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Aspectos Cuantitativos de la Toxicologia

MsC. León F. Villegas Vilchez [email protected]

Profesor Principal Departamento de Ciencias Celulares y Moleculares

Seccion de Ciencias Farmaceuticas Facultad de Ciencias y Filosofia

Universidad Peruana Cayetano Heredia

04/09/2013 LEON VILLEGAS -DCCM-SCF-

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mailto:[email protected]


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• Todo agente químico produce efectos indeseable de un nivel significativo dependiendo de la dosis

• El factor mas importante que determina la nocividad o seguridad potencial de una sustancia es la relación entre su concentración y el efecto producido sobre un sistema biologico


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• El efecto definitivo se manifiesta como una respuesta de todo o nada.

• La determinacion experimental de este intervalo de dosis es la base de la relacion dosis-respuesta


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RELACION DOSIS-RESPUESTA

• Existen diferencias entre individuos de una poblacion de celulas, tejidos o animales

• Las diferencias solo se observan cuando se realizan diferentes pruebas biologicas, como es el caso de la exposicion a una sustancia quimica

• Cuando una sustancia produce toxicidad o recuperacion completa de un animal, tejido o celula, se puede seleccionar la dosis o conecntracion de tal forma que dicho efecto se produzca


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• Si el efecto se puede cuantificar, los experimentos mostraran que todos los individuos de un grupo responden a la misma dosis de una manera cuantitativamente identica

• Algunos animales o celulas manifiestan una respuesta intensa mientras otros minima, pueden morir algunos y otros sobrevivir.

• La respuesta del todo o nada se refiere al individuo y en conjunto en el grupo de animales la respuesta es gradual

• Todo esto es consecuencia de la variacion biologica

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• La variación biologica es mínima en individuos de la misma especie en comparación con la variación biologica de especies.

• Una vez inyectados loa individuos de un grupo de una forma identica los efectos pueden representarse graficamente en forma de una curva de distribución o de frecuencia-respuesta


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• Una curva de distribución normal es la que se obtiene cuando se hace la gráfica respectiva, y esta representa el intervalo de dosis requerido para producir una respuesta cuantitativamente identica en una amplia población de sujetos experimentales.


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• La curva indica que un gran procentaje de animales que reciben una determinada dosis [A] responden identicamente igual (la media). A medida que la dosis varia ya sea menor o menor con respecto a la dosis [A] algunos animales reponde a dosis bajas y otros necesitan dosis elevadas.

• Esta curva de Gauss es de gran importancia porque nos permite el uso de metodos estadisticos aplicable a estas curvas.


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• Nos muestra los dos puntos de inflexion a cada lado de la curva

• La dosis [A] es la dosis media, y la suma de todos los animales que responden a dosis altas de la media es igual a la suma de todos los animales que responden a las dosis inferiores

• Esta curva nos puede dar el varlos de la dosis +/- 1 desviacion estandar o la dosis +/- 2 desviaciones estandar

• En la practica no siempre se obtiene una curva de Gauss. La representacion de los datos experimentales suele dar una variacion asimetrica de dicha curva


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• Se representa siempre los datos en forma de una curva que relaciona la dosis de la sustancia quimica con el procentaje acumulativo de animales que muestran la respuesta (mortalidad): curvas dosis- respuesta

• Las dosis a partir de una inicial deben aumentar en escala geometrica o logaritmica

• Si se obtiene una respuesta de una magnitud definida para cada dosis, dentro de un rango de dosis, se dice que la respuesta es "gradual".


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• A diferentes dosis, D1, D2,...Di, se observan los efectos, E1, E2,...Ei, que varían en forma continua y tienen un valor único para cada dosis (dentro de la variabilidad normal que siempre se observa cuando se hacen bioensayos).


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La curva dosis-efecto se construye graficando en las ordenadas los Efectos (E) causados en el organismo expuesto a una substancia química y en las absisas las Dosis (D) a las que fue expuesto.

• Si la experimentación se hizo con el tejido blanco aislado expuesto directamente a la substancia, la respuesta observada normalmente es una función hiperbólica de la dosis de una forma similar a la ecuación Michaelis-Menten para expresar la velocidad inicial de una reacción enzimática.

• La curva pasa por el origen del sistema de coordenadas cartesianas y la pendiente máxima se presenta en el origen.

