ABSORCIÓN, DISTRIBUCIÓN Y ELIMINACIÓN DE LOS TÓXICOS EN EL ORGANISMO

Toxicología ambiental y salud públicaLicenciatura en ciencias ambientales

Curso 2010-2011

Dr. Ana Ruiz NuñoDpto. Farmacología Clínica

Hospital Universitario de la PrincesaUniversidad Autónoma de Madrid

BIOTRANSFORMACIÓN DE LOS TÓXICOS: EL SISTEMA DEL CITOCROMO P450

Clasificación general de los tóxicos

1) Naturaleza , estr. química y estado físico2) Usos y aplicaciones u objeto de su estudio:

MedicamentosProductos industrialesProductos domésticosProductos uso agrícolaContaminantesContaminantesEtc.

3) Acción fisiopatológica según:Lugar de acción (local, sistémica)Efectos

4) Mecanismos de acción celular y subcelular(toxicología molecular)

5) Métodos para su análisis y determinación

1.- ABSORCION

Toxicocinética

El tránsito de un producto por el organismo capaz de originar intoxicacionessistémicas incluye la concatenación de una serie de procesos: absorción,distribución, fijación y excreción a lo largo de todos los cuales la molécula tóxicaexperimenta numerosas transformaciones bioquímicas. En modo muy simplista eslo que el organismo hace sobre el tóxico en contraposición a lo que el tóxico haceen el organismo (tóxicodinamia).

1.- ABSORCIONOral, inhalación, piel, otras

2.- DISTRIBUCION

3.- BIOTRANSFORMACION(Metabolismo )

4.- ELIMINACION

1 2 3 y 4

1.- Liberación del principio activo de la formulación farmaceutica

2.- Absorción: movimiento de un tóxico desde el sitio deadministración hasta la circulación sanguínea

3.- Distribución: proceso por el que un tóxico difunde o estransportado desde el espacio intravascular hasta los tejidos y

Procesos toxicocinéticos - Definiciones

transportado desde el espacio intravascular hasta los tejidos ycélulas corporales

4.- Metabolismo: conversión química o transformación de tóxicos osustancias endógenas en compuestos más fáciles de eliminar

5.- Eliminación: excreción de un compuesto, metabolito o tóxico, delcuerpo mediante un proceso renal, biliar o pulmonar.

Toxicocinética

Absorción: Definición .

• Movimiento de un tóxico desde el sitio de administración hasta la circulación sanguínea.

Importante

“La absorción, distribución, metabolismo y excreción de fármacos ocurre siempre atravesando membranas celulares.”

Los fármacos generalmente pasan a través de las células en lugar de entre las células, de tal manera que la membrana celular es la barrera

Membrana plasmática

Difusión Pasiva no ionica

Mediada por transportadores

endocitosis

active passive

Poros acuosos

Absorción: Paso de fármacos a través de membranas.

ATP

ADP-Pi

Paso de fármacos a través de membranas: Transporte mediado por un transportador

–Transporte mediado por un transportador:

•Transporte pasivo: a favor de gradiente, sin gasto energético

•transporte activo: gasto de energía (selectivo, competitivo, •transporte activo: gasto de energía (selectivo, competitivo, saturable)

– Transportador neutro de aminoácidos (LNAA)»levodopa, baclofen, alfametildopa...

– Transportador de oligopeptidos (Pept-1)»captopril, otros IECAs y amino betaláctamicos

– Transportador de ácidos monocarboxílicos»pravastatina, ácido aminosalicílico

Paso de fármacos a través de membranas: Difusión pasiva no-iónica

• Factores determinantes– tamaño (peso molecular)– área de absorción– liposolubilidad (velocidad) : coeficiente de partición

lípido/agua– ionización (capacidad de paso) : ecuación de Henderson-– ionización (capacidad de paso) : ecuación de Henderson-

Hasselbalch• concepto de pH y pKa.• Concepto de atrapamiento iónico

Absorción: Ionización

• La mayoría de los medicamentos son de peso molecular pequeño y de carácter ácido o básico débil.

