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Introdução à

Toxicologia dos Alimentos Segunda Edição

Introdução à

Toxicologia dos Alimentos

Takayuk akayukii Shibamoto Department of Environmental Toxicology Toxicology Davis, CA

Leonard F. Bjeldanes Department of Nutritional Sciences and Toxicology Toxicology University of California Berkeley, CA

Segunda Edição

Do original: Introduction to Food Toxicology, 2 nd edition Tradução autorizada do idioma inglês da edição publicada por Academic press Copyright © 2009, Elsevier Inc. © 2014, Elsevier Editora Ltda. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei no 9.610, de 19/02/1998. Nenhuma parte deste livro, sem autorização prévia por escrito da editora, poderá ser reproduzida ou transmitida sejam quais forem os meios empregados: eletrônicos, mecânicos, fotográfi cos, gravação ou quaisquer outros. Copidesque: Ivone Teixeira Copidesque: Ivone Editoração Eletrônica: Eletrônica: Thomson Thomson Digital Revisão: Renata Revisão: Renata Valério Croset Elsevier Editora Ltda. Conhecimento sem Fronteiras Rua Sete de Setembro, 111 – 16° andar 20050-006 – Centro – Rio de Janeiro – RJ – Brasil Rua Quintana, 753 – 8° andar 04569-011 – Brooklin – São Paulo – SP Serviço de Atendimento ao Cliente 0800-026-5340 0800-026-534 0 atendimento1@elsevier [email protected] .com ISBN: 978-85-352-71 978-85-352-7118-8 18-8 ISBN (versão digital): 978-85-352-76 978-85-352-7641-1 41-1 ISBN original: 978-0-12-3742 978-0-12-374286-5 86-5

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CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO-NA-FONTE SINDICATO NACIONAL NACION AL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ S558i 2. ed. Shibamoto, Takayuki Introdução á toxicologia de alimentos / Takayuki Shibamoto, Leonard F. Bjeldanes ; [tradução Claudia Coanna]. - 2. ed. - Rio de Janeiro J aneiro : Elsevier, 2014. 320 p. : il. ; 24 cm. Tradução de: Introduction to food toxicology Inclui índice ISBN 978 85 352 7118 8 1. Alimentos - Toxicologia. Toxicologia. I. Bjeldanes, Leonard F. II. Título. 13-06992

CDD: 615.9 CDU: 615.9

Prefácio O alimento é uma das substâncias mais importantes para a sobrevivência dos organismos vivos, seguido em importância talvez apenas pelo oxigênio e pela água. Desde os tempos pré-históricos, as pessoas vêm aprendendo a identificar os alimentos adequados e a prepará-los de modo apropriado. No entanto, é provável que muitas vidas humanas tenham sido perdidas antes de as pessoas aprenderem a consumir e preparar alimentos com segurança. Durante milhares de anos, a tentativa e erro foi o único método utilizado para detectar a presença de substâncias tóxicas em alimentos. Os registros de dados sistemáticos sobre toxinas em alimentos datam de apenas 200 anos aproximadamente. Além disso, a criação da disciplina “toxicologia dos alimentos” nas universidades é relativamente recente. A revolução ocorrida nas últimas duas décadas nos nossos conheciment conhecimentos os de química e biologia molecular, que são a base da toxicologia moderna, aumentou em níveis previamente inimagináveis nossa capacidade de detectar quantidades extremamente pequenas de agentes tóxicos e de compreender detalhadamente os mecanismos de ação dessas substâncias tóxicas. Este livro é um texto de referência para os estudantes que não têm formação prévia em toxicologia ou em ciência dos alimentos, mas que gostariam de se iniciar no excitante campo da toxicologia e na sua aplicação às toxinas presentes em alimentos e no ambiente. A estrutura do livro foi concebida principalmente para ensinar aos estudantes a toxicologia básica dos alimentos e do ambiente, e para estender esse conhecimento ao abordar os alvos moleculares e os mecanismos de ação de agentes tóxicos importantes. Discutiremos as identidades químicas dos agentes tóxicos e s eus destinos nos alimentos e no corpo humano, e apresentaremos notas históricas sobre as descobertas das toxinas e seu possível uso em épocas remotas. O interesse dos estudantes pela toxicologia continuou a crescer desde a publicação da primeira edição desta obra. Questões relacionadas a materiais tóxicos têm recebido atenção maior da comunidade científica, das agências reguladoras e do público em geral. Essas questões e suas possíveis consequências são relatadas quase diariamente pelos meios de comunicação em massa e, muitas vezes, são o foco da atenção nos noticiários noturnos. Os equívocos e confusões suscitados por muitos desses relatos quase sempre resultam da falta de conhecimento básico sobre toxicologia da maioria dos repórteres e consumidores. Este livro apresenta os princípios básicos da toxicologia dos alimentos moderna e sua aplicação a temas de grande interesse para a saúde humana, o que permitirá aos estudantes da área identificar e compreender melhor os problemas significativos causados pelos materiais tóxicos presentes em alimentos e no ambiente. Takayuki Shibamoto Leonard Bjeldanes

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CAPÍTULO

Princípios da Toxicologia

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SUMÁRIO DO CAPÍTULO Ramos da Toxicologia ........................................................................................................4 Dose-Resposta ...................................................................................................................5 Potência............................................................................................................................ Potência ............................................................................................................................ 8 Hormese............................................................................................................................ Hormese ............................................................................................................................ 9 Margem de Segurança .......................................................................................................9 Fatores Biológicos que Influenciam a Toxicidade ...............................................................11 11 Absorção .........................................................................................................................13 Tipos de Transporte de Membrana ....................................................................................16 16 Absorção de Toxinas no Trato Alimentar ............................................................................17 17 Microflora Intestinal......................................................................................................... Intestinal......................................................................................................... 19 A Barreira Hematoencefálica ............................................................................................20 20 Absorção de Xenobióticos no Sistema Linfático .................................................................21 21 Translocação ...................................................................................................................21 Distribuição .....................................................................................................................23 Bioacumulação ................................................................................................................24 Bioacumulação em Órgãos ................................................... ....................................................................... ............................. ......... 25 Bioacumulação em Lipídios .................. ..................................... ....................................... ....................................... ...................... ... 25 Bioacumulação em Ossos ........................ ............................................ ....................................... ...................................... ................... 25 Excreção .........................................................................................................................26 Rins ................................................................................................................................26 Efeitos da Maturação sobre a Excreção Renal ...................................................................28 28 Excreção Fecal de Xenobióticos ......................................... ............................................................ ................................ ............. 29

A toxicologia é definida como o estudo dos efeitos adversos das substâncias químicas sobre os organismos vivos. Suas origens remontam ao tempo no qual nossos ancestrais pré-históricos tentaram pela primeira vez adicionar à alimentação substâncias que previamente não eram encontradas no seu ambiente. Ao observar quais substâncias s ubstâncias poderiam aplacar a fome sem causar doença ou morte, os povos antigos desenvolveram hábitos alimentares que melhoraram a sobrevivência e a proliferação da espécie em seu ambiente natural, permitindo sua adaptação a novos ambientes. No contexto moderno, a toxicologia fundamenta-se fundamenta-se fortemente nos campos da química e da biologia, e busca uma compreensão detalhada dos efeitos tóxicos e dos meios para evitar ou reduzir a toxicidade. 1

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CAPÍTULO 1 Princípios da Toxicologia

Em muitos casos, toxinas que no passado causaram doença e sofrimento devastadores à humanidade são atualmente empregadas como instrumentos para o estudo de mecanismos básicos e para o desenvolvimento de curas para doenças humanas diversas, como hemorragia pós-parto, psicose e câncer. A apresentação de uma breve história dos usos documentados de agentes tóxicos servirá para ilustrar a importância dessas substâncias desde as culturas antigas. O papiro de Ebers, de cerca de 1500 a.C., um dos mais antigos documentos médicos preservados, descreve o uso de muitos venenos como a cicuta, o acônito — um veneno para ponta de flechas —, o ópio, o chumbo e o cobre. Em 399 a.C., a morte por envenenamento com cicuta era um modo bem estabelecido de pena capital na Grécia, e o exemplo mais famoso é o suicídio forçado de Sócrates. Nessa mesma época, Hipócrates analisou a biodisponibilidade e a superdose de agentes tóxicos e, em Roma, eram comuns os envenenamentos intencionais — praticados principalmente por mulheres aristocráticas como forma de se livrar de maridos indesejáveis. Por volta de 350 a.C., Teofrasto, um discípulo de Aristóteles, fez várias referências a plantas venenosas na sua primeira obra, De historia plantarum. Por volta de 75 a.C., o rei Mitrídates VI, do Ponto (na atual Turquia) era obcecado por venenos desde criança e tomou pequenas quantidades de até 50 venenos na esperança de desenvolver resistência a cada um deles. Ao que parece, essa prática provocou considerável resistência aos venenos, porque, segundo a lenda, para evitar ser capturado pelo inimigo, o rei vencido tentou cometer suicídio ingerindo uma mistura venenosa comum na época, porém a poção se mostrou ineficaz, obrigando-o a cair sobre a própria espada. O termo “mitridato” refere-se a uma mistura antidotal ou protetora composta de doses baixas, porém significativas, de toxinas e que tem forte base científica. No entanto, a afirmação de que doses muito pequenas de agentes tóxicos também produzem efeitos protetores — o que constitui a base da homeopatia — não tem nenhum respaldo científico. Em 82 a.C., a Lex Cornelia (Lei de Cornélio) foi a primeira lei posta em prática em Roma que incluía disposições contra envenenamentos humanos. Em aproximadamente 60 d.C., Dioscórides, um médico dos exércitos romanos dos imperadores Nero, Calígula e Cláudio, escreveu um tratado de seis a oito volumes que classificava os venenos com base na sua origem (vegetal, animal ou mineral) e na atividade biológica, evitando assim a prática comum de classificá-los com base em teorias fantasiosas de ação que eram consideradas importantes na época, como a teoria dos humores, que propunha que o funcionamento do corpo era regulado pelo equilíbrio apropriado de fluidos denominados bile negra, bile amarela, fleuma e sangue. Esse tratado muitas vezes sugere tratamentos eficazes para os envenenamentos, como o uso de eméticos, e foi a principal fonte de informações sobre o assunto nos 1.500 anos seguintes. Paracelso (1493–1541) é considerado o fundador da toxicologia como ciência objetiva. Paracelso foi o nome adotado por Phillip von Hohenheim — um pensador enérgico, irascível e iconoclasta (Figura 1.1). Recebeu treinamento para médico na Suíça e viajou pela Europa e Oriente Médio para aprender a alquimia e a medicina de outras culturas da época. Embora a astrologia continuasse a ser parte importante de sua filosofia, ele evitou o uso do esoterismo em sua prática médica. Seu hábito de manter as feridas limpas e permitir sua drenagem para possibilitar a cicatrização recebeu elogios

Princípios da Toxicologia

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FIGURA 1.1 Paracelso (1493–1541).

consideráveis na Europa. De importância para a toxicologia é o fato de que Paracelso foi a primeira pessoa que atribuiu os efeitos adversos de certas substâncias à própria substância, e não a uma associação com um espírito maligno ou zangado ou um deus. Atribui-se a Paracelso a concepção do conceito básico da toxicologia, o qual é muitas vezes enunciado da seguinte forma: Todas as substâncias são venenos; não há nenhuma substância que não seja um veneno. A dose certa é que diferencia o veneno de um remédio.

Embora esse e outros conceitos desenvolvidos por Paracelso tenham sido inovadores e representem avanços importantes para a época no modo de pensar a doença, eles o colocaram em conflito com os principais praticantes da medicina de seu tempo. Como consequência, Paracelso foi forçado a abandonar sua prática médica domiciliar e passou vários dos seus últimos anos viajando. Tinha 48 anos quando faleceu, e há suspeitas de que seus inimigos o alcançaram e deram fim à sua vida altamente produtiva. Que irônico seria se o pai da toxicologia tivesse sido assassinado por envenenamento! Vale a pena avaliar a importância do axioma de Paracelso em nossa vida diária tomando como exemplo substâncias bem conhecidas com toxicidade baixa e alta. A água poderia ser considerada uma das substâncias menos tóxicas presentes em nosso meio. Mas a água pode ser tóxica? Na verdade, há muitos relatos da toxicidade da água na literatura científica. Por exemplo, em 2002, um estudante do estado da Califórnia da Universidade de Chico, foi submetido a um ritual de iniciação em uma fraternidade e obrigado a beber cerca de 19 litros de água enquanto fazia exercícios físicos vigorosos e era banhado com água gelada. O consumo dessa quantidade de água em curto período de tempo causou a diluição dos eletrólitos de seu sangue a ponto de ocorrer a perda do funcionamento neurológico normal e, como consequência, a morte do jovem.

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Vamos agora considerar o conceito inverso, ou seja, que a exposição a uma quantidade pequena de um agente altamente tóxico pode ter pouca importância. Por exemplo, a bactéria causadora do botulismo, o Clostridium botulinum, é capaz de produzir quantidades fatais de toxina botulínica em produtos enlatados que foram esterilizados de maneira inadequada. Essa toxina bacteriana é uma das substâncias mais tóxicas conhecidas. No entanto, a mesma toxina é utilizada terapeuticamente, por exemplo, para tratar o colo espástico, e esteticamente na redução de rugas da pele.

RAMOS DA TOXICOLOGIA A ciência da toxicologia evoluiu desde suas origens em mitos e superstições e tem importância crescente em muitos aspectos da vida moderna. A toxicologia moderna emprega conhecimentos de ponta de química, fisiologia, bioquímica e biologia molecular, muitas vezes auxiliados pela tecnologia da computação, para tratar dos problemas causados por agentes tóxicos em várias áreas de especialização. As principais especialidades tradicionais da toxicologia têm como foco várias necessidades específicas da sociedade. Cada especialidade tem requisitos educacionais específicos, e o trabalho em algumas áreas pode exigir um certificado profissional. A toxicologia clínica trata de prevenção, diagnóstico e tratamento do envenenamento, normalmente em ambiente ambulatorial ou hospitalar. A toxicologia forense consiste na aplicação de técnicas consagradas na análise de amostras biológicas em busca de drogas e outras substâncias potencialmente tóxicas, e normalmente está vinculada ao cumprimento das leis. A toxicologia ocupacional tenta identificar a presença de agentes de interesse em locais de trabalho, define as condições para seu uso seguro e previne a absorção de quantidades nocivas. A toxicologia ambiental lida com o impacto potencialmente deletério das substâncias químicas ambientais naturais ou elaboradas pelo homem sobre os organismos vivos, que incluem os seres humanos e a vida selvagem. A toxicologia regulatória engloba a coleta, o processamento e a avaliação de dados toxicológicos epidemiológicos e experimentais para possibilitar a tomada de decisões baseadas na ciência e voltadas para a proteção dos seres humanos contra os efeitos danosos de substâncias químicas. Além disso, essa área da toxicologia auxilia no desenvolvimento de protocolos padronizados e de novos métodos analíticos para aprimorar continuamente a base científica dos processos de tomada de decisões. A ecotoxicologia trata da distribuição ambiental de agentes químicos e físicos, e de seus efeitos tóxicos sobre populações e comunidades de organismos vivos dentro de ecossistemas definidos. Enquanto a toxicologia ambiental tradicional trata dos efeitos tóxicos sobre organismos individuais, a ecotoxicologia trata do impacto sobre populações de organismos vivos ou sobre ecossistemas. A toxicologia dos alimentos enfoca a análise e os efeitos tóxicos de substâncias bioativas quando presentes em alimentos. A toxicologia dos alimentos é um campo distinto que avalia os efeitos dos componentes da complexa matriz química da dieta sobre as atividades dos agentes tóxicos que podem ser produtos endógenos naturais, introduzidos por organismos contaminantes ou resultar da produção, do processamento e da preparação dos alimentos.

Dose-resposta

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DOSE-RESPOSTA Visto que uma substância pode ter doses tóxicas e não tóxicas, podemos também investigar os efeitos das doses intermediárias. Na verdade, a intensidade de uma resposta biológica é proporcional à concentração da substância nos líquidos corporais do organismo exposto. A concentração da substância nos líquidos corporais, por sua vez, normalmente é proporcional à dose da substância à qual o organismo foi exposto. À medida que a dose de uma substância é aumentada, a gravidade da resposta tóxica também aumenta até que, em uma dose suficientemente alta, a substância torna-se letal. Essa chamada dose-resposta individual pode ser representada na forma de um gráfico do nível da gravidade de qualquer resposta quantificável, como a atividade de uma enzima, a pressão arterial ou a frequência respiratória, em função da dose. O gráfico resultante da resposta versus o log10 da concentração fornece uma curva sigmoide (como ilustrado na Figura 1.2), que é quase linear dentro do intervalo de concentração média e é assintótica nos níveis de resposta zero e de resposta máxima. Esse comportamento da resposta é denominado dose-resposta gradativa, porque a gravidade da resposta aumenta ao longo do intervalo de concentrações da substância-teste. No entanto, as avaliações da toxicidade com organismos-teste individuais não são utilizadas com frequência, porque a sensibilidade aos agentes tóxicos pode variar entre os organismos individuais, até mesmo entre as espécies puras de roedores utilizadas em laboratório. De fato, em estudos de grupos de organismos-teste, à medida que a dose é aumentada, não há uma dose com a qual todos os organismos do grupo subitamente apresentam a mesma resposta. Em vez disso, surge um intervalo de doses ao longo do qual os organismos respondem do mesmo modo à substância-teste. Ao contrário da dose-resposta gradativa individual, esse tipo de avaliação da toxicidade depende de os indivíduos-teste desenvolverem ou não uma resposta específica, e essa resposta é denominada resposta do

FIGURA 1.2 Dose-resposta. O gráfico resultante da resposta versus o log10 da concentração fornece uma curva sigmoide que é quase linear dentro do intervalo de concentração média e é assintótica nos níveis de resposta zero e de resposta máxima.

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tipo tudo ou nada ou resposta quantal da população. Para detalhar esse comportamento do grupo, pode-se elaborar um gráfico da porcentagem de indivíduos que respondem de modo específico versus o log da dose. Vamos considerar, por exemplo, a elaboração de uma curva de dose-resposta para um agente hipertensivo hipotético. A substância-teste é administrada em doses crescentes a grupos de 10 indivíduos ou organismos-teste. Em seguida, determina-se a porcentagem de indivíduos de cada grupo que responde de um modo específico à substância (p. ex., com pressão arterial de 140/100). Depois, os dados são colocados em um gráfico da resposta em porcentagem de cada grupo versus o log da dose administrada a cada grupo. Ao longo de um intervalo de doses baixas, não há indivíduos-teste com a pressão arterial especificada. À medida que a dose aumenta, há porcentagens maiores de indivíduos nos grupos que apresentam a pressão arterial requerida até que se alcança a dose na qual um número máximo de indivíduos do grupo responde com a pressão arterial especificada. Essa dose, determinada estatisticamente, é a dose média para desencadear a resposta definida para a população. À medida que a dose é aumentada ainda mais, as porcentagens de indivíduos que respondem com a pressão arterial especificada diminuem, porque os indivíduos que respondem às doses mais baixas estão agora exibindo pressões arteriais acima do nível especificado. Com o tempo, será alcançada uma dose na qual todos os indivíduos-teste apresentarão pressões arteriais acima do nível especificado. Quando a resposta tiver sido definida de modo apropriado, as informações provenientes dos experimentos de dose-resposta quantal poderão ser apresentadas de vários modos. Pode-se criar um gráfico da resposta em frequências (Figura 1.3) através da representação gráfica da porcentagem de resposta dos indivíduos participantes de cada grupo testado quanto a uma dose previamente conhecida.

FIGURA 1.3 Comparação entre as formas das curvas de dose-resposta da distribuição normal da frequência e da dose-resposta quantal.

Dose-resposta

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A curva gerada através desses dados tem a forma da distribuição normal gaussiana e, portanto, os dados estão sujeitos às leis estatísticas relativas a esse tipo de distribuição. Nesse modelo, o número de indivíduos de cada lado da média é igual, e a área sob a curva representa a população total. A área sob a curva delimitada pelos pontos de inflexão inclui o número de indivíduos que respondem à dose média mais ou menos 1 desvio-padrão (DP) da dose média, ou 95,5% da população. Esse valor médio é útil para especificar o intervalo de dose ao longo do qual a maioria dos indivíduos responde do mesmo modo. Curvas da resposta em frequência podem ser elaboradas com qualquer conjunto de dados toxicológicos nos quais a resposta quantificável é medida simplesmente registrando-se a porcentagem de indivíduos que respondem em cada dose menos a porcentagem que responde em uma dose mais baixa. Em geral, a curva da resposta em frequência obtida em experimentos apenas se aproxima da forma da distribuição normal verdadeira. No entanto, essas curvas ilustram claramente que há uma dose média na qual a maior porcentagem de indivíduos responderá de um modo específico. Sempre haverá indivíduos que necessitam de doses maiores (hipossensíveis) ou menores (hipersensíveis) que a média para que a mesma resposta seja desencadeada. Embora as curvas de distribuição da resposta em frequências muitas vezes sejam utilizadas para certos tipos de análises estatísticas de dados de dose-resposta, a apresentação dos dados da resposta acumulada é empregada com mais frequência, especialmente para representar dados de resposta letal. A curva da resposta acumulada pode ser elaborada para os dados da resposta não letal em frequências colocando-se no gráfico o log da dose versus a porcentagem de indivíduos que respondem com pelo menos uma resposta especificada. Como ilustrado na Figura 1.3, se as respostas da pressão arterial utilizadas no exemplo prévio forem colocadas em um gráfico na forma de porcentagem de indivíduos de cada grupo de dose que responde com pelo menos um nível de 140/100, a curva resultante será sigmoide. Esse tipo de curva fornece vários valores importantes utilizados para caracterizar a toxicidade. A NOAEL ( no observed adverse effect level — nível no qual não se observa efeito adverso) é a dose mais alta na qual nenhuma toxicidade especificada é vista. A LOAEL (lowest observed adverse effect level — nível mais baixo no qual se observa efeito adverso) é a dose mais baixa na qual há toxicidade. A DT 50 é a dose determinada estatisticamente que produz toxicidade em 50% dos organismos-teste. Se a resposta tóxica de interesse for a letalidade, então a DL 50 será a notação apropriada. Em dose suficientemente alta, 100% dos indivíduos responderão do modo especificado. Como os valores da DL e da DT são determinados estatisticamente e estão baseados nos resultados de experimentos com vários organismos-teste, os valores devem ser acompanhados de algum recurso que estime a sua variabilidade. Em geral, aceita-se que o intervalo de probabilidade (ou valor p), que normalmente é utilizado, seja menor que 0,05. Esse valor indica que o mesmo valor da DL ou da DT seria obtido em 95 de 100 repetições hipotéticas do experimento. As curvas de resposta acumulada podem facilitar as comparações das potências tóxicas entre compostos ou entre diferentes populações-teste. Por exemplo, com relação a duas substâncias com curvas de dose × resposta acumulada não sobrepostas, a substância com a curva que cobre o intervalo de doses mais baixas é claramente a mais tóxica das duas. Se o tratamento prévio de uma população-teste com a substância A resultar no

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deslocamento para a direita da curva dose-resposta relativa à toxina B, então a substância A exercerá um efeito protetor contra a substância B. Quando as curvas de dose-resposta para diferentes toxinas se sobrepõem, a comparação torna-se um pouco mais complexa. Isso pode ocorrer quando as inclinações das curvas dose-resposta são diferentes, como mostrado na Figura 1.5. Esses compostos hipotéticos têm a mesma DL50, e diz-se que são igualmente tóxicos nessa dose. No entanto, abaixo dessa dose, o composto B produziu uma porcentagem mais alta de toxicidade que o composto A, portanto o composto B é mais tóxico. Em doses acima da DL50, o composto A produz uma porcentagem mais alta de letalidade e, portanto, é a substância mais tóxica. Com base apenas nos valores da DL50, os compostos A e B têm a mesma toxicidade. Assim, ao comparar a toxicidade de duas substâncias, a resposta tóxica precisa ser especificada, o intervalo da dose de toxicidade precisa ser definido e, se as toxicidades forem similares, as inclinações das partes lineares das curvas de dose-resposta precisam ser indicadas.

POTÊNCIA Embora todas as substâncias exibam comportamento dose-resposta tóxico e letal, há um intervalo amplo de valores da DL 50 para as substâncias tóxicas. Por convenção, as potências tóxicas podem ser divididas em várias categorias. Uma lista de valores de DL 50 relativos a várias substâncias bastante comuns, juntamente com uma classificação das toxicidades que varia de leve a extrema, é fornecida na Tabela 1.1. As substâncias com valores de DL 50 maiores que aproximadamente 2 g/kg de peso corporal geralmente são consideradas substâncias de toxicidade leve, e são necessárias quantidades relativamente grandes dessas substâncias, na faixa de pelo menos uma xícara, para produzir efeito letal em um ser humano adulto. Elas são facilmente evitadas na maioria dos casos. Contudo, a exposição a substâncias do extremo da classificação com DL50 < 1 mg/kg requer apenas algumas gotas ou menos para ser letal e pode ser um perigo considerável. Tabela 1.1

Potência de Toxinas Comuns

Agente

Álcool etílico Cloreto de sódio BHA/BHT (antioxidantes) Sulfato de morfina Cafeína Nicotina Curare Toxina dos moluscos com concha Dioxina Toxina botulínica

DL50 (mg/kg)

9.000 4.000 2.000 900 200 1 0,5 0,01 0,001 0,00001

Toxicidade

Leve Moderada Alta

Extrema

Margem de segurança

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HORMESE Hormese é um fenômeno do tipo dose-resposta caracterizado por efeito benéfico produzido com dose baixa e efeito tóxico produzido com dose alta, o que resulta em uma curva dose-resposta em forma de J ou em forma de U invertido. Portanto, uma substância hormética, em vez de não ter efeito em doses baixas, como é o caso da maioria das toxinas, produz efeito positivo nos indivíduos quando comparados aos indivíduos não tratados. A Figura 1.4 apresenta uma curva dose-resposta representativa dessa atividade. As substâncias necessárias para o funcionamento fisiológico normal e a sobrevivência exibem comportamento dose-resposta hormético. Em doses muito baixas, há um efeito adverso (deficiência) e, com doses crescentes, efeitos benéficos são produzidos (homeostase). Em doses muito altas, surge uma resposta adversa em decorrência da toxicidade. Por exemplo, doses altas de vitamina A podem causar intoxicação hepática e defeitos congênitos, enquanto a deficiência de vitamina A contribui para a cegueira e aumenta o risco de doença e morte por infecções graves. Substâncias não nutricionais também podem produzir efeitos benéficos ou estimuladores em doses baixas, mas produzem intoxicação em doses mais altas. Assim, o consumo crônico de álcool em doses altas causa câncer de esôfago e de fígado, enquanto em doses baixas pode reduzir a doença arterial coronariana. Outro exemplo é a radiação, que em níveis baixos induz respostas adaptativas benéficas e em níveis altos causa destruição tecidual e câncer.

MARGEM DE SEGURANÇA A segurança é definida como ausência de perigo, lesão ou dano. A segurança absoluta de uma substância não pode ser demonstrada, uma vez que a confirmação da segurança está baseada em evidências negativas ou na ausência de dano ou lesão causada pela substância. Pode-se realizar grande número de experimentos para reforçar a confiança de que a substância não causará um efeito adverso, porém esses experimentos não provarão a segurança da substância. Sempre haverá a possibilidade de que o próximo experimento

FIGURA 1.4 Hormese da curva dose-resposta.

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mostre que a substância produz um efeito adverso em protocolos convencionais de testes ou em novos protocolos de testes. Além disso, nosso conceito de segurança continua a evoluir e, atualmente, temos consciência de que até mesmo mudanças muito pequenas, por exemplo, na atividade de uma enzima importante, podem prognosticar um efeito altamente negativo no futuro. De fato, nosso conceito de segurança relacionada à exposição tóxica continua a se desenvolver à medida que aumentam o nosso conhecimento sobre os efeitos bioquímicos e moleculares das toxinas e a nossa capacidade de quantificá-las. Como a segurança absoluta não pode ser demonstrada, é preciso avaliar a segurança relativa, o que requer uma comparação dos efeitos tóxicos de diferentes substâncias ou da mesma substância sob diferentes condições. Quando as condições experimentais para o teste de toxicidade em uma espécie forem meticulosamente definidas e as inclinações das curvas dose-resposta forem quase iguais, as toxicidades de duas substâncias poderão muitas vezes ser calculadas simplesmente determinando-se a razão entre as DT 50 ou as DL50. No entanto, muitas vezes é mais útil comparar as doses de uma substância que desencadeiam efeitos desejados e indesejados. A margem de segurança de uma substância é o intervalo de doses entre os efeitos tóxicos e os efeitos benéficos; para levar em consideração as possíveis diferenças nas inclinações das curvas dose-resposta eficaz e tóxica, faz-se o seguinte cálculo: Margem desegurança (MS)

=

DL1 / DE99

DL1 é a dose letal para 1% dos indivíduos e DE 99 é a dose eficaz para 99% dos indivíduos. O índice terapêutico, definido a seguir, é uma medida menos desejável da segurança relativa de uma substância: Índiceterapêutico(IT) DL50 / DE50 =

O IT poderá fornecer uma indicação errônea do grau de segurança de uma substância, porque esse cálculo não leva em consideração as diferenças nas inclinações das curvas das respostas relativas à DL e à DE. No entanto, esse método tem sido utilizado tradicionalmente para o cálculo da segurança relativa. Os dados dose-resposta apresentados na Figura 1.5 servem para ilustrar como o uso do IT pode fornecer comparações enganosas das toxicidades relativas das substâncias.

FIGURA 1.5 Os dados da dose-resposta servem para ilustrar como o uso do IT pode fornecer comparações enganosas das toxicidades relativas das substâncias.

Fatores biológicos que influenciam a toxicidade

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Nesse exemplo, a droga A e a droga B têm a mesma DL 50 = 100 mg/kg e a mesma DE50 = 2 mg/kg. Portanto, a comparação das toxicidades fornece o mesmo IT = 100/2 = 50. O índice terapêutico não leva em consideração a inclinação das curvas dose-resposta. No entanto, a margem de segurança pode superar essa deficiência ao utilizar a DE 99 para o efeito desejado e a DL 1 para o efeito indesejado. Assim, MS

=

=

DL1 / DE 99 10 / 1 0 1 para a droga A e 0,002 / 10 0,0002para a droga B =

=

=

Assim, de acordo com a comparação entre as margens de segurança, a droga B é muito menos segura que a droga A. Para substâncias sem resposta biológica benéfica relevante, os conceitos de MS e de IT têm pouco significado. Muitas substâncias diferentes, como os contaminantes ambientais e os aditivos alimentares, caem nessa categoria. Para essas substâncias, a segurança das exposições é estimada com base na NOAEL ajustada por uma série de fatores de suscetibilidade da população a fim de fornecer um valor para a ingestão diária aceitável (IDA). A IDA é a estimativa do nível de exposição diária a um agente, projetada para não ter impacto adverso sobre a saúde da população humana. Para pesticidas e aditivos alimentares, corresponde à quantidade de uma substância química que, ingerida diariamente durante toda uma vida, parece não oferecer risco apreciável à saúde, tendo como base todos os fatos conhecidos na época, com a inclusão de fatores de segurança adicionais. A IDA é calculada do seguinte modo: IDA = NOAEL / (FI × FM)

onde FI é o fator de incerteza e FM é o fator modificador. O FI e o FM possibilitam que sejam feitos ajustes à IDA, e presume-se que esses ajustes garantam a segurança ao representar a incerteza da extrapolação das doses, a incerteza da duração da extrapolação, as diferentes sensibilidades entre seres humanos e animais, e as diferentes sensibilidades entre os seres humanos (p. ex., a presumida sensibilidade maior das crianças quando comparadas aos adultos). O valor predeterminado comum para cada fator de incerteza é 10, mas o grau de segurança proporcionado pelos fatores de 10 não foi quantificado de modo satisfatório e é tema de experimentos e debates contínuos. Assim, para uma substância que desencadeia todos os quatro fatores de incerteza apontados previamente, o cálculo seria IDA = NOAEL/10.000. Em alguns casos, por exemplo, quando se sabe que o metabolismo da substância produz sensibilidade maior no organismo-teste quando comparado aos seres humanos, poderá ser utilizado um FM de menos de 1 no cálculo da IDA.

FATORES BIOLÓGICOS QUE INFLUENCIAM A TOXICIDADE A discussão anterior deixou claro que todas as substâncias podem exibir toxicidade em doses suficientemente altas e que há um intervalo de sensibilidade aos efeitos tóxicos entre os indivíduos. Agora analisaremos os fatores fisiológicos e anatômicos que podem influenciar essa sensibilidade. O esquema apresentado na Figura 1.6 resume os processos

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FIGURA 1.6 Processos biológicos que podem modular respostas — benéficas e adversas — a uma substância química administrada.

biológicos que podem modular as respostas — benéficas e adversas — a uma substância química administrada. Para que a maioria das substâncias tóxicas exiba seus efeitos tóxicos, geralmente é necessário que ocorra absorção tecidual. Essa absorção, por exemplo, pode resultar na distribuição limitada da substância no ponto de contato ou próximo a ele ou levar à entrada da substância na circulação sanguínea ou linfática e à sua distribuição por todo o corpo. Quando a substância entra no líquido biológico, pode permanecer na forma livre ou na forma ligada, quase sempre, a proteínas do sangue. Além disso, quando alcança o líquido corporal, a substância pode ser translocada, na forma livre ou ligada, para locais distantes do corpo. Os locais de armazenamento são compartimentos do corpo aos quais o composto se liga com afinidade suficientemente alta, a fim de reduzir sua concentração na circulação. O osso, o tecido adiposo e o fígado são os locais comuns de armazenamento dos xenobióticos. O tempo de permanência da substância no local de armazenamento pode ser até de décadas e depende da afinidade da ligação pelo local e da concentração da substância no líquido circulante. À medida que a concentração da substância no líquido corporal cai como resultado da interrupção da exposição, a substância é liberada para a circulação em velocidade que depende de sua afinidade de ligação por um componente do tecido ao qual a substância estava previamente ligada. Os sítios de biotransformação são locais nas células de certos órgãos que medeiam o metabolismo dos xenobióticos. Os tecidos nos quais a biotransformação é mais ativa são as portas de entrada do fígado e do intestino delgado. Na maioria dos casos, a biotransformação converte a substância em uma forma oxidada e conjugada que é solúvel em água e excretada mais rapidamente na urina ou bile. No entanto, em alguns casos, produtos intermediários do processo de biotransformação são os responsáveis pelos efeitos tóxicos da substância administrada.

Absorção

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No final, o xenobiótico, ou seu metabólito ativado, encontrará seu sítio de ação e toxicidade. O alvo molecular é um componente de uma via metabólica ou de sinalização que é importante para funcionamento ou desenvolvimento normais do órgão. Embora um agente tóxico possa afetar de modo negativo as funções de muitas macromoléculas teciduais e as células que as contêm, esses efeitos podem não ser importantes para o bem-estar do órgão e do organismo, e não são considerados sítios centrais da ação tóxica. Cada um dos fatores que influenciam a toxicidade será discutido nas próximas seções.

ABSORÇÃO É comum que uma substância precise passar através de várias membranas para poder alcançar um sítio efetuador específico localizado no interior de uma organela de um organismo complexo. Embora as membranas de diversas células do organismo — como os ceratinócitos da pele, os enterócitos do intestino, as células do endotélio vascular, os hepatócitos do fígado e a membrana nuclear — tenham certas características que as distinguem umas das outras, sua composição básica é muito semelhante. A Figura 1.7 traz o modelo geral aceito de membrana.

FIGURA 1.7 Modelo geral de membrana de célula animal.

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Nesse modelo, a membrana é representada como uma dupla camada de fosfolipídios, com porções externas hidrofílicas e internas hidrofóbicas. Há proteínas dispersas por toda a membrana, e algumas delas atravessam toda a sua espessura, projetando-se para além de suas superfícies. A membrana celular básica tem aproximadamente 7,5 a 10 nanômetros de espessura e é elástica. É composta quase totalmente de fosfolipídios e proteínas, e tem pequenas quantidades de carboidratos na superfície. Exame detalhado da estrutura química do componente fosfolipídico da membrana fornece uma visão do efeito de sua composição sobre o funcionamento da própria membrana. Como representado na Figura 1.8, a cabeça polar do fosfolipídio é composta de uma fração fosfato ligada a outras moléculas pequenas como a colina, a serina, a etanolamina e o inositol, que podem aumentar a polaridade do fosfolipídio ou agir como sítios para modificações adicionais que controlam a função da célula, por exemplo, pela adição de grupos carboidrato ou fosfato. A composição da parte lipídica do fosfolipídio contribui para a fluidez da membrana e, por isso, pode afetar a função da célula. Por exemplo, a fluidez adequada da mem-

FIGURA 1.8 Estrutura química do componente fosfolipídico da membrana.

Absorção

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brana é mantida, em parte, pela incorporação de ácidos graxos insaturados do tipo cis. As ligações duplas do tipo cis diminuem a força das interações entre cadeias lipídicas adjacentes quando comparadas às ligações duplas do tipo trans ou aos lipídios saturados. A alteração da fluidez pode afetar muitas funções celulares, entre elas o transporte mediado por carreador, as propriedades de certas enzimas e receptores ligados à membrana, os transportadores de membrana, a citotoxicidade imunológica e quimioterapêutica e o crescimento celular. Outra característica importante das membranas celulares é a presença de canais ou poros para a água. Embora a água possa difundir-se passivamente a uma velocidade baixa através da bicamada contínua de fosfolipídios da membrana, alguns tipos de células apresentam velocidades muito maiores de transporte de água que outras por causa da presença de poros na membrana. As proteínas transmembranares que formam esses poros constituem uma família de cerca de 12 membros denominados aquaporinas, quando permitem a passagem apenas da água, ou aquagliceroporinas, quando permitem a passagem de glicerol e outros solutos neutros pequenos. A conformação das aquaporinas mais estudadas, a aquaporina 1 (AQP1) dos glóbulos vermelhos, está representada na Figura 1.9. Conforme visualizado a partir da superfície extracelular, a AQP1 forma um tetrâmetro gracioso e altamente simétrico no poro. A água passa através dos canais das moléculas de AQP1 do poro. A velocidade da passagem da água e de solutos através desses poros depende do tamanho do poro, o qual pode ser específico do tecido e regulado por hormônios. Por exemplo, os canais da maioria dos tipos de células têm diâmetro de menos de 4 nm e permitem a passagem de moléculas com peso molecular de apenas

FIGURA 1.9 Aquaporinas. A aquaporina 1 (AQP1) dos glóbulos vermelhos.

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algumas centenas de dáltons. Por outro lado, os poros do glomérulo renal são muito maiores — aproximadamente 70 nm — e permitem a passagem de algumas proteínas pequenas (<60.000 Da).

TIPOS DE TRANSPORTE DE MEMBRANA O movimento de substâncias através das membranas biológicas é classificado em difusão passiva e transporte ativo. Os processos de difusão passiva, os quais incluem a difusão simples e a difusão facilitada, não requerem energia na forma de ATP e são regidos por gradientes de concentração. A difusão simples é caracterizada pela difusão passiva de moléculas hidrofóbicas através de membranas lipídicas ou de pequenas moléculas hidrofílicas através dos poros para a água. A velocidade do transporte dos xenobióticos lipofílicos através de uma membrana típica depende do tamanho da molécula, das ligações de hidrogênio e da área polar da superfície. Xenobióticos lipofílicos com pesos moleculares superiores a 500 Da tendem a passar com dificuldade pela membrana lipídica. Esse também é o caso das substâncias que têm potencial muito alto de estabelecer ligações de hidrogênio. Em geral, a velocidade da passagem dos xenobióticos lipofílicos através da membrana é proporcional ao coeficiente de partição octanol/água ou log P. De fato, substâncias com log P relativamente alto, como o pesticida DDT e o contaminante ambiental TCDD (log P de aproximadamente 7), são facilmente absorvidas para dentro da membrana lipídica. Por outro lado, substâncias com valores de log P relativamente baixos — como o pesticida paraquat , o antibiótico cefalosporina e outras moléculas com carga elétrica (log P < − 4,5) — são muito pouco absorvidas para dentro da membrana lipídica por um mecanismo passivo. A difusão facilitada é um transporte (mediado por carreador) de substâncias solúveis em água que imitam as estruturas de substâncias endógenas normalmente presentes no corpo. Por exemplo, a glicose normalmente entra nas células via transportadores de glicose especiais que não requerem ATP. Certas drogas, como a 2-desoxiglicose e derivados relacionados, foram projetadas para entrar na célula competindo com a glicose por acesso aos transportadores de glicose. Existem outros carreadores passivos para íons metálicos como o sódio, o potássio e o cálcio, alguns dos quais podem ser atraídos por metais tóxicos como o cádmio e o chumbo. Embora ambos os tipos de difusão passiva sejam regidos pelos gradientes de concentração dos substratos, sob certas circunstâncias esses processos podem levar a um acúmulo de quantidades diferentes de substâncias na ausência desses gradientes. Esse é o caso, por exemplo, da difusão de ácidos fracos e bases fracas através de uma membrana que separa compartimentos com pH diferente. Uma vez que as moléculas ionizadas são muito pouco absorvidas para dentro da membrana lipídica quando comparadas às formas não ionizadas, a velocidade do transporte depende do grau de ionização da molécula. Os ácidos fracos ficam na forma protonada e não ionizada em pH baixo e são mais lipofílicos em pH baixo do que em pH alto. De modo similar, as bases fracas ficam na forma desprotonada e não ionizada em pH alto e são mais lipofílicas em pH alto do que em pH baixo. O grau

Absorção de toxinas no trato alimentar

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de ionização, por sua vez, depende do pK da molécula e do pH do meio, conforme especificado pela equação de Henderson-Hasselbalch: Para ácidos: Para bases:

pKa

−

pH

pKa pH −

=

=

log[não ionizado] / [ionizado]

log[ionizado] / [não ionizado]

Nessas equações, o pKa corresponde ao pH no qual um ácido (ou base) orgânico fraco está 50% ionizado. Quando o pH é alterado em duas unidades a partir do nível do pK, o grau de ionização de um ácido fraco (ou base fraca) sobe para 99% ou cai para 1,0%. Assim, ao passar do estômago (pH próximo de 2) para o sangue (pH próximo de 7), o grau de protonação de um ácido carboxílico fraco como o benzoico (pKa = 4,2) cai de cerca de 99% para cerca de 0,1%. Dessa forma, o ácido fraco acumula-se no compartimento sanguíneo, que tem pH mais alto. Por raciocínio análogo, as velocidades de absorção das bases fracas, como a anilina (pKa = 5,0), são baixas, porque elas ficam na forma de seus ácidos conjugados, que são menos lipofílicos no ambiente do estômago, que tem pH baixo. Outro modo de as substâncias serem absorvidas por difusão passiva consiste na distribuição diferente dos sítios de ligação para uma dada substância de cada lado da membrana. Se houver mais sítios de ligação de um lado da membrana do que do outro, o lado da membrana com o maior número de sítios de ligação terá quantidade maior da substância, não importando se ambos os lados têm concentrações iguais da substância livre. Por exemplo, uma substância introduzida no sangue, que é rico em sítios de ligação para proteínas, não se acumulará em outro líquido de outro compartimento, como o sistema nervoso central, onde o nível de sítios de ligação para proteínas é baixo. Essa diferença na distribuição dos sítios de ligação para xenobióticos contribui para a barreira contra o acúmulo das substâncias no sistema nervoso central. Embora os processos de transporte passivo através das membranas governem principalmente o acesso da maioria das toxinas a alvos cruciais da célula, o transporte ativo é fundamental em alguns casos importantes. Ao contrário do transporte passivo, o transporte ativo requer ATP como fonte de energia, trabalha contra os gradientes de concentração dos substratos e é saturável. Como era de se esperar, os principais processos ativos para o transporte de substâncias para dentro das células são seletivos, transportando apenas nutrientes e substâncias endógenas importantes. Incluídos nessa lista estão transportadores ativos de açúcares, aminoácidos neutros, aminoácidos básicos, ácidos graxos, vitamina C, vitamina B12, sais biliares e vários íons metálicos. Como ocorre com o transportador de glicose na difusão facilitada, os agentes tóxicos com estruturas similares a um nutriente podem competir com o nutriente pelo transporte ativo para dentro da célula.

ABSORÇÃO DE TOXINAS NO TRATO ALIMENTAR Além do tamanho das moléculas e das características lipofílicas dos xenobióticos, o grau de absorção dos xenobióticos no trato alimentar depende das características anatômicas e fisiológicas de cada parte do trato (Figura 1.10), do tempo de permanência dentro de cada parte e da presença de alimentos.

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FIGURA 1.10 Características gerais do trato alimentar humano.

Há uma correlação razoável entre o valor de log P de certos alcaloides bem conhecidos e sua absorção após administração sublingual (oral). Com relação à cocaína, por exemplo, substância com solubilidade em lipídios relativamente alta, a proporção entre a dose eficaz sublingual e a dose subcutânea é de aproximadamente 2:1 (isto é, é necessária uma dose por via oral duas vezes maior que a dose administrada por injeção direta) para a produção da mesma resposta. Por outro lado, a morfina, uma substância com solubilidade em lipídios relativamente baixa, requer uma dose sublingual aproximadamente 10 vezes maior que a dose subcutânea para causar efeitos similares. Esses resultados são compatíveis com o principal papel do processo de difusão (em lipídios) na absorção desses alcaloides. No estômago, a velocidade de absorção dos xenobióticos depende em grande parte das propriedades ácidas/básicas da substância. Os ácidos fracos são mais lipossolúveis quando estão na forma não ionizada no meio altamente ácido do estômago, que, nos seres humanos, normalmente tem pH de 1 a 2, que sobe para 4 durante a digestão. Como o pH do sangue é quase neutro, os ácidos fracos são desprotonados até sua base conjugada mais polar, o que leva ao acúmulo da substância no sangue. Por outro lado, as bases fracas ficam na forma de seus ácidos conjugados, protonados, no pH baixo do suco gástrico e não são bem absorvidas. O intestino delgado é o principal sítio de absorção dos xenobióticos provenientes da alimentação. Como o pH do conteúdo do intestino delgado varia de 6 a 7 na parte proximal do intestino delgado e de 7 a 8 no íleo distal, os ácidos e as bases estarão eletricamente

Microflora intestinal

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carregados e relativamente polares. No entanto, de acordo com a equação de HendersonHasselbalch, a menos que as substâncias sejam ácidos (ou bases) fortes, proporção significativa dos xenobióticos ficará na forma não ionizada, menos polar. Assim, uma vez que o intestino delgado é muito longo e revestido com enterócitos altamente absortivos, a absorção dos ácidos (e bases) fracos nesse tecido poderá ser quase total, mesmo que o equilíbrio das cargas tenda fortemente em favor das espécies eletricamente carregadas. O cólon é a principal parte absortiva do trato alimentar. Embora o pH do conteúdo colônico seja similar ao da parte distal do intestino delgado (isto é, pH 7-8) e as células epiteliais do cólon expressem ampla gama de proteínas de transporte, a absorção dos xenobióticos no intestino grosso é relativamente menor quando comparada a do intestino delgado por causa do comprimento e da área de superfície consideravelmente menores do cólon. Contudo, o intestino grosso pode atuar como sítio de absorção para certas substâncias, especialmente para aquelas produzidas pela ação bacteriana dentro da parte inferior do intestino, conforme será discutido mais adiante neste capítulo. Além das características anatômicas e fisiológicas do trato alimentar que influenciam a absorção dos xenobióticos, o efeito do alimento também pode ser significativo. A maioria das interações alimento-droga importantes é causada por alterações induzidas pelo alimento na biodisponibilidade da droga. De fato, o efeito mais comum do alimento consiste na redução da biodisponibilidade das drogas administradas por via oral, às vezes até o ponto de bloquear a atividade da droga. Essas interações, muitas vezes, são causadas pela quelação da droga com componentes do alimento — um processo que ocorre com antibióticos comuns, como a penicilamina e a tetraciclina. Além disso, a resposta fisiológica à ingestão de alimentos, em particular a secreção ácida do estômago, pode reduzir a biodisponibilidade de certas drogas por meio da destruição da droga ou da cápsula na qual a droga está contida. Em alguns casos, porém, a administração da droga com alimentos pode levar a aumento da biodisponibilidade da droga por causa do aumento (induzido pelo alimento) da solubilidade da droga ou da secreção de ácido gástrico ou de bile em resposta à ingestão dos alimentos. O aumento na biodisponibilidade da droga pode causar toxicidade grave.

MICROFLORA INTESTINAL Outra característica singular do trato digestório humano é que ele normalmente abriga uma comunidade grande e diversa de microrganismos predominantemente anaeróbicos. As condições para o crescimento bacteriano nas várias partes do trato gastrointestinal diferem consideravelmente, o que causa diferenças grandes nas concentrações das bactérias. Assim, há normalmente concentrações baixas de bactérias no estômago e no duodeno, concentrações crescentes no jejuno e no íleo, e a concentração mais elevada é vista no cólon (109-1012 /mL). A composição da microbiota intestinal é relativamente simples em bebês e torna-se mais complexa com o aumento da idade, alcançando grau elevado de complexidade nos adultos. A dieta influencia fortemente o tipo de bactérias que residem no cólon de um indivíduo e de diferentes populações humanas. As bactérias intestinais são importantes para a maturação e a manutenção do sistema imunológico e podem influenciar

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a proliferação das células colônicas e contribuir para a recuperação de energia. Além disso, as bactérias intestinais têm grande potencial metabólico, que pode resultar na conversão de macromoléculas da dieta em metabólitos com efeitos benéficos e adversos à saúde. Por exemplo, a fermentação das fibras da dieta pode resultar na formação de ácidos graxos de cadeia curta, como o butirato, e a fermentação das proteínas pode resultar na produção de amônia. Acredita-se que o butirato reduza o risco de câncer de colo, enquanto níveis altos de amônia podem estimular o desenvolvimento de tumores. As bactérias intestinais também podem mediar o metabolismo das drogas e das substâncias fitoquímicas da dieta, com consequências que podem aumentar ou diminuir suas atividades biológicas. A microflora do intestino tem uma gama diversificada de atividades metabólicas, que incluem reduções, hidrólises e degradações. Em muitos casos, essas reações podem complementar e antagonizar reações do fígado, as quais são principalmente de oxidação e síntese. Por exemplo, certos isoflavonoides, encontrados na soja, na cerveja e no trifólio, entre outros, têm propriedades estrogênicas e, dependendo do estágio de desenvolvimento do crescimento no qual eles são administrados, podem estimular ou inibir a tumorigênese mamária em animais de laboratório. No trato gastrointestinal humano, uma dessas isoflavonas, a daidzeína, pode sofrer transformação bacteriana até o equol, que tem atividade biológica maior que a daidzeína. As diferenças na microflora do intestino poderiam ser responsáveis pelo fato de aproximadamente um em cada três indivíduos produzir equol. Por outro lado, a daidzeína também pode ser degradada pelas bactérias do intestino a um metabólito inativo, a O-demetilangolensina. Dessa forma, o metabolismo bacteriano do intestino pode influenciar fortemente as atividades dos xenobióticos ingeridos e ser responsável por uma porcentagem importante das variações individuais da sensibilidade a muitas substâncias administradas por via oral.

