El Análisis Químico ToxicológicoIntoxicación debe fundamentarse en la valoración de parámetros analíticos.Los datos obtenidos mediante el análisis químico de la sustancia: en medios biológicos (fluidos orgánicos, tejidos) y otros (bebidas, alimentos, etc.).Los métodos químico-analíticos, es aportar datos que contribuyan a comprender la sintomatología y dictaminar el diagnóstico clínico. En la práctica todo diagnóstico toxicológico se basa en:

Observación de los síntomas.Evaluación de las funciones fisiológicas, conseguidas a través de la experimentación con animales, ensayos inmunológicos y análisis químicos.La analítica toxicológica, está orientada a detectar vestigios del tóxico y/o sus metabolitos

Características del Procedimiento Analítico

Toma y preparación de la muestra.Elección de la técnica analítica.Medidas para eliminar las posibles interferencias.Separación y purificación del analito problema.Identificación y valoración del analito.Límite de detección, Deben aplicarse Métodos Normalizados, aquellos que cumplen con factores de calidad que garantizan la fiabilidad de sus resultados: especificidad, exactitud, límite de detección, precisión, repetibilidad, reproductibilidad, seguridad y sensibilidad.

En resumen dos propiedades importantes: Sencillez en el manejo de las muestras.Rapidez en aportar resultados

Objetivos del Análisis Químico – ToxicológicoDetección y cuantificación de aquellos xenobióticos que se encuentran a niveles de vestigios o trazas.Caracterización de las formas químicas bajo las que se encuentra la estructura del xenobiótico.Reconocer aquellos metabolitos producidos en su biotransformación.Esclarecer la presencia de tóxicos ignorados

Significación de los ResultadosFactores que impiden la atribución de un carácter absoluto, o definitivo,

a) El tóxico no se detecta en la muestra, porque ya fue eliminado cuando ésta fue tomada.

b) Deficiencias inherentes a la metodología analítica, que dan lugar a la destrucción del tóxico.

c) Escasa sensibilidad de la técnica.d) Interferencias ocasionadas por otras sustancias.

En la correcta interpretación de los resultadosa) Aspecto metodológico, posibles limitaciones de las

técnicas, imprecisiones, interferencias.b) Aspecto analítico, correlación significativa entre los

datos numéricos y el fenómeno tóxico.c) Aspecto fisiológico, existencia de una relación entre las

alteraciones detectadas y alguna patología concreta.d) Aspecto clínico

Pruebas Analíticas y Prevención del Riesgo TóxicoNo siempre resulta factible evitar el contacto de los tóxicos con el ser vivo.La toxicología trata de:

a) Salvaguardar la salud publica.b) Estudiar las perturbaciones funcionales ocasionadas, a

fin de detectarlas antes de que alcancen niveles tóxicos.Las pruebas analíticas permiten establecer un diagnóstico

Las estructuras xenobióticas, primarias o secundarias, dan lugar a interferencias metabólicas, manifiestas por perturbaciones funcionales, detectables en los análisis de orina, sangre y aire espirado.

Es importante también la valoración de tales sustancias en los diferentes tejidos del organismo vivo: CAUSA

Posibilidades de actuación de un Xenobiótico Ambiental

Esquema de la metabolización y eliminación del benceno

Pruebas Analíticas y Prevención del Riesgo TóxicoTriple actuación analítica:

Investigación y valoración de la estructura primaria del xenobiótico.Investigación de los metabolitos en los medios biológicos.Caracterización de las perturbaciones observadas, que darán idea

acerca de ciertas lesiones bioquímicas.Métodos Experimentales de Evaluación de la ToxicidadDependen de dos factores:

a) Del uso que vaya a tener el compuesto (medicamentos, aditivos alimentarios, compuestos de uso industrial).

b) De su importancia económica, por ejemplo preparaciones de uso doméstico.

Primer Grupo, ensayos diseñados para evaluar efectos globales de los químicos.

a) Pruebas de toxicidad aguda, permiten determinar DL01, DL50 y DL100.

b) Ensayos de toxicidad subcrónica, abarcan la décima parte del tiempo vital del organismo. Varias tomas regulares o irregulares. Ponen de manifiesto posible acumulación del tóxico.

c) Estudios crónicos de toxicidad a largo plazo, abarcan 2/3 de la vida del animal. Ponen de manifiesto algunas formas de toxicidad, sugieren pruebas complementarias.

d) Estudios bioquímicos, informan sobre transformaciones metabólicas e identificación de metabolitos.