• La pendiente permanece aproximadamente constante durante un rango amplio de la dosis (cinética de primer orden), después la pendiente disminuye con la dosis hasta que se vuelve cero (cinética de orden cero) y la respuesta adquiere su valor máximo.

• A este valor máximo se le denomina efecto máximo (Emax) y es una medida de la eficacia del tóxico.


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Dosis

E

• En algunas ocasiones, la relación dosis-efecto no es tan definida y dentro de una población se observa una distribución de respuestas para cada dosis.

• En este caso el efecto que se mide no es la magnitud, se mide el porcentaje de la población en estudio que presenta una determinada respuesta para cada dosis suministrada.

• Este tipo de efecto se le denomina cuantal. En estos casos se acostumbra graficar, en la ordenada, el por ciento de la población que presenta un determinado valor de la respuesta y en la absisa, el logaritmo de la dosis suministrada. Esta curva tiene forma sigmoidal.


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0 a 1.-Región NOAEL; 2.-LOAEL; 3.-Región Lineal; y 4.-Respuesta Máxima.

• La curva pasa por el origen (cuando la dosis es

cero, la respuesta es cero) y a valores muy

bajos de la dosis, la curva es horizontal con un

valor del efecto igual a cero (la curva va sobre el eje de las dosis).

• La respuesta empieza a tener un valor mayor que cero cuando la dosis llega al nivel límite.

• De allí en adelante la pendiente de la curva

crece con la dosis, hasta que se llega a una

pendiente máxima. Esta pendiente se mantiene

por un amplio rango de dosis en el que la

respuesta es directamente proporcional a la dosis (línea recta)

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• A dosis mayores la pendiente empieza a decrecer hasta que la curva se vuelve asintótica a un valor máximo de la respuesta (Emax).

• A la región de la curva donde los efectos no son medibles, se le conoce como región NOAEL (No Observed Adverse Effects Level)

• La región lineal de la curva abarca aproximadamente del 16 al 84% de la respuesta máxima. El valor de Emax es una medida de la eficacia del tóxico o la droga

• Algunas substancias presentan relaciones dosis-respuesta diferentes a la descrita y la curva no tiene la forma de S


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Efecto tóxico crítico

• Este es un parámetro que se calcula después

de recopilar la información experimental de

buena calidad que se haya hecho con la

substancia para una vía de exposición determinada.

• Se conoce como estudio crítico al

experimento o conjunto de experimentos que

contienen los mejores datos de dosis-efecto

de una substancia para una vía de exposición determinada

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• El nivel experimental más bajo, en el estudio crítico, en el que se observa que se produce el efecto adverso, también llamado LOAEL (lowest observed adverse effect level), después de las conversiones dosimétricas para ajustar por las diferencias en especie, se conoce como efecto tóxico crítico.


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• NOAEL (Non Observed Adverse Effects

Level) es el nivel de exposición

experimental que representa el máximo

nivel probado al cual no se observan

efectos tóxicos. Para el propósito de

evaluación de riesgos éste es el dato

clave que se obtiene de los estudios de

Dosis-Respuesta. Si las exposiciones

experimentales fueron intermitentes, se

corrige el valor del NOAEL para que

representen exposiciones continuas.


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DOSIS LETAL MEDIA

• La mayor parte de la curva dosis-respuesta es lineal y la muerte esta relacionada directamente a la concentración.

• Este tipo de curvas nos permite obtener la dosis letal para el 50% (DL50) de los animales

• la DL50 es aquella dosis de sustancia o compuesto que produce la mortalidad del 50% de los animales

• La DL50 es una valor virtual obtenido estadisticamente


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EVOLUCION DEL CALCULO DE LA DL - 50

METODOS CLASICOS

TREVAN J. W. ; 1927

BEHRENS B. ; 1929

KAERBER G. ; 1931

BLISS C.L. ; 1938

METODOS MODERNOS

MILLER L.C. ; TAINTER M.L. ;1944

THOMPSON W. ; 1947

LITCHFIELD J.T. ; WILCOXON F. ; 1949

WEIL C.S. ; 1952

FINNEY D.G. ; 1971

METODOS CONTEMPORANEOS

LORKE D. ; 1983

BRUCE R.D. ; 1985 “UP AND DOWN”

VAN DEN HEUVEL M.J. et al ; 1990 “FIXED DOSE PROCEDURE”