• Los fármacos cuando se disuelven suelen estar en forma ionizada. Tanto mas cuanto se disuelvan en pH “opuesto”

• Las barreras celulares (la membrana= bicapas lipidicas hidrofobicas) son permeables a las formas no ionizadas.) hidrofobicas) son permeables a las formas no ionizadas.)

• Así que ionizada = polar = soluble en aguano-ionizada = menos polar = más liposoluble

• La fracción no ionizada depende de su pKa, y del pH del medio de disolución

Paso de fármacos a través de membranas:Difusión pasiva no-iónica

Fármaco No ionizado AHpKa = pH + log --------------------------- ACIDOS pKa = pH + log --------------

Fármaco ionizado A -

Ecuación de Henderson y HasselbalchEcuación de Henderson y Hasselbalch

Fármaco ionizado BH+

pKa = pH + log ---------------------------------BASES pKa = pH + log ----------------Fármaco no ionizado B

AH A - + H+ BH + B + H+

Ka Ka

Ac débila pH gástrico difundiráa pH de la orina no

Ác. ionizadoÁc. no ionizado

Atrapamiento iónico

Bs débila pH gástrico no difundiráa pH de la orina si

Bs. ionizado

Bs. no ionizado

Atrapamiento iónico

Absorción desde el estómago en 1 hora (%dosis)

52

580

30

40

50

1

barbital(pKa 7.8)

secobarbital(pKa 7.9)

tiopental(pKa 7.6)

0

10

20

Siendo iguales el PM y pKa las diferencias en la absorción se deben a la liposolubilidad

Paso de fármacos a través de membranas: Filtración

• Paso por los poros de las membranas

– Por gradiente de concentración– Limitante: tamaño poro– No consumo energético– Distintos tejidos biológicos: poros de muy distinto tamaño

Paso de fármacos a través de membranas: otras 2 formas de absorción

• Fagocitosis: una célula (fagocito) engloba a una partícula sólida

• Pinocitosis: por invaginación de la membrana se introduce una

gota de líquido externo

Absorción:

La absorción comprende:-Liberación de su forma farmacéutica-Su disolución-La entrada de los fármacos al organismo desde su lugar deadministración-Mecanismos de transporte y eliminación presistémica-Características de cada vía de administración-Velocidad y cantidad del fármaco que accede a circulación sistémica-Factores que puedan alterarla-Factores que puedan alterarla

Depende de las siguientes características:-Fisicoquímicas del fármaco-De la preparación farmacéutica-Del lugar de absorción

Absorción: Biodisponibilidad

Indica la velocidad y la cantidad de la forma inalterada de unxenobiótico que accede a la circulación sistémica y, por lo tanto, estádisponible para acceder a los tejidos y producir un efecto.

Intensidad y duración de sus efectos Influencia de la v. adm(A, b y c = AUC)

-Transporte en la sangre y unión a proteínas

- Distribución en los tejidos:

-Distribución regional

-En áreas especiales: SNC, ojo, circulación fetal, saliva,

Distribución

• Proceso por el que un xenobiótico difunde o es transportado desde el espacio intravascular hasta los tejidos y células corporales.

• Factores determinantes:

-En áreas especiales: SNC, ojo, circulación fetal, saliva,

lágrimas, leche o líquido prostático

Distribución de fármacos: Unión a proteínas

• Propiedades de la unión– Ley de acción de masas (depende

[fco] libre, constante de asociación, nº sitios de fijación libres, [proteína])

– Reversibilidad, uniones iónicas débiles

¿cómo circulan los fármacos en el plasma??

débilesFármacos ácidos y básicos.– Saturación

• Consecuencias– Fracción libre y actividad

farmacológica.– Interacciones– Saturación en estados patológicos

Variabilidad en la unión de los fármacos a las proteínas del plasma

Atenolol, litioGentamicinaDigoxinaPenicilina GTeofilina, FenobarbitalQuinidina

02030526080

La fijación a la albúmina es la más frecuente e

QuinidinaFenitoinaPropranololNifedipinoAmiodaronaClorpromazinaDiazepamWarfarinaNaproxeno

80909396979899

99’599’8

más frecuente e importante

Variabilidad en la unión de los fármacos a las proteínas del plasma

•Fármacos ácidos----- albúmina sitio I (tipo warfarina) o tipo II (tipo diazepam).•Bs débiles y sust. no ionizables liposolubles—---lipoproteínas α y β•Bs débiles también α-glucoproteína y se puede unir de forma simultánea a varias proteínas•Importante en toxicología las proteínas:

•Ceruloplasmina (homeostasis Cu y Zn y transporte y eliminación de Cd y Zn)•Ceruloplasmina (homeostasis Cu y Zn y transporte y eliminación de Cd y Zn)Ej. Si no se transporta Cu adecuadamente y se acumula en órganos—patología degenerativa: Enf. De Wilson•transferrina (Fe), •metalotioneína (Cd, Zn, Pt, etc), Se incrementa su SS en contaminación por Cd.•niquelplasmina (Ni)

Distribución: compartimientos líquidos del organism o

Agua corporal total

plasma

Volumenintersticial 15 litros

3 litros (~5%)

Volumen de plasma

Volumen intersticial

extracelular

intersticial

volumenintracelular

42 litros

27 litros (~35%)

15 litros

12 litros (~16%)intracelular

+ transcelula r (~2%): LCR, intraocular, peritoneal, sinovial…

Distribución de fármacos a tejidos.

• distribución en los tejidos: Paso de capilares a tejidos:• Características fármaco (liposolubilidad y grado ionización)• Unión a proteínas• Flujo sanguíneo del órgano (más irrigados a menos)• Afinidad tisular excepcional (fcos liposolubles en grasas,

tetraciclinas en huesos, griseofulvina en piel, metales pesados en huesos y riñón, arsénico en pelos y uñas)

• En áreas especiales: SNC, ojo, circulación fetal, saliva, lágrimas, leche o • En áreas especiales: SNC, ojo, circulación fetal, saliva, lágrimas, leche o líquido prostático– Barreras:

– Barrera hematoencefálica:– Dificultad de los tóxicos de atravesarlas por falta de hendiduras

intercelulares. – Por difusión o transporte activo. – En inflamación se altera y más sencillo que pasen fármacos o

xenobióticos– Barrera placentaria:

– Liposolubilidad y flujo sanguíneo placentario

Flujo regional como determinante de cantidad tisula r de fármaco

Distribución

Distribución de fármacos a tejidos.

• distribución en los tejidos: Paso de capilares a tejidos:• Características fármaco (liposolubilidad y grado ionización)• Unión a proteínas• Flujo sanguíneo del órgano (más irrigados a menos)• Afinidad tisular excepcional (fcos liposolubles en grasas,

tetraciclinas en huesos, griseofulvina en piel, metales pesados en huesos y riñón, arsénico en pelos y uñas)

• En áreas especiales: SNC, ojo, circulación fetal, saliva, lágrimas, leche o • En áreas especiales: SNC, ojo, circulación fetal, saliva, lágrimas, leche o líquido prostático– Barreras:

– Barrera hematoencefálica:– Dificultad de los tóxicos de atravesarlas por falta de hendiduras

intercelulares. – Por difusión o transporte activo. – En inflamación se altera y más sencillo que pasen fármacos o

xenobióticos– Barrera placentaria:

– Liposolubilidad y flujo sanguíneo placentario

C = concentraciónD = dosisV = volumen de distribución

Vd=Cantidad de fármaco

Concentración plasmática= D/C

El volumen aparente de distribución de un fármaco es el volumen en elque tendría que haberse disuelto la dosis administrada de un fármaco paraalcanzar la concentración plasmática observada.Relaciona la cantidad de fármaco presente en el cuerpo con su

Distribución: Volumen de distribución

Relaciona la cantidad de fármaco presente en el cuerpo con suconcentración en plasma.

•Biotransformación: modificación que las moléculaspueden experimentar en un medio biológico.

•Transformar las sustancias tóxicas en metabolitosmás polares e hidrosolubles y, por tanto, másfácilmente eliminables mediante modificacionesquímicas.

Metabolismo (biotransformación)

químicas.

•Eliminar ó disminuir la toxicidad.

•Órgano principal: hígado

Tóxico

REACCIONES DE FASE IFase transformadora

Reacciones de biotransformación

Fase transformadora

REACCIONES DE FASE IIFase conjugadora

Metabolito(s)Polaridad

TOXICO

LIPOSOLUBLE POLAR

REACCIONES DE FASE I

ACUMULACION

(+) (+)(-) (-)

Reacciones de biotransformación

REACCIONES DE FASE I

REACCIONES DE FASE II

ELIMINACION

Reacciones de Fase I

• Introducen grupos reactivos como-OH (hidroxilo)-COOH (carboxilo)-NH2 (amino)

• Tipos de reacciones de Fase I:- OXIDACION- HIDROLISIS- REDUCCION

• NO MEDIADAS POR CITOCROMO P450:

alcohol DH acetaldehído DHCH3-CH2OH CH3-COH CH3-COOHEtanol Acetaldehído Ac. acético

Reacciones de oxidación (Fase I)

•MEDIADAS POR CITOCROMO P450 :-Sistema de monooxigenasa de función mixta-18 familias de enzimas CYP con 42 subfamilias A, B, C…Ej: CYP2C9, CYP3A4

-Hemoproteínas (Fe)-Localización: retículo endoplásmico liso

Citocromo P450

O2 molecular

Tóxico Metabolito(Tóxico-O)

H2OO2 molecular

NADPH NADP+

H2O

Citocromo P450

NADPH-P450 reductasa

Reacciones de fase II

•Transfieren grupos polares endógenos a losgrupos reactivos formados tras la Fase I

•Suelen producir metabolitos inactivos

•Tipos de reacciones de Fase II:GlucuronidaciónSulfataciónAcetilaciónO-Metilación, S-MetilaciónConjugación con glutation (GSH)Conjugación con aminoácidos

Fase 1 Fase 2

Ejemplo : Biotrasformación del ácido acetilsalicílico

Reacciones de biotransformación

- Atóxico- Menor toxicidad• Diferente toxicidad (Ej: metanol ⇒⇒⇒⇒ formaldehído)- Mayor toxicidad (Ej: paracetamol)

Toxicidad de metabolitos

SulfataciónGlucuronación

CYP2E1

Fase II

Fase I Fase II

N-acetilbenzoquinonimina

MUY TOXICONECROSIS HEPATICA

Inhibidores e Inductores de las Enzimas

• Enzimas microsomales:

– INHIBIDORES: Cimetidina, zumo de pomelo Prolongan la acción de los fármacos o inhiben la acción de aquellos biotransformados a agentes activos (profármaco)

– INDUCTORES: Barbitúricos, carbamazepina, coles de bruselas, tabaco Acortan la acción de los fármacos o aumentan los efectos de aquellos biotransformados a agentes activos

• BLOQUEANTES QUE ACTÚAN SOBRE ENZIMAS NO MICROSOMALES (IMAO, agentes anticolinesterásicos)

Metabolismo: Efecto de 1 er paso

•Se define como la eliminacion de una gran parte del

fármaco administrado durante el primer paso a traves de la

pared intestinal y el higado.

•El proceso es saturable.