Segundo Grupo, permiten prever algún aspecto específico y concreto de la toxicidad causada por cierto agente.

a) Estudios sobre funciones de reproducción, evalúa efectos embriotóxicos, antes, durante y después del periodo embrionario.

b) Estudios sobre potencialidades mutagénicas, incidencia sobre el genoma.

c) Estudios sobre carcinogenicidad, desarrollo de tumores.

d) Estudios sobre comportamiento, manifestaciones neurotóxicas de algunos compuestos.

e) Estudios inmunológicos, alteraciones del sistema inmune.

f) Estudios sobre efectos de potencialización, la toxicidad se ve incrementada en ciertos estados (alcoholismo, hipopproteinemia, etc).

Criterios sobre el Diseño de la Experimentación Toxicológica

Las propiedades moleculares de las sustancias a ensayar.Especies animales a elegir.Dosis a ensayar y vías de administración.Duración de la experiencia.Otros factores importantes:

Naturaleza y pureza del compuesto en estudio.Disponibilidad de métodos analíticos adecuados.Comprobar la estabilidad del compuesto si va ha ser administrado en dosis repetidas.Solubilidad del compuesto (agua y suero fisiológico), (aceite vegetal, propilénglicol).Tamaño del animal elegido, limita el volumen requerido para administrar cierta dosis.

Estudios de Toxicidad AgudaNo deben considerarse como estudios de letalidad, diseñados para determinar la dosis mortal.Actualmente permiten caracterizar los efectos agudos del compuesto (órganos diana, signos clínicos, datos de intoxicación).Deben aplicarse a todos los compuestos químicos de interés biológico.Se administra una sola toma en dosis crecientes: actividad tóxica y nivel de letalidad.Observación sintomatológica no sobrepasa los 14 días.Especies: ratón y rata, si se trata de evaluar la dosis máxima tolerada: conejos, perros, primates.Tipos de efectos observables: sensibilidad al dolor, sonido, tacto, alteraciones de la actividad refleja, del comportamiento, respiración, defecación, SNC, etc. Examen macro y microscópico durante y después de la autopsia.

Estudios de Toxicidad Subcrónica o Prolongadala administración diaria de dosis para reconocer y valorar los efectos producidos por una exposición periódica.

Debe elegirse dos especies animales: ratas o ratones, perros o monos, en base a ello la duración de las pruebas oscila entre 14 días y tres meses (1/10 parte de la vida de los animales).La vía de administración debe ser cuidadosamente elegida.

Es imprescindible la observación semanal del estado de salud de los animales:

estado general, comportamiento, alimentación, peso.Pruebas hematológicas: leucocitos, hematocrito, Hb., etc.Pruebas bioquímicas: Na, K, Cl, Ca, proteínas, N ureico, transaminasas, etc.Pruebas de orina: pH, densidad, sedimentos, bilirrubina, etc.Localización y distribución del xenobiótico/metabolitos: en diferentes órganos, por fluorescencia, autorradiografía, etc.Pruebas de sensibilización y adicción: reacciones alérgicas.Necropsia de todos los animales al final del estudio, peso de órganos, análisis histopatológico de órganos y tejidos.

Estudios de Toxicidad a Largo Plazo o Crónica

Datan sobre los efectos resultantes de la administración diaria de un compuesto químico, aun a dosis reducidas, por un largo periodo de tiempo. determinar la toxicidad que requiere un largo periodo de latencia.Permiten detectar afecciones cardiacas o renales relacionadas con la edad.Duración entre 2 y 7 años.La vía de administración debe ser la misma a la que podría someterse el ser humano.

Durante todo el ensayo se controla periódicamente:Peso corporal y examen físico cada semana.Pruebas analíticas de sangre y orina cada 3-6 meses.Test funcionales a intervalos de 3-6 meses.Sacrificio frecuente de algunos animales, verificación de lesiones histopatológicas y evolución en el tiempo.

Introducción a la Ciencia Toxicológica

Relaciones Efecto-Dosis-TiempoEn la práctica se manejan dos conceptos de efecto tóxico:

Efecto tóxico gradual, que aumenta de modo progresivo con el incremento de la dosis hasta llegar a una dosis en la que se alcanza el efecto máximo . Aparece en estudios in vitro sobre órganos aislados, tejidos o células Ej. Tasa de crecimiento, peso de órganos, presión sanguínea, glicemia, etc.

Efecto tóxico cuántico, un individuo puede manifestar una alteración, que será la máxima posible o no presentará modificación alguna.

Representaciones de la Relación Dosis – Efecto

Debido a la variabilidad biológica las curvas dosis-respuesta de letalidad suelen mostrar una distribución normal.

Si se efectúa una representación acumulativa de frecuencia, se obtiene curvas sigmoideas en las que fácilmente se reconoce la DL50.