SCHLEDE E. et al ;1995 “ACUTE TOXIC CLASS

• Representa la mejor estimación de la dosis

requerida para producir la mortalidad del 50%

de los animales y siempre va acompañada

de algunos tipos de estimación del error del

valor hallado tal como su intervalo de

probabilidad

• Los métodos mas empleados son: el método

gráfico de Litchfield y Wilcoxon (1949), el

método de papel cuadriculado logaritmico de

probits de Miller y Tainter (1944) y el

procedimiento de hallazgo de intervalo(o

rango) de Weil (1952)


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• La DL84 (dosis letal para el 84% de los animales) representa +1DS de la DL50, y la DL16 (dosis letal para el 16% de los animales) representa –1DS de la DL50.

• El % de mortalidad se puede convertir en números probits, de tal manera que una mortalidad del 50% es igual a un probits de 5, una mortalidad del 50% +/- 1 DS es igual a un probit de 6 o 4, respectivamente, una mortalidad del 50% +/-2DS es igual a un probits de 7 o 3.


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POTENCIA FRENTE A TOXICIDAD

• Realizando una gráfica dosis respuesta de dos compuestos A y B, se puede obtener que si la DL50

del compuesto B es mayor que la de A, podemos decir que el compuesto A es mas potente con respecto a B.

• Lo anterior nos indica que potencia (cantidad de sustancia) y toxicidad (efecto) tiene una sustancia, ya que estos son terminos relativos que solo pueden ser empleados con respecto a otra sustancia.


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SUSTANCIA ANIMAL VIA DL50 mg/kg

Etanol Raton Oral 10 000

NaCl Raton IP 4 000

Sulfato ferroso Rata Oral 1500

Sulfato de Morfina Rata Oral 900

Fenobarbital sodico Rata Oral 150

DDT Rata Oral 100

Picrotoxina Rata SC 5

Sulfato de Estricnina Rata IP 2

Nicotina Rata IV 1

D-tubocurarina Rata IV 0.5

Tetradotoxina Rata IV 0.10

Dioxina Cobayo IV 0.0001

Tox. botulinica Rata IV 0.00001


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CATEGORIAS DOSIS

Extremadamente Toxico 1mg/kg o menos

Altamente Toxico 1 a 50 mg/kg

Moderadamente Toxico 50 a 500 mg/kg

Ligeramente Toxico 0.5 a 5 g/kg

Practicamente Atoxico 5 a 15 g/kg

Relativamente Inocuo Mas de 15g/kg


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CLASIFICACION DE LAS SUSTANCIAS QUIMICAS

Y SU EXTRAPOLACION AL HOMBRE

CLASIFICACION DL/50 RATAS DOSIS TOXICA EN EJEMPLOS

mg/Kg oral SERES HUMANOS

SUPER TOXICO < 5 5 GOTAS ESTRICNINA

EXTREMADAMENTE TOXICO 5 – 50 1 CUCHARADITA OPIO

MUY TOXICO 50 – 500 30 GRAMOS FENOBARBITAL

MODERADAMENTE TOXICO 500 – 5 000 0,5 Kg (0,5 L) KEROSENO

(PARAFINA)

DEBILMENTE TOXICO 5 000 – 15 000 1 L ETANOL

PRACTICAMENTE NO TOXICO > 15 000 > 1 L ACEITE DE LINAZA

• La clasificación anterior es util y practica

• No solo debemos analizar la DL50 sino además debemos analizar la pendiente de la curva para comparar las toxicidades relativas de dos compuestos

• Potencia se refiere al rango de dosis dentro del cual una substancia produce respuestas crecientes. La curva del tóxico (o droga) más potente aparece más cercana al origen.

• La potencia de un droga está influenciada por factores tales como la absorción, el metabolismo, etc.


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• La eficacia está relacionada a una

acción más fundamental de la droga, es

una medida de la capacidad intrínseca

de la droga para producir un efecto.

• Este valor se estima midiendo la altura

máxima de la curva dosis-respuesta

(cuando la curva se vuelve asintótica a

las absisas) y, como ya vimos anteriormente, se le denomina Emax.


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EFICACIA

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Documents

dosis es

dosis media

misma dosis

diferentes dosis

dosis altas

dosis cintica

dosis o conecntracion

una sustancia es