A BARREIRA HEMATOENCEFÁLICA A barreira hematoencefálica (BHE) garante homeostase otimamente controlada do meio interno do encéfalo. A estrutura anatômica da BHE é composta pelas células endoteliais das arteríolas, capilares, veias e superfície das células epiteliais do plexo corióideo — a área do encéfalo onde o líquido cerebroespinhal (LCE) é produzido. As células endoteliais permitem o transporte altamente seletivo de substâncias do sangue para o encéfalo e do encéfalo para o sangue. Nos demais órgãos, as concentrações extracelulares de hormônios, aminoácidos e íons, como o potássio, sofrem frequentemente pequenas flutuações, especialmente após as refeições ou sessões de exercícios físicos. Se o encéfalo fosse exposto a tais flutuações, o resultado poderia ser uma atividade neurológica descontrolada. A BHE e o plexo corióideo são necessários para proteger o encéfalo dessas flutuações. Várias características anatômicas e fisiológicas formam a base da BHE. Essas características são: (1) junções muito pequenas entre as células do endotélio vascular, (2) a formação de um envoltório de astrócitos (células gliais) ao redor das células endoteliais, (3) a baixa concentração de proteínas de ligação no LCE quando comparado ao sangue e (4) a expressão de vários sistemas de transporte ativo que controlam a entrada e a saída de muitas substâncias endógenas e exógenas. A finalidade dessas características

Translocação

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é regular de modo extremo a entrada de substâncias químicas hidrofílicas no LCE. No entanto, essas características fazem muito pouco para limitar a entrada de várias drogas e substâncias tóxicas lipofílicas no LCE. Por exemplo, a nicotina, a heroína e o cloranfenicol têm lipofilia considerável e passam facilmente através da BHE, produzindo efeitos tóxicos.

ABSORÇÃO DE XENOBIÓTICOS NO SISTEMA LINFÁTICO A absorção de xenobióticos no sistema linfático intestinal pode influenciar consideravelmente a potência e a seletividade (por órgãos) dessas substâncias. O sistema linfático é uma rede de drenagem extensa que se distribui por todas as partes do corpo. A principal ação do sistema linfático é levar líquido do espaço intersticial de volta para o sangue. Os linfáticos intestinais são essenciais para a absorção de produtos provenientes da digestão dos lipídios, como os ácidos graxos de cadeia longa e as vitaminas solúveis em lipídios. Cada um dos vilos intestinais é drenado por um vaso quilífero central, que conduz o líquido por capilares linfáticos até o ducto linfático mesentérico. Ao contrário dos capilares sanguíneos, as junções intercelulares localizadas entre as células endoteliais dos capilares linfáticos são mais abertas. Os quilomícrons, que são lipoproteínas produzidas dentro dos enterócitos com os lipídios absorvidos após a digestão da dieta, têm diâmetro médio de 200 a 800 nm. Depois de serem secretadas pelos enterócitos, essas partículas coloidais têm tamanho grande demais para serem absorvidas pelos capilares sanguíneos e, como consequência, são captadas seletivamente pelos capilares linfáticos. Como a proporção entre o volume do fluxo sanguíneo e o volume do fluxo linfático é estimada em 500:1, os xenobióticos que não são altamente lipofílicos tendem a ser desviados preferencialmente para o sangue. Contudo, a grande tendência dos xenobióticos lipofílicos de se associarem aos lipídios da dieta e às lipoproteínas intestinais resulta na sua absorção seletiva para o sistema linfático. Além disso, nas exposições, as condições que aumentam a associação dos xenobióticos com lipídios podem influenciar bastante sua absorção para o sistema linfático intestinal. Por exemplo, em um estudo com cães, constatou-se que o alimento intensifica apreciavelmente a absorção linfática. A absorção de uma droga antimalárica lipofílica, Hf, administrada por via oral, aumentou de aproximadamente 1% em jejum para mais de 50% após uma refeição.

TRANSLOCAÇÃO A translocação é o movimento interórgãos de substâncias nos líquidos corporais e é responsável pela ação de uma toxina em um tecido que não é o sítio de exposição. A velocidade inicial da translocação para tecidos e órgãos distantes é determinada, principalmente, pelo volume do fluxo sanguíneo para aquele tecido ou órgão e pela velocidade de difusão da substância química para o interior do tecido ou órgão específico. Conforme discutido previamente, a linfa pode ser um veículo importante para a translocação de certos xenobióticos lipofílicos ingeridos. O fluxo sanguíneo varia amplamente entre os diferentes tecidos e órgãos do corpo, e o fluxo sanguíneo total (perfusão) é maior no fígado, nos rins, nos músculos, no encéfalo e na pele, e muito menor na gordura e nos

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ossos. Como consequência, os tecidos com perfusão mais alta receberão as doses iniciais mais altas do xenobiótico. O sistema circulatório dos mamíferos tem várias características que podem influenciar de modo significativo os efeitos da rota de exposição sobre a ação tóxica. A Figura 1.11 traz uma representação esquemática das principais características do sistema circulatório. Várias características do sistema circulatório que são importantes para a ação de uma toxina são apresentadas na figura:

1. O sangue venoso é bombeado pelo coração para os pulmões para ser oxigenado. Dessa forma, o primeiro sistema capilar encontrado pelas substâncias que entram no sangue venoso está nos pulmões. Isso é válido para as substâncias que são absorvidas na boca ou pelo sistema linfático abdominal e também para as substâncias que são administradas por injeção intravenosa. 2. O sangue arterial é bombeado pelo coração para os sistemas capilares de todos os órgãos do corpo. Em seguida, o sangue é levado de volta para o coração através da circulação venosa. Assim, os xenobióticos que são administrados intra-arterialmente podem ir diretamente para todos os órgãos do corpo.

FIGURA 1.11 Características gerais do sistema circulatório dos mamíferos.

Distribuição

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3. O sangue proveniente dos intestinos não segue diretamente para o coração. Ele entra em primeiro lugar na veia porta do fígado e flui por esse órgão. Dessa forma, as substâncias que entram no sangue após serem absorvidas pelo intestino delgado encontram o sistema capilar e o potencial metabólico do fígado antes de chegar à circulação geral. Isso é válido para as substâncias administradas por injeção intraperitoneal, já que a veia porta do fígado também drena essa cavidade. Por causa dessa capacidade metabólica elevada, o fígado consegue converter ampla gama de xenobióticos em produtos que são excretados com mais facilidade. Esse processo de conversão metabólica dos xenobióticos antes de eles alcançarem a circulação geral é denominado metabolismo de primeira passagem. 4. A linfa abdominal flui para o ducto torácico, que desemboca na junção das veias jugular esquerda e subclávia esquerda. Dessa forma, a linfa reúne-se ao sangue imediatamente antes de ele entrar no coração. Assim, os xenobióticos que entram na linfa após serem absorvidos pelo intestino delgado evitam o metabolismo de primeira passagem que ocorre no fígado e encontram o aparelho metabólico menos eficiente dos pulmões. 5. A bile produzida no fígado é transportada para a parte superior do intestino delgado (duodeno), onde os ácidos biliares auxiliam na digestão dos lipídios da dieta. Os metabólitos dos xenobióticos que são secretados para a bile retornam para o intestino delgado, o que pode expô-los à ação metabólica das enzimas dos enterócitos da parte superior do intestino e às bactérias da parte inferior. A conversão do metabólito (produzido no fígado) de um xenobiótico em um produto que logo depois é absorvido no intestino resulta em um processo de reciclagem que é denominado circulação entero-hepática e que pode aumentar de modo significativo o tempo de permanência do xenobiótico no corpo.

DISTRIBUIÇÃO Se, por um lado, a translocação é o movimento dos xenobióticos interórgãos, por outro a distribuição é a partilha do xenobiótico entre os tecidos e compartimentos do corpo. No ser humano adulto, aproximadamente 38 litros de água corporal estão distribuídos em três compartimentos distintos: o líquido intersticial (11 litros), o plasma (3 litros) e o líquido intracelular (24 litros). A concentração de um agente xenobiótico no sangue após a exposição depende em grande parte de seu volume aparente de distribuição. O volume de distribuição (Vd) é definido como a razão entre a quantidade do composto no corpo e a concentração do composto no plasma ou: Vd

=

Dose iv / Cp

onde: Doseiv é a quantidade de xenobiótico administrada por injeção intravenosa Cp é a concentração do xenobiótico no plasma Se o xenobiótico estiver distribuído apenas no plasma, sua concentração dentro do tecido vascular será alta e o V d será pequeno. Em contraposição, a concentração será

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consideravelmente menor se a mesma quantidade de xenobiótico for distribuída em um compartimento maior que inclui a água intersticial e/ou a água intracelular. Nesse caso, o Vd será grande. Quanto às substâncias que se distribuem tanto no plasma quanto nos tecidos, os valores do Vd terão magnitude intermediária. Embora, para algumas substâncias, o volume de distribuição corresponda ao volume fisiológico real, isso nem sempre acontece. Por exemplo, o azul de Evans é um corante polar e grande que não passa através do leito capilar. Assim, ele não consegue sair do sistema vascular. Como consequência, o volume de distribuição do azul de Evans pode ser utilizado como medida do volume vascular. Por outro lado, o brometo não consegue atravessar as membranas celulares e se distribui no espaço extracelular. Assim, o brometo pode ser utilizado para estimar o volume da água extracelular. Ao contrário, a antipirina e a água marcada com trítio conseguem atravessar livremente as membranas celulares e não se ligam a componentes celulares. O volume aparente de distribuição desses agentes corresponde à água corporal total. No entanto, outros xenobióticos que se ligam substancialmente a componentes intracelulares têm volume aparente de distribuição que ultrapassa consideravelmente o volume da água corporal total. Uma droga para o coração chamada digoxina, o pesticida DDT (dicloro-difenil-tricloroetano) e muitos outros xenobióticos entram nessa categoria. Quando o volume de distribuição de uma droga é muito maior que a água corporal total, é sinal de que ocorre uma grande ligação da droga aos tecidos e que apenas pequena fração da dose está no espaço vascular. O grau de ligação às proteínas do plasma influencia fortemente o volume de distribuição de muitos agentes xenobióticos e seus efeitos biológicos. Apenas pequeno número de xenobióticos dissolve-se suficientemente no sangue (por dissolução simples) para regular a distribuição tecidual. De fato, a distribuição da maioria dos xenobióticos ocorre associada às proteínas do plasma. Muitos compostos orgânicos e inorgânicos de massa molecular pequena ligam-se a lipoproteínas, à albumina e a outras proteínas do plasma, como a transferrina — a proteína que se liga ao ferro. Como a associação proteína-xenobiótico é reversível, essa ligação pode ser um meio eficiente para o transporte de xenobióticos para vários tecidos. No entanto, uma vez que a proteína plasmática ligada a um xenobiótico não consegue atravessar a parede dos capilares por causa da grande massa molecular do complexo, a disponibilidade desses sítios de ligação da proteína geralmente reduz o efeito tóxico do xenobiótico. Em muitos casos, o xenobiótico pode competir com outra droga ou com um composto endógeno pela ligação à proteína. Nesses casos, o xenobiótico consegue deslocar do sítio de ligação a outra substância ligada e aumentar sua própria atividade. Um exemplo desse tipo de interação é o deslocamento da bilirrubina ligada à albumina plasmática pelas sulfas; esse deslocamento pode produzir neurotoxicidade em bebês, porque a bilirrubina não ligada atravessa a barreira hematoencefálica imatura.

BIOACUMULAÇÃO Muitos xenobióticos podem-se acumular nos tecidos em concentrações mais altas que as encontradas no líquido extracelular e no sangue. Esse acúmulo pode ser o resultado de transporte ativo ou, mais comumente, de ligação inespecífica. Quando se ligam aos

Bioacumulação

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tecidos, os xenobióticos geralmente se ligam a constituintes celulares como proteínas, fosfolipídios ou proteínas nucleares, e essa ligação geralmente é reversível. A tendência dos xenobióticos de se acumularem no corpo depende em grande parte da polaridade dessas substâncias. As substâncias orgânicas mais polares tendem a se ligar a proteínas do sangue e dos tecidos moles. As substâncias inorgânicas podem-se ligar a proteínas seletivas ligadoras de metal localizadas no fígado e nos rins ou a sítios não seletivos dos ossos. As substâncias lipofílicas são armazenadas, principalmente, nos tecidos adiposos. Se grande parte dos xenobióticos do corpo estiver ligada desse modo, sua atividade biológica poderá ser muito afetada.

Bioacumulação em Órgãos Tanto o fígado quanto os rins exibem capacidades de transporte e armazenamento que podem influenciar consideravelmente as atividades de certos xenobióticos. O fígado desempenha papel crucial na regulação da homeostasia do ferro, porque mantém um reservatório desse metal essencial que permanece ligado à proteína de armazenamento ferritina. O acúmulo de ferro além da capacidade de ligação da ferritina pode causar intoxicação hepática. A metalotioneína é uma proteína rica em cisteína e com peso molecular pequeno que tem papel importante na manutenção da homeostase do zinco e no controle da toxicidade de metais como o cádmio. O cádmio pode-se acumular no fígado e nos rins na forma de um complexo não tóxico com a metalotioneína. De fato, até 50% do cádmio do corpo é encontrado nos rins na forma de um complexo com a metalotioneína. A intoxicação pelo cádmio surge nos rins quando a capacidade da metalotioneína de armazenar cádmio é ultrapassada.

Bioacumulação em Lipídios Muitas drogas solúveis em lipídios são armazenadas na forma de solução na gordura neutra do corpo. Nas pessoas obesas, o teor de gordura do corpo pode chegar a 50% e, nos indivíduos magros, a gordura pode corresponder a apenas 10% do peso corporal. Assim, a gordura pode atuar como reservatório para os xenobióticos solúveis em lipídios. Por exemplo, até 70% das drogas altamente lipossolúveis, como o tiopental sódico ou os contaminantes ambientais, como o DDT, podem ser encontrados na gordura corporal logo após a exposição. A gordura é um reservatório bastante estável, porque tem fluxo sanguíneo relativamente baixo, o que faz o tempo de permanência do xenobiótico absorvido ser relativamente longo no corpo. A perda rápida de tecido adiposo em decorrência de doença ou de restrição alimentar pode produzir liberação rápida do xenobiótico armazenado, possivelmente com consequências tóxicas.

Bioacumulação em Ossos Embora a velocidade da perfusão sanguínea seja relativamente baixa nos ossos quando comparada à mesma velocidade nos outros órgãos, a afinidade de ligação do tecido ósseo por certos xenobióticos é grande. Assim, o osso é um sítio de armazenamento importante de certas substâncias. Íons divalentes, entre eles o chumbo e o estrôncio, podem substituir o cálcio na matriz óssea, enquanto o fluoreto pode deslocar o íon hidroxila. A tetraciclina

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e outros xenobióticos que quelam o cálcio podem-se acumular nos ossos por meio da adsorção à superfície cristalina óssea. Os ossos também podem tornar-se um reservatório que libera lentamente agentes tóxicos, como o chumbo e o rádio, para o sangue. No entanto, o tempo de permanência do chumbo nos ossos pode ser muito longo (décadas) sem efeito tóxico aparente. Por outro lado, o acúmulo de fluoreto nos ossos pode levar a um aumento da densidade e a outras alterações no desenvolvimento ósseo (fluorose do esqueleto), e o acúmulo de estrôncio radioativo pode causar câncer ósseo. Os vários efeitos possíveis do armazenamento tecidual sobre a toxicidade podem ser resumidos do seguinte modo:

1. O armazenamento em um sítio que não é o sítio da ação tóxica reduz a potência tóxica. 2. O armazenamento no sítio da ação tóxica aumenta a potência tóxica. 3. A liberação lenta de um sítio de armazenamento seguro pode resultar em intoxicação crônica pelo xenobiótico, que pode ser diferente da intoxicação aguda. 4. No sítio de armazenamento, o deslocamento de uma substância com potência maior pode resultar na intoxicação pela substância administrada previamente. 5. O tratamento prévio com uma substância que se liga com afinidade maior a um sítio de armazenamento poderá bloquear a ligação da segunda substância e resultar no aumento da potência tóxica da segunda substância.

EXCREÇÃO Os agentes tóxicos e seus metabólitos podem ser eliminados do corpo por várias vias. As principais vias de excreção são a urina, as fezes e o ar exalado. Assim, os principais sistemas de órgãos envolvidos na excreção dos xenobióticos não gasosos são os rins e o trato gastrointestinal. Outras rotas para a eliminação incluem o ar expirado, a saliva, a transpiração e o leite, que é importante em circunstâncias excepcionais, como na exposição de lactentes a certos pesticidas e drogas lipofílicas encontrados pela mãe.

RINS A eliminação de substâncias pelos rins e, consequentemente, pela urina é a principal via de excreção das substâncias tóxicas quando se leva em conta o número de substâncias excretadas por essa via e a quantidade de cada substância que é excretada. A unidade funcional dos rins responsável pela excreção é o néfron, que é composto de três regiões principais: glomérulo, túbulo contorcido proximal e túbulo contorcido distal (Figura 1.12). Três processos fisiológicos estão envolvidos na excreção urinária: a filtração, a secreção e a reabsorção. A filtração ocorre no glomérulo. No indivíduo adulto, ocorre a produção de aproximadamente 170 L de filtrado por dia como resultado da combinação de várias características, que são: fluxo sanguíneo muito grande, sangue com pressão hidrostática considerável e poros de tamanho grande nos capilares glomerulares. O filtrado contém a maior parte dos lipídios e das substâncias solúveis em água do sangue até um peso molecular de aproximadamente 60.000 Da. Assim, os xenobióticos que estão

Rins

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FIGURA 1.12 Características gerais do néfron.

ligados à albumina e a outras proteínas grandes não são facilmente filtrados do sangue, enquanto as substâncias que se ligam a proteínas pequenas, como a metalotioneína, são filtradas no glomérulo. A secreção é um processo ativo de transporte de certos tipos de metabólitos do sangue para o túbulo proximal. Entre as substâncias secretadas estão os xenobióticos ou seus metabólitos, que são ácidos fracos que incluem a penicilina, o ácido úrico e muitos conjugados glicuronídeos de xenobióticos e bases fracas que incluem a histamina e muitas drogas alcaloides. A velocidade da secreção ativa de um xenobiótico pode ser reduzida por meio do tratamento com uma substância similar. Por exemplo, no processo de excreção, os conjugados glicuronídeos secretados por transportadores ativos de ácidos orgânicos podem competir com o ácido úrico, produzindo acúmulo desse ácido e intoxicação na forma de gota. Outro exemplo, um ácido orgânico de baixa toxicidade denominado probenecida foi desenvolvido durante a Segunda Guerra Mundial para diminuir a velocidade de excreção da penicilina pelo transportador ativo de ácidos orgânicos. A reabsorção ocorre, principalmente, no túbulo contorcido proximal do néfron. Quase toda água, glicose, potássio e aminoácidos perdidos durante a filtração glomerular saem dos túbulos renais e voltam para o sangue. A reabsorção ocorre principalmente por transferência passiva baseada nos gradientes de concentração, que levam as substâncias em alta concentração no túbulo proximal para os capilares sanguíneos que circundam

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o túbulo, onde a concentração das mesmas substâncias é mais baixa. As substâncias lipofílicas são reabsorvidas passivamente e em grande quantidade do túbulo contorcido proximal. A reabsorção das substâncias ionizáveis, principalmente dos ácidos (e bases) orgânicos fracos, é fortemente influenciada pela acidez da urina. Se a urina estiver alcalina, os ácidos fracos ficarão altamente ionizados e, como consequência, não serão reabsorvidos de modo eficiente e serão excretados em grande quantidade na urina. Se a urina estiver ácida, os ácidos fracos (como os conjugados glicuronídeos) ficarão menos ionizados e sofrerão reabsorção e, como consequência, sua excreção renal será reduzida. A velocidade de excreção urinária dos eletrólitos fracos é variável e depende do pH da urina tubular. Os exemplos são o fenobarbital e a aspirina (drogas ácidas), que ficam ionizados na urina alcalina, e a anfetamina (uma droga básica), que fica ionizada na urina ácida. O tratamento do envenenamento por barbiturato e aspirina poderá incluir uma mudança no pH da urina para facilitar a excreção. O pH da urina pode ser modificado de vários modos. A acidose (diminuição do pH da urina e de outros líquidos corporais) pode resultar de condições que levam a uma redução da eliminação do dióxido de carbono na respiração, como uma lesão ou obstrução pulmonar, da depressão do sistema nervoso central (SNC) por drogas ou lesão, ou de condições que alteram o estado metabólico, como a diarreia e o diabetes ou dieta rica em proteínas. A alcalose (aumento do pH dos líquidos corporais) pode resultar do aumento da eliminação de dióxido de carbono na respiração, como ocorre, por exemplo, na estimulação do SNC ou em altitude elevada, ou de condições metabólicas alteradas induzidas por drogas alcalinas (p. ex., bicarbonato), vômitos excessivos e dietas ricas em sódio e pobres em potássio.

EFEITOS DA MATURAÇÃO SOBRE A EXCREÇÃO RENAL Os transportadores renais de cátions orgânicos (TCO) e de ânions orgânicos (TAO) protegem contra toxinas endógenas e exógenas secretando essas substâncias iônicas para a urina, conforme discutido previamente neste capítulo. No entanto, esses transportadores não estão totalmente desenvolvidos durante as várias semanas que sucedem o nascimento e podem ser responsáveis pela diferença de toxicidade de muitos xenobióticos observada entre adultos e bebês. Por exemplo, a nefrotoxicidade das cefalosporinas, que são ácidos orgânicos fracos, foi atribuída aos efeitos de TAOs imaturos. As cefalosporinas produzem necrose tubular proximal, ao que tudo indica pela indução do estresse oxidativo, apenas após o seu transporte para dentro das células do túbulo proximal. A diminuição relativa da nefrotoxicidade das cefalosporinas observada nos adolescentes tem sido atribuída a uma redução do transporte tubular. No entanto, essa deficiência de TAOs leva a uma manifestação distinta da toxicidade das cefalosporinas por causa da competição pelo transporte entre as cefalosporinas e alguns nutrientes essenciais, o que pode causar deficiência de carnitina. Esse desenvolvimento incompleto dos transportadores renais também resulta na excreção reduzida, em recém-nascidos, de substâncias como ácidos orgânicos endógenos, como o ácido benzoico, e de ácidos exógenos, como o ácido p-amino-hipúrico e a penicilina. Além de aumentar os efeitos benéficos ou adversos dessas substâncias, acredita-se que os níveis elevados de xenobióticos acelerem a maturação dos transportadores associados.

Efeitos da maturação sobre a excreção renal

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Excreção Fecal de Xenobióticos Embora a excreção renal seja a principal via de eliminação da maioria das substâncias tóxicas, a via fecal também é importante para muitas substâncias. A eliminação fecal dos xenobióticos absorvidos pode ocorrer por meio de dois processos: pela excreção na bile e pela excreção direta para o lúmen do trato gastrointestinal. A via biliar é um mecanismo especialmente importante de excreção fecal dos xenobióticos e seus metabólitos. Essa via geralmente envolve sistemas de transporte ativo diferentes do fígado para bases orgânicas, ácidos orgânicos, substâncias neutras e metais. A excreção de um metabólito para a urina ou para a bile depende, principalmente, do tamanho molecular da substância. A bile é a principal rota de excreção para os metabólitos com peso molecular maior que aproximadamente 350 Da. Metabólitos similares com peso molecular menor que aproximadamente 350 Da são excretados de preferência na urina. Os exemplos de xenobióticos excretados ativamente na bile incluem compostos metálicos, como o dimetilmercúrio, o chumbo e o arsênio, bem como metabólitos de toxinas ambientais como o TCDD e drogas como o carcinógeno estrogênico dietilestilbestrol (DES). O DES constitui um exemplo do papel importante da excreção biliar e da microflora intestinal na atividade de alguns xenobióticos. As pesquisas com animais de laboratório mostraram que o DES é excretado quase totalmente pela bile, e o bloqueio dessa via pela canulação do ducto biliar aumentou consideravelmente o tempo de permanência do DES no corpo dos roedores e a toxicidade do DES em 130 vezes! O DES também está envolvido no processo da circulação entero-hepática. Esse processo se inicia com o transporte pela veia porta do xenobiótico lipofílico absorvido até o fígado, onde ele sofre uma reação de conjugação que forma um metabólito hidrofílico na forma de conjugado glicuronídeo ou de sulfoconjugado (Figura 1.13). Se o conjugado for suficientemente grande, será secretado para a bile. Os compostos excretados na bile passam para os intestinos, onde podem sofrer desconjugação pelos microrganismos residentes. O metabólito desconjugado pode ser reabsorvido pelos enterócitos, entrar no sangue portal e voltar para o fígado. Os processos de conjugação, excreção biliar, desconjugação microbiana e absorção pelos enterócitos são repetidos, compreendendo assim o ciclo entero-hepático. A eficiência da excreção dos xenobióticos na bile e o efeito do ciclo entero-hepático podem ser influenciados por vários fatores. O fluxo da bile no interior do fígado geralmente está diminuído na presença de doença hepática, enquanto certas drogas, como

FIGURA 1.13 Esquema geral do ciclo entero-hepático.

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o fenobarbital, conseguem aumentar a velocidade do fluxo biliar. Constatou-se, por exemplo, que a administração de fenobarbital intensifica a excreção do metilmercúrio por esse mecanismo. A eficiência da circulação entero-hepática pode ser modificada por condições que reduzem a microflora intestinal, como os tratamentos com antibióticos, ou que diminuem a reabsorção do metabólito do xenobiótico, como a administração oral de agentes de ligação. A excreção intestinal direta é o segundo modo por meio do qual os xenobióticos podem ser eliminados pelas fezes. Embora essa não seja uma via de eliminação importante, grande número de substâncias pode ser excretado para o trato intestinal e eliminado pelas fezes. Algumas substâncias, sobretudo aquelas que ficam pouco ionizadas no plasma (como as bases fracas), podem ser eliminadas nas fezes ao se difundirem passivamente através da parede dos capilares e dos enterócitos para o lúmen intestinal. Outras substâncias, como colesterol, esteróis vegetais e outras substâncias lipofílicas, bem como certos metabólitos conjugados, são transportadas ativamente da porção apical do enterócito para o lúmen intestinal pela ação de transportadores para substâncias neutras e para ânions orgânicos. Além disso, o aumento do teor de lipídios do trato intestinal pode intensificar a excreção intestinal de algumas substâncias lipofílicas. De fato, acredita-se que a saída ativa para a luz do intestino delgado contribua para a disponibilidade oral reduzida de muitas drogas. A excreção intestinal é um processo relativamente lento e, por essa razão, é uma via de eliminação importante apenas para aqueles xenobióticos que têm velocidade de metabolismo lenta ou velocidade de excreção lenta por outros meios.

Leituras complementares Blaut, M., Clavel, T. (2007). Metabolic diversity of the intestinal microbiota: Implications for health and disease. J. Nutr . 137:751S-755S. Katsura, T., Inui, K. (2003). Intestinal absorption of drugs mediated by drug transporters: Mechanisms and regulation. Drug Metab. Pharmacokinet . 18:1-15. Klaasen, C.D. (2008). Casarett and Doull's Toxicology; The Basic Science of Poisons, 7 th ed. McGraw-Hill, New York. Moody, D.M. (2006). The blood-brain barrier and blood-cerebral spinal fluid barrier. Semin. Cardiothorac. Vasc. Anesth . 10:128-131. O’Driscoll, C.M. (2002). Lipid-based formulations for intestinal lymphatic delivery. Eur. J. Pharm. Sci. 15:405-415. Smart, R.C. Hodgson, E. (Eds.). (2008). Molecular and Biochemical Toxicology, 4 th ed. John D. Wiley and Sons.

CAPÍTULO

Determinação de Agentes Tóxicos Presentes nos Alimentos

2

SUMÁRIO DO CAPÍTULO Coleta de Amostras ..........................................................................................................32 Análises Qualitativa e Quantitativa dos Agentes Tóxicos Presentes nos Alimentos ...............34 Preparação de Amostras para a Análise de Agentes Tóxicos .................................. 34 Isolamento e Identificação por Cromatografia ...................................................... 38 Determinação Biológica dos Agentes Tóxicos ....................................................................39 Toxicidade Aguda ............................................................................................. 39 Toxicidade Genética.......................................................................................... 40 Bioensaio ........................................................................................................ 40 Metabolismo .................................................................................................... 44 Toxicidade Subcrônica ...................................................................................... 45 Teratogênese .................................................................................................... 45 Toxicidade Crônica ........................................................................................... 47

A análise de agentes tóxicos presentes nos alimentos é um pouco diferente das análises químicas tradicionais. No campo da toxicologia dos alimentos, as substâncias químicas de interesse são aquelas que produzem um efeito adverso em animais e em seres humanos. No caso do envenenamento por substâncias tóxicas em alimentos, é importante detectar a presença do agente tóxico. Por essa razão, dois processos importantes são fundamentais para a determinação desses compostos. Um deles consiste em detectar a presença do agente tóxico em determinado alimento e o outro consiste em qualificar e quantificar o agente tóxico. No primeiro caso, geralmente se realiza um bioensaio ou um teste com animais. Se o agente tóxico for conhecido, essa etapa poderá ser dispensada. Assim que a identidade do agente tóxico em teste tiver sido cuidadosamente determinada e os níveis de exposição tiverem sido estimados, as prioridades relativas aos testes biológicos serão estabelecidas. Os agentes tóxicos purificados e as misturas complexas com altas taxas de exposição geralmente têm a prioridade mais alta para testes adicionais. Estruturas químicas importantes também podem estar envolvidas na avaliação das prioridades. Também é provável que as substâncias quimicamente relacionadas a um agente tóxico conhecido recebam alta prioridade para testes subsequentes. 31

32

CAPÍTULO 2 Determinação de Agentes Tóxicos...

A avaliação da segurança dos alimentos depende da determinação dos agentes tóxicos presentes nos mesmos. Uma etapa importante da avaliação inicial da segurança consiste em estimar os níveis do agente tóxico aos quais a população está exposta. Um método para fazer essa estimativa se baseia em um levantamento do consumo alimentar pelo qual os consumidores são entrevistados individualmente, com o objetivo de se obterem informações sobre os tipos de alimentos que eles consomem. O outro método consiste na análise de produtos comprados em pontos de venda e varejo, preparados por métodos convencionais e, então, analisados em busca dos componentes em questão. O desaparecimento per capita de um componente específico dos alimentos é calculado, dividindo-se a produção doméstica anual mais as quantidades importadas pelo número de pessoas do país. É importante desenvolver métodos analíticos precisos para que os dados sejam interpretados de forma correta. No campo da toxicologia dos alimentos, as principais etapas da análise química envolvem a separação de um agente tóxico das outras substâncias químicas e, em seguida, a determinação da sua quantidade. Quase por definição, os agentes tóxicos estão presentes em níveis muito baixos nos alimentos, porque as substâncias com nível significativo de agentes tóxicos são rejeitadas como alimentos. Isso é ilustrado pelo fato de que a aversão a um alimento específico se desenvolve após esse alimento ter sido associado a um episódio de doença. Para fornecer um conjunto de testes de avaliação da toxicidade, o Scientific Committee of the Food Safety Council, dos Estados Unidos, propôs um esquema de levantamento de dados temporal, a chamada árvore decisória. Essa abordagem possibilita a realização de avaliações avançadíssimas da toxicidade e minimiza os custos, bem como o número de animais empregados. É provável que os detalhes do protocolo sofram algumas modificações; mesmo assim, o esquema global tem recebido forte respaldo da comunidade científica. A Figura 2.1 apresenta um resumo do método da árvore decisória proposto pelo Food Safety Council. A fase inicial desse protocolo corresponde à identificação da substância. No caso das substâncias puras, essa etapa é relativamente simples, visto que os procedimentos para a identificação química e os critérios relativos à pureza já estão bem estabelecidos. No entanto, a determinação da segurança das misturas complexas é mais complicada. Nesses casos, basicamente tenta-se estabelecer a composição da mistura e descobrir quais componentes dela são responsáveis pela sua atividade biológica. Em vez de informações detalhadas sobre a composição da mistura, é o processo por meio do qual ela é obtida que precisa ser descrito com o máximo de detalhes possível, de modo que o material-teste possa ser reproduzido em outros laboratórios.

COLETA DE AMOSTRAS Embora o encontro de um agente tóxico em um alimento seja importante, um dos objetivos do uso da análise química consiste em determinar a quantidade do agente tóxico e a probabilidade de superexposição. Para tal, as amostras utilizadas nas análises precisam ser coletadas de acordo com um protocolo. Em geral, são empregados métodos

Coleta de amostras

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FIGURA 2.1 Resumo da árvore decisória proposta pelo Food Safety Council, dos Estados Unidos. + representa risco socialmente inaceitável; não representa risco socialmente inaceitável; S, metabólitos conhecidos e seguros; U, metabólitos desconhecidos ou de segurança duvidosa; ?, a tomada de decisão exige mais evidências. −

estatísticos bem desenvolvidos focando o tipo de conclusão que se almeja alcançar. É de grande auxílio, por exemplo, coletar várias amostras em diferentes pontos da população para descobrir a variação. No entanto, essa variação não deve ser confundida com o erro que ocorre dentro do método analítico. Pode-se coletar amostras para rastrear a presença de certa classe de compostos, porém os tratamentos específicos aplicados às amostras e exigidos pelos diferentes compostos podem ser incompatíveis entre si e tornar impossível o “rastreamento total”. Em alguns casos, pode ser necessário tratar a amostra com uma base para evitar a degradação ácida, enquanto outras substâncias químicas podem requerer um tratamento ácido para evitar a degradação alcalina. Em outros casos, pode ser melhor utilizar um teste de rastreamento geral para detectar uma família de substâncias químicas e, a partir daí, realizar testes mais específicos para as substâncias químicas encontradas no rastreamento.

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ANÁLISES QUALITATIVA E QUANTITATIVA DOS AGENTES TÓXICOS PRESENTES NOS ALIMENTOS As análises qualitativa e quantitativa dos agentes tóxicos presentes nos alimentos constituem as principais tarefas da toxicologia de alimentos. Quando se detecta toxicidade nos alimentos, o primeiro trabalho do analista é identificar o material tóxico presente no alimento. A análise dos agentes tóxicos requer um ensaio para detectar o veneno e também um método para separá-lo do resto das substâncias químicas do alimento. Primeiramente, o alimento é separado em seus componentes, e cada componente é testado quanto à toxicidade. Posteriormente, a fração ativa é separada e testada, e esse processo continua até que o agente tóxico puro possa ser totalmente isolado. A essa altura, pode-se identificar a estrutura do composto por meio de análise química. Os métodos de separação são apresentados a seguir em ordem de importância aproximadamente decrescente:

1. 2. 3. 4. 5.

Cromatografia a gás (CG) Cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC) Cromatografia em coluna (CC) e cromatografia em camada delgada (TLC) Destilação Extração

O método para elucidar a estrutura das substâncias químicas desconhecidas melhorou substancialmente desde o surgimento de instrumentos analíticos, como a espectroscopia de luz ultravioleta (EUV), a espectroscopia de luz infravermelha (EI), a ressonância magnética nuclear (RMN) e a espectroscopia de massas (EM). Recentemente, a espectroscopia de massas foi conectada à cromatografia a gás e à HPLC, e tornou-se um método poderoso para isolar e identificar os agentes tóxicos presentes nos alimentos. Em particular, a invenção da EM/HPLC com spray de elétrons estimulou consideravelmente o uso da HPLC. Por isso, atualmente, a CG e a HPLC são métodos de separação da mesma importância. Assim que uma substância tóxica é identificada, realiza-se a análise quantitativa por meio de análise química elaborada especificamente para aquela substância química. Para possibilitar a obtenção de resultados com força legal dos níveis dos agentes tóxicos nos alimentos, o governo dos Estados Unidos monitora uma série de métodos aprovados que têm determinado conjunto de critérios de qualidade. Por exemplo, a menos que as circunstâncias justifiquem, a recuperação obtida pelo método em questão precisa ser de pelo menos 80%. Além disso, é necessário utilizar certos processos físicos na preparação das amostras para os testes.

Preparação de Amostras para a Análise de Agentes Tóxicos Destilação A destilação é o método mais utilizado no processo de preparação das amostras para análise. Trata-se de um método de separação de substâncias químicas que tem como base as diferenças de volatilidade das substâncias presentes em uma mistura líquida fervente. De modo geral, existem vários métodos de destilação padronizados:

1. Destilação simples: todos os vapores quentes produzidos são imediatamente canalizados até um condensador, que esfria e condensa esses vapores. Geralmente,

Análises qualitativa e quantitativa dos agentes tóxicos...

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essa técnica é utilizada apenas para separar líquidos cujos pontos de ebulição diferem bastante entre si ou para separar líquidos de sólidos não voláteis ou óleos. Normalmente, o solvente orgânico volátil usado na extração é removido com o emprego da destilação simples. 2. Destilação fracionada: é a separação dos componentes, ou frações, de uma mistura. Faz-se a separação dos compostos químicos pelos seus pontos de ebulição aquecendo-os até uma temperatura na qual várias frações da mistura evaporam. Em geral, os componentes fervem a temperaturas que diferem de menos de 25°C uma da outra sob a pressão de uma atmosfera. Esse método é utilizado para separar bem os componentes por meio de ciclos repetidos de vaporização-condensação no interior de uma coluna de fracionamento. Por isso, muitas colunas de fracionamento foram desenvolvidas com o objetivo de elevar a eficiência da separação. Para elevar a eficiência, a superfície da coluna que fica em contato com o vapor deve ser ampliada para aumentar os ciclos de vaporização-condensação. Em cada ciclo de condensação-vaporização, os vapores são enriquecidos com certo componente. Quando a área de superfície é ampliada, mais ciclos ocorrem, melhorando assim a separação. 3. Destilação por arraste de vapor: o princípio por trás desse método está no fato de que, quando dois corpos imiscíveis são misturados, um deles pode reduzir o ponto de ebulição do outro. Uma mistura composta de dois líquidos praticamente imiscíveis é aquecida e, ao mesmo tempo, agitada para expor as superfícies de ambos os líquidos à fase de vapor. Cada constituinte exerce de modo independente sua própria pressão de vapor como uma função da temperatura, como se o outro constituinte não estivesse presente. Consequentemente, a pressão de vapor de todo o sistema aumenta. A fervura começa quando a soma das pressões parciais dos dois líquidos imiscíveis ultrapassa a pressão atmosférica. Assim, muitos compostos orgânicos solúveis em água podem ser purificados em uma temperatura bem abaixo do ponto no qual a decomposição ocorre. Por exemplo, o ponto de ebulição do bromobenzeno é 150°C e o ponto de ebulição da água é 100°C, mas uma mistura dos dois ferve a 95°C. Assim, o bromobenzeno pode ser facilmente destilado em uma temperatura 100°C abaixo de seu ponto de ebulição normal. 4. Destilação a vácuo: para ferver alguns compostos que têm ponto de ebulição elevado, muitas vezes é melhor reduzir a pressão na qual tais compostos são fervidos do que aumentar a temperatura. Essa técnica é muito útil nos casos de compostos que fervem em temperatura acima da temperatura de decomposição à pressão atmosférica. Ela também é útil nos casos de compostos que mudam sua estrutura quando são aquecidos ou que reagem facilmente com outros compostos em temperaturas mais altas. Extração Assim que uma amostra representativa de tamanho adequado é escolhida, passa-se para a etapa seguinte da análise que, geralmente, consiste em separar o analito da matriz. Como ocorre com a destilação, a extração pode estar envolvida em muitos processos analíticos. Em particular, as amostras para a cromatografia a gás precisam estar na forma de solvente orgânico. A capacidade de uma técnica analítica específica de detectar determinado analito depende da porcentagem da substância química recuperada pelo método e da sensibilidade

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do detector no final do processo. Como todas as partes da amostra do alimento precisam ser expostas de modo igual à extração, muitas vezes é necessário misturar ou picar a amostra para que ela fique homogênea. Então, o alimento pode ser dissolvido, e as fibras e o material insolúvel de maior granulometria, filtrados. Substâncias químicas orgânicas têm grau variado de solubilidade em água, variando desde os ácidos orgânicos, como o vinagre, que são polares aos óleos orgânicos que apresentam-se apolares, e flutuando em uma camada separada na superfície da água. Por essa razão, é extremamente importante conhecer a solubilidade em água das substâncias químicas de interesse. A Tabela 2.1 mostra os agentes tóxicos solúveis e insolúveis em água discutidos neste livro. Quando uma fase orgânica apolar é misturada a uma fase aquosa, as duas separam-se em camadas distintas. Há tantos solventes orgânicos apolares que a expressão “fase orgânica” é utilizada como equivalente de apolar ou de “camada oleosa”. As moléculas que podem ser insolúveis em água e, portanto, que se dissolvem na fase orgânica, assim como aquelas que podem ser levemente solúveis em água, mas que têm afinidade maior pela fase orgânica, migrarão para a camada orgânica. Essa etapa poderá produzir separação considerável da matriz se um analito apolar for extraído de uma matriz polar, como uma fruta, ou, no caso oposto, se um material apolar, como o tecido gorduroso, for removido de um analito polar. Existem diversos tipos de fases orgânicas, assim como de interações com solventes orgânicos, como a acetona, que passam entre as fases e afetam a solubilidade relativa da molécula de interesse em cada fase. Por essa razão, a escolha do solvente é um fator crucial no processo de extração. Os fatores importantes para a escolha do solvente são apresentados a seguir: • • •

Boa solubilidade para as substâncias químicas em teste Alta pureza (sem contaminação adicional) Baixo ponto de ebulição (fácil de remover)

Tabela 2.1

Solubilidade em Água de Agentes Tóxicos Comuns

Agentes Tóxicos Solúveis em Água

Agentes Tóxicos Insolúveis em Água

Glicosinolatos Glicosídeos cianogênicos Cianeto de sódio Cicasina Nitrosaminas Ciclamato de sódio Sacarina sódica ODPA (Dianidrido 4,4 oxidiftálico anidrido) Saponina Gossipol Metais ionizados

Ácidos biliares Vitamina A Tetrodotoxina Saxitoxina Estrógenos Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos Dioxinas MAM (metil azóico metanol gluxósid o) Pirolisatos de aminoácidos Bifenila policlorada Aflatoxinas

Análises qualitativa e quantitativa dos agentes tóxicos...

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Tabela 2.2

Natureza Física e Toxicidade dos Solventes Normalmente Usados para Aumentar a Polaridade Solvente

Solubilidade em Água (%)

Hexano

Insolúvel

69

Heptano

Insolúvel

98,4

Ciclo-hexano

Insolúvel

80,7

PE (°C)

Tetracloreto de carbono 0,0005

76,8

Dissulfeto de carbono Benzeno Diclorometano Éter dietílico Éter isopropílico

0,005 0,075 2,00 6,50 0,20

46,3 79,6 40,5 34,5 68,5

Acetato de etila Piridina

10,0 Solúvel

77,0 115,5

Isopropanol Acetona Tetraidrofurano

Solúvel Solúvel Solúvel

80,4 56,5 66,0

n-Propanol Etanol Metanol

Solúvel Solúvel Solúvel

97,5 78,5 64,7

Acetonitrila

Solúvel

81,6

• •

Toxicidade Concentração letal no ar para camundongos: 40.000 ppm Concentração letal no ar para camundongos: 14.000 ppm Concentração letal no ar para camundongos: 20.000 ppm Concentração letal no ar para camundongos: 10.000 ppm DL50 em coelhos: 300 mg/kg (oral) DL50 em ratos: 5,7 g/kg (oral) DL50 em ratos: 1,6 g/kg (oral) DL50 em ratos: 1,2 g/kg (oral) Concentração letal no ar para camundongos: 16.000 ppm DL50 em ratos: 5,6 g/kg (oral) Concentração letal no ar para camundongos: 4.000 ppm DL50 em ratos: 5,8 g/kg (oral) DL50 em coelhos: 5,3 g/kg (oral) Irritante para pele, olhos, membranas mucosas DL50 em ratos: 1,87 g/kg (oral) DL50 em ratos: 13,7 g/kg (oral) DL50 em ratos: 6,2 13 g/kg (oral) DL50 em ratos: 3,8 g/kg (oral) ∼

Baixo custo (geralmente é necessária grande quantidade de solvente) Baixa toxicidade

A Tabela 2.2 mostra os solventes utilizados com mais frequência na análise de alimentos. Se o analito tiver um grupo ácido ou básico que pode adquirir carga em dado pH e permanecer neutro em outro, será a molécula neutra e, portanto, o pH no qual ela se encontra, que facilitará o movimento da maioria das substâncias químicas para a fase orgânica. A adição de sal também pode aumentar a polaridade da fase aquosa e conduzir solventes, como a acetona, e as substâncias químicas associadas a eles para a água da fase aquosa. Essas diferenças podem permitir um ajuste fino dos métodos de extração, de modo que as moléculas que são menos polares que o analito possam ser removidas em uma etapa. O analito poderá então ser extraído alterando-se as condições para conduzi-lo para a fase orgânica.

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Cleanup (Limpeza) por Meio da Extração em Fase Sólida (SPE) Depois da extração, qualquer separação adicional do analito de uma matriz realizada antes da colocação da amostra no dispositivo analítico final é denominada cleanup (limpeza). O termo provém da necessidade de minimizar a quantidade de substâncias químicas estranhas introduzidas nos dispositivos analíticos sensíveis, a fim de manter o sistema de injeção e as colunas limpas pelo maior tempo possível. O cleanup também é a etapa preparatória de um método analítico. A separação preparatória tem a função de produzir uma amostra química para uso posterior, ao passo que a separação analítica é concebida para quantificar o analito-alvo. A maior parte dos métodos de cleanup consiste em separações cromatográficas otimizadas para a recuperação total do analito com pouca decomposição das substâncias químicas da mistura.

Recentemente, a extração em fase sólida (SPE, solid phase extraction) — um processo de separação utilizado para extrair compostos (analito) de uma mistura — tornou-se uma técnica de importância crescente para a preparação das amostras. A SPE é utilizada para concentrar e purificar as amostras que serão analisadas. Pode ser utilizada para isolar analitos de interesse de ampla variedade de matrizes, como as amostras de alimentos. A capacidade de separação da SPE está baseada na teoria da cromatografia. A SPE é constituída de uma fase móvel (o solvente de eluição) e de uma fase estacionária (os materiais acondicionados em um cartucho) através das quais a amostra é passada. As impurezas da amostra são lavadas enquanto o analito de interesse é retido na fase estacionária ou vice-versa. Em seguida, os analitos que permaneceram retidos na fase estacionária podem ser eluídos do cartucho de extração em fase sólida com o solvente apropriado. Existem, no mercado, cartuchos de SPE com fases estacionárias distintas, as quais separam analitos por meio de mecanismos químicos diferentes. A maioria das fases estacionárias tem como base um material ligado à sílica que é derivatizado com um grupo funcional específico. Alguns desses grupos funcionais incluem cadeias de carbono de comprimento variável (para a fase reversa da SPE), amônio quaternário ou amina (para a troca de ânions) e ácido sulfônico ou carboxila (para a troca de cátions).

Isolamento e Identificação por Cromatografia A cromatografia é um método elegante de separação química que, utilizando apenas alguns princípios simples, fornece aos químicos ferramentas para separar e purificar praticamente todas as substâncias químicas. Por causa de sua simplicidade, eficiência e ampla gama de aplicações, a cromatografia tem tido grande impacto sobre a toxicologia química. Desde a invenção da cromatografia a gás/espectrometria de massas, em 1952, identificou-se um número extraordinário de substâncias químicas desconhecidas, entre elas agentes tóxicos. No entanto, por causa da natureza da cromatografia a gás, as substâncias químicas identificadas limitavam-se apenas àquelas com pontos de ebulição relativamente baixos (inferiores a 500°C). Recentemente, o desenvolvimento da cromatografia líquida/ espectrometria de massas permitiu a identificação das substâncias químicas com pontos de ebulição relativamente altos, como as proteínas e os carboidratos. Esse princípio de separação da cromatografia se baseia em uma fase móvel e uma fase estacionária. A fase móvel contém uma mistura de substâncias químicas, e o analito-alvo

Determinação biológica dos agentes tóxicos

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FIGURA 2.2 Resumo sistemático da cromatografia.

é uma delas. Quando a fase móvel passa através da fase estacionária, as substâncias químicas tendem a se mover mais lentamente que a fase móvel por causa de sua afinidade pela fase estacionária. As diferentes afinidades pela fase estacionária fazem com que as substâncias tenham velocidades diferentes que as separam na fase móvel. A grande diversidade e o poder do método resultam dos numerosos tipos de fases móveis, que incluem as propriedades dos solventes, as fases móveis gasosas e a temperatura do gás; e da grande variedade de fases estacionárias, como a sílica, o papel e o gel, bem como de fases estacionárias apolares, semelhantes a óleos. A Figura 2.2 mostra um resumo sistemático da cromatografia.

DETERMINAÇÃO BIOLÓGICA DOS AGENTES TÓXICOS Toxicidade Aguda O ensaio para detectar uma substância tóxica geralmente consiste na observação do efeito tóxico em si. Como o uso de seres humanos raramente é desejável, é preciso selecionar “modelos animais”, geralmente ratos ou camundongos, para utilizar no processo de identificação. O primeiro teste de toxicidade geralmente é um teste de toxicidade aguda que utiliza animais de laboratório e, normalmente, uma única dose. Faz-se o registro do efeito tóxico que ocorre dentro de 24 horas da exposição. O principal objetivo do teste de toxicidade aguda é determinar o nível da substância que induz mortalidade nos animais de laboratório. Esse nível determina a dose letal mediana (DL50). As informações obtidas nesses testes de toxicidade aguda geralmente formam a base para o estabelecimento da dose e da rota de exposição que serão utilizadas nos testes de toxicidade prolongada subsequentes. Exceto em casos raros, se for constatado que a toxicidade aguda da substância é muito alta para uso em alimentos, serão feitos testes para avaliar a toxicidade genética, o metabolismo e a farmacocinética dessa substância.