Representación Gráfica de las Relaciones Dosis-Respuesta en una Distribución Normal de la Frecuencia de la Mortalidad y en una Acumulativa

Relaciones Efecto-Dosis-TiempoPara calcular las dosis letales, se trabaja con un número suficiente de animales a fin de que los resultados sean aceptados.De esta manera se pueden calcular:a. Dosis letal absoluta (DL100), mínima cantidad desustancia

capaz de provocar la muerte de todos los animales del grupo ensayado.

b. Dosis letal 50 (DL50), cantidad de sustancia que mata al 50% de la población.

c. Dosis letal mínima (DL01 ), menor cantidad de sustancia capaz de provocar la muerte de algún animal en el grupo experimental.

d. Dosis umbral (Du), nivel de sustancia debajo del cual no deben aparecer efectos nocivos.

Relaciones Efecto-Dosis-TiempoPara indicar la potencia de cualquier tipo de tóxico, se utiliza una escala de valores basada en la DL50 de la sustancia.

Patrones de Referencia sobre la Peligrosidad de una Sustancia

DL 50

1. Extremadamente tóxico < 1 mg/Kg

2. Altamente tóxico 1 - 50 mg/Kg

3. Moderadamente tóxico 50 - 500 mg/Kg

4. Ligeramente tóxico 0.5 – 5 g/Kg

5. Prácticamente no tóxico 5 – 15 g-Kg

Si se trata de cuantificar la magnitud del efecto tóxico, se debe considerar el Tiempo de Exposición.

En intoxicaciones agudas, dosis alta y única, genera efectos inmediatos y graves.

En intoxicaciones crónicas, dosis pequeñas, acumulativas, dan lugar a efectos tardíos.

Periodo de latencia, tiempo transcurrido desde la exposición hasta la aparición de síntomas

La DL50 resulta insuficiente para estimar la toxicidad de una sustancia ante una exposición crónica.

La DL50 actualmente sólo se usa referencialmente y su determinación es útil para calcular otros parámetros toxico métricos

Clasificación para Evaluar la Potencialidad de una Sustancia

Coeficiente de acción tóxica aguda (CATA)CATA = DL50

Du Coeficiente de acción tóxica crónica (CATC)

CATC = Du (única exposición) Du ( exposición frecuente)

Potencialidad CATA CATC

1. Sumamente tóxica

< 6 > 10,0

2. Muy tóxica < 18 > 5.0

3. Moderadamente

tóxica

< 50 > 2,5

4. Ligeramente tóxica

> 50 < 2,5

Selectividad, Sensibilidad y Margen de Seguridad Selectividad, se refiere a la actuación preferencial de la

sustancia tóxica sobre ciertos tipos de células o sistemas biológicos.

Sensibilidad, diferente capacidad de respuesta de los organismos vivos a una determinada sustancia tóxica (Grupos normales, hiposensibles, hipersensibles).

Margen de seguridad, está determinado por dos extremos en las dosis administradas: Dosis inocua (Di) y Dosis letal (DL).

Respuestas de Individuos Normales (A), Hiposensibles (B) e Hipersensibles (C) en una Representación Gráfica Dosis-Respuesta

Representación Gráfica de Márgenes de Seguridad para las Sustancias A, B y C

Margen de Seguridad En la toxicología ambiental y en la alimentaria Se emplean dos parámetros importantes:

a. Ingesta diaria admisible (IDA), máxima cantidad que diariamente puede ingerirse de un aditivo dentro de la alimentación, sin que aparezcan efectos nocivos.

b. Valor umbral límite (VUL), concentración de un agente al que un organismo vivo puede estar sometido durante 8 hrs. diarias y 5 días por semana, sin que esto dañe su salud.

Factores Moleculares que influyen en la Toxicidad de una Sustancia Coeficiente de reparto lípido/agua: medida

fisicoquímica de su distribución entre dos disolventes no miscibles.

Constante y grado de ionización: el pH del medio así como el pKa de la sustancia tóxica, determinarán la magnitud de las fracciones ionizadas o no ionizadas

Acción caótropa o desestabilización de membrana: efecto disruptivo del estado normal de la membrana celular, que consiste en la integración de ciertas sustancias químicas dentro de la estructura de las membranas biológicas, con lo que modifican su funcionalidad. Puede ser reversible o irreversibleAfinidad por algunos compuestos celulares: algunos xenobióticos poseen afinidad por compuestos tisulares, esto facilita su transporte.Acción quelante: formación de un complejo químico con un agente quelante, bloqueando así la actividad biológica del xenobiótico. Particularidades estructurales: algunas características estructurales de familias de compuestos ponen de manifiesto su actividad tóxica: