamento da depressão. Estes compostos formam complexos com a enzima e bloqueiam-na irreversivelmente. Com a iproniazida, a inibição completa da enzima demora 24 horas, e demora 5 dias a restituir a sua actividade normal. Esta inibição pode ter importantes consequências toxicológicas dado os compostos endógenos e as aminas dos alimentos serem metabolizados pela monoamino oxidase. Consequentemente, a ingestão de quantidades significativas de aminas, como a tiramina – encontrada no queijo -, pode levar a hipertensão com risco de vida, uma vez que as aminas se acumulam no paciente que tomou fármacos inibidores das monoaminas.

Inibição competitiva

Quaisquer dois compostos que sejam metabolizados pela mesma enzima podem inibir competitivamente o metabolismo do outro. A extensão em que esta inibição ocorre está dependente da afinidade de cada composto para as enzimas. Um exemplo em que isto tem uma grande importância toxicológica é no tratamento do envenenamento por etilenoglicol e metanol. Os dois compostos são tóxicos como resultado da actividade do metabolismo da enzima álcool desidrogenase. Consequentemente, um método de tratamento é reduzir a administração de etanol, que tem uma maior afinidade para a enzima, reduzindo-se o metabolismo e toxicidade. Os ligandos do citocromo P450 tipo I, que se ligam às enzimas como substratos, mas não ao ferro, agem como inibidores competitivos. Assim, o diclorobifenil, um ligando com elevada afinidade para o P450 tipo I, é um inibidor competitivo da O-desmetilação do p-nitroanisole. Os antifúngicos azóis, como o cetonidazol, são inibidores bem conhecidos do CYP3A4, assim como de outras isoformas. Uma vez que esta é uma das maiores isoformas no Homem, essa inibição afecta o metabolismo de vários químicos, podendo ser inibidos, também, o metabolismo de compostos esteróides. A inibição do metabolismo de fármacos pode ter várias ramificações, como quando o cetonidazol é administrado em simultâneo com a terfenadina. Dada a popularidade da erva de S.joão, a capacidade da hiperforina – ingrediente activo – inibir o CYP2D6 in vitro, tem um potencial significativo. Com um inibidor competitivo, o Km da enzima altera-se, mas o Vmax mantém-se inalterado, enquanto no tipo de inibição não competitiva, ocorre o inverso. Com a inibição não competitiva, onde o inibidor interage com o complexo do substrato enzimático, tanto o Vmax como o Km se alteram. A epóxido hidrolase pode ser inibida pelo óxido 1,1,1-tricloropropeno e vários outros químicos como a valpromida e a progabida. Estes dois fármacos podem potenciar a neurotoxicidade da carbamazepina pela inibição da quebra dos metabolitos epóxidos.

Destruição

Os vários xenobióticos destroem enzimas como o citocromo P450. Assim, os alcanos halogenados, as hidrazinas e os compostos contendo ligação C-C dupla ou tripla podem interagir e destruir o citocromo P450. Em muitos casos, esta inibição é suicida, onde o substrato é metabolizado pela enzima, mas o produto reage e destroí-a. Assim, os fármacos contendo o grupo alceno, como o secobarbital, o alobarbital, o fluoroxeno e compostos como a alilisopropilacetamida e o cloreto de vinilo destroem o citocromo P450. Da mesma forma, os fármacos como o etinilestradiol e a noretindrona, que contêm um grupo alquilo, também irão destruir a enzima. O tetracloreto de carbono é um exemplo de um alcano halogenado que destrói o citocromo P450, tal como acontece com outras hidrazinas alifáticas e aromáticas, como a etilhidrazina ou a fenilhidrazina.

O citocromo P450 destruído pode ser uma isoenzima específica, como ocorre com o tetracloreto de carbono, em que a isoenzima destruída é a responsável pela activação metabólica (CYP1A2) ou com a alilisopropilacetamida, em que é destruída preferencialmente a forma da enzima induzida pelo fenobarbital. Parece ser a porção do grupo heme que é destruída pela formação de aductos covalentes entre o metabolito reactivo e o anel porfírinico.

Um produto natural que se caracteriza por ser um potente inibidor particularmente da CYP3A4 é encontrado no sumo de toranja. Tal já causou interacções sérias e mesmo fatais com alguns fármacos. O ingrediente activo responsável por essa actividade é uma furanocumarina, possivelmente a bergamotina, 6,7-dihidroxibergamotina ou os dímeros da bergamotina. Acredita-se que é um inibidor suicida, que bloqueia a CYP3A4 intestinal, e leva à inibição, que pode ocorrer durante vários dias mesmo após um único copo (200-300 mL). Vai depois afectar fármacos com metabolismo de primeira passagem, como a terfenadina, a nifedipina, a sinvastatina e a amiodarona. Embora também iniba a CYP3A4 do fígado, tal tende a ocorrer apenas após toma de grandes quantidades de sumo de toranja. Assim, o tempo de semi-vida do fármaco não é normalmente afectado, apenas os níveis plasmáticos. No caso da nifedipina, a AUC é aumentada cinco vezes.

O efeito é exacerbado se o(s) inibidor(es) também inibirem a glicoproteína-P das células intestinais e consequentemente inibirem o efluxo mediado por este transportador. O bergamotim inibe também o CYP1A2, o CYP2C9, o CYP2C19 e o CYP2D6. Outro inibidor suicida, mas do CYP2D6, é a droga ilegal 3,4-metileno-dioximetanfetamina (MDMA).

Redução da Síntese

A síntese de enzimas pode estar diminuída, resultando na diminuição da actividade in vivo. Relativamente ao citocromo P450 tal pode ocorrer de variadas formas. Assim, a administração do metal cobalto em animais irá diminuir os níveis do citocromo P450 pela inibição do ácido ɗ-aminolevolínico sintetase. O cobalto vai aumentar também a actividade da heme oxigenase, que quebra o grupo heme a biliverdina. O composto 3-amino, 1,2,3-triazole diminui os níveis de citocromo P450 pela inibição da síntese de porfirina. Forma geral, qualquer agente que iniba a síntese proteica, irá diminuir os níveis enzimáticos.

Efeitos Alostéricos

Quando o monóxido de carbono interage com a hemoglobina e compete com o oxigénio, provoca uma modificação alostérica que afecta a ligação do oxigénio. Embora a hemoglobina não seja, restrictamente falando, uma enzima, este efeito alostérico tem implicações toxicológicas muito importantes.

Deficiência em Cofactores

Quando os cofactores estão envolvidos numa via metabólica, uma deficiência nestes irá resultar numa diminuição da actividade metabólica. Assim, a depleção da glutationa hepática por compostos como o dietil maleato ou a inibição da síntese por compostos como a butationina sulfoximina irão diminuir a capacidade do animal conjugar os xenobióticos com a glutationa. A salicilamida e o borneol conseguem realizar a depleção do ácido UDP-glucorónico pela formação de conjugados glucorónicos. A galactosamina inibe a síntese do ácido UDP-glucorónico. O sulfato requerido para a conjugação é facilmente depletado quando se administram elevadas doses de compostos que conjugam com ele, como é o caso do paracetamol. A salicilamida também inibe a conjugação de sulfatos, e o efeito combinado da inibição da glucoronidação com a conjugação do sulfato – as duas maiores vias de eliminação do paracetamol – aumenta marcadamente a hepatotoxicidade deste.