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Toxicidade Genética O objetivo principal do teste que avalia a toxicidade genética é determinar a tendência da substância de induzir mutações no organismo-teste. Uma mutação é uma alteração herdável na informação genética de uma célula. Aproximadamente 10% de todas as doenças humanas podem ter um componente genético e, consequentemente, resultar de mutação de uma forma ou outra. Já se sabe, por exemplo, que a síndrome de Down, a síndrome de Klinefelter, a anemia falciforme e a fibrose cística têm origem em alterações genéticas específicas. Acredita-se que a maioria, se não todos os cânceres, tem origem em uma ou mais mutações. Com exceção dos hormônios, a maior parte das substâncias, aproximadamente 85% a 90%, é carcinogênica nos animais, e um ou outro ensaio demonstrou que elas são mutagênicas. Embora mais informações sejam necessárias antes de se estabelecer a correlação inversa, quando testes adequados fornecem provas de que determinada substância é mutagênica, surge uma suspeita considerável de que ela seja também carcinogênica. O método da árvore decisória propõe uma bateria de testes genéticos no início do esquema de testes. Foi sugerido que há um grau elevado de correlação entre mutagenicidade e carcinogenicidade. Por essa razão, o uso de uma substância em alimentos pode ser proibido por causa de sua probabilidade carcinogênica com base apenas nos resultados de testes mutagênicos. Se a substância não apresentar probabilidade carcinogênica elevada com base em testes de mutagenicidade, ela deverá passar por testes adicionais, inclusive por testes de carcinogenicidade a longo prazo. Apesar de os detalhes do conjunto de testes de mutagenicidade serem objeto de uma controvérsia contínua, o esboço geral parece estar razoavelmente bem estabelecido. Os ensaios para os quais parece haver respaldo geral incluem as análises das mutações pontuais (alterações localizadas do DNA) em microrganismos e em células de mamíferos, a investigação de alterações cromossômicas (recombinação do material genético) em células cultivadas de mamíferos e em animais, e a investigação da transformação celular (tumores produzidos por implantação de células em animais) utilizando células cultivadas de seres humanos ou de outros mamíferos.

Bioensaio Bioensaio é a forma abreviada normalmente utilizada para se referir a um ensaio

biológico. Os bioensaios normalmente são realizados para medir os efeitos de uma substância sobre organismos vivos, que incluem microrganismos e animais de laboratório. Em geral, o bioensaio é um método simples e prático para detectar agentes tóxicos, mas ele pode não ser útil na análise quantitativa de níveis baixos de substâncias quando comparado a métodos instrumentais avançados. O bioensaio tem sido utilizado para vários propósitos que incluem a medida da atividade farmacológica de substâncias novas ou quimicamente indefinidas, a investigação da função de um mediador endógeno, a determinação dos efeitos colaterais, inclusive do grau de toxicidade de uma droga, a avaliação da quantidade de poluentes que é liberada por determinada fonte, como as águas residuais ou o escoamento urbano, e a avaliação da mutagenicidade de substâncias químicas encontradas particularmente em alimentos.


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Ensaio de Mutação Reversa em Bactérias Entre os muitos bioensaios realizados em várias áreas, o ensaio de mutação reversa em bactérias é o método utilizado com mais frequência e mais amplamente no campo da toxicologia dos alimentos. O objetivo desse ensaio é avaliar a genotoxicidade de uma substância química ao medir sua capacidade de induzir mutações reversas em loci selecionados de várias cepas bacterianas. Esse ensaio, normalmente denominado ensaio (teste) de Ames, foi desenvolvido pelo Dr. Bruce Ames (professor da Universidade da Califórnia, Berkeley) no início da década de 1970. Ele é sensível a ampla gama de subs -

tâncias químicas mutagênicas. O ensaio de Ames mede o dano genético ao nível de uma única base do DNA pelo uso de cepas bacterianas testadoras, como as cepas de Salmonella typhimurium. Essas cepas têm uma única mutação que “desliga” a biossíntese da histidina na Salmonella. Por causa dessa mutação original, essas bactérias necessitam de histidina exógena para sobreviver, e morrerão se forem cultivadas sem esse nutriente essencial (auxotrofia). A chave para o ensaio é que essas bactérias podem sofrer uma mutação reversa que “religa” o gene essencial, permitindo à célula crescer na ausência de histidina. Cada cepa de bactérias foi criada com um tipo específico de mutação — mutação pela substituição de um par de bases ou pelo deslocamento do quadro de leitura. Visto que uma mutação reversa, compensadora, geralmente precisa ocorrer por meio do mesmo mecanismo mutagênico, os dados toxicológicos mecanísticos obtidos dos resultados do ensaio de Ames com base no padrão da cepa revertida também estão disponíveis. As bactérias utilizadas para detectar histidina sofrerão várias divisões celulares, mas interromperão seu crescimento assim que a histidina acabar, deixando um “tapete de fundo” característico cuja densidade diminuirá com o aumento da toxicidade. Depois de 48 horas, somente aquelas células que tiverem sofrido uma mutação reversa ou que “tiverem religado” o gene essencial sobreviverão produzindo colônias mutantes. O resultado do ensaio é fornecido em revertentes por placa. A Figura 2.3 mostra colônias com cepa TA 100 (mutante para pares de bases).

FIGURA 2.3 Teste de Ames. Colônias da cepa TA 100 (mutante para pares de bases) cresceram na placa de ágar.

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FIGURA 2.4 Estrutura da AF-2.

Depois do surgimento do ensaio de Ames, muitos aditivos alimentares foram submetidos a testes de mutagenicidade com a utilização desse método. Ao mesmo tempo, descobriu-se que a maioria dos carcinógenos apresenta reação positiva quando submetida ao ensaio de Ames. A Figura 2.4 mostra as mudanças cronológicas na sobreposição de carcinógenos e mutagênicos conhecidos analisados pelo ensaio de Ames. Como mostra a figura, esse ensaio é um método simples e prático para rastrear compostos carcinógenos. Por exemplo, nitrofuranos foram utilizados amplamente como conservante seguro para produtos alimentícios, em particular para pastas de peixes como a Kamaboko, na década de 1960. No entanto, quando submetidos ao ensaio de Ames, nitrofuranos como a 2-(2-furil)-3-(5-nitro-2-furil)acrilamida (AF-2) — Figura 2.4 — exibiram atividade mutagênica. Como consequência, um estudo de longa duração que envolveu animais comprovou que a AF-2 era um carcinógeno e, por essa razão, o uso de nitrofuranos em produtos alimentícios foi proibido em 1976. Na década de 1970, acreditava-se que o ensaio de Ames de curta duração fosse

suficiente para detectar carcinógenos desconhecidos. No entanto, descobriu-se que um agente mutagênico nem sempre é carcinógeno. Por essa razão, os métodos convencionais, juntamente com testes de longa duração realizados com animais de laboratório, continuam a ser a melhor forma de se avaliar a carcinogenicidade das substâncias químicas. Entretanto, com a descoberta de numerosos agentes mutagênicos, como mostrado na Figura 2.5, os bioensaios de curta duração ainda são um método prático para rastrear possíveis carcinógenos. Ensaio Mediado pelo Hospedeiro Outro teste que utiliza organismos microbianos para determinar o potencial mutagênico de uma substância é conhecido como ensaio mediado pelo hospedeiro. Nesse teste, uma bactéria é injetada na cavidade peritoneal de um mamífero, geralmente um rato, e em seguida o animal é tratado com a substância-teste. A substância-teste e seus metabólitos entram na circulação do animal, inclusive na cavidade abdominal. Depois de um período apropriado, o organismo-teste é removido da cavidade peritoneal e examinado em busca de mutações induzidas. Teste do Letal Dominante Um terceiro ensaio de mutagenicidade, conhecido como teste do letal dominante, avalia a presença de alterações genéticas em mamíferos. Nesse teste, indivíduos machos são tratados com a substância-teste e cruzados com fêmeas não tratadas. Uma mutação dominante letal surgirá no espermatozoide e poderá matar o zigoto em qualquer fase de seu


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FIGURA 2.5 Mudanças cronológicas na sobreposição de carcinógenos e mutágenos conhecidos avaliados pelo ensaio de Ames.

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desenvolvimento. As fêmeas são sacrificadas e dissecadas perto do final da gestação, e o número de fetos mortos e várias outras anormalidades no sistema reprodutor são observados. Ensaios para detectar mutações pontuais também foram desenvolvidos utilizando-se linhagens de células de mamíferos. Uma linhagem celular muito empregada é a célula do ovário de hamster chinês, que é utilizada como marcador genético por ser resistente a várias substâncias químicas, como a 8-azaguanina. Ao contrário do teste que utiliza bactérias do gênero Salmonella, as linhagens de células do ovário de hamster chinês detectam principalmente mutações diretas ( forward mutations). No entanto, um problema frequentemente encontrado nesses ensaios é a variabilidade da capacidade metabólica da linhagem celular. Assim, em alguns casos, homogeneizados de tecidos, como aqueles utilizados no ensaio de Ames ou células-teste, são incorporados ao ensaio mediado pelo hospedeiro, como normalmente se faz com células bacterianas. Mutações do tipo mais geral (aquelas que não são mutações pontuais) podem ser determinadas avaliando-se as aberrações induzidas em cromátides e cromossomos. Alterações estruturais em cromossomos podem ser causadas por rupturas na unidade cromossômica. Se as duas extremidades provenientes da ruptura permanecerem separadas, o material cromossômico será perdido, resultando em rupturas visíveis no cromossomo. Ensaio de Transformação Celular O ensaio de transformação celular, no qual células de mamíferos são utilizadas, é uma parte importante de qualquer conjunto de testes que avaliam a toxicidade genética de curta duração. Muitas linhagens celulares têm sido desenvolvidas para a avaliação da transformação maligna que ocorre após a exposição a uma substância-teste. Uma linhagem celular utilizada com frequência consiste em fibroblastos de embriões de ratos, hamsters e camundongos. Depois de um período de crescimento normal, as células são suspensas em um tampão apropriado, tratadas com uma substância-teste e porções de células são submetidas a testes para a determinação das taxas de sobrevida. O material restante é semeado em placas com um meio apropriado, e as células transformadas são observadas no estágio de colônia. A malignidade das células pode ser confirmada pela produção de tumores após o transplante de células transformadas para um hospedeiro apropriado.

Se os exames de toxicologia genética levarem à descoberta de mutagênese, com a implicação de possível carcinogenicidade, deverá ser realizada uma avaliação de riscos. Se vários ensaios correlacionados com a carcinogênese humana mostrarem que a substância é mutagênica, e se o uso pretendido da substância resultar em exposições humanas consideravelmente altas, então, sem a realização de testes adicionais, o uso da substância poderá ser proibido. Se for determinado que a substância tem baixo risco mutagênico porque, por exemplo, mostrou-se mutagênica em vários ensaios, mas apenas em doses muito elevadas, ou sua atividade mutagênica é observada em apenas um dos ensaios, testes adicionais deverão ser realizados.

Metabolismo Em geral, depois dos testes que avaliam a mutagenicidade, realizam-se testes metabólicos. O objetivo dessa fase de testes é obter conhecimento geral e quantitativo sobre os processos característicos de absorção, biotransformação, depósito (armazenamento) e eliminação que ocorrem após a ingestão de uma única dose ou de doses repetidas de


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uma substância. Se os efeitos biológicos dos metabólitos forem conhecidos, a decisão de aceitar ou rejeitar a substância poderá ser feita com base nessa informação. Por exemplo, se todos os metabólitos puderem ser computados e se todos eles forem sabidamente substâncias inócuas, a substância-teste será considerada segura. No entanto, se determinados metabólitos forem tóxicos ou se a maior parte da substância-mãe estiver retida em certos tecidos, testes adicionais poderão ser indicados. Evidências adicionais do perigo potencial de uma substância também poderão provir do conhecimento de que, se a substância tiver toxicidade considerável no metabolismo de uma espécie-teste, ela poderá ter um efeito similar no metabolismo humano. Dessa forma, o conhecimento do metabolismo e da farmacocinética de uma substância é essencial para estabelecer a importância dos resultados dos testes com animais para prever os possíveis riscos em seres humanos.

Toxicidade Subcrônica Com base nos resultados dessas investigações iniciais, os testes para avaliar a toxicidade subcrônica poderão ser planejados. O objetivo desses testes é determinar os possíveis efeitos cumulativos sobre os tecidos ou sobre os sistemas metabólicos. Em geral, os testes de toxicidade subcrônica têm duração de vários meses e podem estender-se até o período de um ano. Os testes de toxicidade subcrônica convencionais concebidos para avaliar a segurança dos componentes alimentares geralmente limitam-se à exposição alimentar de duas espécies de animais de laboratório, uma das quais é um roedor, durante 90 dias. Esses testes incluem a inspeção diária da aparência física e do comportamento do animal-teste, além de registros semanais do peso corporal, do consumo de alimentos e das características dos excrementos, exames hematológicos e oculares periódicos, e exames bioquímicos do sangue e da urina. Sob certas circunstâncias, são realizados exames de função hepática, renal e gastrointestinal, juntamente com a determinação da pressão arterial e da temperatura corporal. Todos os animais são necropsiados no final do experimento, quando é feito um exame em busca de alterações patológicas macroscópicas, que incluem alterações no peso dos principais órgãos e glândulas.

Teratogênese Os testes que avaliam a teratogenicidade constituem parte importante da avaliação da toxicidade subcrônica. A teratogênese pode ser definida como o surgimento de anormalidades desenvolvimentais em qualquer momento entre a formação do zigoto e a maturação pós-natal. Sabe-se muito pouco sobre os mecanismos da teratogênese, visto que ela pode ser causada por radiação, substâncias químicas, mudanças alimentares, infecção, temperaturas extremas ou traumatismo físico. Além disso, não conseguimos predizer se uma substância específica será teratogênica com base nas estruturas químicas. Como o nosso conhecimento sobre os mecanismos da teratogênese é relativamente rudimentar, os ensaios para avaliar a teratogenicidade baseiam-se principalmente em testes de longa duração com animais. A administração de substâncias a embriões de aves tem sido utilizada com algum sucesso. No entanto, como os embriões de aves se desenvolvem sem intercâmbio metabólico com o meio externo — ao contrário do que ocorre com os embriões de mamíferos, que realizam trocas com o meio externo através da placenta —, há uma preferência pelos testes com mamíferos.

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FIGURA 2.6 Grau de sensibilidade dos fetos humanos a defeitos anatômicos em épocas diferentes da gestação.

A fase do desenvolvimento embrionário mais suscetível a influências adversas é a organogênese. Como ilustrado na Figura 2.6, o feto humano é mais suscetível a defeitos anatômicos por volta do 30° dia de gestação. Em outras palavras, é muito provável que a exposição a uma influência teratogênica ao redor desse período produza defeitos anatômicos no feto em desenvolvimento. Um dos principais problemas dos testes que avaliam a teratogênese é que os organismos podem ser suscetíveis à teratogênese apenas em alguns dias durante o crescimento do feto. Se as substâncias-teste não forem administradas precisamente nessa época, o efeito teratogênico não será detectado. A exposição a um teratógeno antes da organogênese poderá ser inócua ou levar à morte do feto, e nenhuma resposta teratogênica será vista. A exposição a um teratógeno após o período da organogênese poderá causar problemas funcionais que poderão ser de difícil observação e não ser detectados como efeitos teratogênicos. Os fatores que determinam a dose eficaz da substância para a qual o feto é exposto são (1) a eficiência dos processos homeostáticos maternos e (2) a velocidade da passagem de um teratógeno através da placenta. Os processos homeostáticos maternos dependem de vários fatores, entre eles a eficiência do metabolismo hepático e a possível excreção da substância para dentro da bile, o possível metabolismo e a excreção urinária pelos rins, o armazenamento em tecidos e a ligação a proteínas. Esses processos trabalham juntos no sistema materno para reduzir a concentração total da substância à qual o feto em desenvolvimento é exposto. A placenta também pode atuar como uma barreira eficaz contra a passagem para o sistema circulatório fetal de certas substâncias hidrossolúveis de peso molecular grande. Entretanto, no caso de certos compostos mais lipossolúveis (p. ex., metil mercúrio) a placenta contribui pouco para retardar a passagem para o sistema fetal. Os protocolos dos testes de teratogenicidade devem incluir tratamentos de curta duração (1-2 dias) de fêmeas grávidas durante a organogênese e tratamentos contínuos durante a gestação. Os testes de teratogenicidade que incluem a administração da substância-teste por


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um curto período evitam os efeitos dos sistemas adaptativos maternos, como a indução de vias metabólicas do fígado. Esse protocolo de testes também evita o dano pré-implantação, aumenta a probabilidade de que os embriões sobrevivam ao período de organogênese e garante que os períodos críticos de desenvolvimento dos órgãos sejam cobertos. Além disso, esse protocolo de administração contínua da substância-teste monitora os efeitos cumulativos sobre os sistemas materno e fetal. Por exemplo, as alterações nas concentrações e na composição dos metabólitos aos quais o feto é exposto durante a gestação em relação à atividade metabólica diminuída do fígado materno são monitoradas de perto, e o nível de saturação dos sítios de armazenamento materno em relação a uma elevação da concentração da substância-teste no sistema fetal pode ser acompanhado. Visto que os efeitos adversos sobre o sistema reprodutor podem ter origem em muitas causas, os testes de toxicidade para o sistema reprodutor podem incluir o tratamento dos machos antes do acasalamento, o tratamento por um período curto que se inicia antes de as fêmeas acasalarem até a lactação, o tratamento de fêmeas por períodos curtos e longos durante o período da organogênese e em outros períodos, e a avaliação pré-natal e pós-natal da prole. Esses testes podem envolver um grande número de animais e períodos de tempo comparáveis ao que seria necessário para testes que avaliam a carcinogenicidade. Como consequência, a dimensão da toxicidade de uma substância para o sistema reprodutor pode ser um procedimento demorado e dispendioso. A compreensão dos mecanismos e a eficiência dos testes são extremamente importantes nessa área da toxicologia. Os efeitos tóxicos observados nessa bateria de testes de toxicidade aguda e subcrônica são analisados para determinar se os testes são relevantes para as atuais condições da exposição. A essa altura dos testes, muitas substâncias podem ter o uso rejeitado se sua toxicidade for suficientemente alta. Por outro lado, a decisão final de aceitar uma substância relativamente não tóxica não pode ser tomada se a substância não satisfizer várias exigências adicionais, que incluem não ser consumida em nível substancial, não ter estrutura química que levante suspeita de carcinogenicidade, não ter efeitos sobre os testes de toxicidade subcrônica, caso contrário haveria a possibilidade de a exposição prolongada levar ao aumento da toxicidade, ou nenhum resultado positivo nos testes de toxicidade genética.

Toxicidade Crônica O objetivo dos testes de toxicidade crônica é avaliar a toxicidade que resulta da exposição por tempo prolongado a um nível relativamente baixo de uma substância e que não seria evidente nos testes de toxicidade subcrônica. Os protocolos dos testes requerem a administração da substância-teste por uma via apropriada e em doses adequadas durante a maior parte da vida do animal-teste. Os testes de toxicidade crônica são concebidos de modo que o grupo tratado e o grupo de controle incluam um número suficiente de animais de ambos os sexos da espécie escolhida e que, no final do estudo, haja um número adequado de sobreviventes para o exame histopatológico dos tecidos e para o tratamento estatístico dos dados. A seleção do tamanho apropriado do grupo-teste é um problema importante dos testes de toxicidade crônica. A Tabela 2.3 indica o tamanho necessário dos grupos, conforme determinado pela teoria

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Tabela 2.3

Tamanho Teórico dos Grupos-Teste Necessários para Determinar a Toxicidade nas Frequências e Nível de Significância Indicados Frequência Real do Efeito Tóxico Nível de significância Menor número de animais para cada dose

1 em 20 0,05 58

0,001 134

1 em 100 0,05 295

0,001 670

estatística. É preciso utilizar um número grande de animais quando se pretende detectar efeitos com baixas porcentagens. Para reduzir o número de animais necessários, em teoria, para detectar efeitos com porcentagens pequenas, utilizam-se geralmente protocolos que envolvem grandes doses. No entanto, essa prática se encontra sob análise minuciosa porque é provável que a resposta do organismo-teste a doses altas do material-teste seja totalmente diferente da resposta do mesmo organismo a doses baixas do mesmo material. Por exemplo, a velocidade dos processos enzimáticos, como a absorção, a excreção, o metabolismo e o reparo do DNA, são altamente sensíveis à concentração do substrato e são saturáveis. Assim, doses altas de uma substância podem produzir efeitos tóxicos ao sobrecarregar um sistema que se livra facilmente de doses baixas. Apesar da postura prudente da legislação dos Estados Unidos sobre aditivos alimentares, o que ainda se vê é que não existe uma dose de carcinógeno que seja segura. No entanto, continuam as pesquisas em busca de uma dose-limite abaixo da qual a exposição a um carcinógeno possa ser segura. Na maioria dos testes para câncer, utilizam-se 50 animais de cada sexo para cada nível de dose. O peso corporal é registrado periodicamente durante todo o período do teste, e o nível de consumo de alimento é monitorado. Os animais são examinados em busca de tumores óbvios e, no final do experimento, são necropsiados e submetidos a exame patológico detalhado. Ratos e camundongos são muito utilizados nos testes de toxicidade crônica por causa de seu custo relativamente baixo e do grande volume de conhecimento disponível sobre esses animais. A linhagem dos animais empregados no teste depende do sítio de toxicidade da substância-teste e da suscetibilidade geral da linhagem a vários agentes tóxicos. Em geral, utilizam-se linhagens com alguma sensibilidade conhecida a vários carcinógenos. Se a substância for de fato carcinogênica, é provável que seu efeito carcinogênico seja demonstrado nesses animais. Variações na dieta também podem complicar consideravelmente a interpretação dos resultados dos testes de toxicidade crônica. A administração de dietas semissintéticas pode levar a um aumento da produção de tumores com vários tipos de carcinógenos quando comparada a experimentos que utilizam dietas não processadas. As dietas que fornecem quantidade insuficiente de calorias levam a uma diminuição da incidência de tumores; já a deficiência de proteínas retarda o crescimento dos tumores. Por exemplo, a carcinogênese induzida pelo dimetilaminoazobenzeno é intensificada pela deficiência de riboflavina em ratos. As influências dos vários componentes da dieta sobre a carcinogênese são frequentemente complexas, e o mecanismo de ação é muitas vezes específico para o


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carcinógeno em questão. Muitos componentes da dieta, como certos indóis, flavonoides e determinados pesticidas que induzem os sistemas que metabolizam os xenobióticos no fígado e em outros tecidos diminuirão a potência carcinogênica de muitas substâncias. Mesmo quando os vários aspectos dos testes de toxicidade crônica mencionados na discussão anterior são levados em consideração, vários outros fatores secundários podem influenciar o desfecho. Por exemplo, a temperatura e a umidade da sala na qual os animais estão alojados precisam ser cuidadosamente controladas, bem como o tipo de maravalha usado nas gaiolas. A madeira de cedro utilizada como maravalha tem influenciado o desfecho de testes para câncer, talvez por causa da indução de enzimas que metabolizam xenobióticos pelas substâncias voláteis liberadas pelo cedro. Além disso, testes para câncer que, segundo dizem, diferem apenas com relação à época do ano durante a qual são realizados têm produzido resultados diferentes. Assim, é necessário até mesmo para os testes de toxicidade crônica mais bem delineados que a reprodutibilidade dos resultados dos experimentos seja determinada. O teste que avalia a toxicidade crônica fornece a parte final das informações biológicas necessárias para aceitar ou rejeitar uma substância sugerida para uso em alimentos. Se nenhum efeito carcinogênico for encontrado, essa informação, juntamente com todos os dados e as estimativas da exposição, será utilizada na avaliação do risco total de uma substância. Se for determinado que uma substância é carcinógena, na maioria dos casos a lei vigente nos Estados Unidos proibirá seu uso como aditivo alimentar. Testes adicionais serão necessários apenas se alguns testes forem considerados falhos ou se achados inesperados tornarem o desenho do teste retrospectivamente inadequado para responder às questões levantadas.

Leituras complementares sugeridas Kister, H.Z., (1992). “Distillation Design”, 1 st Ed McGraw-Hill. Maron, D.M., Ames, B.N., (1983). Revised Methods for the Salmonella Mutagenicity Test. Mutation Res. 113:173-215. McCann, J., Ames, B.N., (1976). Detection of carcinogens as mutagens in the Salmonella/microsome test: Assay of 300 chemicals: Discussion. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 73:950-954. Robinson, J.W., Skelly Frame, E.M., Grame, G.M., FrameII, G.M., (2004). Undergraduate Instrumental Analysis, 6th Ed. CRC Press, Boca Raton, FL . Seader, J.D., Green, D.W., (1998). “Separation Process Principles”. Wiley, New York .

CAPÍTULO

Biotransformação

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SUMÁRIO DO CAPÍTULO Reações de Fase I ............................................................................................................52 Reações de Fase II........................................................................................................... 58 Enzimas da Fase I ............................................................................................................59 Citocromo P450............................................................................................... 59 CYP3A4 .......................................................................................................... 62 CYP1B1 .......................................................................................................... 64 CYP2E1 .......................................................................................................... 66 Peroxidases..................................................................................................................... 68 Mono-Oxigenases que Contêm Flavina (FMOs) ...................................................................72 Epóxido-Hidrolase (EH) ....................................................................................................73 Esterases ........................................................................................................................75 Carboxilesterases (CES) .................................................................................... 75 Paraoxonase .................................................................................................... 77 Metabolismo de Fase II dos Xenobióticos ..........................................................................77 Conjugação com o Ácido Glicurônico .................................................................. 78 Conjugação com Sulfatos .................................................................................. 79 Conjugação com a Glutationa ............................................................................ 80

A composição da membrana celular dos organismos vivos torna mais seletiva a absorção da maioria das substâncias solúveis em água ou altamente polares. Essa seletividade da absorção propicia rotas específicas de captação de certos nutrientes solúveis em água e proporciona um nível significativo de resistência à toxicidade da maioria dos xenobióticos solúveis em água. No entanto, as mesmas propriedades que propiciam uma seletividade na absorção das substâncias solúveis em água permitem a absorção quase livre de muitas substâncias lipofílicas. Assim, embora a maioria dos organismos vivos precise gastar energia para absorver ativamente nutrientes solúveis em água, a capacidade desses organismos de impedir a absorção da maioria das toxinas lipofílicas é muito limitada. Essas características da membrana produzem diferenças acentuadas nos efeitos potenciais das substâncias lipossolúveis quando comparadas às substâncias solúveis em água liberadas para o ambiente. Depois que uma substância solúvel em água é liberada, com frequência ela se distribui em concentrações baixas por todos os compartimentos 51

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CAPÍTULO 3 Biotransformação

aquosos do ambiente. Por outro lado, uma substância solúvel em lipídios, mesmo quando liberada no interior de um grande sistema aquoso, como um grande lago ou um oceano, provavelmente se concentrará nos tecidos vivos por meio de absorção passiva não seletiva para dentro de membranas e tecidos adiposos. Um componente importante do sistema de defesa do corpo contra a capacidade elevada e não seletiva de absorção de xenobióticos lipofílicos, o armazenamento em lipídios e os transportadores associados à resistência a múltiplas drogas ou MDR, é um sistema metabólico altamente eficiente que converte os xenobióticos lipofílicos em metabólitos hidrofílicos que são excretados para a urina ou para a bile. Esse sistema consiste nas reações metabólicas de fases I e II.

REAÇÕES DE FASE I As reações de fase I são reações enzimáticas oxidativas, redutoras ou hidrolíticas que introduzem (na substância de interesse) uma porção reativa capaz de sofrer outras reações pelos processos da fase II. As reações da fase I geralmente introduzem em um xenobiótico um átomo reativo de oxigênio ou nitrogênio que pode atuar como sítio de uma reação de conjugação subsequente da fase II. A Figura 3.1 traz exemplos de reações da fase I. Vale ressaltar que, nessas reações, com uma exceção, precursores lipofílicos e relativamente não reativos são convertidos em produtos menos lipofílicos, tornando-se nucleofílicos. As principais macromoléculas celulares reativas, que incluem proteínas, DNA e RNA, são caracteristicamente ricas em elétrons e, assim, também são nucleofílicas. Por essa razão, a conversão dos xenobióticos a metabólitos nucleofílicos diminui a capacidade dos xenobióticos de reagir com macromoléculas celulares e é considerada uma reação de desativação ou detoxificação. A exceção é a produção de um epóxido a partir de um precursor insaturado. Os epóxidos são geralmente eletrofílicos e, dependendo da presença de outros substituintes na molécula, podem ser altamente reativos com macromoléculas celulares. Por isso, a conversão de um xenobiótico em um epóxido com frequência aumenta sua capacidade de reagir com macromoléculas celulares e é considerada uma reação de ativação ou de toxificação. Em muitos casos, é um metabólito epóxido que é o mediador final dos efeitos tóxicos do xenobiótico original. As reações metabólicas apresentadas na Figura 3.1 fornecem exemplos de reações de fase I que podem ser utilizadas para predizer os prováveis metabólitos da fase I de outros xenobióticos. No entanto, além da presença de porções reativas, muitas características do substrato, como lipofilia, ligação de hidrogênio, distribuição das cargas na superfície, tamanho molecular e conformação molecular, combinam-se para determinar a velocidade de sua reação enzimática. Embora avanços na criação de modelos por computador estejam melhorando rapidamente a validade das projeções dos produtos de xenobióticos resultantes da ação de determinada enzima, uma previsão confiável do destino metabólico dos xenobióticos em um organismo continua a ser meta importante para o futuro. Contudo, algumas regras gerais são úteis para predizer a natureza qualitativa dos prováveis metabólitos de fase I dos xenobióticos.

Reações de fase I

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FIGURA 3.1 Oxidações e reduções de xenobióticos.

1. As partes mais reativas de um xenobiótico geralmente são os heteroátomos de S, N e P, que, quando submetidos à oxidação, produzem sulfóxidos, nitróxidos, hidroxilaminas e óxidos de fosfina mais polares. Um exemplo de formação de óxido de nitrogênio é a conversão da nicotina em um N-óxido inativo (Figura 3.2). Além disso, pode ocorrer uma dessulfuração oxidativa que leva à conversão de tiofosfonatos em fosfonatos e de tioamidas em amidas. Um exemplo importante desse tipo de reação é a conversão do pesticida inativo e ambientalmente mais estável, parathion, no produto ativo, paraoxon.

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FIGURA 3.2 Oxidação da nicotina.

FIGURA 3.3 Dessulfuração do parathion .

2. As duplas ligações situadas entre carbonos terminais geralmente são mais facilmente oxidadas que as duplas ligações internas ou os anéis aromáticos, e os produtos iniciais são epóxidos. Na maioria dos casos, o intermediário epóxido produzido a partir de um xenobiótico aromático é instável e rapidamente sofre um rearranjo, passando a fenol com retenção do átomo de hidrogênio do anel por uma reação conhecida como rearranjo NIH. Em alguns casos, contudo, a oxidação dos carbonos aromáticos pode ocorrer pela inserção direta de oxigênio entre carbono e hidrogênio, como é o caso da oxidação dos átomos de carbono alifáticos. 3. Os carbonos alifáticos geralmente são menos reativos que os carbonos dos alcenos e arenos, e as oxidações resultam na inserção direta de um átomo de oxigênio ativado entre carbono e hidrogênio, com a formação de um grupo hidroxila. A estereoquímica da hidroxilação dos carbonos alifáticos depende da seletividade com a qual o substrato xenobiótico se encaixa no sítio ativo da enzima. Os exemplos desse tipo de oxidação enzimática estereoespecífica de átomos de carbono alifáticos são encontrados na conversão (mediada pelo CYP) do colesterol em ácidos biliares. Esse exemplo também ilustra o princípio geral de que carbonos ativados, como aqueles em posições alílicas (isto é, localizados adjacentes a uma dupla ligação), geralmente são mais ricos em elétrons e, consequentemente, mais facilmente oxidados que os carbonos não alílicos. 4. As reações de desalquilação estão entre as conversões de heteroátomos com substituintes alquila (N, S ou O) por meio de processos que envolvem oxidações iniciais do primeiro átomo de carbono do grupo alquila e sua perda na forma de aldeído ou cetona. Um exemplo importante de desalquilação oxidativa é a conversão da droga ecstasy em produtos inativos. 5. As reações de redução de fase I de maior importância servem de mediadoras para as conversões de aldeídos e cetonas em álcoois e de quinonas em hidroquinonas.

Reações de fase I

FIGURA 3.4 Ativação metabólica do safrol.

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FIGURA 3.5 A) Oxidação da fenilalanina e deslocamento NIH. B) Oxidação do nitro-benzo[a]pireno e deslocamento NIH.

Além disso, sob certas condições, os xenobióticos que contêm grupos nitro e azo podem ser reduzidos a aminas primárias. Grande número de compostos que contêm grupos carbonila são produzidos endogenamente, estão presentes na dieta e podem produzir efeitos tóxicos ao se ligar a certas enzimas e ao desativar essas enzimas por meio de ligações cruzadas com o DNA e pela indução do estresse oxidativo. Embora não haja tantos compostos nitro e azo quanto compostos carbonílicos, compostos nitro estão presentes no escapamento dos automóveis, e compostos azo são utilizados como corantes em alimentos. Ao contrário dos efeitos protetores da redução dos compostos carbonílicos, a redução desses compostos pode aumentar

Reações de fase I

FIGURA 3.6 Oxidação do colesterol.

FIGURA 3.7 Desalquilação oxidativa.

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FIGURA 3.8 Redução dos grupos azo e nitro.

sua toxicidade ao facilitar sua conversão em produtos eletrofílicos. Um exemplo de redução de composto carbonílico é a conversão de um componente dos óleos essenciais, a carvona, em carveol. Exemplos de redução de compostos nitro e azo são as conversões do cloranfenicol e do prontosil nas aminas aromáticas correspondentes.

REAÇÕES DE FASE II As reações de fase II envolvem a adição enzimática de um composto endógeno ao xenobiótico ou a um produto da fase I, a qual geralmente aumenta a hidrofilia e a velocidade de excreção do xenobiótico. As reações mais importantes da fase II, quando se levam em conta a quantidade e o número de xenobióticos metabolizados, são as adições de ácido glicurônico, sulfato ou glutationa ao xenobiótico ou ao produto da fase I. Os substratos xenobióticos para as reações de glicuronidação e sulfatação são nucleófilos, enquanto os substratos para as reações de glutatiolação são eletrofílicos. Menos comuns, porém em alguns casos importantes, as reações da fase II envolvem a adição de aminoácidos, geralmente glicina, glutamina ou taurina, aos grupos carboxila dos xenobióticos. Outras reações da fase II são as adições de grupos metila ou acetila. Os produtos das duas últimas reações são incomuns para as reações da fase II, porque, com exceção da metilação de aminas com a formação de produtos quaternários com carga, essas reações frequentemente produzem produtos mais lipofílicos. A Figura 3.9 traz alguns exemplos de reações da fase II mais comuns com produtos da fase I. Os substratos comuns para as reações tradicionais de adição de sulfato e ácido glicurônico são tipos de álcoois, hidroxilaminas, fenóis, aminas e tióis, que são nucleófilos.

Enzimas da fase I

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FIGURA 3.9 Metabolismo de fase I e fase II.

Os substratos comuns para as reações de deslocamento com a glutationa são epóxidos, haletos, sulfatos, grupos nitro, sulfonatos e tiocianatos. Outra classe importante de reações da fase II envolve a adição redutora da glutationa a sistemas �, �-insaturados como quinonas, maleatos e certos compostos azo. Todos esses substratos são eletrofílicos e, por essa razão, são potencialmente reativos com moléculas celulares.

ENZIMAS DA FASE I Citocromo P450 As reações das fases I e II são mediadas por grandes famílias de enzimas que estão presentes, principalmente, no retículo endoplasmático liso das células situadas nas portas de entrada do corpo, ou seja, o intestino delgado, o fígado e os pulmões. Vários grupos de enzimas servem de mediadores às reações da fase I de substâncias endógenas e exógenas, e as enzimas do grupo citocromo P450 servem de mediadores à maior parte dessas reações. Essas enzimas, denominadas CYPs, são complexos que contêm heme e ferro, e que absorvem luz em grau máximo no comprimento de onda de 450 nm quando expostos ao monóxido de carbono. A superfamília das CYPs consiste em mais de 400 enzimas de 36 famílias expressas de modo diferente em aparentemente todas as espécies, de bactérias e fungos a mamíferos. O sequenciamento do genoma humano revelou a existência de 59 CYPs humanas; 3/4 dessas CYPs servem de mediadores no metabolismo de substâncias endógenas, como esteróis, vitaminas e outros lipídios, e sua expressão na população humana exibe poucas diferenças interindividuais. Um quarto das CYPs humanas parece estar envolvido principalmente no metabolismo dos xenobióticos, e o nível de expressão das enzimas muitas vezes é altamente variável entre os indivíduos e, ocasionalmente, em um mesmo indivíduo. As enzimas estão expressas de modo seletivo na maioria dos tecidos dos mamíferos, e o nível e a diversidade mais altos são encontrados no fígado.

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As diferenças no repertório de CYPs de espécies distintas podem ser muito grandes. Por exemplo, as plantas do gênero Arabidopsis e o arroz normalmente expressam 239 e 458 CYPs diferentes, respectivamente. Além disso, os roedores expressam quase duas vezes mais CYPs (108 genes ativos) que os seres humanos. O grande número e a diversidade das CYPs das plantas parecem ser responsáveis pela grande diversidade de produtos secundários (substâncias fitoquímicas) produzidos pelas plantas; muitos desses produtos atuam na defesa da planta contra outros organismos. Os grupos bem menores de CYPs expressos pelos mamíferos parecem ter evoluído em grande parte para favorecer a detoxificação e a excreção de grande quantidade de produtos secundários de plantas. Coerente com essa ideia é o número maior de CYPs produzido pelos roedores, talvez para lidar com a grande diversidade de substâncias potencialmente tóxicas presentes em suas dietas quando comparadas com a dieta humana mais seletiva. A nomenclatura das CYPs é baseada na homologia de enzimas relacionadas. As CYPs que exibem uma identidade de aminoácidos de menos de 40% são reunidas em diferentes famílias, como 1, 2, 3, e assim sucessivamente. As CYPs que exibem identidade sequencial de 40% a 55% são reunidas em diferentes subfamílias, como 2A, 2B, 2C, e assim por diante. As enzimas que exibem identidade maior que 55% são reunidas na mesma subfamília — 2A1, 2A2, 2A3 etc. Das mais de 50 enzimas CYPs expressas nos seres humanos, os membros das famílias 1 a 4, que incluem apenas seis enzimas, medeiam o metabolismo de 90% das drogas clinicamente úteis e, provavelmente, de grande quantidade de outros xenobióticos também. As enzimas mais prevalentes desse grupo expressas no fígado humano são, em ordem decrescente de nível de expressão, a CYP3A4, a CYP2C9, a CYP2C8 e a CYP2A6. As enzimas responsáveis pelo metabolismo da maioria das drogas úteis são, em ordem decrescente de importância, a CYP3A4, a CYP2D6, a CYP2C9 e a CYP2C19. Um dado interessante é que duas das enzimas mais importantes do metabolismo das drogas, a CYP3A4 e a CYP2C9, também estão expressas em grande quantidade no fígado humano. No entanto, as duas outras enzimas que são mais importantes no metabolismo das drogas, a CYP2D6 e a CYP2C19, estão expressas em níveis comparativamente baixos. Supondo que o nível de expressão das enzimas deva corresponder ao nível do substrato, as funções das CYPs mais prevalentes, possivelmente no metabolismo fitoquímico, como a CYP2C8 e a CYP2A6, ainda não foram determinadas. As reações mediadas pelo citocromo P450 ocorrem em um complexo proteico ligado à membrana constituída de uma enzima CYP estreitamente associada à NADPH-citocromo P450 redutase (CYP redutase). Em condições com oxigenação normal, a reação catalisada pela CYP é uma mono-oxigenação, na qual um átomo do oxigênio molecular é incorporado em um substrato e o outro é reduzido a H2O, com redução equivalente do NADPH. Conforme indicado na Figura 3.10, a CYP precisa estar no estado ferroso (Fe+2) reduzido para se ligar ao substrato e ao O 2. Para tal ocorre um processo de duas etapas que envolve, em primeiro lugar, a ligação do substrato à forma férrica da enzima. Em seguida, ocorre a transferência de um elétron para produzir a CYP reduzida ligada ao substrato. Elétrons são enviados do NADPH para a CYP por meio da flavoproteína CYP redutase, que transfere elétrons do NADPH para a CYP por meio de reações redox com a flavina adenina dinucleotídeo (FAD) e a flavina mononucleotídeo (FMN). Depois de uma série de transferências de elétrons, a água, a CYP na forma férrica (Fe+3) oxidada e o

Enzimas da fase I

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FIGURA 3.10 Via oxidativa de NADPH-CYP.

xenobiótico na forma oxidada são produzidos no lúmen do retículo endoplasmático liso. O xenobiótico oxidado pode, então, passar para o citosol por difusão passiva ou sofrer outras reações de fase I e de fase II no retículo endoplasmático. Embora o complexo da enzima CYP seja mais ativo na oxidação dos xenobióticos, esse sistema também contribui para a redução de certas substâncias, sobretudo daquelas que contêm partes com nitrogênio oxidado. Assim, em condições com baixa tensão de oxigênio, como ocorre normalmente no trato gastrointestinal inferior e em alguns tecidos doentes, como os tumores, a CYP redutase e a CYP podem mediar a transferência de elétrons do NADPH, não para o oxigênio, mas para grupos azo, nitro, nitroso, hidroxilamina e óxido de nitrogênio de muitos xenobióticos, levando por fim à produção de amina totalmente reduzida (Figura 3.10). Essa sequência de reações medeia a atividade biológica do composto nitro original de vários modos, conforme descrito a seguir. A adição inicial de um elétron ao grupo nitro produz um radical que pode reagir com o oxigênio molecular produzindo superóxido e outras espécies reativas do oxigênio (ERO). Acredita-se que esse estresse oxidativo induzido seja responsável tanto pelos efeitos adversos de certos compostos nitro em tecidos normais quanto pelos efeitos benéficos de drogas antitumorais e antibacterianas. De fato, uma classe de agentes terapêuticos, denominados pró-drogas biorredutíveis, explora os ambientes redutores dos tumores para ter como alvo suas atividades. Um exemplo de pró-droga biorredutível que contém N-óxido e é bastante promissora é a AQ4N, que é reduzida nos tecidos tumorais hipóxicos a um derivado amino mais ativo, o AQ4 (Figura 3.11). Essa reação é mediada diretamente pela CYP3A4, CYP1A1 e CYP1B1.

FIGURA 3.11 Redução do óxido de amina.

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Além disso, o composto amino totalmente reduzido produzido no intestino pode ser absorvido e transportado, por exemplo, para o fígado, onde é convertido metabolicamente em um eletrófilo forte que pode reagir com macromoléculas celulares, produzindo mutações ou outros efeitos tóxicos. O potente hepatocarcinógeno, 2,6-dinitrotolueno, é ativado por meio desse mecanismo entero-hepático.

CYP3A4 A CYP3A4 é a enzima mais importante da fase I nos seres humanos, porque é a CYP expressa em nível mais alto nos seres humanos e a que medeia o metabolismo de mais de 50% dos agentes terapêuticos de muitos tipos e de uma porcentagem desconhecida de substâncias químicas ambientais, como flavonoides, micotoxinas, como a aflatoxina B 1, pesticidas e vários aditivos alimentares e, possivelmente, também de peptídios endógenos. Embora a expressão da CYP3A4 tenha um nível alto (40 a 50 vezes) de variabilidade interindividual, essa enzima é responsável por até 25% do conteúdo proteico total do fígado e por até 70% da expressão total das CYPs no intestino. Embora o teor intestinal de CYP3A4 corresponda a aproximadamente 1% do teor do fígado, o intestino contribui igualmente para o efeito metabólico de primeira passagem dos substratos da CYP3A4. Além disso, a CYP3A4 parece cooperar com os transportadores (MDR) de xenobióticos neutros, exibindo especificidade e inducibilidade similares pelo substrato e levando a uma extração de primeira passagem eficiente da droga no intestino. A expressão proteica da CYP3A4 aumenta levemente do duodeno para o jejuno e diminui em aproximadamente 75% perto do íleo e cólon. Como ocorre com a maioria dos membros das famílias CYP1-4, a atividade celular da CYP3A4 está sujeita a uma modulação realizada por vários mecanismos, que incluem os efeitos sobre a atividade enzimática e a regulação da expressão da enzima. A atividade enzimática da CYP3A4 é inibida por vários xenobióticos, entre eles o cetoconazol, a troleandomicina e a furanocumarina — 6,7-di-hidroxibergamotina —, encontrada no suco da toranja, por meio de mecanismos clássicos que envolvem a ligação do inibidor ao sítio ativo e o deslocamento do substrato. Além disso, uma propriedade incomum da CYP3A4 é que ela é altamente sensível a outras substâncias denominadas efetuadoras. Esse tipo de regulação resulta do fato de que a enzima tem um sítio ativo muito grande capaz de acomodar duas moléculas (do mesmo composto ou de compostos diferentes); como resultado, a segunda molécula influencia a atividade da enzima sobre a primeira substância, levando ao aumento ou à diminuição do metabolismo. Como exemplo do resultado desse complexo de interações tem-se o fato de que a velocidade do metabolismo de um único substrato pode aumentar de modo não linear com a concentração do substrato. Além disso, substâncias efetuadoras como a �-naftoflavona e certos flavonoides podem acelerar a oxidação de aflatoxinas, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e hormônios sexuais. Por outro lado, a eritromicina pode inibir o metabolismo (mediado pela CYP3A4) da testosterona por meio de um mecanismo que não reduz a ligação do substrato com a enzima. Além desses efeitos sobre a atividade da CYP3A4, o nível de expressão dessa enzima é induzível por várias classes diferentes de compostos, que incluem tanto agentes terapêuticos quanto substâncias químicas da dieta. Os indutores químicos da CYP3A4

Enzimas da fase I

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FIGURA 3.12 Agentes que induzem a CYP3A4.

compreendem um grupo variado de substâncias que incluem rifamicina, carbamazepina, glicocorticoides e a substância fitoquímica — hiperforina — obtida da erva-de-são-joão (Figura 3.12). A indução da CYP3A4 é mediada pelo receptor X de pregnanos (PXR), pelo receptor constitutivo de androstanos (CAR) e pelo receptor de ácidos biliares (FXR). Quando ocorre a ligação de um ligante indutor, o conjunto indutor − receptor forma um dímero com o receptor X do ácido retinoico (RXR), e o dímero liga-se a um elemento responsivo cognato na posição 5 a montante (upstream) do gene da CYP3A4, resultando na ativação da transcrição. Todos os três heterodímeros de receptores, PXR/RXR, CAR/ RXR e FXR/RXR, podem-se ligar ao mesmo sítio promotor do DNA. A região a montante (upstream) do gene da CYP3A4 tem sítios de ligação para vários fatores de transcrição que incluem o AP-3, os fatores nucleares dos hepatócitos (HNF)-4 e 5, e um elemento responsivo a glicocorticoides (GRE). O HNF-4 desempenha uma função na expressão induzível e constitutiva da CYP3A4, a primeira por meio da modulação da expressão

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FIGURA 3.13 Ativação de genes por meio dos receptores AhR, CAR e PXR.

do gene mediada pelo PXR (Figura 3.13). Constatou-se que apenas alguns compostos, entre eles a droga antiepiléptica — fenitoína —, induzem a CYP preferencialmente por meio do CAR, e não do PXR. A CYP3A4 é fundamental para a depuração metabólica da vitamina D e fornece um exemplo de interação importante entre droga e nutriente. Já se sabe que o tratamento de longa duração com algumas drogas antiepilépticas, que incluem o fenobarbital, a fenitoína, a carbamazepina e o agente antimicrobiano rifampicina, pode causar uma doença óssea metabólica, a osteomalacia, que é caracterizada por uma síndrome dolorosa na qual ocorre o amolecimento dos ossos dos adultos. Os efeitos são muito similares aos efeitos da deficiência de vitamina D. Estudos estabeleceram que essas drogas ativam a expressão da CYP3A4 por meio do PXR e aceleram o catabolismo da forma ativa da vitamina D — a 1,25(OH)2D3 — no fígado e no intestino humano. De fato, contrariamente às suposições prévias, o receptor de esteroides e xenobióticos (SXR) reprime a expressão da CYP3A4 no fígado e no intestino, bloqueando, assim, o catabolismo da vitamina D nesses tecidos.

CYP1B1 Constatou-se que a CYP1B1 humana é uma enzima importante na ativação de pró-carcinógenos variados, como nitroarenos, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e arilaminas, ao reativar metabólitos que danificam o DNA. A CYP1B1 é constitutivamente expressa nos tecidos esteroidogênicos como o útero, as mamas, os ovários, os testículos, a próstata e as glândulas suprarrenais. A enzima também está presente em muitos outros tecidos extra-hepáticos, entre eles os rins, o timo, o baço, o encéfalo, o coração,

Enzimas da fase I

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os pulmões, o cólon e o intestino, e está expressa em níveis altos em ampla gama de cânceres humanos, que incluem os cânceres de pele, encéfalo, testículo e mama, quando comparados ao tecido não transformado. Embora o significado desta última observação relativa ao desenvolvimento de tumores não seja claro, ela sugere que a CYP1B1 pode estar envolvida no metabolismo de um substrato endógeno que é essencial para a sobrevivência ou para o comportamento das células transformadas. Os substratos da CYP1B1 compreendem substâncias endógenas e exógenas. Essa enzima é ativa no metabolismo do estradiol, bem como de hidrocarbonetos carcinógenos, como o benzo[a]pireno e o 7,12-dimetilbenz[a]antraceno. Ela serve de mediadora na oxidação da cafeína e da teofilina, e na O-desalquilação da etoxicumarina, da etoxi-trifluorometilcumarina e da etoxirresorufina. É menos ativa no metabolismo da etoxirresorufina que a CYP1A1, que não está expressa no fígado humano. No entanto, a CYP1B1 é inativa na oxidação de muitas outras drogas que são substratos específicos de outras CYPs. Por causa da possível importância da atividade da CYP1B1 na tumorigênese, há interesse considerável na identificação de inibidores seletivos dessa enzima. As substâncias de ocorrência natural que exibem essa atividade inibidora incluem a xantotoxina, certas furanocumarinas lineares e o flavonoide homoeriodictiol. Os inibidores seletivos sintéticos da CYP1B1 incluem certos derivados de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos como o pireno, o 2-etinilpireno e a 3,3�,4,4�,5�-pentaclorobifenila e certos derivados dos estilbenos metoxilados relacionados ao resveratrol. No fígado, há um nível elevado de expressão constitutiva do gene da CYP1B1, a qual aparentemente depende de ligantes endógenos ou exógenos do receptor de aril hidrocarboneto (AhR). Como ocorre com outros membros da família CYP1, a ativação da transcrição do gene da CYP1B1 é estimulada principalmente por hidrocarbonetos policíclicos pela ativação do AhR (Figura 3.13). A região promotora do gene da CYP1B1 contém cinco elementos responsivos a xenobióticos (XRE)/elementos responsivos à dioxina (DRE), que são os sítios de ligação do heterodímero, composto pelo AhR ativado e pelo translocador nuclear de aril hidrocarbonetos (Arnt). O Arnt é uma proteína nuclear importante para a resposta das células aos xenobióticos e à hipóxia. Conforme indicado na Figura 3.14, o AhR existe em estado latente no citoplasma, associado a um complexo de proteínas chaperonas HSP90, XAP2 e p23. Depois da ligação do ligante, o Ahr do complexo é ativado por uma mudança conformacional que induz a dissociação da HSP90 e expõe um sinal (ou sinais) de localização nuclear. Em seguida, o conjunto ligante − AhR ativado transloca-se para o núcleo e forma um heterodímero com a proteína Arnt estreitamente relacionada já presente no núcleo. Esse complexo (xenobiótico-AhR/Arnt) liga-se ao XRE/DRE das regiões promotoras dos genes responsivos. Outro componente importante da regulação da expressão dos genes responsivos ao AhR é o repressor do AhR (AhRR). Essa proteína está localizada no núcleo na forma de um heterodímero com o Arnt. O heterodímero AhRR/Arnt também reconhece os XRE, mas age como um repressor transcricional. Assim, o AhRR age como um regulador negativo do AhR ao competir com o AhR na formação de um heterodímero com o Arnt e ao se ligar à sequência XRE. Como o gene do AhRR dos roedores contém várias sequências XRE, o AhRR é indutível de um modo que depende do AhR. Assim, o AhRR

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FIGURA 3.14 Regulação da atividade do AhR.

pode regular de modo negativo a expressão dos genes responsivos ao AhR como parte de uma alça de retroalimentação reguladora.