•Ejemplos: Propranolol, imipramina, aldosterona,

ciclosporina, Isoproterenol, Lidocaina, Morfina, Nortriptilina,

Nitratos.Nitratos.

Metabolismo y eliminación de fármacos

Eliminación: Definición

• Excreción de un compuesto, metabolito o fármaco no cambiado delcuerpo mediante un proceso renal, biliar o pulmonar.

• Aclaramiento renal: cantidad de fármaco que se elimina en launidad de tiempo.

Vías de eliminación :RenalBiliar e intestinalLecheSaliva, sudor, piel, pulmones

Excreción renal

Eliminación de xenobióticos por vía renal

Filtración glomerular

Secreción tubular activa

Reabsorcióntubular pasiva

Eliminación = filtración + secreción - reabsorción

Eliminación de fármacos por vía renal

• Filtración glomerular:– a través de poros intercelulares pasan todas las moléculas

excepto las de gran tamaño o unidas a proteínas– depende de la integridad de la membrana y de la presión de

filtración– elimina alrededor del 20% de la cantidad total de fármaco

• Secreción tubular activa– en contra de un gradiente de concentración– puede eliminar el 80% del fármaco– sistema de transporte activo para aniones orgánicos– sistema de transporte activo para cationes orgánicos– competencia entre moléculas por el transportador

Eliminación de fármacos por vía renal

• Reabsorción tubular pasiva:

– difusión pasiva: a favor de gradiente de concentración

– depende de la liposolubilidad del fármaco y del grado de ionización

• compuesto polares no se reabsorben• compuesto polares no se reabsorben

• importancia del metabolismo a compuestos polares

– depende del pH (4,8-8,2): atrapamiento iónico

• alcalinizar la orina para eliminar ácidos débiles: fenobarbital, aspirina, sulfamidas

• acidificar la orina para eliminar bases débiles: acebutolol, anfetaminas, antidepresivos tricíclicos, atenolol, cocaína, fenciclidina, quinidina, tocainida

Eliminación de fármacos por vía biliar y e intestinal

• Excreción biliar

– íntimamente relacionada con el metabolismo

– secreción activa con sistemas de transporte para sustancias ácidas, básicas y neutras

– puede aumentar en insuficiencia renal

– tipos de fármacos:– tipos de fármacos:

• compuestos de alto peso molecular (conjugados)

• compuestos con grupos polares

• compuestos no ionizables: digoxina, digitoxina, hormonas

• compuestos organometálicos

• Excreción intestinal

– por difusión pasiva de sangre a luz intestinal

Eliminación de fármacos por vía biliar e intestinal

• Recirculación enterohepática

– Fármacos eliminados a la luz intestinal en forma activa o conjugados

– Absorción pasiva en el intestino a favor de gradiente de concentración

– Acción de la flora intestinal– Acción de la flora intestinal

– Retrasa la caída de concentraciones plasmáticas y prolonga la duración del efecto

– Ejemplos: digoxina, morfina, cloranfenicol

– Acelerar la eliminación con carbón activo

Circulación enterohepática

Eliminación de fármacos por otras vías

• Excreción pulmonar– para anestésicos volátiles

• Excreción a la leche– difusión pasiva y algunos transporte activo– depende de liposolubilidad y unión a proteínas

• pH de leche ácido: ↑concentración fármacos básicos– depende de unión a proteínas y lípidos de la leche– depende de unión a proteínas y lípidos de la leche

• Excreción salival– difusión pasiva (principal): = [fármaco libre] en plasma

• monitorizar niveles de fármaco libre: fenitoína, carbamazepina.

– transporte activo: litio– Paso a saliva depende del pH salival: fenobarbital.

Toxicocinética: Absorción, distribución y eliminaci ón de fármacos

Bibliografía

Toxicología fundamental. Manuel Repetto. 3ª Edición. Díaz de Santos

Farmacología humana. Florez. 5ª Edición

Farmacología. Rang. 5ª Edición

ana.ruiz@uam.es