CYP2E1 A CYP2E1 é principalmente uma enzima de mamíferos; tem grande importância porque metaboliza várias substâncias endógenas com peso molecular baixo e grande número de xenobióticos, em alguns casos por meio de processos que resultam na ativação de carcinógenos. A CYP2E1 é expressa constitutivamente no fígado e é indutível por seus substratos endógenos, etanol, acetona e outras cetonas endógenas. Embora a enzima esteja expressa constitutivamente em níveis baixos ou indetectáveis nos tecidos extra-hepáticos, após a indução a presença da proteína torna-se evidente em muitos tecidos, entre eles a mucosa do nariz e da boca, o esôfago, os rins, os pulmões, o encéfalo, a medula óssea, os linfócitos e a parte proximal do cólon. Uma das características incomuns da CYP2E1 é sua seletividade por muitos substratos com baixo peso molecular. Seus substratos fisiológicos parecem ser os precursores gliconeogênicos acetona e acetol, bem como ácidos graxos. Exemplos dos mais de 80 substratos xenobióticos incluem: etanol, acetaldeído, acetaminofeno, acrilamida, anilina, benzeno, tetracloreto de carbono, N-nitrosodimetilamina e cloreto de vinila. A Figura 3.15

Enzimas da fase I

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FIGURA 3.15 Reações catalisadas pela CYP2E1.

mostra alguns exemplos dos tipos de reação mediados por essa versátil enzima: a desidrogenação do acetaminofeno e a epoxidação do cloreto de vinila. Há grande interesse nos modos de reduzir a atividade da CYP2E1 por causa do papel determinante dessa enzima na ativação de vários carcinógenos importantes. Os inibidores farmacêuticos comuns da CYP2E1 são moléculas aromáticas relativamente pequenas com estrutura relacionada ao acetaminofeno e incluem a clorzoxazona (inibição competitiva), a isoniazida (inibição não competitiva), o 4-metilpirazol (inibidor suicida) e o 1-fenilimidazol (competitiva) — Figura 3.16. O resveratrol, uma substância fitoquímica da uva, a genesteína e o equol, isoflavonas da soja, e o dialildissulfeto, um produto do alho, são inibidores não competitivos da CYP2E1. O mecanismo da regulação da expressão da CYP2E1 é complexo e modulado em vários níveis moleculares por influências endógenas e exógenas. As evidências de que o nível da proteína CYP2E1 é rigorosamente regulado provêm da observação de que, embora o nível da proteína CYP2E1 corresponda a apenas pequena porcentagem dos níveis da CYP3A4 no fígado, o nível do RNAm da CYP2E1 é até 1.000 vezes maior que o nível do RNAm da CYP3A4. Estudos com ratos mostraram aumentos da proteína CYP2E1 que resultam de efeitos transcricionais ou pós-transcricionais que surgem após diabetes quimicamente induzido e inanição. Uma vez que o diabetes está associado a níveis séricos altos de corpos cetônicos, os quais são substratos da CYP2E1, o aumento da proteína pode decorrer em grande parte da estabilização da proteína. O tratamento com insulina provoca diminuição da proteína CYP2E1 no diabetes quimicamente induzido ao aumentar a velocidade de renovação ( turnover ) do RNAm. A indução da proteína CYP2E1 é maior no fígado e na gordura dos ratos obesos, e em ratos normais sob dieta rica em lipídios, quando comparados aos ratos normais sob dietas normais com baixo teor

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FIGURA 3.16 Inibidores da CYP2E1.

de gorduras. A expressão da CYP2E1 em cultura de hepatócitos humanos é reduzida por várias citocinas, que incluem a IL-1, a IL-6 e o TNF-�, por meio de um mecanismo que envolve a diminuição da transcrição e o aumento da estabilidade do RNAm. Os principais mecanismos por meio dos quais os níveis da proteína CYP2E1 se elevam envolvem a estabilização pós-traducional contra a degradação proteossômica como consequência da ligação da proteína a substratos. Os ativadores desse modo altamente eficiente de regulação ainda não foram bem determinados.

PEROXIDASES As peroxidases constituem um grupo relativamente pequeno, porém importante, de proteínas que contêm heme; elas servem de mediadores na oxidação de substâncias endógenas e exógenas por meio de um mecanismo que envolve o peróxido como o agente oxidante (Figura 3.17). A família das peroxidases humanas inclui

Peroxidases

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FIGURA 3.17 Reações de peroxidase.

mieloperoxidase (MPO), peroxidase de eosinófilos (EPO), peroxidase uterina, lactoperoxidase (LPO), presente nas glândulas mamárias, peroxidase salivar, peroxidase tireoidiana e prostaglandinas H1/2 sintases (PHSs) presentes nas células da inflamação, no encéfalo, nos pulmões, nos rins, no trato GI e na bexiga urinária. A MPO, a EPO e a LPO são enzimas solúveis em água expressas principalmente nos lisossomos, respectivamente, de neutrófilos, eosinófilos e células secretoras de glândulas exócrinas. Os lisossomos são organelas citoplasmáticas delimitadas por membrana encontradas nas células eucarióticas; eles contêm muitas enzimas digestivas que são mantidas em um pH em torno de 5,0. Os neutrófilos e os eosinófilos são tipos de glóbulos brancos importantes para a defesa do corpo contra microrganismos e vírus. A MPO e a EPO são liberadas no interior do vacúolo fagocítico e no plasma, enquanto a LPO é secretada no leite, na saliva e nas lágrimas. Essas peroxidases têm a função de oxidar cloretos, brometos ou tiocianatos para formar oxidantes fortes (p. ex., o ácido hipocloroso), que matam os microrganismos como parte do papel de defesa contra bactérias e parasitas. Ao contrário das enzimas CYP, que necessitam de NADPH para metabolizar xenobióticos, as peroxidases acoplam-se à redução do peróxido de hidrogênio e de hidroperóxidos de lipídios na oxidação de outros substratos. A PHS tem duas atividades catalíticas: a primeira reação é a ciclo-oxigenação que converte ácido araquidônico em endoperóxido-hidroperóxido cíclico (PGG 2). A segunda reação é uma peroxidação que converte o hidroperóxido no álcool correspondente (PGH2) e está acoplada à oxidação de um doador de elétrons (Figura 3.18). As peroxidases são importantes na produção do estresse oxidativo e no metabolismo de muitos xenobióticos. Os xenobióticos podem atuar como doadores de elétrons e são co-oxidados para formar radicais que, por sua vez, co-oxidam vários doadores de elétrons fisiológicos, por exemplo, proteínas, ácidos nucleicos e lipídios. A PHS pode bioativar carcinógenos como a �-naftilamina, um carcinógeno que afeta a bexiga, e certos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, dando origem a radicais intermediários, eletrofílicos, que podem reagir com macromoléculas celulares (Figura 3.19). A produção de um forte oxidante como o hipoclorito é parte da resposta de defesa resultando na oxidação não seletiva de certas moléculas do parasita e do hospedeiro. Um resultado comum desse estresse oxidativo induzido é a agranulocitose — um distúrbio agudo do sangue muitas vezes causado por radioterapia ou farmacoterapia e caracterizado pela redução intensa dos granulócitos (um tipo de glóbulo branco).

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FIGURA 3.18 Reação do ácido araquidônico mediada pela prostaglandina H sintase.

FIGURA 3.19 Ativação de hidrocarbonetos aromáticos pela prostaglandina H sintase.

Peroxidases

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O hipoclorito oxida a glutationa, tióis e tioéteres de proteínas, e converte aminoácidos em haloaminas. O hipoclorito forma produtos de oxidação ao reagir com ligações insaturadas entre carbonos de ácidos graxos, colesterol e alguns aminoácidos, o que afeta as membranas e as funções das proteínas, levando à lise celular e à morte. Além disso, a leucemia mieloide aguda resultante da quimioterapia com etoposídeo — um inibidor fenólico da topoisomerase — ou a leucemia induzida pela exposição crônica ao benzeno têm sido atribuídas a radicais fenoxilas com efeitos pró-oxidantes sobre o DNA formados pelo metabolismo do etoposídeo ou do fenol, respectivamente, pela MPO e pelo H 2O2. O tamoxifeno (um trifeniletileno) é utilizado no tratamento do câncer de mama metastático ou como terapia adjuvante e é uma das drogas anticancerosas mais seguras disponíveis, porém é um hepatocarcinógeno em ratos e pode induzir câncer de útero em mulheres. A peroxidase catalisa a ativação do 4-hidroxitamoxifeno, um metabólito importante que forma adutos de DNA e se liga covalentemente a proteínas. A Figura 3.20 mostra a conversão mediada pela peroxidase de um metabólito importante (DMB1) do agente anti-inflamatório indometacina em um produto eletrofílico. Essa reação ilustra a reação de desidrogenação final com a formação de quinonas e iminoquinonas reativas de potencialmente muitas substâncias endógenas e exógenas.

FIGURA 3.20 Ativação da indometacina mediada pela peroxidase.

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MONO-OXIGENASES QUE CONTÊM FLAVINA (FMOs) As FMOs humanas compreendem um grupo de cinco enzimas ligadas à membrana que servem de mediadores seletivos no processo de oxidação de heteroátomos nucleofílicos de xenobióticos lipofílicos. Os substratos comuns incluem a trimetilamina, a nicotina e a cimetidina. Os produtos das oxidações das FMOs geralmente são mais polares e mais facilmente excretados. Embora esse processo geralmente reduza a toxicidade da maioria dos substratos, ele também pode reduzir a utilidade terapêutica de substâncias como o sulindaco, que é uma pró-droga empregada na quimioprevenção do câncer colorretal (Figura 3.21A). Sob condições normais, a porção sulfóxido do sulindaco é reduzida ao sulfeto ativo. A reoxidação do sulfeto ao sulfóxido e, em seguida, à sulfona pela ação da FMO bloqueia a etapa de ativação necessária da droga. Outro efeito potencialmente adverso da FMO é a oxidação inicial de certas aminas aromáticas que leva à produção de intermediários eletrofílicos reativos que podem ligar-se a macromoléculas celulares, como ilustrado na Figura 3.21B para a fluorenilamina. O indol-3-carbinol e o N,N-dimetilamino estilbeno carboxilato estão entre os poucos inibidores competitivos conhecidos da FMO. As isoenzimas da FMO estão expressas de modo diferente; os níveis mais altos da FMO1 e da FMO2 ocorrem, respectivamente, nos rins e nos pulmões de adultos, enquanto os maiores níveis de expressão da FMO3, FMO4 e FMO5 são vistos no fígado de adultos. Curiosamente, a expressão das FMO2-5 no fígado fetal corresponde a aproximadamente 10% ou menos da expressão dessas enzimas no fígado adulto, enquanto a expressão da

FIGURA 3.21 A) Oxidação do enxofre do sulindaco catalisada pela FMO. B) Oxidação de aminas catalisada pela FMO.

Epóxido hidrolase (EH)

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FMO1 no fígado fetal é aproximadamente 10 vezes maior que a expressão da mesma enzima no fígado de adultos. A expressão da FMO mostra pouca resposta aos xenobióticos e é mais responsiva ao estado fisiológico. Contudo, certos hormônios podem influenciar a atividade das FMOs. Por exemplo, a expressão das FMOs nos pulmões e rins de camundongos é regulada positivamente pela testosterona e reprimida pelo estradiol. O cortisol regula a atividade hepática das FMOs nos camundongos fêmeas. A expressão do RNAm e da proteína FMO2 durante a gestação correlaciona-se com as concentrações plasmáticas de progesterona e corticosterona. Observou-se uma variação de até 20 vezes na atividade das FMOs durante o ciclo reprodutivo dos porcos. Observou-se também que dieta, idade, sexo, nível de diabetes e etnia têm efeitos relativamente pequenos sobre as atividades das FMOs.

EPÓXIDO HIDROLASE (EH) Epóxidos (oxiranos) de muitos tipos estão presentes no ambiente ou são produzidos endogenamente por enzimas oxidativas como as CYPs e as peroxidases. Embora a maioria dessas substâncias seja relativamente estável nas células, várias delas são eletrófilos fortes que podem reagir com macromoléculas celulares e danificar as células. Em alguns casos, epóxidos de lipídios endógenos são moléculas sinalizadoras importantes para as respostas do organismo. Por exemplo, o papel da sEH no desenvolvimento da síndrome do desconforto respiratório do adulto e da falência de vários órgãos foi estabelecido por meio da identificação da leucotoxina diol — um metabólito dos epóxidos de ácidos graxos por ação da sEH — como importante agente desencadeador daqueles efeitos muitas vezes fatais. Os níveis desses epóxidos no interior das células são regulados em grande parte pela família de enzimas epóxido-hidrolases. Essas enzimas são discutidas juntamente com as enzimas metabólicas da fase I, porque, como as esterases que geralmente são consideradas enzimas da fase I, as epóxido-hidrolases medeiam a adição trans de água à molécula do substrato. Há cinco formas distintas de enzimas epóxido-hidrolases (EHs) nos mamíferos: a epóxido-hidrolase microssomal (mEH), a epóxido-hidrolase solúvel (sEH), a colesterol epóxido-hidrolase (chEH), a LTA4 hidrolase e a hepoxilina hidrolase. A mEH medeia o metabolismo, principalmente, dos epóxidos xenobióticos e exibe uma especificidade extraordinariamente ampla pelo substrato. Essa enzima pode mediar a inativação de epóxidos xenobióticos, como a aflatoxina B 1-9,10-epóxido, enquanto serve de mediador da hidrólise de um epóxido na via metabólica que ativa o benzo[a]pireno, originando o carcinógeno final benzo[a]pireno-7,8-di-idrodiol-9,10-epóxido. A sEH complementa a atividade da mEH na hidrólise de um leque amplo de epóxidos (xenobióticos) mutagênicos, tóxicos e carcinogênicos. Por exemplo, a sEH hidrolisa de preferência epóxidos com substituintes anti, ao passo que a mEH hidrolisa principalmente epóxidos com substituintes sin. Além disso, a sEH medeia a hidrólise de certos epóxidos de ácidos graxos endógenos, como os epóxidos do ácido araquidônico, também denominados ácidos epoxieicosatrienoicos ou EETs, e os epóxidos do ácido linoleico, também chamados de leucotoxinas, envolvidos na regulação da pressão arterial e da inflamação. Os substratos típicos da mEH (classe A) e da sEH (classe B) são apresentados na Figura 3.22. As três últimas hidrolases, a

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FIGURA 3.22 Substratos epóxidos para a epóxido-hidrolase.

chEH, a LTA4 hidrolase e a hepoxilina hidrolase, são específicas para certos substratos endógenos, como seus nomes indicam. A atividade da mEH mostra uma dependência do pH; em pH de 9,0, a enzima hidrolisa preferencialmente o isômero cis do óxido de estilbeno, enquanto em pH de 7,4 a preferência é para o isômero trans. Nos últimos anos, tem crescido o interesse pelos inibidores das EHs com a descoberta de que os inibidores seletivos são úteis no estudo do mecanismo de ação das enzimas e que a inibição da hidrólise de certos epóxidos endógenos pode trazer benefícios terapêuticos. A Figura 3.23 mostra inibidores seletivos da mEH e da sEH. Os inibidores da classe A são seletivos para a mEH, enquanto os inibidores da classe B são seletivos para a sEH. As epóxido-hidrolases são encontradas em praticamente todos os tecidos dos mamíferos. Os níveis mais altos da mEH são detectados no fígado, nos rins e nos testículos, e uma expressão 0,1 a 0,01 vez mais baixa é encontrada nos pulmões e nos linfócitos. A mEH está expressa, principalmente, no retículo endoplasmático em estreita associação com as enzimas CYPs, o que facilita a hidrólise eficiente

Esterases

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FIGURA 3.23 Inibidores da classe A e da classe B que agem sobre a epóxido-hidrolase.

dos produtos das CYPs. Há relatos de que a variação interindividual da expressão das EHs chega a ser de 40 vezes, e os indivíduos que expressam níveis baixos de EHs são mais suscetíveis aos efeitos adversos de certos fármacos, como o acetaminofeno e a fenitoína. A expressão da mEH é induzida 2 a 3 vezes por ligantes do CAR como o fenobarbital e por ligantes do AhR como o 3-metilcolantreno, e até 10 vezes pelos ativadores da via de resposta antioxidante como o BHA e o BHT, e pela radiação ionizante. A expressão da sEH é induzida por substâncias conhecidas como proliferadores de peroxissomos, que incluem o clofibrato, e também por contaminantes ambientais comuns, como os plastificantes do tipo ésteres de ftalato.

ESTERASES Carboxilesterases (CES) A hidrólise dos ésteres xenobióticos é mediada principalmente por um grupo de carboxilesterases (CES), organofosfatases e colinesterases. As colinesterases serão discutidas mais adiante no Capítulo 9. As CES dos mamíferos compreendem uma família multigênica cujos produtos genéticos estão localizados no retículo endoplasmático de vários tecidos. Essas enzimas catalisam eficientemente a hidrólise de diversas substâncias químicas que contêm éster e amida, assim como de drogas e pró-drogas, nos respectivos ácidos e álcoois livres. Elas estão envolvidas na detoxificação ou na ativação metabólica de várias drogas, agentes tóxicos ambientais e carcinógenos, como o metil-2,4-D, a permitrina, o acetato de vinila e a cocaína (Figura 3.24). A hidrólise do acetato de vinila mediada pela carboxilesterase é necessária para a produção de acetaldeído — um agente intracelular ativo que forma ligações cruzadas — e do metabólito citotóxico, ácido acético. As conversões das pró-drogas CPT-11 e paclitaxel-2-etilcarbonato em seus metabólitos ativos, SN-38 e paclitaxel, respectivamente,

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FIGURA 3.24 Substratos para as carboxilesterases.

também são mediadas pela CES. A CES também catalisa a hidrólise de compostos endógenos, como os ésteres acilglicerol de cadeia curta e longa, acilcarnitina de cadeia longa e acilcoenzima A de cadeia longa (CoA). A expressão da CES é ubíqua, com níveis altos no fígado, no intestino delgado, nos rins e nos pulmões. Os poucos trabalhos sobre a regulação da expressão dessas enzimas indicam que as isoenzimas dos roedores são induzidas pelo fenobarbital, aminopirina, aroclor, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, glicocorticoides, pregnenolona-16, �-carbonitrila e proliferadores de peroxissomos, o que revela o envolvimento de muitos sistemas de receptores na regulação da expressão da CES. Existe interesse no desenvolvimento de inibidores seletivos não tóxicos da CES que poderiam ser utilizados na prevenção da toxicidade das drogas, por exemplo, ao inibir a produção de morfina a partir da heroína, ou no aumento da meia-vida das drogas que são inativadas pela CES. Essas drogas incluem o flestolol, um agente bloqueador beta-adrenérgico cuja meia-vida é consideravelmente reduzida in vivo por causa da hidrólise mediada pela CES. A administração de um inibidor específico junto com a droga de escolha poderia proporcionar concentrações plasmáticas prolongadas e, como consequência, aumentar a eficácia da droga.

Metabolismo de fase II dos xenobióticos

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Paraoxonase A paraoxonase-1 (PON1) é uma enzima que pertence a uma família de genes que contém três membros, cada um dos quais é altamente conservado na evolução dos mamíferos. Os outros membros são designados PON2 e PON3. Embora haja consenso de que os membros da família das paraoxonases têm uma influência protetora geral, a função biológica específica dessas enzimas permanece indeterminada. O papel toxicológico de proteger do envenenamento ambiental por derivados dos organofosfatos guiou grande parte do trabalho anterior realizado com essas enzimas. Mais recentemente, o interesse clínico tem-se concentrado no papel protetor exercido pela enzima na doença vascular por meio de um impacto hipotético sobre a oxidação dos lipídios das lipoproteínas. A recente confirmação de que a principal atividade das paraoxonases é a de uma lactonase expande consideravelmente as potenciais fontes de substratos biológicos para a enzima. Estudos sobre esses substratos podem esclarecer ainda mais os diferentes mecanismos por meio dos quais as paraoxonases influenciam de modo benéfico a aterosclerose, assim como definem os possíveis papéis na limitação da infecção bacteriana e na imunidade inata. A expressão de cada enzima PON é diferente. A PON1 e a PON3 estão expressas no fígado e são secretadas no sangue, onde estão associadas a partículas de lipoproteínas de alta densidade (HDL). A PON2 não está presente no sangue, mas está expressa em vários tecidos, entre eles o coração, os pulmões, o fígado e o encéfalo. Comparado às outras enzimas que metabolizam xenobióticos, pouco se sabe a respeito da regulação da expressão das PONs. Um estudo mostrou que o ácido fenofíbrico pode aumentar a transcrição da PON1 em 70% por meio de um mecanismo que aparentemente envolve a ativação do receptor X do fígado (LXR). Além disso, antioxidantes da dieta, como os polifenóis, aumentam a expressão e a atividade do RNAm da PON1, aparentemente por meio de um mecanismo dependente do receptor de aril hidrocarbonetos. Estudos sobre as atividades enzimáticas de PONs purificadas mostraram que elas são lactonases/enzimas lactonizantes, com alguns substratos que se sobrepõem (p. ex., lactonas aromáticas), mas também têm especificidades distintas para substratos. Todas as três PONs metabolizam de modo muito eficiente a hidrólise da 5-hidroxi-ácido eicosatetraenoico-1,5-lactona e da 4-hidroxi-ácido docosa-hexaenoico-1,4 lactona, que são produtos da oxidação enzimática e não enzimática do ácido araquidônico e do ácido docosa-hexaenoico, respectivamente, e podem ser os substratos endógenos das enzimas. Os organofosfatos são hidrolisados quase exclusivamente pela PON1, enquanto substratos farmacológicos como a lovastatina e a espironolactona são hidrolisados apenas pela PON3. De especial interesse é a capacidade das PONs humanas, sobretudo da PON2, de hidrolisar e, dessa forma, inativar as N-acil-homoserina lactonas, que são sinais de quorum sensing de bactérias patogênicas.

METABOLISMO DE FASE II DOS XENOBIÓTICOS A função do metabolismo de fase II é converter o xenobiótico original ou um metabólito funcionalizado da fase I em um produto solúvel em água que pode ser excretado na urina ou na bile. Em quase todos os casos, os metabólitos da fase II são

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menos tóxicos que o composto-mãe ou o metabólito da fase I. A grande maioria das reações da fase II envolve a adição de uma molécula endógena polar como o ácido glicurônico, um sulfato ou a glutationa ao produto da fase I (Figura 3.9) para gerar produtos com peso molecular maior. Esses produtos muitas vezes são chamados de conjugados para refletir o fato de que resultam da combinação de duas moléculas precursoras. Uma importante distinção entre essas reações é que os substratos para a glicuronidação e para a conjugação com sulfato são nucleófilos, enquanto os substratos para a conjugação com a glutationa são eletrófilos. Assim, a capacidade metabólica combinada da fase II de um organismo pode mediar a conversão de produtos da fase I com um conjunto diversificado de substratos químicos em produtos solúveis em água.

Conjugação com o Ácido Glicurônico A glicuronidação é uma via importante da biotransformação de xenobióticos da maioria das espécies de mamíferos, inclusive dos humanos. Os substratos xenobióticos para a reação incluem grande número de álcoois, fenóis, ácidos carboxílicos, aminas e tióis. Essa reação enzimática é mediada por um grupo de uridina difosfato-glicuronil transferases (UGTs) que estão localizadas na membrana do retículo endoplasmático (RE) de fígado, intestino, pele, encéfalo, baço e mucosa nasal. O substrato codjuvante para a reação é a uridina difosfato-ácido glicurônico (UDPGA), que é sintetizada no citosol a partir da glicose e transportada ativamente para o interior do RE. Como mostrado na Figura 3.25, o �-glicuronídeo produzido na reação é transportado ativamente para fora do fígado pelo transportador de ânions orgânicos (TAO) e levado para o sangue. Se o produto tiver peso molecular de menos de 350 Da, estará sujeito à depuração renal, que é auxiliada pelo transportador associado à resistência a múltiplas drogas (MDR) ou, possivelmente, inibida pelo peptídio PEP

FIGURA 3.25 Via da glicuronidação da fase II.


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e pelos transportadores de cátions orgânicos (TCO). Processos similares podem mediar a excreção biliar dos metabólitos xenobióticos da fase II com peso molecular de mais de 350 Da. Aproximadamente 15 UGTs foram descritas em seres humanos. Os resultados de estudos de epidemiologia molecular indicam que a UGT2B7, a UGT1A9 e a UGT1A7 são importantes para o metabolismo e excreção de certos carcinógenos do tabaco, que incluem a 4-(metilnitrosamino)-1-(3-piridil)-1-butanona (NNK) e o benzo[a]pireno (BaP) e que deficiências na expressão ou na atividade dessas enzimas estão relacionadas a maior suscetibilidade ao câncer de pulmão em tabagistas. Conforme mencionado previamente no Capítulo 1, a glicuronidação frequentemente desempenha um papel importante no processo da circulação entero-hepática. Assim, a desconjugação de um glicuronídeo pode ser mediada pela atividade da �-glicuronidase das bactérias do intestino, a qual libera o xenobiótico que é reabsorvido, entra no sangue e é transportado pela veia porta até o fígado, onde pode ser conjugado novamente, originando um novo glicuronídeo. Esse processo pode aumentar consideravelmente o tempo de permanência do xenobiótico no corpo.

Conjugação com Sulfatos Muitos dos xenobióticos e substratos endógenos que sofrem O-glicuronidação, entre eles álcoois, aminas, fenóis e hidroxilaminas, também sofrerão conjugação com sulfatos (Figura 3.26). Contudo, ao contrário das reações de glicuronidação, as reações de sulfatação da fase II não produzem sulfatos estáveis de ácidos carboxílicos. O substrato endógeno coadjuvante para a reação é o derivado ativado fosfoadenosina-fosfossulfato (PAPS). Os conjugados formados com sulfato, que são sais de ácidos fortes, são menos solúveis em lipídios que os glicuronídeos e, por essa razão, mais facilmente excretados, geralmente pela ação dos TAOs ativos dos rins.

FIGURA 3.26 Via da sulfatação da fase II.

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FIGURA 3.27 Reações da fase II com o acetaminofeno.

Conforme ilustrado na Figura 3.27, com relação ao acetaminofeno, as sulfotransferases, que são enzimas com alta afinidade e baixa capacidade quando comparadas às UGTs, medeiam a conjugação de concentrações baixas do xenobiótico até o sulfato correspondente, enquanto os produtos resultantes das reações mediadas pela UGTs predominam em concentrações altas do substrato. Como ocorre com os conjugados do tipo glicuronídeo, muitos conjugados do tipo sulfato que são excretados na bile podem entrar na circulação entero-hepática após sofrer hidrólise por ação das arilsulfatases ou arilsulfato sulfotransferases da microflora intestinal. Há nove genes que codificam as sulfotransferases citosólicas nos seres humanos, e eles pertencem às famílias de genes SULT1 ou SULT2. Estudos recentes mostraram que uma mutação com perda de função no gene SULT1A1 está associada a um aumento de 3,5 vezes no risco de câncer de esôfago em indivíduos do sexo masculino que fumam tabaco e são consumidores pesados de etanol.

Conjugação com a Glutationa Os substratos para a conjugação com a glutationa englobam um enorme leque de xenobióticos eletrofílicos ou de metabólitos de xenobióticos. Visto que os xenobióticos eletrófilos são responsáveis pelos efeitos tóxicos de muitos agentes tóxicos


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FIGURA 3.28 Reação (da fase II) da glutationa com epóxidos.

ambientais, as reações de conjugação com a glutationa são extremamente importantes para a proteção dos organismos contra esses agentes tóxicos. Os substratos para as glutationas S-transferases (GSTs) compartilham três características em comum: (1) são hidrofóbicos, (2) são eletrofílicos e (3) reagem não enzimaticamente com a glutationa em velocidade lenta, porém mensurável. A grande importância biológica dessas reações é evidenciada pelo fato de que a concentração da glutationa no fígado é muito alta (10 mM) e que as GSTs constituem cerca de 10% de toda a proteína celular. A reação geral mediada pela GST de um epóxido com a glutationa está ilustrada na Figura 3.28. As GSTs são homodímeros compostos de proteínas relativamente pequenas (23-29 kDa), expressas principalmente na forma de proteínas citosólicas, solúveis (95%), havendo pequena porcentagem expressa na forma de enzima ligada a membranas em microssomos (5%). A GSTA1 é uma proteína solúvel extremamente abundante que originalmente foi chamada de ligandina por causa de sua capacidade considerável de ligação a muitos xenobióticos. Os conjugados com a glutationa podem ser formados no fígado e ser excretados intactos na bile ou podem ser convertidos em ácidos mercaptúricos nos rins e ex cretados na urina, como ilustra a Figura 3.29. Essa conversão em ácido mercaptúrico aumenta a eficiência da excreção nos rins por meio do transportador ativo de ânions orgânicos. Estudos sobre o papel dos polimorfismos dos genes das GSTs em doenças indicam que a deficiência de outra GST solúvel, a GSTM1, está associada a risco maior de câncer

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FIGURA 3.29 Via da formação do ácido mercaptúrico.

de pulmão, bexiga, estômago, cólon e pele, o que sugere que essa isoenzima pode mediar a detoxificação de certos carcinógenos. Estudos com carcinógenos obtidos da fumaça do tabaco confirmaram esses achados.

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CAPÍTULO

Carcinogênese Química

4

SUMÁRIO DO CAPÍTULO Definições .......................................................................................................................85 Fases da Carcinogênese ...................................................................................................86 Iniciação .................. ...................................... ....................................... ....................................... ....................................... ............................ ......... Promoção ................. ..................................... ....................................... ....................................... ....................................... ............................ ......... Progressão .................... ....................................... ...................................... ....................................... ....................................... ......................... ...... Angiogênese ................. .................................... ...................................... ....................................... ....................................... ......................... ......

86 86 88 89 Epidemiologia do Câncer ..................................................................................................92 Diretrizes Alimentares para a Prevenção do Câncer ...........................................................95 95

O câncer consiste em uma classe de doenças nas quais as células foram alteradas para exibir as características de crescimento descontrolado, invasão de outros tecidos e surgimento de novas áreas de crescimento celular descontrolado em locais distantes do local de origem do crescimento celular. A maioria dos cânceres forma um tumor, mas em alguns, como na leucemia, não há massa tumoral. As estatísticas atuais mostram que os cânceres, de modo geral, reivindicam a vida de um em cada quatro ou cinco americanos. Entre as principais causas de morte nos Estados Unidos, o câncer só s ó fica atrás das doenças cardíacas e é responsável por cerca de 500.000 mortes por ano. O câncer é considerado uma doença multifatorial, altamente complexa, que é causada, em parte, por desequilíbrios metabólicos endógenos ou outros desequilíbrios associados à idade ou à constituição genética e, em parte, por uma ampla variedade de fatores exógenos que incluem a dieta, o estilo de vida e a exposição à radiação ionizante e a substâncias químicas de origem natural ou artificial. A carcinogênese química concentra-se no papel e nos mecanismos de ação das substâncias químicas exógenas na origem do câncer.

DEFINIÇÕES Por causa da natureza complexa do câncer, é útil fornecer as definições de termos importantes associados a essa doença. Assim, • •

Câncer é um subgrupo de lesões neoplásicas. O neoplasma neoplasma é denido denido como como o crescimento relativamente autônomo de um um tecido. tecido.

A alteração ocorrida nas células do tecido é transmitida para as células-filhas. Esse crescimento pode ser benigno ou maligno. 85

86

• •

CAPÍTULO 4


O câncer é uma neoplasia maligna. Tumores são neoplasias neoplasias que que ocupam espaço. A verruga é um exemplo de tumor

benigno. •

Carcinógeno é o agente que produz uma neoplasia neoplasia maligna maligna em animais previamente

não tratados. •

Carcinogênese é o processo processo de desenvolvimento de uma neoplasia maligna.

FASES DA CARCINOGÊNESE Muitas décadas de pesquisa resultaram na caracterização do câncer como uma progressão de estágios específicos. Embora o número de estágios definidos seja variável em diferentes tipos de câncer, há consenso de que existem pelo menos três estágios em todos os cânceres: iniciação, promoção e progressão. Cada estágio envolve alterações

genéticas ou não genéticas nas funções das células e pode ser induzido por diferentes tipos de substâncias. O fato de um único tratamento com um único carcinógeno, como a aflatoxina B1 ou o benzo[a]pireno, ser capaz de produzir câncer metastático indica que, em dose suficientemente alta, esses carcinógenos, denominados completos, são capazes de mediar todos os três estágios da carcinogênese.

Iniciação A primeira etapa da carcinogênese, a iniciação, geralmente é causada por uma mutação em um ou mais genes que controlam as principais vias reguladoras envolvidas na proliferação da célula. A iniciação requer um ou mais ciclos de divisão celular para que ocorra a “fixação” da lesão do DNA. O processo é irreversível, já que o efeito persiste após a remoção da substância desencadeante, mesmo que a célula iniciada acabe morrendo durante o desenvolvimento do neoplasma. A Figura 4.1 apresenta 4.1 apresenta alguns dos agentes iniciadores de câncer mais bem conhecidos. Alterações mutacionais na função ou na expressão de um número grande de genes podem levar à iniciação do câncer. Assim, a superexpressão de genes que ativam a proliferação celular, os chamados proto-oncogenes, é capaz de transformar células normais em células em estado carcinogênico. Os produtos proteicos dessa categoria de genes incluem fatores de crescimento e seus receptores (p. ex., IGF e IGFR) e certas cinases que regulam a proliferação celular (p. ex., Ras). Por outro lado, a inativação de genes cujos produtos proteicos normalmente inibem a proliferação celular (p. ex., p53), os chamados supressores de tumores, também pode levar à proliferação celular anormal. Além disso, a inativação dos genes envolvidos na defesa das células contra a lesão celular, entre eles os genes que servem de mediadores para o reparo do DNA e a defesa antioxidante, aumenta a sensibilidade das células aos agentes iniciadores.

Promoção A promoção é a etapa seguinte da carcinogênese, e consiste na indução do aumento seletivo do crescimento da célula iniciada e de suas células-filhas por meio da exposição contínua a um agente promotor. Esse é um evento epigenético, visto que não envolve novas

Fases da carcinogênese

87

FIGURA 4.1 Exemplos de agentes causadores de câncer câncer..

alterações no DNA e é, portanto, reversível, porque a remoção do agente promotor leva à diminuição da proliferação celular. No entanto, o intervalo de tempo entre a iniciação (ou a exposição ao agente iniciador) e a exposição ao agente promotor pode ser muito longo, chegando a vários anos, no desenvolvimento de um câncer. Os promotores de câncer representam um vasto grupo de agentes mitógenos de diversas classes estruturais que podem induzir a proliferação celular por meio de vários mecanismos, por vezes, ainda mal compreendidos. Algumas das principais classes dessas substâncias incluem doses elevadas de substâncias sintéticas com atividade redox, como o BHA e o BHT, as quais são capazes de induzir a formação intracelular de altos níveis de espécies

reativas do oxigênio sob certas condições; o edulcorante sintético sacarina e ésteres de forbol derivados de plantas; certos ativadores do receptor de Ah (aril hidrocarbonetos) como a dioxina; proliferadores de peroxissomos, como as gorduras oxidadas e certas drogas; e várias substâncias endócrinas ativas, como o estradiol e o dietilestilbestrol (Figura (Figura 4.2). 4.2).

88

CAPÍTULO 4


FIGURA 4.2 Exemplos de agentes promotores de cânceres.

O vírus da hepatite B (HBV) é um potente promotor de tumores que age por meio da expressão da proteína HBx. Essa proteína é capaz de alterar a expressão de vários genes envolvidos na regulação da proliferação celular e apoptose, entre eles os genes p53, AP-1, NF-κ B, B, c-myc, e também no reparo do DNA. Como resultado da infecção pelo HBV, ocorre comprometimento da apoptose, instabilidade genética e regulação deficiente do ciclo celular.

Progressão A progressão é uma fase irreversível da carcinogênese que leva a um grau maior de independência e à capacidade de invasão e metástase, e resulta da evolução mutagênica contínua do cariótipo basicamente instável das células tumorais. O tumor em desenvolvimento começa a recrutar células imunes inflamatórias e adquire características “cicatrizantes”, como a secreção de substâncias quimiotácticas que atraem outros tipos de células, fatores para a angiogênese e proteases que facilitam a propagação do tumor para outros tecidos e crescimento independente do tumor. As células metastáticas que entram na corrente sanguínea precisam ser cobertas por macrófagos e fibroblastos para sobreviver. Como exemplos de agentes que promovem a progressão, progr essão, os chamados agentes

aceleradores, acelerado res, têm-se: fibras de asbesto, benzeno, peróxido de benzoíla, outros peróxidos, estresse oxidativo e inamação. Todos esses agentes são mutágenos fracos para

as células normais, mas exibem genotoxicidade significativa nas células tumorais iniciadas e com crescimento rápido. Embora, em princípio, a iniciação do câncer possa resultar da alteração da expressão de apenas um único gene, estudos recentes mostraram que células tumorais totalmente metastáticas têm até 100 genes com mutação.


89

Angiogênese Nos tecidos normais, a angiogênese é um processo cuidadosamente controlado de desenvolvimento de vasos para satisfazer as necessidades dos tecidos em crescimento e em fase de cicatrização. A angiogênese insuficiente pode provocar derrame cerebral, doença cardíaca, infertilidade, úlceras e espessamento da pele (esclerodermia). A angiogênese excessiva pode causar cegueira, psoríase, artrite reumatoide, complicações na AIDS e câncer metastático. Na verdade, a angiogênese tumoral desempenha um papel importante, tanto no crescimento primário quanto na metástase de um tumor. O papel da angiogênese no crescimento e na metástase tumoral está ilustrado de modo esquemático na Figura 4.3. 4.3. O tumor cujo crescimento ultrapasse 2 a 3 mm3 requer o desenvolvimento de uma rede de microvasos para facilitar o fornecimento de nutrientes e oxigênio para suas células. A densidade da microvasculatura é utilizada com frequência como indicador da agressividade biológica e do potencial metastático dos tumores primários, porque a neovascularização facilita a metástase ao possibilitar o acesso de células cancerosas à circulação. A capacidade de os carcinomas primários de mama, próstata e colorretal alcançarem os linfonodos através de metástase tem sido correlacionada diretamente com o grau de angiogênese dentro do tumor primário. Constatou-se que as drogas que inibem

a angiogênese inibem com sucesso o crescimento do tumor, tanto em roedores como em seres humanos. Por exemplo, a administração sistêmica de angiostatina provoca a regressão de tumores primários de glândulas mamárias, cólon e próstata de ratos. A endostatina recombinante inibe a angiogênese e o crescimento de tumores primários e provenientes de metástase de camundongos. O tratamento com interferona � provoca a regressão da doença hemangiomatosa humana. Foi constatado que diversas substâncias s ubstâncias fitoquímicas, como aquelas encontradas na soja (isoflavonas e saponinas), no vinho tinto e nas uvas (resveratrol), no chá verde (catequinas) e em vegetais do gênero Bras Brassica sica (3,3�-di-indolilmetano, DIM) interrompem o crescimento de tumores por meio de mecanismos que pelo menos em parte envolvem a inibição da angiogênese tumoral. A estrutura dos vasos tumorais difere da estrutura dos vasos dos tecidos normais. As diferenças na sinalização celular, na composição celular, na integridade tecidual e na permeabilidade vascular resultam frequentemente em uma rede circulatória frágil, grosseira e propensa a vazamentos (Figuras ( Figuras 4.4 e 4.5). 4.5). Durante a progressão do tumor, a neovasculatura exibe alto grau de plasticidade para satisfazer as necessidades de crescimento do tumor. Células endoteliais e outras células estromais são recrutadas ativamente

para o interior da massa tumoral por fatores secretados pelo tumor em desenvolvimento. A angiogênese é regulada por grande número de fatores pró-angiogênicos e antiangiogênicos. O equilíbrio final entre essas duas classes de fatores é que vai determinar se a angiogênese ocorrerá. O aumento da produção de fatores angiogênicos positivos (ativadores) é necessário, mas não suficiente para a indução da neovascularização. A angiogênese também requer a supressão dos reguladores negativos (inibidores). Por exemplo, em amostras de tumor obtidas de camundongos tratados oralmente com a substância fitoquímica DIM, oriunda do gênero Brassica, observou-se que os transcritos de inibidores conhecidos da angiogênese, a endostatina e o PF-4 (fator plaquetário 4), bem como a TSP2, estavam suprarregulados (upregulated (upregulated ). ). A TSP2 é um membro da

família das trombospondinas, que são proteínas secretadas; muitas dessas proteínas são

9 0 C A P Í T U L O 4

C a r c i n o g ê n e s e Q u í m i c a

FIGURA 4.3 Papel da angiogênese no crescimento e na metástase dos tumores.


91

FIGURA 4.4 À direita, observa-se a vascularização normal de um tecido, formada por vasos dispostos de modo ordenado, sem ramificações e quase paralelos; à esquerda, observa-se a vascularização de uma massa tumoral.

FIGURA 4.5 Vascularização de um tumor. Note o enovelamento, a irregularidade e o tamanho heterogêneo dos vasos.

inibidores endógenos da angiogênese que se localizam na matriz extracelular e inibem proteases que remodelam a matriz e os fatores de crescimento. Por meio da inibição das proteases, particularmente da metaloproteinase 2 da matriz (MMP-2), a TSP2 impede

a angiogênese regulando a adesão celular e inibindo o crescimento e a proliferação das células endoteliais. Simultaneamente ao aumento da expressão da TSP2, (a expressão

de uma importante protease), o ativador do plasminogênio denominado uroquinase, que serve de mediador à degradação da matriz extracelular e facilita a angiogênese, também estava infrarregulado de modo significativo pela ação do DIM. A expressão da efrina B2 — um ligante transmembrana que ativa os receptores para Eph localizados na superfície das células endoteliais — também foi reduzida pelo tratamento com DIM. Considera-se que o desenvolvimento de condições hipóxicas no centro de tumores que

alcançam o diâmetro crítico de alguns milímetros seja o estímulo inicial que desencadeia a angiogênese tumoral. O fator 1 � induzido pela hipóxia (HIF-1 �) acumula-se rapidamente

92

CAPÍTULO 4


no interior das células tumorais expostas a condições hipóxicas e forma heterodímeros com HIF-1� /ARNT para formar o HIF-1. O HIF-1 é um fator de transcrição que regula a expressão de mais de 60 genes, que incluem os genes que codificam vários fatores reguladores da angiogênese e enzimas envolvidas no metabolismo energético. Os ativadores angiogênicos importantes que estão expressos nas células tumorais hipóxicas incluem o fator de crescimento do endotélio vascular (VEGF), o fator de crescimento dos fibroblastos (FGF) e o fator de crescimento da placenta (PlGF). Os inibidores da angiogênese que estão infrarregulados nas células tumorais hipóxicas incluem o fator derivado do epitélio pigmentado (PEDF), o fator � de crescimento transformador (TGF-�), a endostatina, a angiostatina e a trombospondina 1. O HIF-1 tornou-se um alvo interessante para o desenvolvimento de drogas anticâncer. O HIF-1� tem vida extremamente curta sob condições normóxicas; sua meia-vida é de menos de cinco minutos. Certos resíduos prolil do HIF-1� são hidroxilados por hidroxilases específicas para HIF-prolil (PHD1-3) para facilitar a interação com a proteína de von Hippel-Lindau supressora de tumores (pVHL), a qual leva à ubiquitinação seguida pela degradação proteossômica. Sob condições hipóxicas, o nível da proteína HIF-1� aumenta como consequência da diminuição da velocidade da degradação via ubiquitina. Estudos conduzidos por vários laboratórios mostraram que potenciais agentes terapêuticos podem interromper a via de sinalização do HIF-1 por meio de diversos tipos de mecanismos, entre eles a inibição da síntese da proteína HIF-1�, a translocação nuclear, a transativação dos genes-alvo ou a ativação da degradação da proteína HIF-1 � sob condições hipóxicas. A desestabilização da proteína HIF-1 � parece ser o principal mecanismo por meio do qual certas substâncias fitoquímicas inibem a atividade do HIF-1, já que a inibição das prolil hidroxilases ou da degradação proteossômica é capaz de reverter os efeitos inibidores dessas substâncias sobre o acúmulo de HIF-1 �.

EPIDEMIOLOGIA DO CÂNCER Os dados epidemiológicos sobre as variações geográficas e temporais da incidência do câncer, bem como estudos de populações migrantes e de seus descendentes que adquirem o padrão de risco de câncer de seu novo país, indicam que a exposição ambiental contribui substancialmente para o desenvolvimento de cânceres em seres humanos. Esses estudos, juntamente com a investigação de fatores e hábitos relacionados ao estilo de vida, levaram à conclusão de que até 80%, segundo algumas estimativas, das mortes por câncer em países industrializados do Ocidente podem ser atribuídas a fatores como tabaco, álcool, dieta, infecções e exposições ambientais; a dieta (35%) e o tabaco (30%) aparecem como os principais fatores contribuidores. Estimativas recentes sugerem que cerca de 75% das mortes de tabagistas por câncer ou de 50% das mortes de não tabagistas por câncer nos Estados Unidos poderiam ser evitadas por meio da eliminação desses fatores de risco. Estudos internacionais recentes mostram um envolvimento similar ou maior dos fatores ambientais e dos fatores relacionados ao estilo de vida na causa dos principais cânceres. Os dados apresentados na Tabela 4.1 listam as diferenças na taxa de mortes pelos principais cânceres entre os sexos nos Estados Unidos. Note que as mortes por câncer

Epidemiologia do câncer

93

Tabela 4.1 Diferenças na Taxa de Mortes pelos Principais Cânceres entre os Sexos nos Estados Unidos Taxa de Mortes (%) Tipo de Câncer

Homens

Mulheres

Encéfalo Esôfago e estômago Pulmão Fígado Leucemias e linfomas Pâncreas Cólon e reto Urinário Próstata Todos os outros (p. ex., boca, pele e bexiga) Mama Ovário Útero e colo do útero

2 6 33 3 8 4 10 4 14 16

2 3 24 3 7 5 11 1

− − −

−

17 18 6 4

de pulmão, o qual é em grande parte evitável pela interrupção do tabagismo, correspondem à porcentagem mais alta de morte por todos os tipos de câncer, tanto entre os homens (33%) como entre as mulheres (24%). As mortes por câncer de próstata e mama ocupam o segundo lugar em importância, respectivamente, para homens (14%) e mulheres (18%), seguidas pelas mortes por câncer colorretal (10-11%). Os cânceres de fígado (3%), encéfalo (2%), esôfago e estômago (3-6%) são menos comuns entre os

sexos, ao passo que as porcentagens de leucemias e linfomas (7-8%) são similares às do câncer colorretal. Dados sobre a incidência dos cânceres de mama e próstata e a mortalidade por esses mesmos cânceres em nível internacional e entre diferentes gerações são apresentados nas Tabelas 4.2 e 4.3. Observe, na Tabela 4.2, que as taxas mais baixas de câncer de mama ocorrem entre as mulheres asiáticas que vivem na Ásia (26,5-38,5) e que as taxas aumentam consideravelmente com o aculturamento nos Estados Unidos (55,2-72,9). Os dados apresentados na Tabela 4.3 sobre a incidência e a mortalidade no mundo relativas ao câncer de próstata mostram um efeito similar da cultura sobre a incidência da doença. Assim, as incidências de câncer de próstata são muito menores entre os homens asiáticos (2,5-10) do que entre os homens na Europa, Oceania e Estados Unidos (25-175). As incidências extraordinariamente altas de câncer de próstata entre os homens cáucaso-americanos e afro-americanos nos Estados Unidos, 100 e 175, respectivamente, são dignas de nota e de grande preocupação, porém continuam sem explicação. Felizmente, as taxas de mortalidade entre os homens nos Estados Unidos são similares às taxas de

94

CAPÍTULO 4


Tabela 4.2 Casos de Câncer de Mama e Influência Cultural

a

Grupo e Lugar

Chineses Xangai, China Cingapura, China Hong Kong, Japão Los Angeles, EUA San Francisco, EUA Havaí, EUA Japoneses Osaka, Japão Miyagi, Japão Los Angeles, EUA San Francisco, EUA Havaí, EUA a

Casos

Taxa b

6.084 2.187 5.392 266 459 159

26,5 39,5 34,0 36,8 55,2 57,6

7.544 2.440 319 138 903

24,3 31,1 63,0 68,4 72,9

Fonte: Parkin et al. (1997). Por 100.000 mulheres-anos, ajustado para a idade com o uso do padrão mundial.

b

Tabela 4.3 Taxa Mundial de Câncer de Próstata (1990) Incidência

Europa Dinamarca Espanha Reino Unido Eslováquia/Polônia Américas Canadá EUA (oeste) EUA (leste) Colômbia Costa Rica Cuba Ásia China Índia Japão Cingapura Oceania Austrália Nova Zelândia

Mortalidade

30 25 25 25

25 12 12 10

70 100 175 25

15 30 20 20

2,5 5 10 7 50 40

5 5 20 20

Diretrizes alimentares para a prevenção do câncer

95

mortalidade relativas a essa doença entre os homens na Europa, que têm taxa de incidência de câncer de próstata muito mais baixa que os Estados Unidos.

DIRETRIZES ALIMENTARES PARA A PREVENÇÃO DO CÂNCER Em um esforço para fornecer recomendações fundamentadas nas evidências científicas conáveis e mais atuais para reduzir a incidência das doenças crônicas, o US Department

of Agriculture (USDA) e o Department of Health and Human Services (DHHS) dos Estados Unidos têm publicado em conjunto desde 1980 o Dietary Guidelines for Americans (diretrizes alimentares para os norte-americanos). Essas diretrizes alimentares, que fornecem conselhos aos americanos saudáveis com mais de dois anos de idade sobre as escolhas alimentares que promovem a saúde e evitam doenças, servem como base para a política de nutrição e para as atividades voltadas à educação nutricional em âmbito federal. Essas diretrizes alimentares são revistas e atualizadas a cada cinco anos por um comitê de especialistas em nutrição e saúde ( Dietary Guidelines Advisory Committee). As recomendações baseiam-se em estudos científicos mais atuais revisados por especialistas. No início, esses estudos dependiam fortemente de estudos realizados com animais de laboratório. As recomendações mais recentes dependem muito mais do volume crescente de estudos clínicos e epidemiológicos realizados com seres humanos. O National Cancer Institute (NCI) dos Estados Unidos há muito considera que as mudanças alimentares são capazes de reduzir o risco de câncer e que os dados científicos existentes fornecem evidências suficientemente consistentes para justificar a elaboração de diretrizes alimentares provisórias prudentes que promovam a boa saúde e reduzam o risco de alguns tipos de câncer. As seis diretrizes alimentares do NCI estão em concordância com as recomendações alimentares elaboradas pelo USDA, DHHS, American Cancer Society e American Heart Association: Reduzir a ingestão de gordura para 30% das calorias ou menos. Estudos reali-

zados com animais de laboratório e com seres humanos indicam que o consumo elevado de gordura na dieta está associado a aumento do crescimento tumoral e da mortalidade. A gordura da dieta pode agir como um agente promotor de tumores. Aumentar a ingestão de fibras para 20 a 30 g/dia, chegando no máximo a 35 g. Estudos realizados com animais de laboratório e com seres humanos mostram que o aumento de fibras na dieta está associado a uma diminuição do câncer de cólon, o que aparentemente resulta da diminuição do tempo de permanência de carcinógenos no intestino. Incluir várias frutas, verduras, legumes e cereais integrais na dieta diária . De acordo com as informações fornecidas pela American Cancer Society, um grande conjunto de trabalhos científicos mostrou que os hábitos alimentares têm influência sobre cânceres situados em diferentes locais. Dietas ricas em frutas e verduras têm efeitos protetores contra cânceres de pulmão, boca, esôfago, estômago e cólon. Evitar a obesidade. De acordo com as informações fornecidas pelo NCI, a obesi-

dade e a inatividade física podem ser responsáveis por até 25% a 30% dos cânceres de cólon, mama, endométrio, rim e esôfago. Alguns estudos também relataram

vínculos entre a obesidade e os cânceres de vesícula biliar, ovário e pâncreas.

96

CAPÍTULO 4


Consumir bebidas alcoólicas com moderação, caso consuma. De acordo com as informações recentes fornecidas pela American Cancer Society, vários estudos

estabeleceram uma relação entre o consumo de álcool e o câncer. Homens que consomem dois drinques por dia e mulheres que tomam um drinque por dia têm probabilidade maior de desenvolver câncer de boca, esôfago, laringe, mama e

fígado. Minimizar o consumo de alimentos curados em salmoura, conservados em sal e defumados. O cloreto de sódio consumido em níveis elevados pode danificar as

células que revestem o trato gastrointestinal e agir como um agente promotor de câncer. Os alimentos defumados, muitas vezes, contêm carcinógenos provenientes da fumaça e são com frequência muito salgados. As populações que consomem dietas ricas em alimentos curados em salmoura e defumados têm incidência maior de câncer de estômago.

Embora cada uma das recomendações seja corroborada por informações experimentais e epidemiológicas substanciais, há poucos dados publicados para comprovar a eficácia global da adesão a todas as recomendações para reduzir a incidência dos cânceres. Um estudo recente desse tipo concluiu de forma simples que a adesão aos conselhos nutricionais incluídos nas diretrizes alimentares para americanos pode estar associada a risco menor de câncer. Em concordância com os achados relativos a todos os tipos de câncer, constatou-se que a incidência de câncer de cólon, de brônquio e de pulmão, de mama e de útero

é significativamente menor quando há maior adesão às diretrizes alimentares. Os riscos relativos indicaram uma associação inversa entre a adesão às diretrizes e os cânceres de trato digestório superior, reto e dos sistemas linfático e hematopoético. Por outro lado, no entanto, o mesmo estudo constatou que a incidência de câncer de ovário aumentou com o aumento da adesão às diretrizes alimentares. Os autores sugerem que esta última associação positiva surpreendente parece ser atribuível à influência positiva da atividade física sobre a incidência do câncer de ovário, que foi registrada em outros estudos. Contudo, é importante destacar que, recentemente, grande parte dos dados epidemio-

lógicos que formam a base das diretrizes alimentares foi posta em dúvida. A maioria dos estudos com seres humanos dependeu de estudos de caso-controle retrospectivos, nos quais as dietas de indivíduos com um tipo específico de câncer (isto é, os casos) foram comparadas às dietas de indivíduos saudáveis com idade e em circunstâncias similares (isto é, os controles). Os resultados de vários estudos de coorte prospectivos não mostram efeito protetor geral das dietas ricas em alimentos vegetais contra os vários tipos de câncer. No entanto, à medida que esses estudos tornam-se cada vez mais sofisticados e específicos para certos tipos de câncer e certos vegetais alimentícios, os efeitos protetores vão sendo documentados; por exemplo, a relação entre o consumo de verduras e a hiperplasia benigna da próstata e a relação entre o consumo de frutas e o câncer colorretal. Além disso, a dieta que é fonte tanto de carcinógenos quanto de anticarcinógenos está tornando-se cada vez mais valorizada, levando alguns investigadores a considerar que é a exposição a uma proporção adequada entre agentes inibidores do câncer provenientes de vegetais e agentes iniciadores do câncer, por exemplo, da carne, que é responsável pela prevenção do câncer. Essa é uma área de grande importância para a manutenção e a melhora da saúde humana, e será objeto de intensa análise científica no futuro.

Diretrizes alimentares para a prevenção do câncer

97

Leituras complementares Butrum, R.R., Clifford, C.K., Lanza, E. (1988). NCI dietary guidelines: Rationale. Am. J. Clin. Nutr . 48:888-895. Dass, C.R., Choong, P.F. (2008). Cancer angiogenesis: Targeting the heel of Achilles. J. Drug Target . 16:449-454.

Heber, D., In: Heber, D., Blackburn, G.L., Go, V.L.W., Milner, J. Eds. (2006). “Nutritional Oncology”. Academic Press. Michels, K.B., Giovannucci, E., Chan, A.T., Singhania, R., Fuchs, C.S., Willett, W.C., (2006). Fruit and vegetable consumption and colorectal adenomas in the Nurses’ Health Study. Cancer Res. 66:3942-3953. Parkin, D.M., Whelan, S.L., Ferlay, J. (1997). Cancer Incidence in Five Continents, Vol. VII, Scientic Publication No. 143. International Agency for Research on Cancer, Lyon. Rohrmann, S., Giovannucci, E., Willett, W.C., Platz, E.A. (2007). Fruit and vegetable consumption, intake of micronutrients, and benign prostatic hyperplasia in US men. Am. J. Clin. Nutr .

85:523-529. Shannon, A.M., Bouchier-Hayes, D.J., Condron, C.M., Toomey, D. (2003). Tumour hypoxia, chemotherapeutic resistance and hypoxia-related therapies. Cancer Treat. Rev. 29:297-307.

CAPÍTULO

Toxinas Naturais em Alimentos de Origem Animal

5

SUMÁRIO DO CAPÍTULO Toxinas Naturais em Alimentos Provenientes de Animais Terrestres....................................99 Ácidos Biliares ............................................................................................... 100 Vitamina A..................................................................................................... 100 Encefalopatias Espongiformes Transmissíveis (EETs) e Príons ..........................................102 A Descoberta da Encefalopatia Espongiforme Bovina (EEB) ................................ 102 A Descoberta do Princípio Tóxico, o Príon ......................................................... 103 Modo de Ação do Príon ................................................................................... 103 Toxinas Naturais em Alimentos Provenientes de Animais Marinhos...................................104 Tetrodotoxina — O Veneno do Baiacu ............................................................... 105 Envenenamento Paralisante por Moluscos (PSP)................................................ 108 Ciguatera ....................................................................................................... 110 Envenenamento Neurotóxico por Moluscos (ENM) ............................................. 112 Envenenamento Amnésico por Moluscos (EAM) ................................................. 114 Canais de Na+ Dependentes da Voltagem .......................................................... 116 Envenenamento por Peixes Escombrídeos ......................................................... 117

TOXINAS NATURAIS EM ALIMENTOS PROVENIENTES DE ANIMAIS TERRESTRES Desde o início da evolução dos primeiros seres humanos, a busca por alimentos tem sido uma das principais atividades do homem. Há uma teoria que afirma que, no início, as pessoas eram vegetarianas e apenas gradualmente se adaptaram ao consumo de alimentos de origem animal. Em particular, o domínio do uso do fogo, que ocorreu cerca de 75.000 anos atrás, aumentou consideravelmente a variedade de alimentos consumidos. Com o tempo, as pessoas aprenderam que o aquecimento removia as toxinas de certos alimentos venenosos. À medida que aprendiam mais sobre os alimentos, melhorava-se a forma de processar esses alimentos, e sua variedade e disponibilidade para o consumo humano aumentavam. O fígado animal, um órgão glandular grande, é um alimento nutritivo rico em proteínas no qual enzimas importantes estão concentradas. Fígados de boi, bezerro, porco, frango e cordeiro são vendidos normalmente nos mercados ocidentais. As toxinas presentes no fígado do gado incluem ácidos biliares e níveis excessivos de nutrientes essenciais (vitamina A). 99

100

CAPÍTULO 5 Toxinas Naturais em Alimentos de Origem Animal

FIGURA 5.1 Estrutura dos principais ácidos biliares.

Ácidos Biliares O fígado de alguns animais, como urso, boi, carneiro, bode e coelho, produz ácidos tóxicos denominados ácidos biliares. Esses ácidos são produzidos no fígado pela oxidação do colesterol. No fígado desidratado de urso, o ácido biliar age no sistema nervoso central como um inibidor (tanto como tranquilizante quanto como analgésico). Os chineses e japoneses descobriram essa ação há muito tempo e utilizaram fígados desidratados de urso na medicina popular durante séculos. Os principais ácidos biliares são o ácido cólico, o ácido desoxicólico e o ácido taurocólico, mostrados na Figura 5.1.

Vitamina A A vitamina A é um nutriente importante encontrado em plantas e animais. A Tabela 5.1 mostra as fontes alimentícias comuns de vitamina A. Essa vitamina é necessária para o Tabela 5.1

Fontes Alimentícias Comuns de Vitamina A

Alimento

Porção

Quantidade de Vitamina A �g (UI)

Ovo

1 grande

91 (303)

Manteiga Leite integral Batata-doce

1 colher de sopa 1 xícara (240 mL) ½ xícara (amassada)

97 (323) 68 (227) 555 (1.848)

Abóbora Cenoura Melão-cantalupo

½ xícara ½ xícara (picada) ½ médio

953 (3.177) 538 (1.793) 467 (1.555)

Espinafre Brócolis Couve-crespa

½ xícara ½ xícara ½ xícara

472 (1.572) 60 (200) 443 (1.475)

Toxinas naturais em alimentos provenientes de animais terrestres

101

FIGURA 5.2 Formação da vitamina A a partir do �-caroteno.

desenvolvimento da visão e para o crescimento dos animais. A deficiência de vitamina A pode levar a cegueira noturna, a falha no crescimento ósseo normal dos jovens e a doenças que acometem as membranas de nariz, garganta e olhos. A vitamina A é uma substância amarelo-clara solúvel em lipídios que cristaliza na forma de agulhas (PF 63°C). O �-caroteno, que se decompõe na mucosa intestinal originando duas moléculas de vitamina A (Figura 5.2), é produzido em plantas, e armazenado no fígado e na gordura dos animais na forma de éster palmitato. Por essa razão, é denominado pró-vitamina A. Vitamina A é um nome genérico para grande número de compostos relacionados. O retinol (um álcool) e o retinal (um aldeído) são frequentemente chamados de vitamina A pré-formada. É difícil definir a toxicidade dos níveis excessivos de nutrientes essenciais, porque qualquer alimento poderá causar uma reação tóxica se for ingerido em quantidades excessivas. Como consequência, a vitamina A não é classificada como material tóxico, embora seu consumo excessivo provoque intoxicação. Toxicidade Aguda da Vitamina A

Em geral, a vitamina A é tóxica para seres humanos no nível de 2-5 milhões de UI (a Unidade Internacional é a medida padronizada da atividade biológica das vitaminas). Uma UI corresponde a 0,3 �g de vitamina A cristalina pura (retinol) ou a 0,6 �g de �-caroteno. A condição que resulta da intoxicação pela vitamina A é denominada hipervitaminose A. O fígado de urso polar é muito rico em vitamina A, e há registro de pelo menos um caso de intoxicação aguda decorrente do consumo de fígado desse animal, rico em vitamina A, entre exploradores do Ártico e seus cães. A ingestão do fígado de urso polar produziu um inchaço doloroso sob a pele. Em outros casos relatados, a ingestão do fígado de urso polar causou dor e irritação articulares, lábios secos, sangramento labial e, por fim, morte. Há também o caso de um pescador que ingeriu quase 30 milhões de UI de vitamina A ao consumir um fígado de halibut (peixe semelhante ao linguado de águas frias), que contém

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Tabela 5.2

Fígados que Contêm Níveis Elevados de Vitamina A Quantidade (UI/100 g fresco)

Animal Urso polar Foca

1,8 milhão 1,3 milhão

Ovinos ou bovinos Alimentos Manteiga*

4.000-45.000 2.400-4.000

*Registrado para fins de comparação.

até 100.000 UI/g de vitamina A. Ele apresentou dor de cabeça intensa, concentrada na testa e nos olhos, tontura, sonolência, náuseas e vômitos durante 12 a 20 horas, seguidos de vermelhidão, inchaço eritematoso e descamação da pele. A Tabela 5.2 mostra o teor de vitamina A no fígado de vários animais. A ingestão de aproximadamente 111 a 278 g de fígado de urso polar causa intoxicação aguda pela vitamina A. Toxicidade Crônica da Vitamina A

A toxicidade crônica da vitamina A é induzida por 1.000 �g (aproximadamente 3.000 UI)/kg de peso corporal/dia. Os valores variam de fonte para fonte, mas esse é o valor normalmente adotado. A Tabela 5.3 mostra o nível superior tolerável de ingestão de vitamina A pré-formada. Os sinais da toxicidade crônica incluem pele seca e pruriginosa, descamação, perda de apetite, dor de cabeça, edema cerebral e dor nos ossos e articulações. Os casos graves de hipervitaminose A podem resultar em lesão hepática, hemorragia e coma. Em geral, os sinais de intoxicação estão associados ao consumo de vitamina A por tempo prolongado (25.000-33.000 UI/dia).

ENCEFALOPATIAS ESPONGIFORMES TRANSMISSÍVEIS (EETs) E PRÍONS A Descoberta da Encefalopatia Espongiforme Bovina (EEB) A EEB é uma doença relativamente nova encontrada no gado bovino. Está incluída entre as encefalopatias espongiformes transmissíveis (EETs), que são uma família de doenças de seres humanos e animais caracterizadas por degeneração espongiforme do encéfalo Tabela 5.3

Nível Superior Tolerável de Ingestão de Vitamina A Pré-formada

Grupo Etário

Quantidade (UI)/dia

Bebês, crianças (1 3 anos) Crianças (4-8 anos) ∼

Crianças (9-13 anos) Adolescentes (14-18 anos) Adultos (19 anos ou mais)

2.000 3.000 5.677 9.333 10.000

Encefalopatias espongiformes transmissíveis (EETs) e príons

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com sinais neurológicos graves e fatais. Os sintomas incluem alteração do estado mental e anormalidades na postura, nos movimentos e nas sensações. A doença clínica geralmente dura várias semanas, é invariavelmente progressiva e fatal. Constatou-se que a EEB é uma doença encefálica neurodegenerativa transmissível e fatal, vista pela primeira vez em gado bovino, mas transmissível a seres humanos, com período de incubação de quatro a cinco anos. Foi identificada e definida pela primeira vez no Reino Unido em novembro de 1986. A EEB alcançou seu pico em 1992, quando 36.680 casos foram confirmados. A EEB ocorre em animais adultos de ambos os sexos, normalmente em animais com cinco anos ou mais.

A Descoberta do Princípio Tóxico, o Príon Na década de 1960, relatou-se um outro tipo de EET causada por um agente infeccioso constituído somente de proteína. Essa teoria tinha sido desenvolvida para explicar o misterioso agente infeccioso que causava a paraplexia enzoótica dos ovinos (ou scrapie) e a doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ) e que resistia à radiação ultravioleta, mas que respondia a agentes que destroem proteínas. Essa proteína tóxica foi batizada de prion (príon, em português), uma combinação das primeiras sílabas das palavras proteinaceous e infectious. A Tabela 5.4 mostra as doenças que se acredita serem causadas por príons. Todas as doenças causadas por príons conhecidas, denominadas em conjunto EETs, não têm tratamento e são fatais. Foi desenvolvida uma vacina para camundongos que poderá ajudar na elaboração de uma vacina que torne os seres humanos resistentes às infecções por príons.

Modo de Ação do Príon A proteína príon é encontrada no corpo todo, mesmo de pessoas e animais saudáveis. A proteína príon encontrada em material infectante tem uma estrutura diferente e é resistente a Tabela 5.4

Doenças que se Acredita Serem Causadas por Príons

Em seres humanos • Doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ) e suas variantes • Síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) • Insônia familiar fatal (IFF) • Insônia esporádica fatal (IEF) • Kuru • Síndrome de Alpers Em animais • Paraplexia enzoótica dos ovinos ( scrapie ) em ovinos e caprinos • • • •

Encefalopatia espongiforme bovina (EEB) no gado bovino Encefalopatia transmissível do vison (ETV) Doença crônica debilitante (DCD) de alces e veados Encefalopatia espongiforme felina (EEF) em gatos

• Encefalopatia dos ungulados exóticos (EUE) em niala, órix e cudo • Encefalopatia espongiforme do avestruz

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FIGURA 5.3 Mecanismo proposto para a disseminação dos príons.

proteases, enzimas do corpo que normalmente degradam proteínas. Os príons causam uma doença neurodegenerativa formando agregados no meio extracelular do sistema nervoso central que dão origem a placas conhecidas como amiloides, as quais alteram a estrutura normal do tecido. Essa alteração é caracterizada por “buracos” que dão à arquitetura do tecido um aspecto esponjoso por causa da formação de vacúolos nos neurônios. A Figura 5.3 mostra o mecanismo sugerido para a disseminação dos príons. A forma normal da proteína é denominada PrP C (e tem uma estrutura bem definida), e a forma infectante é chamada de PrP Sc (polidispersa e definida de modo precário) — C significa PrP “celular” ou “comum”, e Sc quer dizer “ scrapie”, uma doença causada por príons que ocorre em ovinos. A isoforma infectante PrP Sc é capaz de catalisar a transformação de outras proteínas PrPC normais em isoformas infectantes ao mudar sua conformação e, assim, a infecção avança.

TOXINAS NATURAIS EM ALIMENTOS PROVENIENTES DE ANIMAIS MARINHOS O pescado é uma fonte importante de alimento e também de renda para os países banhados pelo mar. Em escala global, 19% da proteína animal para consumo humano provém dos peixes, e mais de um bilhão de pessoas utilizam o pescado como fonte importante de proteína animal. Alguns países insulares pequenos dependem quase exclusivamente da pesca. A indústria da pesca emprega cerca de 200 milhões de pessoas, e o comércio internacional do pescado chega a $50.000.000.000 por ano. O recente aumento da demanda ocidental per capita por pescado parece estar associado ao reconhecimento de que os peixes e os frutos do mar constituem alimentos saudáveis. Na véspera da Segunda Guerra Mundial, o consumo de pescado por ano no mundo ocidental raramente excedia 10 kg per capita. Nas últimas décadas, contudo, o consumo de pescado por ano no Ocidente subiu para o nível atual de 22 kg per capita.

Toxinas naturais em alimentos provenientes de animais marinhos

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No entanto, muitas indústrias pesqueiras estão em crise. A captura global de pescado está declinando em aproximadamente 500.000 toneladas por ano desde o pico ocorrido na década de 1980. Além disso, a FAO (Food and Agriculture Organization), das Nações Unidas, revelou que 75% dos estoques mundiais de pescado marinho comercialmente importante estão totalmente explorados, superexplorados, esgotados ou se recuperando lentamente de um colapso. A principal causa desse declínio é a pesca excessiva realizada pelos seres humanos. Além dessa forte tensão sobre as principais indústrias pesqueiras, as últimas décadas têm sido marcadas por extraordinária expansão na natureza e extensão do fenômeno da proliferação de algas marinas nocivas. Algumas dessas proliferações estão associadas a toxinas potentes sintetizadas por algas, enquanto outras causam problemas a outros organismos simplesmente por causa de sua elevada biomassa. Algumas são preocupantes mesmo em densidades celulares extremamente baixas. Os efeitos adversos, e por vezes devastantes, de algumas dessas proliferações de algas foram bem documentados e consistiram em efeitos tóxicos em seres humanos e mamíferos marinhos, e em altas taxas de mortalidade de peixes e mariscos cultivados. Embora existam muitas espécies de organismos marinhos tóxicos e venenosos, este capítulo se limita à discussão das principais toxinas naturais que afetam as fontes de alimentos de origem marinha. Sabe-se há tempos que muitos dos efeitos tóxicos são provocados por toxinas produzidas por algas que contaminam o pescado. No caso de uma das intoxicações mais antigas conhecidas — o envenenamento pelo peixe baiacu —, demonstrou-se recentemente que os efeitos tóxicos resultam de uma associação simbiótica entre esse peixe e uma bactéria marinha altamente tóxica.

Tetrodotoxina — O Veneno do Baiacu A Tetraodontidae é uma família de peixes principalmente estuarinos e marinhos. A família inclui muitas espécies que recebem denominações variadas, como peixe soprador, peixe-balão, peixe-globo, sapo-do-mar e outras. Como os nomes indicam, esses peixes têm em comum a capacidade de inchar o corpo com água quando se sentem ameaçados. Ao contrário de seus primos, os peixes-espinho, que têm espinhos proeminentes, os tetraodontídeos têm espinhos pequenos, semelhantes a uma lixa de papel. Os membros dessa família receberam esse nome por causa dos quatro dentes grandes que estão fundidos formando uma placa superior e outra inferior. O peixe baiacu é o segundo animal mais venenoso do mundo [o primeiro é a rã dourada venenosa ( Phyllobates terribilis)]. A pele, os ovários, os ovos e o fígado de muitos tetraodontídeos são altamente tóxicos para os seres humanos, mas a carne do músculo é considerada uma iguaria que é preparada por chefs autorizados e especialmente treinados do Japão, Coreia e outros lugares (Figuras 5.4 e 5.5). No entanto, o agente tóxico tetrodotoxina está amplamente distribuído na natureza, em animais marinhos e terrestres de quatro filos diferentes, que incluem espécies tão diversas como rãs, salamandras, estrelas-do-mar, caranguejos, polvos e caracóis marinhos. Já foi relatada a presença desse agente em cerca de 40 espécies de baiacus, o principal alimento que contém a toxina. A alta toxicidade do baiacu é conhecida há milhares de anos; os efeitos tóxicos resultantes do consumo desse peixe foram relatados no Egito e na China em 2000-3000 a.C. Entre 1888 e 1909, ocorreram 2.090 mortes registradas no

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FIGURA 5.4 O baiacu takifugu (Takifugu rubripes), o preferido para uso na culinária japonesa.

FIGURA 5.5 Sashimi de fugu (baiacu) preparado em fatias finas como papel para uma refeição requintada.

mundo, quase todas no Japão, o que corresponde a aproximadamente 67% das mortes por envenenamento. De 1956 a 1958, 715 casos foram registrados e 420 pessoas morreram. Por fim, de 1974 a 1979, houve 60 casos registrados e 20 mortes. As estatísticas mais recentes do Japão indicam taxa de mortalidade continuamente alta (60%) e taxa de incidência de cerca de 20 mortes por ano.


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Depois do consumo do peixe baiacu tóxico, os sintomas geralmente aparecem muito rapidamente, entre 5 e 20 minutos após a ingestão, dependendo da dose da toxina. Embora os indivíduos intoxicados possam experimentar sintomas diferentes, os sintomas mais comuns do envenenamento pelo baiacu geralmente incluem: • • • •

Entorpecimento inicial, formigamento nos lábios, na língua e no interior da boca Distúrbios gastrointestinais, que incluem vômitos, dor abdominal e diarreia Diculdade para andar e fraqueza muscular intensa Fraqueza geral, seguida de paralisia dos músculos dos membros e do tórax (a

cognição geralmente não é afetada durante esses sintomas) • •

Queda da pressão arterial, pulso fraco e rápido Morte, que pode ocorrer dentro de 30 minutos

Nos casos graves, surge desconforto respiratório de início gradual, e a morte por falência respiratória ocorre dentro de seis horas após a exposição. Podem ocorrer convulsões nas primeiras 24 horas. Se a pessoa conseguir sobreviver 18 a 24 horas, o prognóstico para a recuperação completa será bom, e nenhuma manifestação crônica do envenenamento pelo baiacu foi registrada. Não existe um antídoto para a tetrodotoxina, e o tratamento do envenenamento consiste no alívio dos sintomas. Embora a toxicidade do peixe baiacu tenha sido objeto de muita preocupação e estudo por séculos, a toxina pura, a tetrodotoxina, só foi isolada em 1950. O composto foi cristalizado e sua estrutura foi descrita em 1964. Os estudos desse material puro estabeleceram a tetrodotoxina (Figura 5.6) como um dos produtos naturais não proteicos mais tóxicos conhecidos. A DL50 de tetrodotoxina para camundongos é de 8 �g/kg. Quando ingerida, a tetrodotoxina liga-se a sítios específicos em canais de sódio dependentes da voltagem e inibe a entrada de íons sódio nos neurônios. Isso leva à inibição da produção de potenciais de ação e das transmissões axonais em nervos motores, sensitivos e autônomos do sistema nervoso periférico, o que resulta no bloqueio da despolarização das células e da subsequente liberação de neurotransmissores. Estudos recentes sobre os efeitos ecológicos da tetrodotoxina indicam que essa substância desempenha várias funções: é utilizada como veneno para atordoar as presas, é um mecanismo de defesa da pele para afastar os predadores e, no caso do peixe baiacu, é um ferormônio que atrai os machos até as fêmeas grávidas. É interessante notar que a tetrodotoxina não é produzida pelo peixe ou por organismos superiores, mas por bactérias

FIGURA 5.6 Estrutura da tetrodotoxina.

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marinhas relativamente comuns, mais especificamente a Pseudoalteromonas haloplanktis tetraodonis, que se associa a esses animais. Essa associação da bactéria produtora da toxina com muitos organismos superiores evoluiu no decorrer de milênios de modo a beneficiar o hospedeiro e o hóspede. Uma descoberta relativamente recente teve início com a análise química de um pó utilizado no Haiti para induzir um estado semiconsciente conhecido como zumbi. Constatou-se que esse pó contém altos níveis de tetrodotoxina, o que sugere que essa toxina marinha poderia ser a responsável pelos efeitos induzidos associados à prática do vudu.

Envenenamento Paralisante por Moluscos (PSP) Embora os moluscos marinhos tenham sido um alimento básico para as populações costeiras desde os tempos pré-históricos, a importância dessa fonte de alimento foi consideravelmente reduzida com o desenvolvimento de fontes de alimento mais diversificadas nos tempos modernos (Figura 5.7). No entanto, os mariscos são apreciados, principalmente como iguarias, por milhões de pessoas por todo o mundo, o que propiciou o surgimento de uma indústria bastante lucrativa. Por outro lado, os potenciais perigos do consumo de moluscos são bem conhecidos. Surtos de febre tifoide atribuídos ao consumo de moluscos in natura são conhecidos há séculos. De fato, o surto ocorrido em Dublin, na Irlanda, em 1860, é lembrado pela famosa canção popular irlandesa composta em homenagem a Molly Malone, uma vendedora de peixes e frutos do mar que se acredita tenha contraído febre tifoide por provar seus

FIGURA 5.7 Mexilhões da região entremares perto de Newquay, Cornualha, Inglaterra.


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próprios produtos. O refrão da canção “Cockles and mussels, alive, alive-oh” (“berbigões e mexilhões, vivos, vivos”) aparentemente confirma o costume da moça de vender mariscos frescos. Normas melhoradas, padronizadas e obrigatórias para produção, coleta e armazenamento de moluscos tendo em vista seu comércio fizeram com que esses frutos do mar deixassem de ser fonte de febre tifoide e reduziram significativamente a incidência das doenças resultantes de seu consumo. No entanto, as principais preocupações de saúde pública relacionadas a moluscos provêm da sua contaminação por patógenos virais oriundos de águas servidas e por agentes bacterianos de origem ambiental. A agência FDA, dos Estados Unidos, identificou os moluscos, entre eles os mexilhões, as ostras, as vieiras e os vôngoles, como fonte da maioria das doenças transmitidas por alimentos de origem marinha nos Estados Unidos. Como consequência, a FDA deu alta prioridade para que sejam oferecidos ao público produtos com maior qualidade e segurança. Além das potenciais ameaças bacterianas e virais associadas ao consumo de moluscos in natura, a ocorrência esporádica de neurotoxicidade aguda — o envenenamento paralisante por moluscos (PSP) — relacionada ao consumo até mesmo de moluscos cozidos pode ser um problema importante. Ocasionalmente, em águas locais em geral mais frias, onde têm sido consumidos há décadas sem a ocorrência de problemas de saúde associados, os moluscos podem subitamente bioacumular toxinas presentes no ambiente, em algumas semanas. Esses surtos tóxicos com frequência estão associados à proliferação de algas unicelulares denominadas dinoflagelados, que podem deixar a água com coloração vermelho-acastanhada. Essa proliferação de dinoflagelados tóxicos, conhecida como maré vermelha, é favorecida pelo clima mais quente. Assim, as agências reguladoras dos Estados Unidos restringem a coleta de moluscos aos meses mais frios do ano, de setembro a abril. Embora muitas espécies de algas sejam capazes de tingir a água de cores distintas, o PSP está associado principalmente à proliferação de apenas algumas espécies, mais especificamente a Alexandrium catenella (antigamente, Gonyaulax catenella) e a A. tamarense-excavatum (antigamente, G. tamarensis). Embora a incidência de PSP, de modo geral, esteja diminuindo em todo o mundo, a ocorrência de marés vermelhas tóxicas e seus efeitos adversos sobre o ambiente são uma preocupação crescente. Nos Estados Unidos, os casos mais recentes de PSP ocorreram ao longo da costa nordeste do Atlântico, costa noroeste do Pacífico e no Alasca. A maioria dos casos envolveu pessoas que coletaram moluscos por lazer, e não fornecedores comerciais. Desde 1927, 500 casos de EPM e 30 mortes foram registrados na Califórnia. Surtos esporádicos e contínuos de PSP ocorrem ao longo da Costa do Golfo, desde a Flórida até o Texas. Surtos esporádicos foram registrados na Europa, na Ásia, na África e nas ilhas do Pacífico. Recentemente, a maré vermelha e a consequente mortandade maciça de vários pássaros e animais marinhos tornaram-se grande preocupação na Europa e motivaram a criação de numerosos congressos internacionais para tratar do assunto. Como ocorreu com a tetrodotoxina, houve durante séculos grande interesse pela identidade química da saxitoxina. O composto foi obtido em preparados purificados no início da década de 1900. A forma pura foi isolada em 1957, e o composto foi batizado de saxitoxina por causa da fonte da qual foi isolado, o molusco bivalve Saxidomus giganteus, encontrado no Alasca. No entanto, sua estrutura só foi totalmente desvendada em 1975, e o composto foi produzido sinteticamente algum tempo depois, em 1977 (Figura 5.8).

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FIGURA 5.8 Estrutura da saxitoxina.

Desde aquela época, mais de 30 análogos de ocorrência natural da saxitoxina já foram registrados. As características tóxicas da saxitoxina são similares em muitos aspectos aos potentes efeitos neurológicos da tetrodotoxina. Assim, o início rápido da parestesia, a paralisia crescente e, por fim, a morte por falência respiratória são vistos nas intoxicações pelas duas substâncias. Em camundongos, as potências letais da saxitoxina e da tetrodotoxina também são similares e correspondem a aproximadamente 8 �g/kg de peso corporal (injeção intravenosa) e 260 �g/kg (pela boca), respectivamente. Não é de surpreender, portanto, que a saxitoxina também bloqueie a entrada de sódio nos neurônios ligando-se a um sítio específico dos canais de sódio dependentes da voltagem. No entanto, a descoberta de que o peixe baiacu é sensível à saxitoxina, mas não à tetrodotoxina, forneceu a evidência inicial de que as duas toxinas se ligam a sítios diferentes do canal de sódio, uma ideia que atualmente é bem aceita ( ver adiante).

Ciguatera A ciguatera é uma intoxicação um pouco variável, mas distinta, que pode ocorrer após a ingestão de várias espécies de peixes, principalmente tropicais e subtropicais, que habitam recifes de coral. O nome dado a essa intoxicação provém do nome espanhol de um caracol marinho, a cigua, que se acreditava ser a causa da doença dos colonizadores espanhóis de Cuba. Relatos documentados de envenenamentos remontam ao século XVI e ocorreram nas áreas tropicais dos oceanos Pacífico e Índico. A ciguatera ocorre esporadicamente e é imprevisível. Acredita-se que essa intoxicação afete 50.000 a 500.000 pessoas por ano em todo o mundo. As áreas dos Estados Unidos que apresentam ciguatera endêmica são Havaí, Flórida, Porto Rico, Guam, Ilhas Virgens e territórios americanos nas Ilhas do Pacífico. Surtos ocasionais de ciguatera também foram relatados na Carolina do Norte, na Carolina do Sul, na Louisiana e no Texas. A ciguatera é o envenenamento não bacteriano transmitido por peixes mais comum nos Estados Unidos. Também é endêmica na Austrália, no Caribe e nas ilhas do sul do Pacífico. Embora a ciguatera raramente seja fatal, seu impacto sobre alguns locais pode ser significativo. Em algumas regiões, a perda de produtividade no trabalho por causa da ciguatera é um problema importante; sua incidência estimada chega a 500 casos para cada 100.000 habitantes, e o tempo médio de recuperação no leito é de cerca de três dias. Outro impacto é a perda de mercado para os peixes por causa do medo da intoxicação pelo peixe


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apanhado no local. Dizem que, no passado, esse problema motivou migrações de nativos das ilhas do Pacífico. Esse fato foi documentado como um fator que contribuiu bastante para a migração de nativos de ilhas mais isoladas para áreas mais populosas por causa da falta de mercado para o pescado e da dificuldade para obter alimentos alternativos. Além disso, em algumas áreas do Caribe, o pescado importado é vendido em restaurantes no lugar do pescado potencialmente ciguatóxico apanhado na região. A ciguatera resulta da associação de algumas espécies de peixes com certas algas tóxicas. Mais de 400 espécies de peixes foram implicadas na ciguatera, começando com os peixes herbívoros e depois subindo na cadeia alimentar até os peixes carnívoros maiores. Por motivos ainda não totalmente explicados, esses peixes são capazes de acumular níveis elevados de certas espécies de dinoflagelados marinhos tóxicos, mais especificamente o Gambierdiscus toxicus, que produz neurotoxinas lipofílicas potentes, inclusive o produto natural ciguatoxina (Figura 5.9). Os peixes implicados com mais frequência incluem garoupas, peixes do gênero Seriola, o pargo red snapper , peixes da ordem Anguilliformes (enguias etc.), robalo, barracuda e cavala espanhola. Como a toxina é lipofílica e muito estável no peixe, sofre bioacúmulo, o que eleva a toxicidade nos peixes maiores. Um peixe com mais de 2 kg contém quantidades significativas de toxina e produz rapidamente efeitos tóxicos quando ingerido. A presença da toxina não afeta o cheiro, a cor ou o sabor do peixe, e a toxina se mantém estável quando submetida a cozimento. A ciguatera consiste em uma síndrome variável que engloba um conjunto de efeitos biológicos adversos. Os efeitos geralmente incluem sintomas gastrointestinais como náuseas, vômitos e diarreia, que com frequência são seguidos por sintomas neurológicos como dores de cabeça, dores musculares, parestesias, entorpecimento, ataxia e, em alguns casos, alucinações. Os casos graves de ciguatera também podem apresentar sintomas conhecidos coletivamente como alodinia ao frio, que é uma sensação de queimação que

FIGURA 5.9 Estrutura da ciguatoxina (P-CTX-1).

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surge no contato com o frio. Há algumas evidências de que a ciguatera pode ser transmitida pelo contato sexual e pelo leite materno. O início dos sintomas pode ocorrer dentro de 15 minutos ou, em casos raros, 24 horas após a ingestão da toxina, mas, em geral, os sintomas são observados dentro de seis a 12 horas após a ingestão do peixe tóxico. A frequência e a gravidade dos sintomas aumentam no decorrer das quatro a seis horas subsequentes. Embora os sintomas geralmente durem apenas alguns dias, há relatos de efeitos que duraram semanas a anos. A ciguatera raramente é fatal. A taxa de mortalidade típica é de 0,1%, embora já tenham sido relatadas taxas de até 20%. A morte geralmente é atribuída a depressão cardiovascular, paralisia respiratória ou choque resultante de volume sanguíneo baixo (hipovolemia). A toxicologia complexa e variável que tem sido atribuída à ciguatera sugere etiologia igualmente complexa. De fato, já foram identificados mais de 20 precursores das ciguatoxinas, e gambiertoxinas intimamente relacionadas, no G. toxicus e em peixes herbívoros e carnívoros. As toxinas tornam-se mais polares à medida que sofrem metabolismo oxidativo e sobem na cadeia alimentar. A principal ciguatoxina do Pacífico (P-CTX-1) causa ciguatera quando seus níveis na carne de um peixe carnívoro são de aproximadamente 0,1 �g/kg. A DL50 dessa substância está dentro do intervalo aproximado de 0,25 a 4 �g/kg quando injetada intraperitonealmente em camundongos. De especial interesse são os efeitos da mistura combinada de vários análogos da toxina que ocorrem no peixe. Esses estudos ainda não foram realizados. Um modo de ação importante da ciguatoxina é sua ligação a canais de íons sódio ativando-os, o que causa a hiperexcitabilidade e a instabilidade da membrana celular. Parece improvável, contudo, que esse modo de ação simples possa explicar todos os efeitos tóxicos diversos que são característicos da ciguatera.

Envenenamento Neurotóxico por Moluscos (ENM) O envenenamento neurotóxico por moluscos (ENM) é outro tipo de envenenamento produzido pelo consumo de mariscos contaminados com espécies tóxicas de fitoplâncton. Embora o fitoplâncton tóxico Gymnodium breve possa proliferar em quantidade suficiente para tingir a água e, dessa forma, produzir maré vermelha, essa toxicidade, ao contrário do PSP, fica restrita a águas tropicais mais quentes, e os envenenamentos humanos fatais são raros. As mortandades maciças de peixes e as ocorrências sazonais de marés vermelhas são conhecidas há muito tempo pelos nativos norte-americanos e foram documentadas ao longo da costa oeste da Flórida já em 1844. A toxicidade dos mariscos foi documentada em 1880, e os sintomas respiratórios associados à aerossolização junto à arrebentação em habitantes humanos foram descritos em 1917. Desde 1946, quando o dinoflagelado tóxico responsável pelos eventos foi descoberto, foram observadas marés vermelhas extensas quase todos os anos na Flórida e em outras regiões do Golfo do México. Embora as marés vermelhas possam ter duração de apenas algumas semanas, proliferações de algas que persistiram por muitos meses foram documentadas no sudeste dos Estados Unidos. A área da superfície coberta pelas marés vermelhas de longa duração pode ser de até 10.000 km 2 e, em alguns casos, conforme revelado por imagens obtidas por satélites, abrange toda a costa oeste da Flórida. As marés vermelhas da Flórida podem afetar seres humanos, a vida silvestre, a atividade pesqueira e a economia regional impulsionada pelo turismo. À medida que as


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FIGURA 5.10 Estrutura da brevetoxina e análogos.

células de G. breve morrem e se desintegram, elas liberam um conjunto de neurotoxinas poderosas, conhecidas coletivamente como brevetoxinas (Figura 5.10). Embora algumas doenças relacionadas ao consumo de moluscos ocorram ocasionalmente nessa área, os esforços empregados no monitoramento e no controle do consumo de moluscos contaminados com essas toxinas têm sido bastante eficazes na prevenção do ENM em seres humanos. Contudo, as mortandades de peixes, pássaros e, ocasionalmente, de invertebrados são eventos comuns durante as marés vermelhas. Por exemplo, uma maré vermelha maciça que ocorreu em 1988 ao longo da costa leste dos Estados Unidos causou a morte de 740 golfinhos nariz-de-garrafa por envenenamento pela brevetoxina. Em 1996, mais de 150 manatis, uma espécie sob risco de extinção, morreram por causa da exposição à brevetoxina durante uma maré vermelha prolongada ao longo da costa sudoeste da Flórida. Embora os efeitos tóxicos do ENM possam ser rápidos no início, eles são menos impressionantes que os efeitos do PSP. O intervalo de tempo até o início dos sintomas pode variar de 15 minutos a 18 horas após a ingestão de moluscos contaminados por essas toxinas, e a duração da intoxicação geralmente é de menos de 24 horas, mas pode variar de uma a 72 horas. Os sintomas do ENM incluem: entorpecimento, formigamento na boca, braços e pernas, descoordenação motora e distúrbios gastrointestinais. Alguns pacientes relatam inversão da sensação de frio e calor. A toxina aerossolizada na arrebentação pode produzir uma resposta alérgica caracterizada por coriza, conjuntivite, broncospasmo e tosse nos indivíduos sensíveis ao longo do litoral. A recuperação normalmente ocorre em dois a três dias e geralmente é total.

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O mecanismo de ação no ENM tem sido objeto de estudos extensos. A brevetoxina e seus mais de 10 congêneres diferentes foram isolados pela primeira vez e caracterizados quimicamente em 1981. Constatou-se que a toxicidade aguda da brevetoxina é similar à potência tóxica da ciguatoxina, e sua DL 50 intravenosa é de 0,5 �g/kg em camundongos. Foi demonstrado que os compostos puros se ligam às membranas dos nervos e as despolarizam ao provocar uma alteração na ativação dos canais de sódio para potenciais de membrana negativos e ao inibir a inativação normal. Como as ciguatoxinas, as brevetoxinas são capazes de se ligar a um sítio específico do canal de sódio, o que leva à entrada descontrolada de íons sódio no interior do neurônio (ver adiante).

Envenenamento Amnésico por Moluscos (EAM) Uma intoxicação descoberta há pouco tempo e que resulta do consumo de mariscos contaminados é chamada de envenenamento amnésico por moluscos (EAM). Embora o agente tóxico, o ácido domoico (AD) — Figura 5.11 —, tenha sido identificado pela primeira vez em 1960 em um tipo de alga marinha no Japão, seus efeitos tóxicos tornaram-se bem conhecidos durante um grave envenenamento por frutos do mar ocorrido no Canadá em 1987. As intoxicações ocorreram após o consumo de mexilhões ( Mytilus edilus ), causando a hospitalização de mais de 100 pessoas e a morte de pelo menos quatro. Desde aquela época, tem havido um número crescente de registros de casos relacionados ao AD no mundo, inclusive na Espanha, México, Nova Zelândia e Estados Unidos. Em 1998, um ano no qual ocorreu o fenômeno El Niño, houve um surto de envenenamento de leões-marinhos com morte de animais na Baía de Monterrey, na Califórnia, e relatos de níveis elevados de AD em moluscos do tipo “navalha” coletados de praias de Washington e do Oregon. Em 2007, os meios de comunicação noticiaram a detecção de quantidades recordes de AD em mariscos da costa sul da Califórnia e diziam que essa toxina era responsável pelo envenenamento de centenas de animais marinhos daquela área naquele ano. O AD também foi responsabilizado pelo envenenamento de milhares de animais e pássaros

FIGURA 5.11 Estrutura do ácido domoico, do neurotransmissor ácido glutâmico e do ácido caínico.


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marinhos desde 2002, quando ocorreu um grande surto. Os oficiais de saúde do estado da Califórnia afirmaram que cerca de 50 golfinhos, uma baleia minke e dezenas de pássaros marinhos também tinham sido mortos por aquela proliferação sazonal de algas tóxicas. As principais fontes da toxina do EAM que afetam moluscos são algumas espécies de diatomáceas (Pseudo-nitzschia australis, P. multiseries, P. pungens) que conseguem proliferar na água atingindo altas concentrações. Os moluscos que se alimentam por filtração acumulam em seu interior as diatomáceas e as toxinas por elas produzidas como consequência do seu processo normal de alimentação. Em um estudo sobre a produção de AD por esses organismos, constatou-se que os níveis de AD chegaram a 1% ou mais do peso seco do plâncton e que as glândulas digestivas dos mexilhões contaminados estavam intumescidas de P. pungens. Estudos realizados na Baía de Monterrey mostraram que esse fitoplâncton prolifera em densidades altas o suficiente para contaminar animais várias vezes ao ano. Além disso, os estudos revelaram que os peixes e o krill que se alimentavam do plâncton continham níveis de toxina acima do limite aceito pela FDA (20 �g AD/g de tecido), apesar de não terem sido relatadas mortes de animais. Os resultados desses estudos indicaram que proliferações de diatomáceas produtoras de AD são uma ocorrência regular na Baía de Monterrey, e provavelmente em outros lugares, e que a vida selvagem pode ser afetada mais frequentemente do que se suspeitava. Como se observa com as outras formas de envenenamento marinho causado por plâncton tóxico, a incidência do EAM parece estar aumentando nos últimos anos. Os níveis de AD em várias regiões e os surtos de envenenamento por AD também estão aumentando. As principais algas que produzem AD são mais evidentes ao longo da costa da Califórnia, e a elevação da temperatura das águas, principalmente entre março e junho, desencadeia as proliferações. Com a previsão de elevação ainda maior da temperatura das águas à medida que as mudanças climáticas aquecem os oceanos do mundo, é provável que o risco de envenenamento de seres humanos e da vida selvagem pelo AD aumente. A toxicologia do AD é razoavelmente bem compreendida. Depois da ingestão de níveis tóxicos de AD de cerca de 200 �g/g de moluscos, os pacientes começam a experimentar distúrbios gastrointestinais dentro de 24 horas após o consumo. Os outros sintomas relatados incluem tontura, dor de cabeça e desorientação. Um sintoma exclusivo desse envenenamento é a perda permanente da memória de curto prazo, daí o nome dado a essa toxicose. No envenenamento grave, podem ocorrer convulsões, fraqueza ou paralisia, movimentos violentos da cabeça e morte. O AD mostra toxicidade aguda apenas moderada em mamíferos, e a DL 50 em camundongos é de 3,6 mg/kg por injeção intravenosa. Contudo, esse envenenamento raramente ameaça a vida dos seres humanos, e a recuperação geralmente é total dentro de dois a três dias. O AD mantém-se estável quando aquecido e tem estrutura similar à do neurotransmissor endógeno glutamato e à de outra toxina algácea, o ácido caínico (Figura 5.11). O AD liga-se a receptores localizados em neurônios com afinidade 3 a 100 vezes maior, respectivamente, que o cainato e o glutamato. A ligação do AD aos receptores para glutamato e cainato provoca a despolarização e a subsequente ativação do neurônio. O AD também intensifica a ativação da sinalização nervosa, o que pode causar lesões tóxicas no hipocampo, um local importante do cérebro para a memória. No entanto, alguns estudos mostraram que o AD talvez não seja totalmente responsável pelos efeitos tóxicos do molusco. Além disso, um preparado impuro de ácido domoico isolado de mexilhões mostrou ser mais neurotóxico

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para neurônios humanos cultivados do que o ácido domoico purificado. Acredita-se que esse aumento da toxicidade resulte da potencialização dos efeitos do ácido domoico pelos ácidos glutâmico e aspártico, que naturalmente estão presentes em altas concentrações no tecido do mexilhão. Essa sinergia poderia muito bem ser a base da toxicidade acentuada dos moluscos contaminados com o AD, observada com regularidade em mamíferos, apesar da toxicidade relativamente baixa (DL 50 alta) do AD puro em camundongos.

Canais de Na+ Dependentes da Voltagem Os canais de sódio dependentes da voltagem atuam regulando a entrada de íons sódio nos neurônios, a qual é necessária para a condução normal do impulso nervoso. Durante muitos anos, o estudo intenso desses canais, muitas vezes utilizando algumas das neurotoxinas marinhas descritas neste capítulo, levou a uma compreensão detalhada dos mecanismos por meio dos quais esses importantes canais funcionam. Recentemente, a estrutura molecular dos canais de sódio do órgão elétrico da enguia elétrica foi determinada utilizando-se a análise de imagens de partículas isoladas obtidas pela criomicroscopia eletrônica de resolução ultra-alta. Constatou-se que a estrutura desses canais é significativamente diferente da estrutura proposta e imaginada durante muitos anos como uma forma cilíndrica simples com um poro central através do qual os íons fluem. Descobriu-se que o canal é uma molécula com forma de sino perfurada por uma rede de canais dispostos como as diagonais de um cubo que se interceptam no centro, que se presume ser o poro para a passagem dos íons (Figura 5.12). Essa estrutura dá

FIGURA 5.12 Representação esquemática do canal de sódio dependente da voltagem.


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indícios de que, na verdade, o canal tem quatro pontos de entrada que convergem para uma cavidade central que se ramifica em quatros vias de saída que conduzem para o interior da célula. Supõe-se que existam quatro canais adicionais que transportam resíduos de aminoácidos com carga positiva (gating charges), que são a base da resposta conformacional do canal às alterações na diferença no potencial elétrico transmembrana. Supõe-se que o canal funcione pelo movimento para dentro e para fora da massa externa central, como o movimento de um pistão, que abre as vias que levam os íons para dentro da cavidade intracelular. Os canais de sódio são os alvos moleculares de várias toxinas potentes, entre elas a tetrodotoxina (TTX), a saxitoxina (STX), a brevetoxina e a ciguatoxina, que foram discutidas neste capítulo, e também de outras toxinas, como a toxina das anêmonas, a batracotoxina, a veratridina, a conotoxina e certas toxinas de insetos que não foram discutidas aqui. Essas toxinas agem em seis ou mais sítios receptores distintos da proteína do canal de sódio. Atualmente, a interação de várias das toxinas marinhas discutidas neste capítulo com os canais de sódio dependentes da voltagem já é bem compreendida. A tetrodotoxina e a saxitoxina são neurotoxinas que bloqueiam os poros desses canais. Os resíduos de aminoácidos que formam os sítios receptores para as neurotoxinas estão localizados no poro central do receptor. Os efeitos toxicológicos dos canais de sódio bloqueados consistem na diminuição da excitabilidade dos neurônios, a qual leva à paralisia respiratória e à morte. A pressão seletiva decorrente da presença da STX no ambiente natural ou da TTX nas presas favoreceu mutações no filtro de seletividade de íons que tornam alguns organismos marinhos resistentes a essas toxinas. Além disso, um resíduo não aromático do poro (a asparagina no fugu ) torna o peixe baiacu resistente à TTX. A brevetoxina e a ciguatoxina são neurotoxinas que ativam os poros. Elas se ligam aos sítios receptores para neurotoxinas dos canais abertos e impedem o fechamento desses canais. Como consequência, ocorre uma mudança na ativação, que passa a se dar em potenciais de membrana mais negativos, e um bloqueio da inativação. Os efeitos toxicológicos dos canais abertos são hiperexcitabilidade neuronal, seguida de dessensibilização dos receptores que leva à paralisia e à morte. Descobriu-se que os segmentos transmembranares do receptor participam da formação do sítio receptor para essas toxinas lipofílicas. Acredita-se que determinantes de ligação à brevetoxina estejam amplamente dispersos por todos os segmentos transmembranares, indicando a existência de uma interação complexa entre os vários domínios da proteína.

Envenenamento por Peixes Escombrídeos O envenenamento por peixes escombrídeos é a causa mais comum de ictiotoxicose em todo o mundo. Esse envenenamento representa uma das principais doenças transmitidas por alimentos relatadas aos Centers for Disease Control and Prevention, dos Estados Unidos. De 1968 a 1980, foram relatados aos CDC 103 casos que envolveram 827 pessoas. De 1973 a 1986, foram relatados 178 surtos que afetaram 1.096 pessoas.

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O envenenamento pelos escombrídeos resulta do consumo de certos alimentos, quase sempre peixes, que contêm níveis anormalmente altos de histamina. Peixes deteriorados das famílias Scombridae e Scomberesocidae, como o atum, a cavala e o bonito, são os mais implicados nos casos de envenenamento por escombrídeos, mas outros peixes não escombrídeos, como o dourado, a anchova e as sardinhas, também já causaram envenenamento. Em raras ocasiões, o envenenamento por escombrídeos também foi relatado após o consumo de queijo suíço e de outros queijos. Os sintomas da intoxicação por escombrídeos assemelham-se a uma resposta alérgica aguda. Os sintomas incluem náuseas, vômitos, diarreia, sensação de queimação ou gosto picante na boca, urticária, prurido, erupções cutâneas vermelhas e hipotensão. O início dos sintomas geralmente ocorre alguns minutos após a ingestão do alimento contaminado, e a duração dos sintomas varia de algumas horas a 24 horas. Casos fatais são raros. Anti-histamínicos podem ser utilizados de modo eficaz para tratar essa toxicose. A histamina é formada nos alimentos por certas bactérias que são capazes de descarboxilar aminoácidos, inclusive a histidina. No entanto, alimentos com níveis anormalmente elevados de histamina podem não parecer estragados. Alimentos com concentrações de histamina que ultrapassam 50 mg para cada 100 g do alimento geralmente são considerados perigosos. O manejo adequado e o armazenamento refrigerado podem impedir a formação de histamina no pescado. A etiologia do envenenamento por escombrídeos tem sido objeto de alguma controvérsia ao longo de anos. Sob condições controladas, a histamina ingerida por via oral no mesmo nível encontrado nos peixes considerados impróprios para consumo devido a altos valores de histamina, mostra baixa toxicidade devido à presença de várias amina oxidases presentes no intestino, que são capazes de desativar a histamina antes que ela seja absorvida. As investigações iniciais do agente tóxico dos peixes indicaram a presença de uma substância semelhante à histamina, denominada “saurina”, mas com maior toxicidade. Estudos subsequentes realizados em outros laboratórios não conseguiram identificar outra toxina no peixe, mas observaram que diferentes sais de histamina podem comportar-se de modo distinto na cromatografia. Foi sugerido que a saurina é simplesmente um ácido conjugado da histamina. Contudo, novos estudos mostraram que certos produtos da descarboxilação das aminas encontrados no peixe, mais especificamente a cadaverina e a putrescina, eram fortes inibidores competitivos das amina oxidases responsáveis pela detoxificação da histamina. Assim, parece sensato dizer que a toxicidade oral incomum da histamina encontrada no peixe resulta dos efeitos inibidores de outros produtos bacterianos, como a cadaverina e a putrescina, sobre a desativação da histamina no intestino (Figura 5.13). Há uma grande preocupação por parte dos cientistas e das agências reguladoras com relação ao aumento crescente do impacto das algas tóxicas sobre a saúde humana e o ambiente. Assim, a frequência, a intensidade e a distribuição geográfica dos casos documentados de proliferações de algas produtoras de toxinas têm aumentado nas últimas décadas. No passado, observaram-se proliferações de algas tóxicas em áreas geográficas restritas dos Estados Unidos, como a costa oeste da Flórida e os litorais do Alasca e do Maine. Contudo, atualmente, proliferações tóxicas têm sido relatadas em


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FIGURA 5.13 O mecanismo do envenenamento por escombrídeos envolve a produção de histamina e de outros produtos amínicos oriundos da descarboxilação de aminoácidos por bactérias contaminantes presentes em peixe rico em histidina. As outras aminas são capazes de inibir a detoxificação da histamina no intestino.

todos os estados costeiros, e um número cada vez maior de espécies está apresentando toxicidade. Embora os dados sobre a ocorrência mundial de proliferações de algas tóxicas estejam incompletos, o aumento da incidência de proliferações de algas em algumas áreas é impressionante. Por exemplo, registrou-se aumento de oito vezes na proliferação de algas em Hong Kong entre 1976 e 1986. As causas desses aumentos são desconhecidas. As possibilidades sugeridas incluem maior vigilância, desenvolvimento da aquicultura, acúmulo de nutrientes provenientes do escoamento urbano, transporte de cistos no lastro dos navios, diminuição da sílica em águas represadas, diminuição do crescimento de diatomáceas concorrentes mais seguras e ressurgência ou subida natural de águas mais profundas ricas em nutrientes, possivelmente por causa do aquecimento global. É evidente que, embora a ocorrência de proliferações de algas tóxicas seja conhecida há milênios, sua real importância para o ambiente marinho ameaçado e para a saúde humana serão objetos de intensa preocupação em todo o mundo no futuro.

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Leituras complementares sugeridas Hwang, D.F., Noguchi, T. (2007). Tetrodotoxin poisoning. Adv. Food Nutr. Res. 52:141-236. Isbister, G.K., Kiernan, M.C. (2005). Neurotoxic marine poisoning. Lancet Neurol. 4:219-228. Jeffery, B., Barlow, T., Moizer, K., Paul, S., Boyle, C. (2004). Amnesic shellfish poison. Food Chem. Toxicol. 42:545-557. Lehane, L., Olley, J. (2000). Histamine fish poisoning revisited. Int. J. Food Microbiol. 58:1-37. Llewellyn, L.E. (2006). Saxitoxin, a toxic marine natural product that targets a multitude of receptors. Nat. Prod. Rep. 23:200-222.

CAPÍTULO

Substâncias Fitoquímicas Tóxicas

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SUMÁRIO DO CAPÍTULO Fitotoxinas..................................................................................................................... 122 Bociogênicas ................................................................................................. 122 Substâncias Antitireoidianas Provenientes do Ambiente ..................................... 124 Favismo......................................................................................................... 127 Neurolatirismo ............................................................................................... 130 Glicosídeos Cianogênicos ................................................................................ 131 Lectinas ........................................................................................................ 135 Aminas Vasoativas.......................................................................................... 138 Cafeína ......................................................................................................... 140 Curare ........................................................................................................... 143 Estricnina ...................................................................................................... 144 Atropina ........................................................................................................ 146 Fitoalexinas ...................................................................................................................149 Interações entre Ervas e Drogas .....................................................................................151

Os membros do reino Plantae são fontes ricas em produtos de importância vital para os membros do reino Animalia. As plantas fornecem oxigênio, energia, vitaminas e abrigo que são essenciais para a vida animal. Os animais são importantes para a reprodução das plantas e para a dispersão das sementes, e auxiliam na decomposição das plantas mortas. As plantas também são fontes ricas em produtos naturais não nutritivos com peso molecular pequeno — frequentemente denominados substâncias fitoquímicas — que podem provocar efeitos benéficos (drogas e hormônios) ou danosos (fitotoxinas) nos animais, inclusive em seres humanos. Em alguns casos, os produtos das plantas desempenham papéis na defesa dos vegetais contra outros organismos. Por exemplo, uma substância aleloquímica é uma substância química que é liberada por uma planta e que inibe o crescimento ou a germinação de outra planta. O processo é denominado alelopatia. Por outro lado, uma fitoalexina é um metabólito produzido por uma planta geralmente em resposta a um dano causado por patógenos vegetais; a fitoalexina é capaz de inibir o crescimento dos organismos invasores. Algumas substâncias fitoquímicas podem influenciar fortemente a reprodução de insetos. Na maioria dos casos, contudo, as funções dessas substâncias fitoquímicas nas plantas são desconhecidas. 121

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CAPÍTULO 6 Substâncias Fitoquímicas Tóxicas

Neste capítulo, abordaremos um grupo selecionado de fitotoxinas que são importantes como exemplos de substâncias químicas naturais que afetam de modo negativo a saúde humana ou que são amplamente utilizadas como agentes terapêuticos aprovados. Também discutiremos de forma breve as fitoalexinas e as interações de certas substâncias fitoquímicas presentes na dieta com drogas conhecidas que resultam em interações dieta − droga adversas.

FITOTOXINAS Bociogênicas O bócio é definido como o aumento de tamanho não inflamatório e não canceroso da glândula tireoide e é conhecido desde tempos antigos. A primeira descrição do bócio tireoidiano remonta aproximadamente a 2700 a.C., na China. Em muitas áreas do mundo onde o bócio era endêmico, os habitantes se acostumaram tanto com o bócio que esses crescimentos se tornaram uma marca de beleza entre as mulheres. Por exemplo, retratos da corte holandesa do século XVII mostram mulheres da classe alta com pequenos bócios. No entanto, os bócios não eram considerados atraentes nos homens. O uso de colarinhos altos, no início do século XIX na Europa, originou-se do esforço da realeza masculina para esconder os bócios proeminentes. Até 1924, quando foi instituída a adição de iodeto ao sal de cozinha, o bócio era endêmico nas regiões dos Grandes Lagos e dos Apalaches, e no noroeste dos Estados Unidos, e a prevalência entre as crianças nessa região do “cinturão do bócio” era de 26% a 70%. Na Nigéria, antes do início da suplementação com iodeto em 1993, a taxa de incidência de bócio chegava a 67%. Em 2005, quando foram realizados exames para hipotireoidismo nas pessoas dessa região, constatou-se que a prevalência do bócio tinha diminuído para apenas 6%. Embora a incidência de bócio nos Estados Unidos tenha diminuído consideravelmente desde o início da suplementação com iodeto, o bócio e o hipotireoidismo continuam a ser problemas graves de saúde em algumas áreas, mesmo com a adição de iodeto. Estudos realizados no Maine, no Kentucky e em muitos outros estados detectaram incidências significativas de bócio, mesmo com o consumo adequado de iodeto. Além disso, nos últimos anos, a deficiência de iodeto tem sido um problema crescente. Por exemplo, segundo um levantamento nacional realizado nos Estados Unidos no início da década de 1970, a incidência de deficiência de iodo de grau moderado a grave ficou em torno de 2,5% da população. Um levantamento similar realizado no início da década de 1990 constatou taxa de deficiência no mínimo moderada de iodo de 11,1% da população. Acredita-se que esse aumento expressivo da deficiência de iodo resulte do esforço vigoroso dos órgãos de saúde pública para restringir o consumo de sódio como forma de reduzir a hipertensão e o risco de doença cardiovascular. Essa preocupação com o consumo excessivo de sódio também causou aumentos consideráveis na prevalência do bócio em muitos outros países. Dados da Organização Mundial da Saúde indicam que, entre 1993 e 2004, a prevalência do bócio cresceu 81,4% na África, 80,7% na Europa e 62,9% na região leste do Mediterrâneo, e que o aumento mundial foi de 31,7%. A causa desses aumentos na prevalência do bócio durante o período no qual houve aumento da suplementação com iodeto é objeto de grande interesse por parte das agências de saúde pública. O bócio é uma resposta adaptativa a níveis insuficientes de hormônios tireoidianos e, no adulto, geralmente é um sintoma não fatal e facilmente diagnosticado de hipotireoidismo. Outros efeitos mais graves do hipotireoidismo incluem disfunção tireoidiana, perda de energia, aumento do risco de doença cardiovascular, comprometimento do desenvolvimento físico e mental (cretinismo), morte pré-natal e morte de bebês. Os efeitos adversos do

Fitotoxinas

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hipotireoidismo sobre o desenvolvimento fetal são preocupantes, já que até mesmo uma deficiência materna leve de iodo pode causar várias deficiências graves (intelectual, motora e auditiva) nos filhos. Pesquisadores dessa área estimam que o surgimento de hipotiroxinemia materna no início da gravidez (8ª-12ª semana) pode potencialmente afetar até 5% dos recém-nascidos nos Estados Unidos. A prevenção do déficit neurológico de recém-nascidos por meio da suplementação com iodeto destacou-se como um dos objetivos importantes da World Summit for Children, que ocorreu em 1990. Uma preocupação emergente é o possível papel do hipotireoidismo na incidência crescente de autismo. Evidências crescentes indicam que, muitas vezes, a deficiência de iodo está associada a outros fatores antitireoidianos no desenvolvimento do bócio endêmico. Agentes bociogênicos ambientais, quando em baixas concentrações, normalmente são ineficazes, mas poderão provocar algum efeito se o suprimento de iodo for limitado. Em alguns casos, o agente bociogênico pode ser suficientemente potente sozinho para causar bócio ou insuficiência tireoidiana, apesar de haver abundância de iodo. Os agentes bociogênicos ambientais que serão abordados nas próximas seções são classificados de acordo com o seu modo de ação hipotireoidiana. Conforme indicado na Figura 6.1, o metabolismo dos hormônios tireoidianos é regulado pelo eixo hipotalâmico-hipofisário em vários níveis.

FIGURA 6.1 Esquema metabólico dos hormônios da tireoide.

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Aprisionamento do Iodeto A glândula hipófise é estimulada a produzir o hormônio estimulador da tireoide ou tireotropina (TSH), que ativa a maioria das etapas da síntese dos hormônios tireoidianos. A captação de iodo na tireoide ocorre por intermédio de um simportador sódio-iodeto, o NIS. Esse mecanismo de transporte ativo possibilita que as células tireoidianas concentrem iodo em níveis 20 a 40 vezes acima do nível de iodo encontrado no espaço extracelular. O mesmo transportador é encontrado nas mamas, por isso foi proposto que a inibição do transportador nesse local seja outro fator capaz de causar deficiência de iodo nos bebês amamentados. O NIS é inibido pelos íons tiocianato e nitrato. Organificação Na presença de tireoperoxidase (TPO) e peróxido de hidrogênio, o iodeto é oxidado a iodo e incorporado aos resíduos monoiodotirosil (MIT) e di-iodotirosil (DIT) da tireoglobulina. A TPO também une os resíduos MIT e DIT para formar os hormônios T3 e T4. O TSH estimula a atividade da TPO, enquanto concentrações moderadas de iodeto a reduzem. A organificação do iodo é inibida por substâncias redutoras, como a goitrina de plantas do gênero Brassica, certos flavonoides e também por quantidades insuficientes ou excessivas de iodeto, que inibem a síntese do peróxido de hidrogênio. Proteólise A degradação lisossômica da tireoglobulina hidrolisa a ligação das iodotironinas T4 e T3 ao seu suporte proteico. As enzimas lisossômicas catepsinas B, L e D participam da proteólise da tireoglobulina. Esse processo pode ser bloqueado por iodeto em excesso e pelo lítio. Desativação As principais vias de desativação do T3 e do T4 são a glicuronidação e a formação de sulfatos. A glicuronidação da tiroxina (T4) é a etapa limitante da velocidade do processo de excreção biliar desse hormônio. Ao contrário do T3 e de seu glicuronídeo estável, o sulfato de T3 é degradado rapidamente pela desiodação sucessiva dos anéis tirosil e fenólico. O fenobarbital e a dioxina afetam o funcionamento da tireoide por alterar a distribuição dos hormônios como resultado da indução da tiroxina glicuroniltransferase hepática. As bifenilas policloradas (PCBs) conseguem deslocar o T4 das proteínas de ligação específicas (transtiretina, globulina ligadora de tiroxina), aumentando a depuração do T4. Ativação Periférica O T3 pode ser sintetizado e secretado pela glândula tireoide ou ser produzido pela desiodação do T4 no fígado ou em outros tecidos. Essa desiodação do T4 em T3 é regulada por desiodases, que são enzimas que contêm selênio. A desiodação do T4 é inibida pela droga tireostática propiltiouracila e pelo aditivo alimentar FD&C Red n.3. O cádmio e o metilmercúrio também são capazes de inibir desiodases específicas.

Substâncias Antitireoidianas Provenientes do Ambiente Muitas plantas da família da mostarda ( Cruciferae) contêm substâncias tireotóxicas como a goitrina, a aliltioureia e o tiocianato. No entanto, essas substâncias não estão presentes na planta intacta, mas são produzidas pela conversão enzimática de precursores

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FIGURA 6.2 Produção de goitrina nas plantas do gênero Brassica .

tioglicosídicos, denominados glicosinolatos, quando a tioglicosidase da reação, a mirosinase, entra em contato com o seu substrato após a ruptura da integridade celular. Quando submetido a hidrólise enzimática, o glicosinolato denominado progoitrina é convertido rapidamente em goitrina (Figura 6.2). A progoitrina é encontrada principalmente nos nabos, nos nabos-da-suécia e em níveis baixos em outras plantas do gênero Brassica, que inclui o repolho, os brócolis, a couve-flor, a couve-crespa, a couve-rábano, a couve-de-bruxelas e a rutabaga (couve-nabo). Os níveis mais altos de progoitrina são encontrados nas sementes dessas plantas. Compostos semelhantes à goitrina foram detectados em várias espécies de ervas e arbustos das famílias Barbarea e Residea. A atividade bociogênica dos componentes das plantas do gênero Brassica tem sido objeto de muitas pesquisas. Estudos realizados em 1928 mostraram que o consumo de grande quantidade de repolho produzia bócio em coelhos. Estudos subsequentes dos efeitos das verduras da dieta sobre a captação de iodo radioativo na glândula tireoide de seres humanos constataram que a rutabaga crua era a planta alimentícia mais ativa. A perda de tal atividade pelo cozimento normal sugeria a necessidade de uma conversão enzimática para que um precursor presente na planta (a progoitrina) se transformasse na substância ativa (goitrina) e que essa atividade enzimática não ocorria no trato GI. O bócio pode ser induzido em animais quando se adicionam à ração sementes de plantas do gênero Brassica, principalmente a colza. Os efeitos bociogênicos da parte folhosa das plantas são, em geral, variáveis e menos pronunciados que os efeitos das sementes, sobretudo se a dieta for deficiente em iodeto. É pouco provável, portanto, que o consumo de plantas do gênero Brassica, como parte normal de uma dieta nutricionalmente adequada, provoque aumento de tamanho da tireoide. No entanto, parece plausível que, se a ingestão de iodeto for muito pequena, o consumo de grande quantidade de verduras do gênero Brassica possa produzir alguns sintomas de hipotireoidismo.

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Os efeitos bociogênicos da goitrina já são bem conhecidos. A administração de goitrina a ratos durante 20 dias provoca aumento de tamanho da glândula tireoide, reduz a captação de iodo pela glândula e diminui a síntese da tiroxina. A goitrina também foi implicada no desenvolvimento de bócio endêmico em crianças em idade escolar na Tasmânia. Essa endemia de bócio não pôde ser prevenida por meio da suplementação com iodo. A goitrina também foi implicada como agente bociogênico ambiental na Finlândia. A goitrina é secretada no leite das vacas alimentadas com farelo de colza rico em goitrina em nível de cerca de 0,1% do nível encontrado na ração. Estudos com roedores mostraram que a goitrina administrada às fêmeas prenhas produzia sintomas de hipotireoidismo nos filhotes em fase de amamentação. O tiocianato é outro agente bociogênico de importância considerável presente na dieta. O tiocianato é produzido como subproduto da hidrólise dos glicosinolatos e como o principal produto da detoxificação do cianeto. Ele interfere na captação ativa e na concentração de iodeto inorgânico pela tireoide e inibe a enzima tireoperoxidase, impedindo assim a incorporação do iodo à tireoglobulina. Vários alimentos básicos dos trópicos contêm grande quantidade de glicosídeos cianogênicos que são detoxificados originando tiocianato. Essas plantas incluem a mandioca, o milhete, o inhame, a batata-doce, o milho, os brotos de bambu e o feijão-de-lima. A mandioca refinada de modo deficiente ( Manihot esculenta) — Figura 6.9 — é uma fonte importante de cianeto em partes da África. Acredita-se que a toxicidade do tiocianato proveniente do consumo de mandioca, somada ao efeito combinado da deficiência de iodo e selênio, cause bócio endêmico e contribua para o cretinismo endêmico observado em partes da África. Outro grupo importante de substâncias antitireoidianas de ocorrência natural é composto de polifenóis de origem vegetal. As substâncias químicas dessa grande classe de produtos naturais têm papéis distintos nas plantas, os quais variam da proteção contra a luz ultravioleta e patógenos, bem como à produção de cores que atraem polinizadores. Os polifenóis de origem vegetal, como a quercetina, o resveratrol e a epigalocatequina, produzem muitos efeitos positivos nos seres humanos e, como será discutido adiante nesta seção, estão sob intenso estudo como agentes terapêuticos para uma série de distúrbios que incluem o câncer e a doença cardiovascular. Contudo, muitos polifenóis exibem atividades antitireoidianas principalmente como resultado de seus efeitos inibidores sobre a organificação do iodo. Os inibidores desse grupo incluem a genisteína e a daidzeína da soja; a catequina do chá tradicional ( Camellia sinensis); a quercetina encontrada em maçãs, cebolas, uvas vermelhas, frutas cítricas, brócolis, cerejas e outras bagas; o kaempherol da toranja; a rutina encontrada no trigo sarraceno; taninos de muitos tipos de frutos secos com casca dura; e apigenina e a luteolina do milhete. Acredita-se que as últimas substâncias, juntamente com o tiocianato, contribuam para a alta prevalência de bócio em uma população da África Ocidental que apresenta deficiência de iodo e se alimenta basicamente de milhete. Essas substâncias também podem exacerbar os efeitos do hipotireoidismo endêmico ou esporádico induzido por deficiência de iodo em outras populações. Ainda outra fonte de substâncias hipotireoidianas é a água potável contaminada. Estudos realizados na Índia e em outros lugares mostraram clara associação entre a prevalência do bócio e o fornecimento de água contaminada. O simples fornecimento de

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água não contaminada para essa região provocou diminuição significativa na incidência de hipotireoidismo nas crianças em idade escolar. Embora substâncias antitireoidianas específicas não tenham sido identificadas nesses estudos, muitos poluentes têm essa atividade. Assim, sabe-se que produtos antitireoidianos poderosos como o resorcinol, o metoxiantraceno, os ésteres de ftalato e o ácido ftálico contaminam a água de áreas ricas em carvão e xisto. Certos dissulfetos antitireoidianos, que são similares a substâncias formadas nas cebolas e nos alhos, estão presentes em altas concentrações em efluentes aquosos oriundos de processos de conversão do carvão. Além disso, 60% de todos os herbicidas, em especial o ácido 2,4-diclorofenoxiacético e as tioureias, exibem atividades antitireoidianas. Outros agentes antitireoidianos incluem as bifenilas policloradas (PCBs), o perclorato e o mercúrio. Assim, o funcionamento normal da tireoide pode ser afetado por grande número de poluentes encontrados no sistema de abastecimento de água de algumas regiões.

Favismo O favismo é um distúrbio hemolítico observado em populações geneticamente suscetíveis que são expostas a substâncias químicas pró-oxidantes que incluem aquelas encontradas nas sementes das favas (Vicia faba) — Figura 6.3. Os sintomas do favismo incluem anemia hemolítica, icterícia e hiperbilirrubinemia. Nas populações suscetíveis, a incidência anual do favismo varia de menos de um a cerca de nove casos para 10.000

FIGURA 6.3 Sementes da fava.

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pessoas. Quase todos os casos envolvem crianças com menos de 15 anos; em 85% a 95% dos casos, as crianças têm menos de 6 anos; os meninos compõem a grande maioria. Atualmente, a mortalidade ocorre entre crianças com menos de 5 anos, mas é rara quando o tratamento está disponível. O que torna um indivíduo geneticamente suscetível ao distúrbio é a deficiência da enzima glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD) nos eritrócitos. A deficiência de G6PD, uma condição ligada ao X que resulta de mutações no gene G6PD, é a enzimopatia humana mais comum e está presente em aproximadamente 400 milhões de pessoas em todo o mundo. No entanto, a deficiência de G6PD é mais prevalente em áreas da África, Índia, ao redor do Mar Mediterrâneo, China e nos trópicos. Embora a maioria dos indivíduos com essa deficiência seja assintomática, 10% a 20% da população manifesta o favismo em algum momento da vida. Acredita-se que a alta prevalência da deficiência de G6PD nessas áreas surgiu em resposta ao parasita da malária, o Plasmodium falciparum, contra o qual a deficiência de G6PD desempenha um papel protetor. Contudo, por causa das migrações populacionais recentes, a prevalência da deficiência de G6PD está crescendo em outras partes do mundo onde a malária não é prevalente, particularmente na América do Norte e no norte da Europa. A fava é uma das primeiras plantas alimentícias que foram domesticadas. Seu cultivo remonta a cerca de 7000 a.C. no Oriente Médio. Favas foram encontradas em sítios arqueológicos de 6.000 anos de idade na Espanha e em tumbas egípcias de 4.000 anos. A semente da fava foi cultivada em Massachusetts por alguns dos primeiros colonizadores europeus que se instalaram no Novo Mundo. As sementes das favas, que também são conhecidas como feijão-de-porco, feijão-fava, fava-da-holanda ou fava-de-cavalo, são comuns na dieta do Mediterrâneo em geral e constituem o alimento mais comum da dieta egípcia. O modo de ação das sementes da fava na indução da anemia hemolítica tem sido objeto de muitas pesquisas. A análise da semente em busca de substâncias que diminuam os níveis de glutationa reduzida em eritrócitos isolados levou à identificação de dois glicosídeos relacionados, a vicina e a convicina, que estão presentes em níveis muito altos (1-2 g/100 g de peso seco) nas sementes verdes das favas. O cozimento não reduz de modo significativo os níveis dos glicosídeos das sementes das favas. A hidrólise dos glicosídeos pela exposição a suco gástrico artificial ou à �-glicosidase, que está presente em níveis elevados nas sementes maduras, produz as agliconas ativas divicina e isouramil. Outra substância fenólica que tem sido implicada na causa do favismo é a L-DOPA (3,4-di-idroxi-L-fenilalanina). Embora a L-DOPA aparentemente não seja ativa sozinha na produção dos efeitos associados ao favismo, sua combinação com a divicina e a isouramil produz aumento sinérgico da atividade hemolítica. O principal efeito dessas substâncias é produzir estresse oxidativo nas células, o que leva à perda de glutationa reduzida nos eritrócitos tratados de indivíduos com deficiência de G6PD. O mecanismo da indução do estresse oxidativo envolve a produção de quinonas e de quinonas iminas a partir de moléculas de hidroquinona. O ciclo redox dos produtos oxidados por meio de processos redutores monoeletrônicos de alta capacidade (p. ex., NADPH-CYP 450 redutase), conforme indicado na Figura 6.4, pode resultar na produção catalítica de espécies reativas do oxigênio (EROs). O aumento do nível de EROs, por sua vez, provoca

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FIGURA 6.4 Ciclo redox de produtos oxidados via processos redutores monoeletrônicos de alta capacidade.

uma elevação do nível, entre outros produtos, de glutationa oxidada, de dissulfetos mistos ligados a proteínas, de agregados de proteínas celulares e de proteínas estruturais unidas por ligações cruzadas no interior do eritrócito. Essas e outras anormalidades dos eritrócitos, inclusive a ruptura da homeostase do cálcio celular, levam, no final, à sua destruição por fagocitose no baço. As células com deficiência de G6PD são incapazes de se opor aos efeitos das substâncias pró-oxidantes por causa do papel central da G6PD no controle do estado redox celular. Como indicado na Figura 6.5, a G6PD é responsável pela mediação da oxidação

FIGURA 6.5 Reação da G6PD.

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da G6P a 6-fosfogliconolactona, que é a primeira reação da via das pentoses-fosfato do metabolismo da glicose. Uma função importante dessa via é fornecer poder de redução celular na forma de NADPH. O NADPH, por sua vez, é fundamental para as defesas metabólicas da célula contra o estresse oxidativo, principalmente na forma de um cofator para enzimas redutoras como a catalase, a glutationa peroxidase, a glutationa redutase e a tiorredoxina redutase. Quando células normais estão sob estresse oxidativo, a capacidade das defesas celulares é maior por causa do aumento da expressão da G6PD. Assim, a incapacidade das células com deficiência de G6PD de aumentar o suprimento de NADPH as deixa altamente vulneráveis a estresses oxidativos induzidos.

Neurolatirismo O neurolatirismo é uma doença antiga causada pelo consumo de sementes do gênero Lathyrus ( L. sativus), normalmente conhecidas como chícharo e por muitos outros nomes em vários idiomas. Ao que tudo indica, a doença foi descrita pela primeira vez no tempo de Hipócrates (cerca de 400 a.C.) e detectada em proporções epidêmicas em partes do norte da África, no Oriente Médio, na Ásia e na Índia até o século XX. Incidências muito altas de neurolatirismo também foram observadas entre prisioneiros e camponeses durante a Segunda Guerra Mundial na Europa. O envenenamento crônico pelas plantas do gênero Lathyrus continua a afetar grandes populações da Etiópia, Índia e Bangladesh. A toxicidade dessas plantas é bem conhecida das agências reguladoras, e a venda de suas sementes é ilegal na maioria das regiões. No entanto, as plantas do gênero Lathyrus constituem culturas resistentes, ricas em proteínas, que prosperam em solos pobres, em áreas de seca e até mesmo em áreas inundadas e, por essa razão, essas plantas são utilizadas como cultura de emergência para alimentação humana e animal em muitas regiões. Como era de esperar, é durante as épocas de seca ou após inundações que a prevalência do neurolatirismo é mais alta. Vários aspectos da etiologia do neurolatirismo são muito bem compreendidos. Sabe-se que o neurolatirismo ocorre em seres humanos após o consumo de pelo menos 300 g/dia de sementes de L. sativus por um período de, no mínimo, três meses. O neurolatirismo é uma condição neurodegenerativa e progressiva que afeta os neurônios motores. É caracterizada nos seres humanos, principalmente nos homens, por enrijecimento dos músculos das pernas e tem como alvo, principalmente, um tipo de neurônio denominado célula de Betz do trato espinhal. Os sintomas iniciais são rigidez crescente dos músculos da panturrilha e perda do controle das pernas. A toxina das sementes que causa o distúrbio é o derivado aminoacídico ácido �-N-oxalil- �,�-diaminopropiônico (ODAP) — Figura 6.6 —, que

FIGURA 6.6 Estrutura química do ODAP.

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corresponde a 0,1% a 2,5% do peso seco das sementes. A administração a camundongos machos durante 40 dias de uma dose de ODAP que provavelmente resultaria do consumo das sementes tóxicas (p. ex., 5 mg/kg do peso corporal) produziu diminuição das atividades neuronais que é característica do neurolatirismo humano. Estudos realizados com vários sistemas de modelos animais esclareceram o mecanismo da ação tóxica do ODAP. Os estudos iniciais mostraram que os efeitos tóxicos do ODAP em roedores poderiam ser inibidos pela administração de antagonistas dos receptores de glutamato da subclasse AMPA. Foi constatado também que o ODAP facilita a liberação de glutamato dos elementos pré-sinápticos e inibe a captação do glutamato, o que provoca grande aumento da concentração de glutamato na sinapse. Esse aumento na concentração de glutamato produz efeitos tóxicos nos neurônios, principalmente por causa da liberação de EROs que resulta da inibição do complexo I da cadeia de transporte de elétrons da mitocôndria pelo glutamato. O papel das espécies reativas do oxigênio (EROs) no efeito tóxico do ODAP está em concordância com os relatos dos efeitos protetores de substâncias antioxidantes, como a vitamina C, e de dietas nutricionalmente adequadas contra o neurolatirismo. Além disso, levantou-se a hipótese de que o neurolatirismo raramente é visto em mulheres por causa dos efeitos protetores do estrógeno contra o dano celular provocado pelas EROs. Os efeitos tóxicos das altas concentrações de glutamato sobre os neurônios envolvem mecanismos mediados por receptores e mecanismos independentes de receptores. Quando o processo de ativação neuronal se dá em condições normais, o glutamato ativa os receptores para glutamato, provocando assim a entrada de íons cálcio na célula; esses eventos estão associados a uma grande variedade de respostas biológicas, que incluem a liberação de neurotransmissores e de fatores de crescimento, e a modulação da neurotransmissão. Essa ativação neuronal pelo glutamato é seguida da desativação conjunta da via por meio de um processo que envolve a redução da concentração de glutamato na sinapse. No entanto, a ativação descontrolada do receptor leva a aumento prolongado da concentração intracelular de íons cálcio, o que desencadeia a produção de EROs e ativa as vias de morte celular. O glutamato também age por meio de um mecanismo independente de receptores para produzir estresse oxidativo celular, que foi denominado oxitose induzida pelo glutamato. As células são sensíveis a esse tipo de toxicidade, porque níveis altos de glutamato extracelular podem bloquear o antiporter glutamato-cisteína da membrana plasmática, o que provoca a inibição da síntese da glutationa. Assim, a oxitose induzida pelo glutamato em células cultivadas envolve a depleção de glutationa, o aumento da produção de EROs, a inibição do complexo I da cadeia de transporte de elétrons da mitocôndria, o aumento da entrada de cálcio e a subsequente morte celular. A observação de que substâncias antioxidantes são capazes de bloquear os efeitos latirogênicos do ODAP indica que o estresse oxidativo induzido tanto pelo mecanismo independente de receptores como pelo mecanismo dependente de receptores é fundamental para o desenvolvimento completo do distúrbio.

Glicosídeos Cianogênicos Os glicosídeos cianogênicos são um grupo de substâncias solúveis em água naturalmente presentes em mais de 2.500 espécies de plantas. As plantas, ou as partes das plantas

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que são fontes ricas em glicosídeos cianogênicos, incluem certos tipos de feijão-de-lima, o sorgo, as amêndoas amargas, as sementes da cerejeira-da-virgínia, as sementes de maçã, os brotos de bambu e a mandioca. A hidrólise desses glicosídeos produz uma cetona ou um aldeído, um açúcar e cianeto de hidrogênio, que é altamente tóxico. Os glicosídeos cianogênicos podem agir na defesa de muitas dessas plantas contra organismos patogênicos invasores e contra muitos herbívoros, inclusive contra o homem. De fato, há muitos relatos bem documentados de doença grave e mortes que resultam do consumo de plantas ricas em cianeto por seres humanos, animais de fazenda, insetos e outros organismos. O cianeto de hidrogênio é liberado dos glicosídeos cianogênicos de plantas mastigadas ou picadas por um processo enzimático que envolve duas reações (Figura 6.7). A primeira etapa é a hidrólise por uma �-glicosidase com produção de cianoidrina e um açúcar. A maioria das cianoidrinas é relativamente instável em solução aquosa e se decompõe espontaneamente formando a cetona ou o aldeído correspondente e cianeto de hidrogênio. Essa decomposição é acelerada pela ação da enzima hidroxinitrila liase. As enzimas e o glicosídeo cianogênico necessários para a liberação de cianeto de hidrogênio estão presentes na planta, porém separados. Quando plantas frescas são danificadas, por exemplo, pela mastigação, pelo corte ou pelo ataque de um inseto, as estruturas da parede celular fragmentam-se o suficiente para possibilitar que as enzimas e o glicosídeo cianogênico entrem em contato um com o outro e que a reação prossiga. O desenvolvimento de métodos simples para detoxificar produtos vegetais ricos em cianeto permitiu o uso desses vegetais como importantes fontes de alimento. Por exemplo, a raiz da mandioca é uma fonte básica de carboidratos para milhões de pessoas da América do Sul e da África. Os níveis de cianeto encontrados na mandioca não processada são altos o suficiente para produzir efeitos graves de envenenamento por cianeto nos casos de consumo crônico. A detoxificação da mandioca é tradicionalmente um processo com várias etapas, que inclui o corte e a trituração em água corrente, o que desencadeia a produção enzimática de cianeto de hidrogênio e remove tanto o cianeto liberado quanto o glicosídeo, que seguem para o esgoto. Processos de fermentação e fervura também são utilizados em alguns procedimentos tradicionais para a produção da farinha de mandioca. Entretanto, apesar dos procedimentos bem desenvolvidos capazes

FIGURA 6.7 Liberação de cianeto a partir da linamarina.

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de reduzir consideravelmente o nível de cianeto de hidrogênio presente nos produtos da mandioca, o risco de envenenamento crônico pelo cianeto decorrente do consumo de mandioca continua a ser grande em algumas áreas. Um problema importante é o alto custo da farinha processada (e detoxificada). Organizações de saúde pública e governamentais empreendem esforços contínuos para incentivar a produção e o consumo de produtos da mandioca que sejam adequadamente processados e seguros. O cianeto é considerado uma substância altamente tóxica, com efeitos agudos e crônicos. Ele produz vários efeitos bioquímicos imediatos nos sistemas biológicos, que incluem a inibição da defesa antioxidante, a alteração da homeostase dos íons celulares e a inibição da respiração celular. Os sintomas evidentes do envenenamento agudo incluem confusão mental, paralisia muscular e desconforto respiratório. Estima-se que a dose oral letal mínima de cianeto de hidrogênio seja de 0,5 a 3,5 mg/kg de peso corporal. O cianeto exerce seus efeitos tóxicos agudos ao se ligar ao íon férrico da citocromo oxidase, o componente redutor de oxigênio da cadeia transportadora de elétrons da mitocôndria. Estudos recentes mostraram que esse efeito inibidor do cianeto envolve a produção de níveis baixos de óxido nítrico, que intensifica o efeito do cianeto ao se ligar ao íon cúprico presente na citocromo oxidase. O resultado global é a parada da respiração celular. O íon cianeto pode ser metabolizado a vários produtos, conforme indicado na Figura 6.8. O principal produto de excreção do cianeto é o tiocianato, cuja produção é catalisada pela enzima mitocondrial tiossulfato sulfurtransferase, também conhecida como rodanese, e pela mercaptopiruvato sulfurtransferase (MST). A rodanese está concentrada no fígado e não nos órgãos dos mamíferos, que são alvos da letalidade pelo cianeto, entre eles o coração e o sistema nervoso central. Já a MST é encontrada no citoplasma e nas mitocôndrias das células de todos os tecidos. O cossubstrato para a reação da rodanese é o tiossulfato, que é produzido a partir da cisteína por meio de um processo com várias etapas, que envolve a dessulfuração da cisteína e a oxidação do sulfeto de hidrogênio liberado. O cossubstrato da enzima MST, o mercaptopiruvato, também é produzido a partir da cisteína, mas por uma reação de desaminação direta. Na presença de níveis reduzidos de tiossulfato, como pode ocorrer nas deficiências nutricionais, o cianato pode-se tornar um metabólito importante

FIGURA 6.8 Vias metabólicas para o íon cianeto.

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do cianeto. O cianato pode aumentar a toxicidade do cianeto, conforme será discutido adiante. Outra via metabólica para o cianeto envolve a formação de um complexo entre o cianeto e a hidroxicobalamina, que deriva da vitamina B 12. Essa via, cujo produto final é a cianocobalamina, pode ser importante nas exposições a níveis baixos de cianeto. É importante que os estojos de primeiros socorros contenham antídotos para o envenenamento agudo pelo cianeto, sobretudo nos ambientes laboratorial e industrial, onde a possibilidade de exposição a níveis elevados de cianeto é real. Os antídotos de uso comum incluem os complexos com cobalto — hidroxicobalamina e edetato dicobáltico — e os oxidantes que formam metemoglobina — nitritos e 4-dimetilaminofenol (DMAP). Os átomos de cobalto das primeiras substâncias formam complexos fortes com o cianeto, os quais são em seguida excretados na urina. Os agentes que oxidam o heme convertem a forma ferrosa do heme na forma férrica, que, se presente em concentração suficiente, remove o cianeto do íon férrico da citocromo c oxidase e possibilita a retomada do processo respiratório. O amilnitrito é uma forma volátil de nitrito que pode ser administrada por inalação a vítimas inconscientes. O amilnitrito é um agente oxidante do heme comparativamente fraco, e atualmente compreende-se que sua atividade como vasodilatador seja um contribuidor importante para as suas propriedades antidotais bem conhecidas. O DMAP é um potente agente oxidante do heme administrado aos pacientes por via intravenosa. Os compostos com cobalto também são administrados por via intravenosa, em alguns casos junto com tiossulfato para facilitar a conversão do cianeto em tiossulfato. Quando se leva em conta o número de pessoas afetadas, os efeitos da exposição crônica a níveis baixos de cianeto têm importância consideravelmente maior que o envenenamento agudo pelo cianeto. O consumo excessivo de mandioca em dieta nutricionalmente marginal, em partes da África e da América do Sul, está associado a pelo menos dois distúrbios que ocorrem com incidência muito baixa em áreas onde o consumo da mandioca é baixo, é parte de uma dieta nutricionalmente adequada ou onde a mandioca não contém cianeto. A neuropatia atáxica tropical (NAT) é uma síndrome neurológica caracterizada por atrofia óptica, ataxia e surdez, que foi observada pela primeira vez na África ocidental na década de 1950. Um distúrbio neurológico relacionado que resulta do consumo prolongado de mandioca rica em cianeto é conhecido como ambliopia tropical e é caracterizado por atrofia dos nervos ópticos e cegueira. Uma síndrome muito similar, conhecida como ambliopia por tabaco, foi identificada em indivíduos com alto consumo de tabaco, fator aliado a dieta nutricionalmente deficiente, sendo, nesse caso, a fumaça do tabaco a fonte do cianeto. Os indivíduos com esses distúrbios têm concentrações sanguíneas muito baixas de aminoácidos que contêm enxofre e níveis elevados de tiocianato no plasma. Os sintomas das fases iniciais dessas doenças diminuem quando os pacientes passam a receber dieta sem cianeto e nutricionalmente adequada, sobretudo aquelas que incluem níveis adequados de aminoácidos que contêm enxofre e vitamina B 12. O bócio pode ser prevalente, independentemente da qualidade nutricional de uma dieta baseada na mandioca, por causa dos efeitos bociogênicos da exposição crônica ao tiocianato que ocorre nessas populações. Novamente, como ocorre com a incidência do bócio, a prevalência da NAT e da ambliopia tropical depende de fatores econômicos. Por exemplo, na Nigéria, a incidência de NAT aumentou na década de 1990, quando ocorreu uma retração econômica

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na região, comparada à incidência na década de 1960, quando a economia da região era mais próspera. O mecanismo da toxicidade crônica do cianeto é uma ampliação dos efeitos agudos dessa toxina. Assim, a inibição incompleta da citocromo c oxidase nas mitocôndrias causa aumento na produção de espécies reativas do oxigênio (EROs) e diminuição na produção de ATP. Sob essas condições, as células continuam a respirar, mas com menor eficiência e maior exposição ao estresse oxidativo. Uma vez que a célula necessita de produção adequada de ATP para elaborar defesas contra o estresse oxidativo, essa combinação dos efeitos do cianeto é particularmente perigosa para a célula. Outro fator agravante é a produção de cianato a partir de cianeto quando há deficiência de enxofre na nutrição. O cianato é um inibidor da glutationa redutase, cuja inativação reduz ainda mais as defesas celulares contra as EROs. Embora o cianeto seja tóxico para todas as células, os neurônios ópticos são mais sensíveis a essa substância. Acredita-se que axônios de pequeno calibre, e principalmente os axônios longos do nervo óptico, sejam particularmente sensíveis ao envenenamento pelo cianeto por causa de sua taxa respiratória normalmente alta e da área de superfície da membrana lipídica relativamente grande que é suscetível às EROs.

Lectinas As lectinas formam um grupo extremamente complexo de proteínas e glicoproteínas de ocorrência ampla que são capazes de se ligar a certos carboidratos. As lectinas contribuem para a defesa das plantas contra insetos e herbívoros, inclusive o homem, uma vez que elas têm propriedades citotóxicas, fungitóxicas, inseticidas e antinematides in vitro e in vivo e são tóxicas para os animais superiores. A ligação da lectina aos carboidratos da parede celular pode causar o agrupamento ou a aglutinação das células. Essa propriedade é utilizada como base para ensaios de tipagem dos glóbulos vermelhos do sangue. Quando as lectinas se ligam aos carboidratos das células epiteliais do intestino, o resultado pode ser a diminuição da absorção de nutrientes. No caso das lectinas mais tóxicas, a ligação ocorre com os ribossomos, e o efeito tóxico é muito mais acentuado. As lectinas estão amplamente distribuídas na natureza e exibem toxicidades significativas. Extratos de mais de 800 espécies de plantas e de numerosas espécies de animais mostram atividade aglutinante. De particular interesse aqui são as lectinas presentes em grande variedade de legumes utilizados como alimento para seres humanos e animais, como o feijão-preto, a soja, o feijão-de-lima, o feijão-vermelho, a ervilha e a lentilha, para citar apenas alguns. As lectinas isoladas dos feijões-pretos causam retardo de crescimento quando compõem 0,5% da dieta de ratos, e a lectina dos feijões-vermelhos leva à morte quando compõem 0,5% da dieta de ratos alimentados durante duas semanas. A lectina da soja, uma lectina menos tóxica, produz apenas retardo do crescimento quando compõe 1% da dieta de ratos, e sua DL50 estimada é de cerca de 50 mg/kg. Embora o cozimento prolongado detoxifique as lectinas dos legumes, uma das características nutricionalmente mais importantes das lectinas das plantas não cozidas é sua capacidade de sobreviver à digestão no trato gastrointestinal. Isso possibilita que as lectinas se liguem aos grupos glicosil da membrana das células que revestem o trato digestivo. Como consequência dessa interação, ocorre uma série de reações locais e sistêmicas danosas. Localmente, as lectinas podem afetar a renovação (turnover ) e a perda das células epiteliais do intestino, danificar

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FIGURA 6.9 Mandioca (Manihot esculenta ).

as membranas do epitélio voltadas para o lúmen, interferir na absorção e na digestão dos nutrientes, estimular alterações na flora bacteriana e modular o estado imunológico do trato digestivo. Sistemicamente, as lectinas podem perturbar o metabolismo dos lipídios, dos carboidratos e das proteínas, estimular o aumento de tamanho e/ou a atrofia de órgãos e tecidos importantes e alterar o estado hormonal e imunológico. Quando sua ingestão é elevada, as lectinas podem ameaçar seriamente o crescimento e a saúde daqueles que a consomem. Embora a toxicidade da grande maioria das lectinas vegetais seja caracterizada como distúrbio antinutricional crônico, algumas lectinas são conhecidas como toxinas agudas altamente potentes. A lectina mais importante desse grupo é a ricina, encontrada na mamona. A toxicidade da semente da mamona ( Ricinus communis, vista na Figura 6.10) é conhecida há milênios, e há referências claras de seu uso na medicina popular da Índia que remontam ao século VI a.C. Dizem que cinco mamonas contêm ricina suficiente para matar um ser humano adulto. Os efeitos tóxicos da ricina são vistos dentro de duas a três horas após o consumo das mamonas ou de material contaminado com ricina e incluem diarreia, náuseas, vômitos, cólicas abdominais, sangramento interno e falências hepática, renal e circulatória. Também pode ocorrer aumento da frequência dos batimentos cardíacos. Se as mamonas forem engolidas inteiras, o envenenamento será menos grave do que se forem mastigadas, porque pouca ricina é liberada da mamona inteira. A inalação de pó que contém ricina causa tosse, fraqueza, febre, náuseas, dores musculares, dificuldade para respirar, dor torácica e cianose. A inalação do pó pode causar insuficiência respiratória e circulatória. A DL50 oral da ricina em camundongos é de 30 mg/kg, e esse valor é aproximadamente 1.000 vezes maior que o valor por via intravenosa ou inalatória.

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FIGURA 6.10 Mamona (Ricinus communis).

A DL50 estimada para os seres humanos varia de 1 a 20 mg de ricina/kg de peso corporal após exposição oral e provavelmente é bem menor após inalação. No final do século XIX, a ricina pura foi isolada (1% a 5% do grão de mamona) na forma de uma glicoproteína relativamente estável ao calor e com peso molecular de aproximadamente 60 kDa. O processo de destilação por arraste de vapor utilizado para preparar o óleo de rícino é suficiente para desativar essa proteína, tornando seguro para consumo esse remédio caseiro tão popular. Estudos subsequentes mostraram que a ricina é resistente à digestão. Conforme indicado na Figura 6.11, a ricina é composta de duas

FIGURA 6.11 Mecanismo da ação tóxica da ricina.

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cadeias proteicas, A e B, unidas por uma ponte de dissulfeto. A cadeia B é uma lectina e liga-se a glicolipídios e glicoproteínas com galactose que estão expressos na superfície das células, facilitando, assim, a entrada da ricina no citosol. A cadeia A inibe a síntese proteica ao inativar de modo irreversível os ribossomos eucarióticos por meio da remoção de um único resíduo de adenina da alça do RNA ribossômico de 28S contido na subunidade 60S. Esse processo impede o alongamento da cadeia polipeptídica e resulta na morte da célula por causa da inibição da síntese proteica. Também foram relatados outros mecanismos de toxicidade, que incluem a ativação das vias da apoptose, o dano direto à membrana celular, a alteração da estrutura e da função da membrana e a liberação de citocinas mediadoras da resposta inflamatória. Um grande grupo de toxinas de bactérias e vegetais, entre elas a toxina diftérica, apresenta componentes similares às proteínas das cadeias A e B. Por ser uma toxina altamente potente e fácil de conseguir, a ricina teve vários usos positivos e negativos nos últimos tempos. As propriedades da ricina como agente para a guerra química foram examinadas e desenvolvidas no início do século XX nos Estados Unidos e em outros lugares. Acredita-se que a ricina tenha sido utilizada recentemente no assassinato de um jornalista internacional e na tentativa de assassinato de um político norte-americano. Por outro lado, há estudos sobre o uso da ricina na quimioterapia do câncer, no transplante de medula óssea e na pesquisa baseada em células. As células malignas aparentemente são mais suscetíveis à toxicidade da ricina que as células não malignas, porque as primeiras expressam em sua superfície mais carboidratos que contêm sítios de ligação para a lectina que as células não malignas. A ricina conjugada a anticorpos pode ter como alvo células cancerosas, e há pesquisas sobre o seu uso como agente imunoterapêutico.

Aminas Vasoativas As aminas vasoativas são compostos orgânicos alcalinos, com peso molecular pequeno, que são capazes de desencadear uma resposta simpática denominada “luta ou fuga” nos organismos superiores. Em resposta a um estímulo apropriado, os neurônios desse sistema liberam principalmente norepinefrina e epinefrina, também denominadas noradrenalina e adrenalina, respectivamente, as quais se ligam a receptores adrenérgicos situados nos tecidos periféricos. Conforme mostrado na Figura 6.12, essas substâncias, juntamente com a dopamina, são catecolaminas estruturalmente relacionadas. A serotonina e a tiramina também estão incluídas no grupo das aminas vasoativas. A ativação das vias adrenérgicas por essas substâncias produz respostas características que compreendem a dilatação das pupilas, o aumento da sudorese, o aumento da frequência cardíaca, vômitos ocasionais e aumento da pressão arterial. Se essa resposta não for controlada de modo adequado, poderão surgir sintomas potencialmente fatais, como arritmia cardíaca, crise hipertensiva e morte. Uma vez que as aminas vasoativas exógenas, como aquelas presentes em certos alimentos, podem ser altamente tóxicas, desenvolveu-se um método eficaz para detoxificar essas substâncias. Observou-se que essas substâncias são muito mais tóxicas quando administradas por injeção intravenosa do que pela boca. De fato, os níveis circulantes das aminas vasoativas exógenas são cuidadosamente controlados pela ação das monoamina oxidases, MAO-A e MAO-B. A MAO-A desamina a serotonina no sistema nervoso

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FIGURA 6.12 Estruturas químicas das aminas vasoativas.

central e as monoaminas da dieta no sistema gastrointestinal. A MAO-B é encontrada predominantemente no fígado e no músculo, e desamina a dopamina e a feniletilamina. As aminas bioativas também podem ser desaminadas pela atividade da diamina oxidase (DAO) no intestino; essa enzima pode fornecer proteção contra as pequenas quantidades de aminas que estão normalmente presentes nos alimentos. Por causa da rápida conversão metabólica das aminas pela MAO e DAO, a administração oral de aminas vasoativas a mamíferos normais geralmente tem pouco efeito sobre a pressão arterial. No entanto, observam-se efeitos marcantes quando os pacientes ou os animais de laboratório também são tratados com inibidores da MAO. Com o desenvolvimento de inibidores da MAO para fins terapêuticos, tornou-se evidente que as aminas vasoativas da dieta poderiam representar uma ameaça significativa para a saúde humana. Os inibidores da MAO são utilizados para inibir as ações da monoamina oxidase, sobretudo no sistema nervoso central, agindo assim como antidepressivos ou como agentes anti-parkinsonianos. A primeira geração de drogas inibidoras da MAO inclui o Marplan ® (isocarboxazida), o Nardil® e o Parnate®. São drogas inespecíficas que inibem ambas as isoformas da MAO, e essa inibição é considerada irreversível. A segunda geração de drogas, denominada RIMA (reversible inhibitor monoamine, inibidor reversível da monoamina), inclui a L-deprenila, a rasagilina e a selegilina. Essas drogas inibem seletivamente a MAO-B, têm ação reversível, e o risco de efeito hipertensivo em doses baixas é pequeno, como no tratamento da doença de Parkinson. No entanto, para que elas sejam eficazes no tratamento da depressão, são necessárias doses mais altas que começam a inibir todas as isoformas da MAO e aumentam o risco de crise hipertensiva. Uma grande variedade de produtos alimentícios foi submetida a exame para a quantificação dos níveis de aminas vasoativas. Os resultados dessas análises indicam que níveis

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baixos (0-28 �g/g) de várias dessas substâncias, que englobam a serotonina, a tiramina, a dopamina e a norepinefrina, ocorrem naturalmente na polpa da banana, no tomate, no abacate, na batata, no espinafre e na laranja. Níveis muito mais altos, especialmente de tiramina (20-2.170 �g/g), foram detectados principalmente em produtos alimentícios submetidos intencionalmente à ação microbiana ou que sofreram deterioração biológica. Os alimentos que aparecem com mais regularidade nesse grupo e, portanto, são considerados perigosos para os pacientes sob tratamento com inibidores da MAO, incluem queijos envelhecidos, carnes maturadas ou curadas, carnes, aves e peixes armazenados de modo inadequado ou deteriorados, o Marmite® (extrato de levedura), o chucrute, o molho de soja e outros condimentos à base de soja e o chope. Níveis baixos de aminas vasoativas, e riscos menores, estão associados ao vinho vermelho e branco e a cervejas engarrafadas ou enlatadas. Todos os alimentos com aminoácidos livres, sobretudo tirosina e fenilalanina, estão sujeitos à formação de aminas vasoativas (Figura 6.13), se forem de baixa qualidade e estiverem em condições sanitárias precárias ou submetidos a condições de armazenamento favoráveis ao crescimento bacteriano. Cerca de 80% de todos os eventos hipertensivos estão associados ao consumo de queijo por pacientes tratados com inibidores da MAO. Esses pacientes não devem consumir certos alimentos, como queijos envelhecidos, principalmente o Stilton inglês, o Cheshire e o queijo azul dinamarquês, porque pode haver um nível clinicamente significativo de tiramina em 30 g ou menos de queijo.

Cafeína A cafeína é um derivado metilado da xantina que está naturalmente presente em níveis mais elevados no café, no chá e nos produtos à base de chocolate. Conforme indicado na Tabela 6.1, os níveis de cafeína no café variam de 40 a 180 mg/148 mL, e nos chás tradicionais feitos com folhas de Camellia sinensis variam de 20 a 110 mg/xícara. O chocolate Baker's® e o chocolate amargo contêm níveis de cafeína que variam de 5 a 35 mg/30 mL, e as bebidas à base de chocolate contêm níveis que variam de 2 a 30 mg/ xícara. Certos refrigerantes e alguns medicamentos para dor de cabeça vendidos sem prescrição médica contêm quantidades significativas de cafeína. É interessante destacar também que o teor de cafeína das doses grandes de café vendidas em lojas especializadas é quase igual ao teor de cafeína de três comprimidos de cafeína vendidos sem prescrição

FIGURA 6.13 Formação de aminas vasoativas.

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Tabela 6.1 Níveis de Cafeína em Várias Bebidas Produto Café (xícara de

Média (mg) ∼

Intervalo

150 mL)

Preparado em cafeteira gota a gota Preparado em cafeteira italiana Instantâneo

115 80 65

60-180 40-170 30-120

Descafeinado, preparado em cafeteira Descafeinado, instantâneo Chás (xícara de ∼150 mL)

3 2

Preparado, principais marcas dos EUA Preparado, marcas importadas Instantâneo

40 60 30

20-90 25-110 25-50

Gelado (copo de ∼350 mL) Alguns refrigerantes (∼178 mL) Bebida à base de chocolate ( ∼150 mL)

70 18 4

67-76 15-30 2-20

Leite com chocolate ( ∼236 mL) Chocolate ao leite ( ∼28 g) Chocolate meio amargo ( ∼28 g)

5 6 20

2-7 1-15 5-35

Chocolate Baker's® ( ∼28 g) Xarope com sabor de chocolate ( ∼28 g) NoDoz® max strength* (1 comprimido) Mountain Dew®** (∼350 mL) Excedrin® (1 comprimido) Espresso da Starbucks® ( ∼30 mL) Café da Starbucks® (∼236 mL) Café grande da Starbucks® ( ∼470 mL)

26 4 200

2-5 1-5

26 4

55 35 35 250 550

*Comprimidos de cafeína vendidos nos Estados Unidos. **Refrigerante com cafeína vendido nos Estados Unidos.

médica. Por causa da grande disponibilidade e do amplo uso da cafeína e dos produtos que contêm cafeína, esse produto é considerado a droga mais amplamente autoprescrita da sociedade moderna. As descobertas de plantas que contêm cafeína são antigas, e as lendas que as envolvem são parte do folclore de muitas culturas. Evidências arqueológicas indicam que nossos ancestrais humanos podem ter consumido plantas que contêm cafeína já em 3500 a.C. Povos antigos descobriram que mastigar as sementes, a casca ou as folhas de certas plantas tinha o efeito de reduzir a fadiga, estimular a consciência e melhorar o humor. Uma lenda chinesa afirma que um imperador, que reinou por volta de 3000 a.C., descobriu acidentalmente que, quando algumas folhas, provavelmente folhas de chá, eram colocadas em água fervente, surgia uma bebida aromática e revigorante. Os registros da história do café remontam ao século IX a.C. Uma lenda popular atribui sua descoberta a um pastor etíope de cabras que percebeu que à noite suas cabras ficavam exaltadas e sem sono após comer folhas e ramos de arbustos de café. Ao provar as bagas que as cabras

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haviam comido, o pastor experimentou a mesma sensação de vigor. A lenda diz também que a mulher do pastor inadvertidamente tostou os grãos secos e os utilizou para fazer a decocção aquosa que nós chamamos de café. O uso da noz-de-cola e do cacau também é antigo, e as evidências do uso do cacau remontam a 600 a.C. na cultura maia. A cafeína é um estimulante neurológico que produz efeitos biológicos em quase todos os órgãos do corpo. A principal ação celular da cafeína consiste no bloqueio dos receptores de adenosina, os quais agem como reguladores negativos de função em todo o corpo. O bloqueio desses receptores pela cafeína e pela teofilina, uma purina relacionada, estimula as atividades dos tecidos e órgãos associados, inclusive do sistema nervoso central. Em doses baixas de cerca de 200 mg para um adulto, a cafeína estimula o sistema nervoso central, provoca diurese, relaxa os músculos lisos, estimula o músculo cardíaco e aumenta a secreção gástrica. A crença secular de que a cafeína é capaz de melhorar o desempenho físico dos indivíduos com fadiga tem sido confirmada por muitos estudos, mas a cafeína não melhora o desempenho físico dos indivíduos que estão descansados. Os autores de um estudo que mediu os efeitos da cafeína sobre o desempenho de Navy Seals, membros das Forças Especiais da Marinha dos Estados Unidos, ressaltaram que “mesmo nas circunstâncias mais adversas, doses moderadas de cafeína conseguiram melhorar a função cognitiva, inclusive a vigilância, o aprendizado, a memória e o estado de ânimo”. Os autores de outro estudo dos efeitos da cafeína sobre o estresse de estudantes submetidos a provas constataram que “a cafeína apresentou efeitos significativos sobre a pressão arterial e a frequência cardíaca de bebedores habituais de café e que esses efeitos persistiram por muitas horas durante as atividades da vida cotidiana”. Também afirmam que “a cafeína pode intensificar as respostas aos eventos estressantes da vida cotidiana normal”. Atualmente, há também interesse considerável na observação de que o consumo de cafeína mostra uma forte correlação negativa com a incidência de doença de Alzheimer. Os resultados de estudos que envolveram roedores de laboratório com essa doença também mostram forte efeito protetor da cafeína contra esse distúrbio. O consumo excessivo de cafeína também pode produzir muitas reações adversas. Os efeitos tóxicos da cafeína observados com mais regularidade incluem nervosismo, irritabilidade e arritmias cardíacas. Os efeitos adversos também podem incluir vômitos, dor abdominal, agitação e convulsões. A DL 50 oral da cafeína é de aproximadamente 200 mg/kg, ou cerca de 12 g/60 kg de uma pessoa. Assim, para um adulto, uma dose letal dessa substância moderadamente tóxica exigiria o consumo rápido de cerca de 50 xícaras de café ou 50 comprimidos de cafeína. A morte ocorre por fibrilação ventricular desencadeada quando os níveis sanguíneos de cafeína ultrapassam 100 �g/mL. O consumo de cafeína por mulheres grávidas e por mulheres que estão amamentando tem despertado grande preocupação ultimamente. Até recentemente, havia o consenso de que a ingestão de doses baixas de cafeína (<150 mg/dia) durante a gravidez provavelmente não prejudicaria o feto e que apenas a ingestão de doses altas de cafeína ( >300 mg/dia, equivalentes a mais de três xícaras de café/dia) deveria ser evitada durante a gravidez por estar associada a um aumento na incidência de defeitos congênitos. No entanto, os resultados de um estudo importante realizado recentemente com uma grande população de pacientes, associado a importante organização de saúde e controlado por muitas variáveis resultantes da gravidez, sugerem que essa tolerância com relação ao consumo de cafeína durante a

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gravidez pode ser excessiva. Esse estudo mostrou que as mulheres que consumiram apenas 200 mg ou mais de cafeína por dia apresentaram risco de abortamento duas vezes maior que as mulheres que não consumiram cafeína. Os resultados mostraram ainda que mesmo as mulheres que consumiram menos de 200 mg de cafeína diariamente apresentaram risco de abortamento 40% maior quando comparadas às mulheres que não consumiram cafeína. Parece que o risco maior de abortamento é causado pela própria cafeína, e não por outras substâncias químicas presentes no café, porque a ingestão de cafeína de outras fontes, como refrigerantes com cafeína, chá e chocolate quente, levou a um risco maior de abortamento bastante similar. Se esses achados forem reproduzidos por outros investigadores em outros contextos, é provável que surjam recomendações para restringir mais o consumo de cafeína pelas mulheres grávidas. Enquanto isso, é prudente que as mulheres grávidas ou que estão planejando uma gravidez reduzam drasticamente ou interrompam o consumo de cafeína.

Curare Povos indígenas de todo o mundo têm utilizado produtos vegetais naturais como venenos para caçar e guerrear desde os tempos pré-históricos. Durante séculos antes da chegada dos europeus, as populações indígenas da bacia do rio Amazonas, na América do Sul, utilizaram extratos principalmente dos arbustos escandentes ou trepadeiras Strychnos toxifera e Chondrodendron tomentosum como fontes de um potente veneno para flechas e dardos conhecido como curare, que é traduzido para o português como “a morte que voa”. De acordo com os registros publicados sobre o curare que surgiram pela primeira vez em 1516, tribos da região amazônica desenvolveram vários métodos para a preparação do veneno. Todos os métodos envolviam a trituração e o cozimento de raízes, cascas e caules da planta selecionada, juntamente com animais venenosos e outras plantas. A fervura repetida da mistura produzia um xarope claro que era passado na ponta das flechas e dos dardos. Os últimos eram aquecidos cuidadosamente perto de uma chama para produzir uma cobertura semelhante ao piche, endurecida e de cor marrom-escura ou preta que tornava a ponta resistente ao armazenamento e ao uso. Estudos contínuos realizados desde a descoberta dos compostos ativos do curare levaram ao entendimento do modo da ação tóxica. A d-tubocurarina cristalina (Figura 6.14), o

FIGURA 6.14 Estrutura química da d-tubocurarina.

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principal composto ativo do curare, foi isolada em 1935 por Harold King em um estudo clássico. Constatou-se subsequentemente que a d-tubocurarina bloqueia os receptores nicotínicos da acetilcolina situados nas junções neuromusculares, produzindo a paralisia dos músculos. Esse alcaloide afeta, em primeiro lugar, os músculos dos dedos dos pés, das orelhas e dos olhos e, em seguida, os músculos do pescoço, dos braços e das pernas. Por fim, com uma dose suficientemente alta, os músculos do tórax são paralisados, e a vítima morre por asfixia. A vítima permanece acordada e consciente de sua imobilidade e da perda lenta da capacidade de respirar. Constatou-se que a DL 50 da d-tubocurarina é de aproximadamente 0,5 mg/kg por injeção intravenosa em coelhos, o que classifica esse alcaloide como um agente extremamente tóxico. No entanto, a recuperação é possível se a respiração for mantida, o que possibilita o metabolismo, a detoxificação e a excreção da toxina. Os alcaloides do curare não são tóxicos quando ingeridos, aparentemente, porque sua alta polaridade inibe sua absorção no trato gastrointestinal. Isso explica por que as caças abatidas com flechas e dardos cujas pontas contêm curare podem ser consumidas com segurança e por que os indígenas testavam com segurança a potência de suas preparações venenosas provando a mistura para avaliar seu amargor! Na medicina popular das tribos indígenas, há muitas aplicações para o curare, a maioria delas sem fundamentos. Assim, o curare tem sido utilizado como diurético e no tratamento da loucura, da hidropisia, de hematomas, do edema, da febre e de cálculos renais. Na medicina ocidental, a d-tubocurarina tem tido um uso muito eficaz, que começou na década de 1940 como relaxante muscular em anestesias cirúrgicas. Contudo, os compostos do curare utilizados na clínica foram substituídos por várias drogas sintéticas semelhantes ao curare que têm um perfil farmacodinâmico similar, mas que exibem menos efeitos adversos.

Estricnina Do mesmo modo que o curare, a estricnina foi utilizada inicialmente na forma de uma mistura com outros produtos naturais que era aplicada nas pontas das flechas e dos dardos por caçadores nativos, antes mesmo da história registrada. A principal fonte de estricnina é a Strychnos nux-vomica, uma árvore de folhas perenes, nativa do sudeste da Ásia, principalmente da Índia e Mianmar, e cultivada em outros lugares (Figura 6.15). Suas sementes secas e, às vezes, sua casca (denominada nux-vomica ) foram utilizadas em julgamentos por provação (ordálio) por nativos e continuam a ser utilizadas por alguns grupos em remédios feitos com ervas. As sementes foram trazidas para a Europa no século XV, provavelmente como veneno para caças e roedores. As sementes foram utilizadas pela primeira vez na medicina europeia, em 1640, como estimulante. Por causa dos seus efeitos biológicos potentes, o estudo dos princípios ativos do S. nux-vomica começou muito cedo na história do desenvolvimento da química orgânica como ciência. A atividade emética potente dos extratos dessa planta era bem conhecida na ciência ocidental, na época em que a espécie foi batizada com o nome latino de nux vomica (ou noz-vômica) por Lineu, no século XVIII. Estudos subsequentes iniciados em 1818 pelos químicos franceses Pelletier e Caventou foram guiados por essa atividade e resultaram no isolamento da estricnina como o princípio ativo dos

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FIGURA 6.15 A principal fonte de estricnina (Strychnos nux-vomica ).

extratos (Figura 6.16). No entanto, a complexidade estrutural do composto estava além das capacidades analíticas da época, e a estrutura da estricnina foi elucidada mais de 100 anos depois, em 1947, pelo químico inglês Sir Robert Robinson e colaboradores. A síntese total do composto foi conseguida em 1963 pelo químico norte-americano R. B. Woodward e colaboradores. Esses estudos bem-sucedidos com a estricnina

FIGURA 6.16 Estrutura química da estricnina.

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coroaram as carreiras produtivas de Robinson e Woodward, e ambos receberam o Prêmio Nobel de Química pouco tempo depois da publicação do trabalho sobre esse famoso produto natural. A atividade biológica e o modo de ação da estricnina têm sido objeto de muitos estudos desde que o composto foi purificado no início do século XIX. A estricnina é considerada uma das substâncias mais amargas conhecidas e tem um limite detectável de apenas 1 ppm/peso de água. Em contraste, o limiar do paladar humano relativo à sacarose é de aproximadamente 2.000 ppm. Acredita-se que esse forte gosto amargo contribua para suas propriedades eméticas, e essa característica pode ser responsável pelo seu uso nos julgamentos por provação. O consumo rápido do preparado de noz-vômica por um indivíduo inocente destemido provoca a expulsão rápida e eficiente do conteúdo do estômago antes que a toxina possa ser absorvida em quantidades suficientes para causar a morte. Contudo, o consumo mais lento, mais hesitante, por pessoa culpada, evitaria o reflexo do vômito e teria consequências fatais. Os principais efeitos tóxicos da estricnina progridem da flexão dos músculos até a imobilidade dolorosa, convulsões e, por fim, a paralisia muscular completa. O espasmo dos músculos do tórax e do diafragma leva à hipóxia e à insuficiência respiratória. As doses letais para um adulto variam de apenas 0,2 a 0,4 mg/kg de peso corporal, o que torna a estricnina um agente extremamente tóxico. Os estudos sobre o modo de ação da estricnina indicam que esse alcaloide é uma neurotoxina altamente seletiva. A estricnina é facilmente absorvida após ingestão e inalação, e pode acumular-se nos sítios de armazenamento de lipídios do corpo. Assim, a exposição crônica a doses de estricnina que não são agudamente tóxicas pode, com o tempo, produzir um efeito tóxico. A estricnina bloqueia os receptores pós-sinápticos do neurotransmissor inibidor glicina situados na medula espinal e nos neurônios motores. Os estudos sugerem que a glicina e a estricnina se ligam a sítios desse receptor que se sobrepõem parcialmente. Os receptores da glicina sensíveis à estricnina são os principais responsáveis pela transmissão inibidora rápida nas sinapses da medula espinal e do tronco encefálico dos vertebrados. Esses receptores pertencem à família de canais de íons dependentes do ligante, que também inclui os receptores da acetilcolina e do GABA. A ativação desse tipo de receptor pela glicina ou por outros agonistas provoca a abertura do canal seletivo de ânions do receptor, permitindo assim a entrada de cloreto no citoplasma. A hiperpolarização resultante da membrana pós-sináptica estabiliza o potencial de repouso da célula e, dessa forma, inibe a ativação neuronal.

Atropina A atropina é um produto natural neuroativo com longa e intrigante história de usos lícitos e ilícitos. A atropina está presente, junto com vários outros alcaloides do tropano, em plantas principalmente da família Solanaceae, em especial na Mandragora officinarum, antigamente chamada de Atropa mandragora, e na Atropa belladonna (Figura 6.17). A M. officinarum, também chamada de mandrágora, é uma planta florífera, com folhas grandes, raízes grandes e profundas e crescimento lento; é nativa do Mediterrâneo e do sul da Europa, e bastante comum em todo o Oriente Médio.

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FIGURA 6.17 Atropa belladonna .

A A. belladonna , também chamada de beladona, é um arbusto florífero nativo da Europa, do norte da África e da Ásia Ocidental. Acredita-se que o termo beladona, que significa “mulher bonita” em italiano, tenha origem na prática de algumas mulheres, que remonta a Cleópatra no primeiro século a.C. no Egito, de usar os extratos dessa planta para dilatar as pupilas com fins estéticos. Outras interpretações sugerem que o nome pode se referir a uma mulher bela ou sobrenatural (ou espírito) da floresta, e o termo pode ter sido utilizado como substituto para bruxa, sugerindo uma associação entre o uso de remédios de ervas e poções misteriosas. Acredita-se que o uso dessas plantas remonte a épocas pré-históricas, e os registros escritos indicam que elas tiveram um emprego mais sofisticado na Grécia e no Egito antigos. Por exemplo, o Livro do Gênesis, da Bíblia (cerca de 1400 a.C.), descreve o uso da mandrágora para favorecer a concepção. Objetos de arte do Egito antigo que datam de cerca de 1370 a.C. sugerem o uso da mandrágora como agente afrodisíaco e analgésico. Teofrasto (370-285 a.C.), um filósofo da Grécia antiga, afirmava que a mandrágora é útil para feridas, infecção de pele, gota e insônia. Os registros revelam que, por volta de 200 a.C., um general cartaginês utilizou uma mistura de mandrágora e vinho para imobilizar um exército invasor. Em 184 a.C., o exército de Aníbal utilizou plantas de beladona para desorientar as tropas inimigas. Dizem que, por volta de 35 a.C., o exército de Marco Antônio foi envenenado com A. belladonna e que Cleópatra usava extratos de plantas que continham atropina para dilatar as pupilas. Ao que tudo indica, o herbolário grego

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Dioscórides (cerca de 40-90 a.C.) foi o primeiro a registrar o uso da A. belladonna como agente anestésico. Na Europa medieval, doses grandes de beladona eram utilizadas em bruxarias e em cultos de devoção a Satanás para provocar efeitos alucinógenos. Durante a Idade Média, a beladona também foi utilizada em torturas psicológicas para obter confissões, tanto verdadeiras como falsas, de vítimas obstinadas. Um preparado à base de raiz de A. belladonna começou a ser usado como analgésico tópico em 1860, e, nas décadas seguintes, a beladona tornou-se um produto importante do comércio mundial empregado para o alívio da dor. Os estudos sobre o isolamento do princípio ativo e o modo de ação da beladona e da mandrágora avançaram rapidamente após o reconhecimento da utilidade medicinal dessas plantas. Ao que tudo indica, o princípio ativo fundamental da beladona, a atropina, foi isolado pela primeira vez na forma pura cristalina da raiz seca da planta, em 1831, pelo farmacêutico alemão A. Mein (Figura 6.18), que, em seus estudos, usou como guia a atividade midriática da beladona. A substância foi sintetizada pela primeira vez pelo químico alemão ganhador do Prêmio Nobel, Richard Willstätter, em 1901. Subsequentemente, descobriu-se que o produto natural consiste em uma mistura racêmica de D e L-hiosciamina, e que a maior parte de seus efeitos fisiológicos é causada pela L-hiosciamina. A atropina produz vários efeitos consideráveis em seres humanos e em animais de laboratório. Os sintomas tóxicos da atropina incluem boca seca, entorpecimento, tontura, prisão de ventre e náuseas. Outros efeitos incluem dilatação das pupilas, visão borrada, febre (por causa da incapacidade para transpirar), impossibilidade de urinar, arritmia cardíaca e boca e olhos excessivamente secos. Doses mais altas podem produzir uma sensação de queimação na garganta, delírios, inquietação e mania, alucinações, dificuldade para respirar e enrubescimento da pele, que se torna quente e seca. A morte sobrevém com a constrição das vias aéreas e o sufocamento. Enquanto as doses terapêuticas de atropina estão no intervalo de apenas 30 �g/kg ou menos, os efeitos letais são relatados em seres humanos após doses de cerca de 1,5 mg/kg ou superiores. A atropina tem efeito relativamente pequeno sobre a maioria dos animais e pássaros domésticos, mas é bastante venenosa para cães e gatos. Os efeitos resultam da capacidade da atropina de diminuir a atividade de “repouso e digestão” de todos os músculos e glândulas regulados pelo sistema nervoso parassimpático. A atropina é um antagonista competitivo potente dos receptores muscarínicos da acetilcolina nos seres humanos. Das várias ações conhecidas da atropina,

FIGURA 6.18 Estrutura química da atropina.

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entre elas a narcótica, a diurética, a sedativa, a antiespasmódica e a midriática, o uso mais importante dessa substância é visto no tratamento de doenças oculares e como antídoto contra agentes anticolinesterásicos empregados ultimamente na guerra e no terrorismo químicos.

FITOALEXINAS As fitoalexinas são metabólitos vegetais produzidos por uma planta em resposta a estresses ambientais. Organismos invasores como bactérias, vírus, fungos e nematoides podem induzir a produção de fitoalexinas em plantas, e com frequência o resultado é a inibição do crescimento do organismo invasor. Esse fenômeno é uma resposta geral ao estresse, visto que a exposição ao frio, à luz ultravioleta, a dano físico e a certos compostos químicos como sais metálicos, poliaminas e certos pesticidas também podem desencadear a produção das mesmas fitoalexinas em determinada planta. Um exemplo clássico de produção desses chamados metabólitos do estresse, ou pesticidas naturais, é visto em batatas inoculadas com o fungo Phytophthora infestans. Depois da inoculação desse fungo na superfície de uma fatia de batata, certas cepas do fungo crescem rapidamente no início e, em seguida, a velocidade do crescimento diminui de modo gradual. Se um extrato da fatia de batata infectada for colocado em contato com uma cultura pura do mesmo fungo, os fungos dessa cultura não crescerão. Essa resposta a diversos fungos foi observada em muitas outras plantas, como a ervilha, a vagem, o feijão-fava, a soja, a cenoura, a beterraba-sacarina, o repolho e o brócolis, entre outras. Em muitos desses casos, a resposta das plantas é desencadeada por certos componentes polissacarídicos da parede das células dos fungos. Por exemplo, a soja infectada pelo fungo Phytophthora megasperma pode produzir gliceolina I em níveis que chegam a 10% do peso seco do tecido infectado dentro de apenas alguns dias. A estrutura química das fitoalexinas geralmente consiste em uma modificação da estrutura de metabólitos produzidos nas plantas não estressadas. Isso indica que os compostos são produzidos por modificações no metabolismo normal da planta. Estruturas representativas de várias fitoalexinas bem estudadas são apresentadas na Figura 6.19. Como consequência da diversidade química, da abundância, da atividade semelhante à dos pesticidas e da presença na cadeia alimentar humana e animal, as fitoalexinas têm sido motivo de grande preocupação, principalmente por causa de seus efeitos bem demonstrados no gado e de seus potenciais efeitos em seres humanos. As fitoalexinas da batata-doce fornecem um exemplo do potencial tóxico significativo desses metabólitos. Sabe-se que a presença de batatas-doces mofadas na ração consumida produz desconforto respiratório grave, edema pulmonar, congestão e morte do gado bovino. As substâncias tóxicas presentes nas batatas-doces mofadas, mas não nas batatas-doces não infectadas, consistem em um grupo de furanos estruturalmente relacionados (Figura 6.20). Dois dos compostos, a ipomeamarona e o ipomeamaronol, causam degeneração hepática em animais de laboratório, com DL50 igual a 230 mg/kg. As substâncias presentes nos tubérculos infectados que causam edema pulmonar são o 4-ipomeanol, o 1-ipomeanol, a ipomeanina e o 1,4-ipomeadiol; a ipomeanina é a substância mais tóxica do grupo para camundongos, com DL50 oral de 26 mg/kg. Cada uma dessas substâncias é capaz de produzir uma resposta

150


FIGURA 6.19 Estruturas químicas de fitoalexinas.

FIGURA 6.20 Toxinas obtidas de batatas-doces danificadas.

Interações entre ervas e drogas

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tóxica aguda em camundongos, a qual é indistinguível da resposta aguda produzida pela administração do extrato bruto de batata-doce obtido de tubérculos infectados. Os terpenos tóxicos encontrados na batata-doce afetada podem estar presentes nos tubérculos apenas levemente danificados que são utilizados para alimentação. A presença dessas substâncias está associada a um anel escurecido localizado embaixo da pele do tubérculo. Foi constatado que a toxina hepática ipomeamarona está presente nas batatas-doces comercializadas em níveis que variam de 0,1 a 7,8 mg/g de batata-doce. Assim, é provável que a exposição humana às fitoalexinas tóxicas provenientes da batata-doce e de outros produtos vegetais seja bastante comum. No entanto, os níveis da exposição parecem estar geralmente abaixo do intervalo tóxico, visto que parece não haver nenhum caso documentado de envenenamento humano pelos metabólitos de plantas estressadas de qualquer gênero. Por outro lado, conforme descrito no Capítulo 12 deste livro, algumas fitoalexinas, como o resveratrol encontrado nas uvas, exibem efeitos benéficos potencialmente importantes nos seres humanos.

INTERAÇÕES ENTRE ERVAS E DROGAS Os produtos à base de ervas são utilizados na medicina tradicional há milênios e, em alguns casos, já provaram ser fontes de medicamentos utilizados hoje em dia. Nas últimas décadas, o interesse por produtos à base de ervas, tanto tradicionais quanto novos, ressurgiu até mesmo nas sociedades mais avançadas, e esses produtos têm sido utilizados na prevenção e no tratamento de muitas doenças humanas, desde a perda de memória até o câncer. Embora muitos benefícios tenham sido atribuídos ao uso desses remédios com poucos efeitos adversos conhecidos, a análise da segurança e da eficácia desse grande grupo de substâncias tem avançado lentamente. No entanto, um problema identificado com frequência crescente é a interação de muitos desses produtos com os efeitos de agentes terapêuticos utilizados na medicina ocidental. Embora uma análise ampla das várias interações erva-droga relatadas esteja além do escopo deste livro, apresentaremos alguns exemplos de interações importantes como introdução a esse campo de estudo. A erva-de-são-joão é uma das ervas mais utilizadas no autotratamento da depressão leve a moderada nos países ocidentais. Essa erva produz várias substâncias fenólicas, em especial a hipericina, que pode diminuir o efeito anticoagulante benéfico da varfarina, aparentemente ao induzir a expressão da CYP1A2 e da CYP3A4 no fígado. Essas enzimas são, em grande parte, responsáveis pelo metabolismo da varfarina. A administração da erva-de-são-joão, juntamente com a ciclosporina, após um transplante de órgão pode resultar no fracasso terapêutico da ciclosporina e na rejeição do transplante, também por causa do aumento do metabolismo da ciclosporina. O suco da toranja contém naringina e bergamotina, que são inibidores potentes da CYP3A4 e da CYP1A2. Assim, ao contrário da erva-de-são-joão, o consumo da toranja pode diminuir o metabolismo e aumentar a potência de várias drogas, entre elas a ciclosporina e os estrógenos. Esse efeito pode ser muito forte, conforme indicado pelo aumento de nove vezes observado na concentração sérica de uma droga que reduz o colesterol, a sinvastatina, após o consumo do suco da toranja.

152


Foi relatado que o agrião contém substâncias fitoquímicas que são inibidores potentes da CYP2E1, uma enzima metabólica da fase I que contribui para o metabolismo de muitas drogas, entre elas o acetaminofeno e o relaxante muscular clorzoxazona. O tratamento com dose única de 50 g de agrião retardou a depuração da clorzoxazona em mais de 50% em voluntários humanos. O tomate, a berinjela e a batata contêm glicoalcaloides solanáceos que podem retardar a recuperação de uma anestesia por causa da inibição da acetilcolinesterase. Os laticínios que contêm cálcio (leite, iogurte, queijo) e os suplementos de cálcio podem bloquear a absorção intestinal do antibiótico tetraciclina. As carnes grelhadas contêm hidrocarbonetos aromáticos policíclicos que podem induzir as CYPs e aumentar o metabolismo de drogas antiasmáticas, da varfarina, de hormônios esteroides e de outras drogas. Outras ervas com efeitos adversos conhecidos sobre diversos medicamentos incluem o alho, o ginseng, o ginkgo, a kava, o cardo-leiteiro, o alcaçuz, a Echinacea, a valeriana, a Ephedra , o melão-de-são-caetano, o Lycium , o mamão, a borragem e o feno-grego, conforme indicado na Tabela 6.2.

Tabela 6.2 Ervas com Efeitos Adversos Conhecidos sobre Vários Medicamentos Planta Medicinal

Nome Vernacular Drogas

Hypericum perforatum L.

Erva-de-são- Ciclosporina, Midazolam, -joão Tacrolimo, Amitriptilina, Digoxina, Indinavir, Varfarina, Femprocumona, Teofilina, Irinotecana, Alprazolam, Dextrometorfano, Sinvastatina Contraceptivos orais (etinil estradiol/desogestrel) Sertralina, paroxetina e nefazodona

Allium sativum L.

Alho

Interações Erva-Droga Diminui a concentração sanguínea dessas drogas

Sangramento vaginal no meio do ciclo e gravidezes não planejadas Síndrome serotoninérgica

Antidepressivos ou drogas serotoninérgicas

Distúrbio gastrointestinal, reações alérgicas, fadiga, tontura, confusão, boca seca, fotossensibilidade

Saquinavir

Diminui a concentração plasmática de saquinavir

Varfarina sódica

Altera o tempo de sangramento Alterações na farmacocinética do paracetamol Hipoglicemia

Paracetamol Clorpropamida


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Tabela 6.2 Ervas com Efeitos Adversos Conhecidos sobre Vários Medicamentos (Cont.) Planta Medicinal


Panax ginseng

Ginseng

Sulfato de fenelzina

Danshen

Estrógenos ou corticosteroides Varfarina

Salvia miltiorrhiza (Lamiaceae) Ginkgo biloba L.

Ginkgo

Varfarina, aspirina, ticlopidina, clopidogrel, dipiridamol Diurético tiazídico Trazodona Levodopa

Piper methysticum Forst. f.

Kava

Cardo-leiSilybum marianum (L.) Gaertner teiro (Asteraceae) Glyeyrrhiza glabra L. Alcaçuz (Fabaceae) Echinacea purpuvea; Piper methysticum Forst. f.; Panax ginseng; Allium sativum L.; Hypericum perforatum L. Echinacea purpurea (Asteraceae)

Alprazolam Cimetidina e terazosina Benzodiazepinas Indinavir

Interações Erva-Droga Indução de mania e redução da concentração sanguínea do álcool (etanol) e da varfarina; dor de cabeça; tremores Efeitos aditivos Intensifica a anticoagulação e o sangramento Sangramento Eleva a pressão arterial Coma Aumenta os períodos “off” dos pacientes com Parkinson Estado semicomatoso ou coma Letargia e desorientação Coma Diminui as concentrações mínimas

Espironolactona

Neutraliza os efeitos farmacológicos

Echinacea; kava

Drogas anticâncer

Interações farmacocinéticas

Echinacea

Esteroides anabolizantes, Amiodarona, Metotrexato e Cetoconazol Varfarina sódica

Hepatotoxicidade

Tanacetum parthe- Tanaceto; nium (L.) Sch. Bip. alho; (Asteraceae); Allium ginkgo; sativum L.; Ginkgo gengibre; biloba L.; Zingiber ginseng officinate Roscoe; Panax ginseng Valeriana Valeriana officinalis L.

Alteração do tempo de sangramento

Barbitúricos

Sedação excessiva

Depressores do sistema nervoso central

Aumento dos efeitos das drogas

(Continua)

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Tabela 6.2 Ervas com Efeitos Adversos Conhecidos sobre Vários Medicamentos (Cont.) Planta Medicinal


Ephedra sinica Stapf.

Ma Huang

Cafeína, descongestionantes e estimulantes

Melão-de Drogas para o diabetes Momordica charantia L. e Panax -são melito ginseng -caetano e ginseng Lycium barbarum Lycium, Varfarina L. (Solanaceae), manga e mamão Mangifera indica L. (Anacardiaceae) e Carica papaya L. (Caricaceae) Trigonella foenum Feno-grego Glipizida, insulina e outras graecum L. drogas que podem reduzir os níveis sanguíneos de açúcar Heparina, Ticlopidina e Varfarina Cyamopsis Goma guar Digoxina tetragonoloba (L.) e farelo de Taub. (Fabaceae) trigo e Triticum spp. (Poaceae) Borago officinalis L. Borragem Anticonvulsivantes e Oenothera biennis e óleo de L. (Onagraceae) prímula

Interações Erva-Droga Hipertensão, insônia, arritmia, nervosismo, tremor, dor de cabeça, convulsão, evento cerebrovascular, infarto do miocárdio Efeito sobre o nível de glicose no sangue

Aumento do efeito anticoagulante

Diminuição excessiva dos níveis de açúcar no sangue

Sangramento Diminuição da concentração plasmática de digoxina

Redução do limiar para convulsões

Leituras complementares sugeridas Audi, J., Belson, M., Patel, M., Schier, J., Osterloh, J., (2005). Ricin poisoning: A comprehensive review. JAMA 294:2342-2351. Cauli, O., Morelli, M., (2005). Caffeine and the dopaminergic system. Behav. Pharmacol. 16:63-77. Hammerschmidt, R., (1999). Phytoalexins: What have we learned after 60 years? Ann. Rev. Phytopathol . 37:285-306. Ho, H.Y., Cheng, M.L., Chiu, D.T. (2007). Glucose-6-phosphate dehydrogenase—From oxidative stress to cellular functions and degenerative diseases. Redox Rep. 12:109-118. Philippe, G., Angenot, L., Tits, M., Frédérich, M. (2004). About the toxicity of some Strychnos species and their alkaloids. Toxicon . 44:405-416.


155

Ravindranath, V. (2002). Neurolathyrism: Mitochondrial dysfunction in excitotoxicity mediated by L-beta-oxalyl aminoalanine. Neurochem. Int . 40:505-509. Rietjens, I.M., Martena, M.J., Boersma, M.G., Spiegelenberg, W., Alink, G.M. (2005). Molecular mechanisms of toxicity of important food-borne phytotoxins. Mol. Nutr. Food Res. 49:131-158. Román, G.C. (2007). Autism: Transient in utero hypothyroxinemia related to maternal flavonoid ingestion during pregnancy and to other environmental antithyroid agents. J. Neurol. Sci . 262:15-26. Skalli, S., Zaid, A., Soulaymani, R., (2007). Drug interactions with herbal medicines. Ther. Drug Monit . 29:679-686. Sneader, W. (2005). Drug discovery: A history. John D. Wiley and Sons. Vasconcelos, I.M., Oliveira, J.T., (2004). Antinutritional properties of plant lectins. Toxicon. 44:385-403. Vetter, J. (2000). Plant cyanogenic glycosides. Toxicon . 38:11-36.

CAPÍTULO

Toxinas Provenientes de Fungos

7

SUMÁRIO DO CAPÍTULO Micotoxinas................................................................................................................... 157 Ergotismo ...................................................................................................... 157 Aleucia Tóxica Alimentar................................................................................. 161 Fumonisinas .................................................................................................. 163 Aflatoxina ...................................................................................................... 165 Cogumelos ....................................................................................................................174 Amanita phalloides .........................................................................................174 Amanita muscaria .......................................................................................... 176 Psilocybe .......................................................................................................178

MICOTOXINAS Os fungos produzem grande quantidade de substâncias com estruturas químicas e atividades biológicas amplamente variadas. Certos metabólitos produzidos pelos fungos são componentes altamente desejados de alguns alimentos, como o queijo; já outros metabólitos são antibióticos importantes, como a penicilina e a cefalosporina. Contudo, alguns fungos podem produzir substâncias que são toxinas agudas ou crônicas potentes ou carcinógenos. Esses agentes tóxicos são denominados micotoxinas, um termo que na maioria das vezes é reservado para as toxinas produzidas por fungos filamentosos. As micotoxicoses produzidas por muitos dos fungos tóxicos, principalmente na forma de contaminantes de alimentos para seres humanos e animais, são conhecidas há séculos por afetar de modo negativo a saúde humana e dos animais de criação. As micotoxicoses que afetam os animais de criação podem causar diminuição da velocidade de crescimento, reprodução anormal, doença e morte precoce dos animais, e o produtor de gado precisa vigiar continuamente seus animais em busca desses efeitos. Os efeitos adversos surpreendentes de alguns alimentos embolorados nos seres humanos também são conhecidos há séculos, mas o papel das micotoxinas como possíveis carcinógenos humanos só se tornou objeto de intenso estudo no início da década de 1960.

Ergotismo No início da história humana, a associação entre o consumo de certos grãos, principalmente do centeio, e o desenvolvimento de doença passou a ser conhecida como ergotismo. Por volta de 1100 a.C., textos escritos após a primeira cultura de centeio na China 157

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CAPÍTULO 7 Toxinas Provenientes de Fungos

registraram que esse grão poderia produzir um conjunto característico de efeitos tóxicos graves. Relatos similares remontam a cerca de 600 a.C. na Assíria. No primeiro século a.C., durante uma das campanhas de Júlio César em Gaul, suas legiões foram atacadas por uma epidemia do que se tornou conhecido como ergotismo. Epidemias bem documentadas de ergotismo, que causaram milhares de mortes, continuaram a ocorrer com regularidade na Europa entre os séculos XI e XIII, e tempos depois, mais esporadicamente até o século XVI. Embora, nos países desenvolvidos, o ergotismo continue a ser um problema que afeta principalmente os animais de criação, condições de adversidade nas quais a segurança da colheita dos grãos não é monitorada têm levado a surtos de ergotismo humano, como ocorreu em 2001, na Etiópia, como consequência do consumo de cevada ergotizada. É lamentável constatar que, enquanto o ergot era a causa de sofrimento disseminado na Europa medieval, Hipócrates, em 370 a.C., já conhecia tanto os efeitos adversos quanto os efeitos benéficos do ergot e descreveu um preparado à base de ergot para inibir a hemorragia pós-parto. Em meados da década de 1700, descobriu-se, ou redescobriu-se, que a causa do ergotismo consistia no consumo de grãos, geralmente de centeio, contaminados com o fungo Claviceps purpurea. Em ambiente frio e úmido, o fungo prolifera, invade o núcleo dos grãos e cresce até formar o esclerócio característico. Os esclerócios evidentes do centeio infestado são massas curvas, de cor púrpura a preta, com até 6 cm de comprimento (Figura 7.1). Essa massa corresponde ao estágio de dormência do fungo, que pode permanecer viável em ambientes secos e germinar quando umedecido. O ergotismo está associado ao crescimento de até 50 espécies de Claviceps em várias culturas da família das gramíneas que fornecem alimentos para seres humanos e animais. Os sintomas do ergotismo são de dois tipos. O tipo gangrenoso de envenenamento pelo ergot é caracterizado por dor intensa, inflamação e aparência queimada nas extremidades, que podem tornar-se enegrecidas. Nos casos graves, pode ocorrer a perda dos dedos e até mesmo das mãos e dos pés. Na Idade Média, o aspecto de queimado dos tecidos

FIGURA 7.1 Esclerócio do ergot na cevada.

Micotoxinas

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provocado pelo ergotismo era chamado de “fogo sagrado” ou “fogo de Santo Antônio” por causa das crenças de que a doença era resultado de punição divina dos pecadores e que Santo Antônio poderia fornecer alívio para o sofrimento. Na verdade, muitos daqueles que acreditavam nos poderes de proteção de Santo Antônio experimentaram de fato um alívio dos efeitos do envenenamento por causa, pelo menos em parte, da prática de andar em peregrinação até Pádua, na Itália, onde os restos mortais de Santo Antônio eram cultuados. No entanto, é grande a probabilidade de que, durante a jornada, os peregrinos ingerissem alimentos que não estavam contaminados com o ergot , interrompendo assim a exposição às toxinas. De qualquer modo, a força e a influência da Igreja Católica cresceram consideravelmente durante esse período por causa dos resultados positivos da crença nos poderes protetores de Santo Antônio contra um flagelo que se alastrava pela Europa havia séculos (Figura 7.2). Os efeitos do segundo tipo de envenenamento pelo ergot , o ergotismo convulsivo , são bastante distintos dos efeitos do tipo gangrenoso e, às vezes, manifestam-se sem que haja ergotismo gangrenoso. Os sintomas são principalmente neurológicos e incluem contorções, tremores, entorpecimento, cegueira, convulsões e alucinações, muitas vezes acompanhados de psicose temporária ou permanente. Talvez por causa da falta de lesões físicas evidentes, acreditava-se que os indivíduos acometidos pela forma convulsiva da doença estavam possuídos por demônios ou enfeitiçados. Na verdade, uma análise recente dos eventos que culminaram no julgamento das bruxas de Salem ocorrido em Salem, Massachusetts, em 1692, concluiu que as moças que fizeram as acusações contra alguns habitantes da cidade talvez estivessem sob a influência do envenenamento convulsivo pelo ergot . Ninguém imaginava naquela época que, mais de 200 anos depois, no século XX, seria provado que o ergot é a fonte de alguns dos agentes alucinógenos mais potentes e enigmáticos já descobertos. A base fisiológica da forma gangrenosa do ergotismo é a constrição dos vasos sanguíneos. Essa ação se deve à vasoconstrição das artérias e veias periféricas induzida

FIGURA 7.2 Xilogravura do século XVI que mostra Santo Antônio com uma vítima de ergotismo.

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pelos alcaloides ergotamina e ergocristina elaborados pelo fungo. Os efeitos das doses altas desses alcaloides são mais acentuados nas estruturas distais menos vascularizadas, como os dedos das mãos e dos pés, e podem levar à isquemia aguda, à mumificação e à perda de dedos. Em 1918, o químico suíço Arthur Stoll purificou o primeiro alcaloide do ergot , a ergotamina. Esse composto compartilha uma similaridade estrutural com neurotransmissores como a serotonina, a dopamina e a adrenalina, e é capaz de se ligar a vários receptores celulares, agindo como agonista ou antagonista nas vias de transdução de sinais no interior dos tecidos. Os efeitos vasoconstritores periféricos da ergotamina são mediados pela ativação de um dos receptores da serotonina (5-HT2), juntamente com a ativação dos receptores �-adrenérgicos. Os efeitos da ativação do alcaloide são prolongados quando comparados aos efeitos de outros agonistas, aparentemente porque o alcaloide dissocia-se lentamente dos receptores. Essa ativação pode estimular a musculatura lisa vascular e provocar a vasoconstrição de artérias e veias. Atualmente, doses baixas de ergotamina são utilizadas na clínica por causa de seu efeito antienxaqueca, que resulta da constrição dos vasos sanguíneos intracranianos extracerebrais por sua ação nos receptores da 5-HT1B e da inibição da neurotransmissão trigeminal por sua ação nos receptores da 5-HT1D. As bases fisiológicas da forma convulsiva do ergotismo não são muito bem compreendidas. Acredita-se que os sintomas convulsivos sejam causados pelos alcaloides do grupo da clavina, entre eles a agroclavina, a elimoclavina e o lisergol. Experimentos com animais mostraram que a agroclavina, a elimoclavina e o lisergol têm efeitos excitatórios sobre o sistema nervoso central, como o LSD, sugerindo que essas substâncias podem ser psicoativas em seres humanos também. Contudo, é provável que os efeitos dos alcaloides da clavina sobre os receptores neurológicos sejam muito complexos, como ocorre com o LSD, que é capaz de afetar as atividades de pelo menos seis receptores da 5-HT. Assim, para se chegar à compreensão total dos efeitos psicotrópicos do ergot , é provável que sejam necessários muitos estudos. Esse certamente continua a ser o caso do LSD, um potente alucinógeno, mesmo depois de passados mais de 70 anos da sua síntese e descoberta casual por Albert Hofmann, na Suíça, em 1938 (Figura 7.3). A ocorrência seletiva de uma forma de ergotismo sobre a outra também continua a ser uma questão sem solução. No entanto, várias hipóteses foram propostas para explicar esse fenômeno bem conhecido. As explicações aparentemente mais razoáveis incluem

FIGURA 7.3 Estrutura da dietilamida do ácido lisérgico.

Micotoxinas

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FIGURA 7.4 Estrutura química dos alcaloides ativos do ergot .

a variabilidade biossintética das espécies de Claviceps, diferenças entre as espécies do fungo infectante e a possibilidade de que outro organismo possa estar parasitando o Claviceps e convertendo os alcaloides vasoconstritores em alcaloides psicotrópicos com uma estrutura mais parecida com a do LSD. A ergonovina foi isolada pela primeira vez do Claviceps em 1935, e foi constatado que essa substância é um potente indutor da constrição uterina. A ergonovina causa vasoconstrição significativa, mas não provoca o mesmo bloqueio adrenérgico da ergotamina (Figura 7.4). A ergonovina, geralmente em combinação com outras drogas, é utilizada em obstetrícia no terceiro estágio do trabalho de parto, principalmente para diminuir o sangramento pós-parto e facilitar a expulsão da placenta. Doses elevadas de ergonovina podem provocar sintomas psicotrópicos semelhantes aos desencadeados pelo LSD.

Aleucia Tóxica Alimentar A aleucia tóxica alimentar (ATA), também conhecida como angina séptica, é outra micotoxicose que tem causado muito sofrimento humano. Ocorrências esporádicas de ATA têm sido relatadas, principalmente na Rússia, desde o século XIX. Surtos foram registrados em 1913, 1932 e perto do final da Segunda Guerra Mundial. As descrições russas dos sintomas incluem febre, erupção cutânea hemorrágica, sangramento no nariz, na garganta e nas gengivas, destruição das vias aéreas, leucopenia extrema (nível baixo de leucócitos), septicemia e destruição da medula óssea. Os surtos da doença geralmente eram repentinos e, muitas vezes, as taxas de mortalidade ultrapassavam 50% da população afetada. A ATA tem quatro estágios: Estágio 1: Logo após a exposição às toxinas, as vítimas experimentam sensações

de queimação na boca, garganta, esôfago e estômago. Esses sintomas frequentemente são acompanhados de vômitos, diarreia e dor abdominal por causa da

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inflamação das mucosas gástrica e intestinal. As vítimas nesse estágio também apresentam dor de cabeça, tontura, fadiga, taquicardia, salivação intensa e febre. A contagem de leucócitos está reduzida. Estágio 2: Depois de sofrer por três a nove dias com os sintomas do estágio 1, o estágio 2 começa com uma diminuição na intensidade dos sintomas. Apesar de a vítima começar a se sentir melhor e conseguir realizar atividades normais, a destruição da medula óssea continua, ocorrendo redução maior do número de leucócitos e piora da anemia. A resistência do corpo às infecções diminui. Surgem fraqueza generalizada, dor de cabeça repentina e diminuição da pressão arterial. O estágio 2 pode durar de várias semanas a meses. Se o consumo de alimento contaminado for interrompido nessa fase e se a vítima receber cuidados médicos, as chances de recuperação serão boas. Estágio 3: Esse estágio é marcado pelo surgimento de hemorragias na pele e nas membranas mucosas da boca, língua, estômago e intestino. À medida que a toxicose avança, as lesões necróticas espalham-se e aumenta a suscetibilidade às infecções. Surgem, com frequência, lesões esofágicas, e o envolvimento da epiglote pode causar edema de laringe que, em muitos casos, provoca sufocação. A destruição do sistema hematopoético chega a ser quase completa e sobrevém a morte. Estágio 4: Se o paciente no estágio 3 receber tratamento clínico imediato que inclui transfusões de sangue e antibioticoterapia com doses altas, poderá sobreviver a essa etapa da doença e entrar no estágio 4, conhecido como período de convalescença. Esse período requer vários meses de tratamento para a recuperação quase total do sistema hematopoético. Entre as várias teorias que surgiram para explicar a causa da ATA estavam as deficiências de vitaminas e novos agentes infecciosos. Por fim, investigadores descobriram que a doença era causada pelo consumo de grãos deixados nos campos durante o inverno e colhidos na primavera. O exame da flora fúngica desses cereais que foram implicados nos surtos da ATA revelou uma rica variedade de espécies de fungos. A produção de toxinas pelos fungos purificados, constatada pela aplicação de extratos desses fungos na pele de coelhos, foi então implicada na toxicidade dos cereais mofados observada nas pessoas. O ensaio que envolveu a pele de coelhos mostrou que os fungos do gênero Fusarium produzem o maior número de isolados tóxicos. As espécies associadas com mais frequência aos surtos de ATA foram a F. poae e a F. sporotrichoides (também denominada F. tricinctum). Esses fungos bastante comuns são chamados de criofílicos, porque têm a capacidade peculiar de produzir substâncias tóxicas em quantidades maiores quando cultivados sob condições que envolvem um período de crescimento em temperaturas próximas do 0°C. Investigadores descobriram que as condições dos campos caracterizadas por temperaturas relativamente altas no inverno, cobertura de neve profunda, congelamento e descongelamento frequentes, e chuvas leves no outono levavam ao crescimento dos fungos e à produção de toxinas nos grãos e no solo. As toxinas fúngicas que são os agentes causadores da ATA consistem em um grupo de derivados de sesquiterpenos policíclicos denominados tricotecenos (Figura 7.5). A toxina T-2 (Figura 7.6), a toxina mais implicada do grupo, foi isolada de espécies toxigênicas de Fusarium e produziu em gatos todos os sintomas da ATA dos seres humanos. É importante

Micotoxinas

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FIGURA 7.5 Estrutura e atividade do tricoteceno.

FIGURA 7.6 Estrutura da toxina T-2.

destacar que a remoção da toxina T-2 do extrato fúngico fez com que o extrato perdesse sua toxicidade. Infelizmente, não foi feita uma análise da toxina T-2 nos grãos de causaram ATA humana e, como consequência, não se sabe qual é o papel da T-2 na causa da ATA. Desde a descoberta da toxina T-2 e de outros tricotecenos, houve progresso considerável no sentido de esclarecer o modo de ação dessas substâncias. O principal efeito da toxina T-2 e de outros tricotecenos é a inibição da síntese proteica por meio da ligação aos ribossomos, o que causa estresse ribotóxico e, consequentemente, ativação das cinases do estresse (JNK/p38), interrupção da síntese do DNA e do RNA, e inibição do funcionamento das mitocôndrias. A toxina T-2 afeta mais intensamente as células que estão se dividindo de modo ativo, como aquelas que revestem o trato gastrointestinal, as células da pele e as células linfoides e eritroides. A imunossupressão é outro efeito importante da inibição da síntese proteica e é causada pela diminuição de anticorpos, de imunoglobulinas e de certos fatores humorais, como as citocinas.

Fumonisinas A leucoencefalomalacia equina (LEME), uma síndrome neurológica devastadora que afeta cavalos, é conhecida desde a metade do século XIX e está associada ao consumo de milho mofado. Como o próprio nome indica (p. ex., amolecimento do encéfalo com

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acúmulo de células brancas do sangue), o principal alvo da toxicidade é o sistema nervoso central. Os principais sintomas surgem rapidamente após o consumo de milho mofado e incluem superexcitação neurológica, cegueira, descoordenação motora e paralisia facial. A morte pode ocorrer dentro de 24 horas. Observam-se edema grave do encéfalo com hemorragia extensa e necrose de neurônios. A etiologia da LEME começou a ser estudada intensamente na África do Sul pouco tempo depois de um surto grave da doença em 1970. Esses estudos logo levaram à identificação do fungo comum Fusarium verticillioides, também chamado de F. moniliforme, como o organismo causador. Ele é um dos fungos prevalentes associados ao milho destinado ao consumo humano e animal em todo o mundo. Os metabólitos do fungo responsáveis pela toxicidade, as fumonisinas B 1, B 2 e B3, foram identificados quase duas décadas mais tarde (Figura 7.7). Além de ser causa de LEME, constatou-se posteriormente que a FB1 provoca uma síndrome com edema pulmonar em porcos e câncer de fígado em ratos. A FB1 também é promotor e iniciador de câncer hepático em ratos e é hepatotóxica para cavalos, porcos, ratos e macacos. A presença de fumonisinas em cultivos caseiros de milho foi associada a risco elevado de câncer de esôfago humano na região do ex-Transkei na África do Sul e também na China. Em pelo menos uma das aldeias chinesas com alta

FIGURA 7.7 Estruturas e atividades das fumonisinas e de substâncias endógenas relacionadas.

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incidência de câncer de esôfago, um item alimentício bastante consumido consistia em um tipo de broa de milho na qual se estimulava o crescimento intenso de mofo natural para a obtenção de um sabor característico. Em todo o mundo, há relatos da ocorrência natural de FB1, e de outras fumonisinas, no milho comercial e/ou nos alimentos para animais feitos à base de milho. Também há relatos de associações entre risco maior de câncer de esôfago e níveis altos de FB1 no milho usado para alimentação em áreas da China, África do Sul, norte da Itália, Irã e sudeste dos Estados Unidos. O mecanismo de ação da FB1 tem sido objeto de considerável interesse. Um conjunto substancial de evidências experimentais tem corroborado a hipótese de que a similaridade estrutural entre a esfinganina e a FB 1 pode perturbar o metabolismo dos esfingolipídios. Os esfingolipídios são componentes estruturais importantes da membrana das células, sobretudo dos neurônios. O metabolismo dos esfingolipídios é uma parte importante da cascata de eventos que leva ao crescimento e à diferenciação celulares anormais e à lesão celular. Constatou-se que a FB1 é um inibidor competitivo da esfinganina N-acetiltransferase, a enzima central responsável pela conversão da base esfingoide em esfingolipídio. O resultante bloqueio da biossíntese dos esfingolipídios e o acúmulo de esfinganina levam à ativação da proteína cinase ativada pelo estresse, à ativação do crescimento de células tumorais, à indução da peroxidação dos lipídios e à necrose tecidual. Uma questão intrigante, e ainda sem solução, relacionada com a toxicidade das fumonisinas diz respeito às diferenças acentuadas na sensibilidade das espécies a esses compostos. Por exemplo, enquanto a DL50 oral da FB1 em ratos e camundongos é muito grande (mais de 5.000 mg/kg de peso corporal), os efeitos tóxicos característicos da LEME em cavalos são vistos com doses orais de apenas 0,75 mg/kg. Está provado que a exposição a apenas 0,3 mg de FB1 /kg de peso corporal, presente na ração contaminada naturalmente e consumida por menos de duas semanas, é letal para pôneis. Além disso, a potência carcinogênica (DT 50) da FB1 administrada por via oral a camundongos e ratos para a produção de câncer hepático é de apenas 6,8 mg/kg e 1,5 mg/kg, respectivamente.

Aflatoxina Há muito tempo, a ração mofada tem sido associada a doenças e a outros efeitos adversos em animais de criação. Acreditava-se que essas doenças fossem problemas relacionados à produtividade dos agricultores e pecuaristas, e as possíveis implicações para a saúde humana geralmente despertavam pouco interesse. Por exemplo, várias doenças hepáticas, coletivamente denominadas hepatite X, foram identificadas por veterinários em suínos, bovinos e cães. A melhora dos métodos de manuseio, produção e armazenamento dos alimentos para animais reduziu a ocorrência dessas doenças por volta da metade do século XX. No entanto, só em 1960 é que as implicações para a saúde humana das doenças que afetavam os animais de criação começaram a ser identificadas com clareza. Naquela época, mais de 100.000 perus jovens morreram na Inglaterra de uma moléstia que foi chamada de doença X dos perus e que se caracterizava pela necrose extensa do fígado dessas aves. Aproximadamente na mesma época, as atenções se voltaram para o surgimento de tumores hepáticos e para o aumento da mortalidade entre as trutas cultivadas em viveiros no Oregon. Constatou-se mais tarde que tanto a farinha de amendoim utilizada como suplemento alimentar para os perus quanto a farinha de semente

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FIGURA 7.8 Corpo de frutificação (esporângio) de A. flavus à esquerda, e amendoins infectados, à direita.

de algodão utilizada como suplemento alimentar para as trutas estavam contaminadas com um fungo comum conhecido como Aspergillus flavus (Figura 7.8). Os esforços subsequentes para isolar as toxinas ativas do fungo levaram à caracterização de uma série de substâncias relacionadas que foram denominadas aflatoxinas. As aflatoxinas são um conjunto de bisfuranos policíclicos de origem fúngica. Com base na fluorescência azul ou verde sob luz ultravioleta, esses compostos foram denominados aflatoxinas (AF) B1, B 2, G 1 e G2, e são metabólitos do mofo (Figura 7.9). Metabólitos hidroxilados da AFB2 e da AFG2 também foram isolados do fungo e chamados de AFB2a e AFG2a. Os compostos são solúveis em lipídios e exibem estabilidade considerável quando submetidos à maioria das condições de cozimento, inclusive à torrefação dos amendoins. Fontes As aflatoxinas são produzidas por várias espécies relacionadas de fungos, que incluem o A. flavus e o A. parasiticus, que são importantes para a agricultura. O A. flavus é um constituinte comum da microflora do ar e do solo em todo o mundo. Essa espécie causa a deterioração de produtos como trigo, milho, arroz, cevada, farelo, farinha e soja que estão armazenados, bem como de amendoins, sementes de algodão e outros produtos. O fungo geralmente não invade os grãos vivos ou intactos do amendoim. O crescimento ocorre, principalmente, quando os produtos são armazenados sob condições de umidade relativamente baixa que eliminam ou reduzem o crescimento de espécies competitivas, como os fungos Penicillium e Fusarium.

Os avanços na capacidade analítica de detectar as aflatoxinas mostraram que a contaminação dos alimentos para seres humanos e animais por esses produtos é comum. Ensaios realizados logo após sua descoberta em 1960 mostraram que as aflatoxinas

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FIGURA 7.9 Estrutura das aflatoxinas.

estavam presentes na maioria das amostras do amendoim, da farinha de amendoim e da manteiga de amendoim produzidos nos Estados Unidos. A análise das amostras coletadas em todo o mundo, particularmente na África e na Ásia, mostrou que as aflatoxinas podiam ser detectadas em vários produtos alimentícios importantes para seres humanos e animais, entre eles a cevada, a mandioca, o milho, as sementes de algodão, a ervilha, o milhete, o feijão-fradinho, o arroz, o gergelim, o sorgo, a soja, a batata-doce e o trigo. Foi constatada a presença de aflatoxinas até mesmo em amostras de espaguete seco. Por causa da ocorrência natural das aflatoxinas e de sua distribuição muito ampla, ficou claro que os esforços para eliminar totalmente as toxinas dos alimentos para seres humanos e animais seriam inúteis. Como consequência, a prioridade das comunidades reguladora e científica passou a ser a determinação dos níveis relativamente seguros de exposição aos compostos mais tóxicos. Toxicidades Agudas Os efeitos agudos e crônicos provocados pelas aflatoxinas apresentam-se de forma bastante variada entre as diferentes espécies. Em roedores, os efeitos agudos acentuados incluem lesões hepáticas com edema, proliferação biliar e necrose das células do parênquima. Em macacos Rhesus, o tratamento com AFB 1 normalmente provoca infiltração gordurosa e proliferação biliar com fibrose portal.

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Patinhos, trutas, porcos, coelhos e ratos machos adultos são algumas das espécies mais sensíveis aos efeitos tóxicos agudos das aflatoxinas, com DL50 <2,0 mg/kg de peso corporal para a AFB1 administrada por via oral. Camundongos e hamsters adultos são relativamente insensíveis, com DL50 oral >9,0 mg/kg. Primatas não humanos exibem um nível intermediário de sensibilidade, e a DL 50 para as várias espécies que foram examinadas varia de 2,2 a 8,0 mg/kg. No entanto, existem exceções importantes para essa classificação global da toxicidade aguda, visto que camundongos muito jovens são altamente sensíveis à AFB 1, enquanto as ratas são bastante insensíveis, com DL 50 oral de 18 mg/kg. Os compostos que apresentam a ligação dupla no anel do furano, a AFB 1 e a AFG1, são consideravelmente mais tóxicos que os derivados com anéis de furano saturados, a AFB2 e a AFG2. As diferenças de sensibilidade à AFB 1 entre as espécies geralmente dependem do nível de epóxido-hidrolase (EH), que medeia a hidrólise do epóxido, e da atividade da glutationa-S-transferase (GST) (mGST3A-3, GSTT1), que medeia a conjugação do metabólito ativado, AFB 1-epóxido, para formar um adulto inativo com a glutationa. Essa atividade da GST geralmente é baixa nas espécies sensíveis e alta nas espécies menos sensíveis. Atividade Carcinogênica A sensibilidade relativa das espécies aos efeitos crônicos das aflatoxinas geralmente é similar à sensibilidade aos efeitos agudos. Assim, ratos, macacos Rhesus ( Macaca mulatta) e macacos-caranguejeiros ( Macaca fascicularis ) são sensíveis aos efeitos carcinogênicos da AFB1, com DT50 = 3 �g/kg, 8 �g/kg e 20 �g/kg de peso corporal, respectivamente, para a indução do carcinoma hepatocelular. Em contrapartida, os camundongos não exibem efeitos carcinogênicos nesse intervalo de doses. Grande quantidade de informações dessa natureza confirma a alegação de que a AFB 1 é o agente carcinogênico hepático mais potente já conhecido. Como ocorre com os efeitos agudos da AFB1, os efeitos carcinogênicos são atribuídos à ação dos metabólitos que são capazes de reagir com macromoléculas celulares. Esse processo de ativação é mediado no fígado principalmente pelas enzimas CYPs e nos pulmões principalmente pela prostaglandina H sintase e pela lipo-oxigenase. A AFB 1 é bioativada pela epoxidação da dupla ligação do anel furano terminal, a qual gera os produtos eletrofílicos exo/ endo-AFB1-epóxidos (Figura 7.10). Dos dois isômeros, o isômero AFB1-exo-epóxido é o mais mutagênico e capaz de alquilar ácidos nucleicos e proteínas sob condições não enzimáticas.

Embora o isômero exo não tenha sido isolado de sistemas metabólicos, sua existência é inferida a partir das estruturas dos produtos estáveis da reação. Além disso, o AFB 1-exo-epóxido sintético produz os mesmos adutos macromoleculares sob condições não enzimáticas que são produzidos por esse derivado preparado sob condições enzimáticas. A reatividade do AFB 1-exo-epóxido com o DNA é pelo menos 1.000 vezes maior que a reatividade do isômero endo, aparentemente porque a intercalação da fração furanocumarina do epóxido entre as bases do DNA orienta o epóxido para um ataque fácil pela retaguarda ( backside attack ) (SN2) por meio do N7 da guanina para abrir o epóxido e produzir o aduto primário AFB1-DNA, trans-8,9-diidro-8-(N7-guanil)-9-hidroxiaflatoxina B1 (AFB1-N7-Gua). Formam-se apenas níveis muito baixos de adutos do AFB1-endo-epóxido com o DNA, porque a orientação da reação que favorece o ataque

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FIGURA 7.10 Metabolismo e ligação da AFB1 ao DNA.

pela retaguarda e a abertura do epóxido não é possível. Essa alquilação da guanina pelo AFB1-exo-epóxido, se não reparada, resulta em uma mutação do tipo transversão G → T, que pode levar à iniciação do câncer. O nível do aduto AFB 1-N7-Gua excretado na urina é utilizado como um biomarcador de exposição à AFB 1 em seres humanos e está correlacionado com a produção de tumores em estudos com animais de laboratório. Embora a AFB1 seja claramente um carcinógeno hepático potente em animais de laboratório e reconhecida como carcinógeno humano pela International Agency for Research on Cancer (IARC), esse composto sozinho aparentemente tem pouco efeito sobre as taxas mundiais de câncer de fígado. O impacto dessa micotoxina sobre a carcinogênese hepática humana depende dos efeitos potencializadores da infecção viral geralmente pelo vírus da hepatite B. De fato, como ocorre principalmente em partes da Ásia e da África, para as populações que são expostas a níveis altos de exposição ambiental à AFB1 e estão infectadas pelo HBV, o risco relativo de desenvolver câncer hepático é 15 vezes maior que o risco das populações que são expostas a níveis altos de AFB mas não estão infectadas com o HBV. Além disso, esse risco aumenta para 77 vezes nos indivíduos que têm mutações que inativam qualquer uma das enzimas que detoxificam o AFB1-exo-epóxido. Conforme foi discutido com mais detalhes no Capítulo 4, o HBV age como um promotor de tumor ao aumentar sinergicamente a potência carcinogênica da AFB 1.

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Embora a AFB1 seja mais bem conhecida como um hepatocarcinógeno, estudos epidemiológicos também mostraram associação positiva entre a ocorrência de câncer de pulmão humano e a inalação de AFB 1. Muitos estudos relataram associação entre a exposição ocupacional à AFB 1 inalada, principalmente na forma de poeira de grãos contaminados, e o aumento de câncer no aparelho respiratório. Há registros de níveis de AFB1 na poeira de grãos que chegam a 52 ppm, o que está bem acima do nível aceito pela FDA de apenas 20 ppb para a AFB 1 em alimentos. Também há relatos de que o câncer de pulmão humano está associado à exposição alimentar à AFB 1 de seres humanos e animais de laboratório. Embora a CYP1A2 e a CYP3A4 sejam responsáveis pela ativação da AFB 1 no fígado humano, a CYP2A13 medeia essa reação nos pulmões humanos. A CYP2A13 está expressa predominantemente nos tecidos respiratórios, entre eles a mucosa nasal, os pulmões e a traqueia, e é responsável pela ativação metabólica do carcinógeno específico do tabaco 4-(metilnitrosamina)-1-(3-piridil)-1-butanona (NNK). Com a descoberta da alta potência carcinogênica da AFB 1 e de sua ampla distribuição nos alimentos para seres humanos e animais, percebeu-se rapidamente que era preciso determinar padrões reguladores para os níveis de contaminação pelas aflatoxinas e colocá-los em vigor. O atual nível de ação estabelecido pela FDA para as aflatoxinas nos alimentos em geral é de 20 ppb, mas no leite é de apenas 0,50 ppb. Contudo, é interessante destacar que, a partir de 2001, a União Europeia estabeleceu um limite superior para as aflatoxinas de apenas 4 ppb para a maioria dos cereais e amendoins, e de apenas 0,050 ppb para o leite e de 0,025 ppb para os alimentos à base de leite destinados a bebês. Nos Estados Unidos, o nível máximo permitido de contaminação pelas aflatoxinas no milho utilizado na alimentação do gado leiteiro é de 20 ppb, e na maioria dos alimentos dos animais de criação reprodutores é de 100 ppb. O efeito dos limites mais baixos permitidos para as aflatoxinas na Europa sobre o comércio e sobre a saúde humana ainda não foi determinado. Metabolismo Além dos derivados epóxidos discutidos anteriormente, há vários metabólitos da AFB1 cuja atividade metabólica é importante (Figura 7.11). A aflatoxina M1 (AFM1) aparece no leite de vaca e de outros mamíferos, inclusive de seres humanos, alimentados com produtos que contêm AFB1. A AFB1 é convertida pela CYP1A2 humana em AFM 1 e em AFB1-epóxido na proporção de 3:1. A AFM1 também está associada à fração proteica de alguns derivados do leite como o iogurte e o queijo. Esse metabólito, que é reconhecido como provável carcinógeno humano pela IARC, representa cerca de 0,5% a 6% da AFB 1 administrada a diferentes espécies. A AFM 1 é excretada na urina e nas fezes humanas como metabólito secundário da AFB 1. A conversão total da AFB1 em AFM1 no leite de vaca é de cerca de 1%, e a potência carcinogênica da AFM 1 é cerca de 2% a 10% da potência da AFB1. No entanto, a toxicidade aguda da AFM1 é similar à da AFB1. Parece que a AFB1 e a AFM1 exercem seus efeitos carcinogênicos por meio de diferentes mecanismos, uma vez que os microssomos do fígado humano têm capacidade muito limitada para catalisar a epoxidação da AFM1. Além disso, o AFM1-epóxido exibe atividade eletrofílica muito baixa quando comparado à AFB 1. De fato, efeitos tóxicos que não dependem do metabolismo da AFM1 foram demonstrados em células cultivadas.

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FIGURA 7.11 Produtos metabólicos da AFB1.

O aflatoxicol (AFL) é o principal metabólito da AFB1 em muitas espécies e responsável por até 25% dos metabólitos totais da AFB1 em ratos, uma espécie sensível. Pouco AFL é produzido em camundongos e em macacos Rhesus, que são considerados espécies resistentes. Os isômeros alfa e beta do AFL são produzidos como produtos da redução da AFB1 e exibiram aproximadamente 5% da toxicidade aguda da AFB1 em um ensaio com patinhos. No entanto, o AFL exibe cerca de 20% da potência mutagênica da AFB 1 e uma potência carcinogênica quase equivalente na truta. O AFL é facilmente oxidado a AFB 1 in vivo. As enzimas AFB1 redutase e AFL desidrogenase que medeiam a interconversão entre a AFB1 e o AFL ainda não foram bem estudadas, mas considera-se que esse mecanismo seja muito importante, porque é possível que o AFL desempenhe o papel de reservatório de AFB1 em alguns organismos. Embora vários estudos tenham relatado que o aflatoxicol foi encontrado no soro, no fígado, na urina e nas fezes de alguns grupos de seres humanos com a saúde comprometida, não há relatos desse composto como metabólito comum em seres humanos saudáveis expostos à AFB 1. Assim, a importância do AFL na carcinogênese humana induzida pela AFB1 ainda não é totalmente compreendida. Dois outros metabólitos importantes são a aflatoxina P1 (AFP1) e a Q1 (AFQ1), que são consideradas produtos da detoxificação da AFB 1. A AFP1 é o principal produto urinário da AFB1 nos macacos Rhesus, mas sua excreção nos seres humanos é variável e não está

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diretamente associada ao nível da ingestão alimentar. A AFQ 1 é um produto importante da oxidação da AFB 1 mediada pela CYP3A4 nos seres humanos e é excretada tanto na urina quanto nas fezes. Descontaminação Pelo fato de o A. flavus e outros fungos produtores de aflatoxina estarem disseminados por todo o mundo e de o crescimento rápido desses fungos nas principais colheitas de alimentos destinados ao homem e aos animais de criação poder ser de difícil controle, sobretudo nas regiões de clima quente e úmido, muitos métodos foram desenvolvidos para a remoção das aflatoxinas dos produtos contaminados. O isolamento físico dos materiais claramente contaminados provou ser uma medida bem-sucedida para o controle da contaminação dos amendoins pela aflatoxina. O A. flavus e muitos outros fungos emitem uma fluorescência amarelo-esverdeada brilhante sob luz ultravioleta. Esse indicador de contaminação fúngica é utilizado na separação física do amendoim, do milho e de alguns outros produtos contaminados. Esse método é empregado no exame inicial em busca de contaminação fúngica e não pode ser utilizado como indicador de contaminação por aflatoxinas, uma vez que a fluorescência é produzida por outros produtos fúngicos, como o ácido cójico. O tratamento pelo calor das colheitas contaminadas também é utilizado para detoxificar os alimentos destinados aos animais de criação. Embora as aflatoxinas sejam bastante estáveis quando submetidas aos tratamentos pelo calor brando, a torrefação reduz o teor de AFB1 nos amendoins em 80% após 30 minutos.

O método mais útil para a detoxificação em grande escala dos alimentos para consumo animal que estejam contaminados é o tratamento com amônia. O uso da amônia para detoxificar a farinha de milho e a farinha de sementes de algodão aumenta o valor nutricional do alimento para consumo animal. As rações detoxificadas propiciam o crescimento de trutas, vacas e outros animais, sem efeitos danosos. O processo de amoniação consiste na adição de amônia aquosa ao produto contaminado, seguida do aquecimento brando da mistura em um recipiente vedado, que, em alguns casos, pode ser muito grande (Figura 7.12). O processo pode reduzir os níveis de contaminação da farinha de semente de algodão e do milho pela AFB 1 em 80% e produz um alimento que satisfaz os padrões reguladores para o consumo animal. A amoniação é utilizada em todo o mundo para inativar a aflatoxina presente em vários produtos contaminados, que incluem a farinha

FIGURA 7.12 Desativação química da AFB1.

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FIGURA 7.13 Micotoxinas com possível toxicidade em humanos.

de amendoim, a semente de algodão e o milho. A amoniação, como um processo de descontaminação por redução da aflatoxina, é aprovada pelas principais agências reguladoras e de segurança, que incluem FAO, FDA e USDA. Outras Micotoxicoses Constatou-se que outras micotoxicoses, como a vomitoxina, a ocratoxina A, a patulina e a zearalenona, também afetam de modo significativo a saúde humana (Figura 7.13). Como a etiologia dessas doenças são muito pouco compreendidas, essas micotoxicoses serão mencionadas brevemente.

A doença de Kashin-Beck é um distúrbio que afeta os ossos e as articulações das mãos, dos dedos das mãos, dos cotovelos, dos joelhos e dos tornozelos de crianças e adolescentes que desenvolvem lentamente articulações deformadas e enrijecidas, membros encurtados e baixa estatura por causa da necrose nas placas de crescimento dos ossos e na cartilagem articular. Esse distúrbio é endêmico em algumas áreas do leste da Sibéria, Coreia, China e Tibete e, provavelmente, tem origem ambiental. Alguns estudos implicaram o metabólito vomitoxina do fungo Fusarium como o agente causador. A nefropatia endêmica dos Bálcãs (NEB) é uma doença renal crônica, não inflamatória, que leva à insuficiência renal. Ela foi descrita em várias regiões rurais da Bulgária, da Romênia e da antiga Iugoslávia (Sérvia, Croácia e Bósnia). É possível que pelo menos 25.000 indivíduos tenham a doença, e o número total de pessoas que correm risco nos três países pode ultrapassar 100.000. Uma teoria propõe que essa doença renal é causada por uma micotoxina, a ocratoxina A, que muitas vezes contamina os alimentos das áreas endêmicas, possivelmente em combinação com outro fator ambiental. A patulina é um metabólito fúngico secretado por muitas espécies de Penicillium. A exposição a essa substância geralmente resulta do consumo de frutas ou de produtos preparados com frutas mofadas. Embora tenha sido relatado que a patulina produz efeitos

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tóxicos no gado bovino e nas aves de criação, e também tenha sido demonstrado que esse composto é um agente mutagênico, um carcinógeno fraco e um teratógeno em sistemas experimentais, ainda não se observou nenhum impacto negativo da patulina sobre a saúde humana. No entanto, a UE e muitos outros países, inclusive os Estados Unidos, estabeleceram um limite de ação de 50 ppb para a patulina em sucos e ingestão diária máxima provisória de apenas 0,4 �g/kg de peso corporal. Esse valor foi obtido pelo método aceito para a determinação da ingestão diária recomendada (IDR) com base, aparentemente, nos dados relativos à dose-resposta para a toxicidade em ratos e considerando-se o pressuposto de que as crianças são os principais consumidores de bebidas preparadas com frutas. A zearalenona é uma substância estrogênica potente produzida pelo fungo Fusarium roseum e por seu estágio sexual, pelo fungo Gibberella zeae e por alguns fungos relacionados. O consumo de milho infectado com esses fungos pode causar perda da capacidade reprodutiva e outros efeitos estrogênicos em porcos e em outros animais domésticos. Os sintomas do envenenamento pela zearalenona em porcos jovens incluem inchaço e eversão da vagina, em alguns casos, até o colo do útero se tornar visível. Estudos recentes implicaram essa micotoxina na causa da puberdade precoce de um grupo de moças.

COGUMELOS Os cogumelos são uma iguaria para muitas pessoas em todo o mundo. Algumas espécies são cultivadas comercialmente nos Estados Unidos e consumidas em grande quantidade com bastante prazer. No entanto, os coletores de cogumelos selvagens que não são especialistas na identificação das variedades relativamente seguras podem manifestar problemas de saúde. Sabe-se que apenas cerca de 50 das mais de 800 espécies identificadas nos Estados Unidos produzem algum efeito tóxico nas pessoas. Na maioria dos casos, um coletor desavisado poderá consumir uma espécie levemente tóxica de cogumelo e provavelmente sofrerá apenas um distúrbio gastrointestinal comum que logo passará. Para algumas das espécies de cogumelos potencialmente tóxicas, desenvolveram-se processos de cozimento especiais para torná-las comestíveis. Em alguns casos, contudo, a toxicidade não é eliminada pelo cozimento, e os efeitos persistem por muito tempo após o cogumelo nocivo ter sido digerido ou ter sido removido do trato gastrointestinal.

Amanita phalloides A Amanita phalloides, também conhecida como chapéu-da-morte, é o cogumelo tóxico mais conhecido e famoso. Esse cogumelo de aspecto elegante já era conhecido dos gregos e romanos antigos como veneno mortal e tem sido o produto tóxico favorito dos envenenadores ao longo dos séculos (Figura 7.14). Acredita-se que essa espécie seja responsável pela grande maioria das mortes causadas pelo envenenamento por cogumelos em todo o mundo. Embora a A. phalloides seja conhecida na Europa há séculos, essa espécie era comparativamente rara nos Estados Unidos até o início da década de 1970. Naquela época, o cogumelo aparentemente entrou no oeste dos Estados Unidos como um passageiro clandestino proveniente da Europa. Os cogumelos, ou corpos de frutificação, da A. phalloides geralmente surgem no final do verão ou no outono e podem ter

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FIGURA 7.14 Amanita phalloides .

aproximadamente 20 cm de altura. No entanto, vale a pena destacar que o primeiro relato de envenenamento pela A. phalloides surgiu em 2006 na Europa e resultou da ingestão desse cogumelo recém-colhido durante o inverno. Esse fato pode fornecer evidências adicionais do impacto do aquecimento global sobre os potenciais perigos ambientais. A cor do chapéu, que é relativamente grande, pode variar de castanho-esverdeada a amarela. Por causa de sua aparência belíssima, semelhante à aparência de outra espécie altamente desejável de Amanita, a A. phalloides é muitas vezes um achado valioso para os ávidos caçadores amadores de cogumelos. A Amanita phalloides contém vários peptídios cíclicos complexos que são responsáveis pela toxicidade do cogumelo. Há dois tipos de substâncias: as faloidinas e as amanitinas. As faloidinas são hepatotoxinas potentes, tanto para hepatócitos cultivados quanto para os hepatócitos do corpo após injeção intravenosa; contudo, elas são muito pouco absorvidas no trato gastrointestinal e exibem apenas toxicidade fraca quando administradas por via oral. A faloidina liga-se aos filamentos de actina estabilizando-os e perturba o funcionamento normal do citoesqueleto. Acredita-se que os efeitos gastrointestinais iniciais do cogumelo resultem da ação da faloidina. As amanitinas são consideravelmente mais tóxicas que as faloidinas. A DL50 da � -amanitina em roedores é de apenas 0,1 mg/kg quando essa substância é administrada por via intravenosa ou oral. O alvo dessa toxina é a RNA polimerase II, a enzima que medeia a síntese do RNAm nas células. Os efeitos celulares da �-amanitina são surpreendentes e compreendem a desintegração dos nucléolos, o que impede a síntese de ribossomos, que são os locais da síntese proteica. Os tecidos metabolicamente ativos que dependem de altas taxas de síntese proteica, como as células que revestem o trato gastrointestinal, os hepatócitos e os túbulos contorcidos proximais dos rins, são os mais afetados. O resultado é a destruição do fígado com gravidade que se assemelha à das altas doses de radiação ionizante. A �-amanitina também causa a destruição dos túbulos contorcidos dos rins, o que diminui a eficácia desses órgãos em filtrar os eletrólitos não tóxicos do sangue.

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FIGURA 7.15 Estrutura esquemática das amatoxinas.

Os efeitos do envenenamento pela A. phalloides podem surgir muitas horas após o consumo do cogumelo. Os sinais iniciais da intoxicação são dor abdominal, diarreia e vômitos, que podem ser letais em decorrência da desidratação, caso o indivíduo não receba um tratamento que restaure o equilíbrio eletrolítico. Entre três e cinco dias após a exposição às toxinas, muito tempo depois que o cogumelo foi digerido e quando a vítima está começando a acreditar que a recuperação é possível, ocorre falência rápida, extensa e fatal do fígado e dos rins, também chamada de falência fulminante. Muitos tratamentos já foram experimentados na tentativa de salvar a vida desses pacientes, entre eles a N-acetilcisteína e a mistura de flavonoides vegetais denominada silimarina. Os tratamentos mais bem-sucedidos já relatados são a plasmaférese, para remover a toxina do sangue nos estágios iniciais da intoxicação, e o transplante de fígado, para substituir o órgão lesado nos estágios finais. O cogumelo contém 0,2 a 0,3 mg de �-amanitina/g de cogumelo fresco, e a ingestão de um cogumelo de 50 g fornece dose que é letal para um adulto. As estruturas químicas das amanitinas e das faloidinas são complexas (Figura 7.15). Ambas as substâncias são complexos de peptídios cíclicos que contêm sete ou oito aminoácidos. Embora esses peptídios cíclicos sejam responsáveis pelos efeitos tóxicos do cogumelo, eles estão combinados a componentes polissacarídicos, formando complexos de alto peso molecular denominados miriamaninas. Massas moleculares de até 60.000 Da foram atribuídas a alguns desses complexos ativos. Os peptídios cíclicos menores são obtidos dos complexos maiores por meio de tratamentos com ácidos ou bases fortes.

Amanita muscaria Várias espécies de cogumelos, que incluem o Inocybe spp., o Conocybe spp., o Paneolus spp., o Pluteus spp. e outra Amanita spp., não são fontes importantes de alimentos, mas são procuradas por causa de suas ações psicotrópicas. A Amanita muscaria é um exemplo clássico de cogumelo desse tipo (Figura 7.16). Esse fungo carnudo cresce nas áreas temperadas de todo o mundo e é procurado por sua ação alucinógena. Os efeitos prazerosos desencadeados por esse cogumelo e a degradação lenta dos princípios ativos se

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FIGURA 7.16 Amanita muscaria .

FIGURA 7.17 Estrutura das substâncias ativas presentes na A. muscaria .

combinam para fazer da A. muscaria um elemento valioso de rituais tribais e religiosos em muitas partes do mundo. As substâncias que são primariamente responsáveis pelos efeitos narcóticos tóxicos compõem um conjunto de isoxazóis, como o muscimol (Figura 7.17), que representam aproximadamente 0,2% do peso seco do cogumelo. Os sintomas neurológicos produzidos pela A. muscaria podem variar, mas geralmente começam a ocorrer dentro de 30 a 90 minutos após a ingestão. Depois do consumo de cerca de 15 mg de muscimol, surge geralmente um estado que se assemelha à intoxicação alcoólica. Podem ocorrer também confusão, inquietação, distúrbios visuais, espasmos musculares e delírio. Relata-se que os pacientes caem em sono profundo após um período de excitação e, ao acordar, poderão ter pouca ou nenhuma lembrança da experiência. O ácido ibotênico, outro isoxazol presente na A. muscaria, provoca lassidão e sono, que é seguido por enxaqueca e por uma dor de cabeça mais fraca e localizada que pode durar semanas.

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Outro composto bioativo importante produzido pela A. muscaria, bem como por algumas espécies de Clitocybe e Inocybe, é a muscarina. Esse derivado do furano é em grande parte responsável pelas propriedades inseticidas da A. muscaria, que também é conhecida como agárico-das-moscas. Os efeitos do envenenamento pela muscarina são o resultado de sua atividade agonista sobre um subconjunto de receptores da acetilcolina denominados receptores muscarínicos. A muscarina foi a primeira substância parassimpaticomimética estudada; ela ativa fortemente o sistema nervoso parassimpático periférico. A muscarina não tem nenhum efeito sobre o sistema nervoso central, porque não atravessa a barreira hematoencefálica por causa da alta polaridade de seu átomo de nitrogênio carregado positivamente. Os sintomas surgem dentro de 30 minutos após a ingestão. Os efeitos incluem aumento da salivação, lacrimejamento e sudorese seguidos de vômitos e diarreia. O pulso torna-se lento e irregular, e a respiração é semelhante à do asmático. A morte não é comum, e os pacientes geralmente respondem bem ao sulfato de atropina, que é um antagonista dos receptores muscarínicos. Os casos graves de envenenamento pela muscarina são raros após o consumo da A. muscaria; ao que tudo indica, o nível de muscarina é baixo no cogumelo em relação aos níveis dos outros compostos psicoativos.

Psilocybe O último grupo de cogumelos que se destacam pela produção de substâncias bioativas inclui as espécies de Psilocybe, Gymnopilus e Conocybe, e algumas outras que produzem o alucinógeno psilocibina (Figura 7.18). Várias dessas espécies de cogumelos são consumidas por causa de seus efeitos psicotrópicos em cerimônias religiosas de certas tribos de nativos americanos, uma prática que data da era pré-colombiana. Algumas referências

FIGURA 7.18 Psilocybe spp.

Cogumelos

179

FIGURA 7.19 Produtos neuroativos do Psilocybe spp .

indicam que os cogumelos Psilocybe eram coletados por nossos ancestrais pré-históricos. Os efeitos neurológicos são causados pela psilocina e pela psilocibina ( Figura 7.19). O início dos sintomas normalmente é rápido, e os efeitos geralmente diminuem dentro de duas horas. O envenenamento por esses cogumelos raras vezes é fatal. Os casos mais graves de envenenamento pela psilocibina ocorreram com crianças pequenas, nas quais doses grandes podem causar alucinações acompanhadas de febre, convulsões, coma e morte. A psilocibina é rapidamente desfosforilada no corpo, formando psilocina, que por sua vez age como agonista nos receptores da 5-HT2A do encéfalo, onde ela imita os efeitos da serotonina (5-HT). Dizem que os efeitos alucinógenos da psilocibina são comparáveis a uma dose baixa de LSD.

Leitura complementar Berger, K.J., Guss, D.A. (2005). Mycotoxins revisited: Part II. J. Emergency Med . 28:175-183. Broussard, C.N., Aggarwal, A., Lacey, S.R., Post, A.B., Gramlich, T., Henderson, J.M., Younossi, Z.M. (2001). Mushroom poisoning—From diarrhea to liver transplantation. Am. J. Gastroenterol. 96:3195-3198. Groopman, J.D., Kensler, T.W. (2005). Role of metabolism and viruses in aflatoxin-induced liver cancer. Toxicol. Appl. Pharmacol. 206:131-137. Hussein, H.S., Brasel, J.M. (2001). Toxicity, metabolism, and impact of mycotoxins on humans and animals. Toxicol. 167:101-134. Michelot, D., Melendez-Howell, L.M. (2003). Amanita muscaria: Chemistry, biology, toxicology, and ethnomycology. Mycol. Res. 107:131-146. Sudakin, D.L. (2003). Trichothecenes in the environment: Relevance to human health. Toxicol. Lett . 143:97-107.

CAPÍTULO

Contaminantes Alimentares Provenientes de Resíduos Industriais

8

SUMÁRIO DO CAPÍTULO Hidrocarbonetos Clorados ..............................................................................................181 Bifenilas Policloradas (BPCs) .......................................................................... 181 Dibenzo-p -dioxinas Policloradas (DDPCs) .......................................................... 186 Metais Pesados .............................................................................................................192 Arsênio.......................................................................................................... 193 Chumbo ........................................................................................................ 196 Mercúrio........................................................................................................ 201 Cádmio ......................................................................................................... 205

Muitas substâncias potencialmente perigosas oriundas das atividades industriais da era moderna têm sido depositadas no ambiente por ignorância, por acidente ou mesmo por irresponsabilidade. Os alimentos contaminados por essas substâncias nocivas podem causar efeitos adversos em seres humanos e nos ecossistemas. À medida que o nosso conhecimento sobre toxicologia aumenta e os recursos analíticos são aperfeiçoados, passamos a ter compreensão mais clara da toxicidade potencial e consciência maior dos perigos para a saúde causados por esses contaminantes. Das substâncias produzidas pela atividade industrial moderna, as mais amplamente estudadas são as bifenilas policloradas, as dioxinas (tetraclorodibenzo- p-dioxina) e os metais pesados (chumbo, mercúrio e cádmio).

HIDROCARBONETOS CLORADOS Bifenilas Policloradas (BPCs) Bifenilas policloradas (BPCs) é o nome genérico utilizado para descrever vários derivados clorados da bifenila (Figura 8.1). Há 10 combinações possíveis na molécula, mas talvez haja de fato apenas 102 compostos. As BPCs geralmente encontradas no comércio consistem em misturas de diferentes substâncias que apresentam porcentagens distintas de cloro. Por exemplo, nos Estados Unidos, as BPCs são vendidas com o nome comercial de Aroclor, seguido de um número, como 1242, 1248 e 1260. Os dois últimos dígitos do número indicam a porcentagem de cloro no preparado. As BPCs são compostos estáveis no calor, não inflamáveis, eletricamente não condutores e, à temperatura 181

182

CAPÍTULO 8 Contaminantes Alimentares Provenientes...

FIGURA 8.1 Estrutura das bifenilas policloradas.

ambiente, são líquidos viscosos. Além disso, as BPCs têm uma natureza singular, isto é, têm condutividade térmica alta, resistência elétrica alta e são insolúveis em água; como consequência, constituem material ideal para dispositivos elétricos. Não muito tempo depois da primeira síntese de uma BPC, ficou evidente que esses compostos eram moléculas orgânicas incomuns. Constatou-se que elas tinham uma resistência considerável a ácidos, bases, água, altas temperaturas e a correntes elétricas. Desde a década de 1930, com a descoberta dessas propriedades, as BPCs passaram a ser utilizadas amplamente em todo o mundo para muitas finalidades, como em fluidos isolantes de transformadores elétricos e capacitores, e em fluidos hidráulicos, que precisam ser resistentes a altas temperaturas. A Tabela 8.1 mostra o uso das BPCs em diversos produtos.

Impacto Ambiental A produção de BPCs começou em 1930 e alcançou seu ponto máximo em 1970. Durante esses anos, produziu-se grande quantidade de BPCs. Estima-se que, em 1977, quando a produção de BPCs nos Estados Unidos tinha sido quase totalmente interrompida, mais de um bilhão de libras (∼0,5 bilhão de kg) dessas substâncias tenha sido produzido somente nos Estados Unidos. Por causa da natureza incolor, oleosa e altamente estável dessas substâncias, as BPCs foram amplamente utilizadas em plastificantes, tintas (para paredes etc.), lubrificantes e fitas isolantes (Tabela 8.1). As BPCs também foram

Tabela 8.1 Uso das BPCs em Diversos Produtos Uso

Produtos

Resistência elétrica

Transformador, condensador, lâmpada fluorescente, máquina de lavar roupa, geladeira etc. Óleos de corte, compressor de ar, óleos para bombas de vácuo etc. Cabos elétricos, instrumentos elétricos, borracha sintética, cola etc. Tinta resistente ao calor, tinta à base de cloreto de vinila, tinta para impressão etc. Papel carbono, papel para cópias, revestimento de papel, TV em cores, pesticidas, materiais à prova d’água etc.

Lubrificante Adesivo Tinta Outros

Hidrocarbonetos clorados

183

Tabela 8.2 Fontes em Todo o Mundo e Quantidades Estimadas de BPCs que Foram Lançadas no Ambiente até 1970 Fonte

Quantidade (toneladas)

Descarte em lixões e em aterros sanitários Vazamentos e descarte de líquidos industriais Vaporização de plastificantes Vaporização na queima a céu aberto Total

18.000 4.500 1.500 400 24.400

empregadas em materiais à prova de fogo, tintas (para escrever etc.), papéis para cópia sem carbono e pesticidas. Como resultado de seu alto grau de estabilidade, estima-se que apenas ∼600 milhões de libras (∼270 milhões de kg) dessas substâncias sofreram degradação ou foram destruídas, o que deixa ∼450 milhões de libras (∼200 milhões de kg) de BPCs descartadas ainda presentes em alguma forma no ambiente. Por exemplo, desde 1966, a General Electric comprou aproximadamente 41.000 toneladas de BPCs da Monsanto Chemical Company, que descartou uma média de 30 libras ( ∼13,5 kg) de BPC/dia em um rio. Esses números representam apenas uma parte da quantidade total de BPCs presente no ambiente em todo o mundo, já que as BPCs também foram produzidas por indústrias de muitos outros países. A Tabela 8.2 mostra as fontes em todo o mundo e as quantidades estimadas de BPCs que entraram no ambiente até 1970. Foi só na década de 1960 que a contaminação ambiental pelas BPCs recebeu alguma atenção. Nessa época, a comunidade científica começou a se preocupar com os níveis de pesticidas com hidrocarbonetos clorados, como o DDT, nos alimentos. As BPCs, que são parentes químicos muito próximos do DDT, começaram a aparecer como contaminante não identificado em amostras analíticas. Em muitos casos, as BPCs estavam presentes em quantidades muito maiores que o DDT. Esforços concentrados subsequentes para determinar a quantidade de BPCs nos alimentos mostraram que os níveis eram altamente dependentes do tipo de alimento analisado.

Ocorrência Conforme mencionado anteriormente, a alta estabilidade e a solubilidade em lipídios das BPCs tornaram essas substâncias extremamente persistentes no ambiente. Como consequência, as BPCs entraram na cadeia alimentar em quantidades significativas. Análises realizadas em produtos alimentícios entre 1971 e 1972 mostraram que os níveis de BPCs nos alimentos de consumo geral estavam sempre abaixo de ∼15 ppb, com exceção de certos óleos de cozinha, nos quais os níveis chegavam a 150 ppb. Os níveis mais altos de contaminação pelas BPCs foram encontrados no pescado proveniente dos Grandes Lagos. O salmão-rei do Lago Michigan continha níveis de 10 a 24 ppm de BPCs. As trutas do Lago Michigan continham níveis de 8 a 21 ppm de BPCs. Como era de se esperar, os animais selvagens que se alimentavam desses peixes também continham níveis altos de BPCs. As análises do tecido adiposo de golfinhos de lugares próximos da costa da Califórnia mostraram níveis da ordem de 150 ppm. No tecido adiposo de toninhas

184


e baleias das costas leste e oeste dos Estados Unidos foram encontrados níveis de 74 e 46 ppm. O acúmulo de BPCs em aves foi evidente a partir das análises dos ovos. Os níveis de BPCs nos ovos de garças dos Países Baixos estavam no intervalo de 34 a 74 ppm. Pesquisas intensas sobre os níveis de BPCs no tecido adiposo humano nos Estados Unidos e pesquisas sobre as BPCs no leite humano revelaram níveis geralmente na faixa de 0,1 a 3,0 ppm. Esses níveis de BPCs nos tecidos humanos dependeram principalmente principalmente do consumo de pescado contaminado. Assim, foi constatado que o consumo de pescado proveniente de águas contaminadas como as dos Grandes Lagos estava fortemente correlacionado com o nível de BPCs no sangue humano. Os níveis permitidos revistos para as BPCs nos alimentos que foram estabelecidos pela FDA são de 2 ppm nos peixes e mariscos, 1,5 ppm na nata do leite e produtos lácteos, 3 ppm na gordura das aves e 0,3 ppm nos ovos. Embora a FDA tenha autoridade apenas sobre produtos comercializados no âmbito interestadual, aconselha-se cada um dos estados onde níveis altos de BPCs foram detectados a considerar o estabelecimento de tolerâncias semelhantes para os níveis de BPCs em seus produtos alimentícios, principalmente no pescado. Vários estados estabeleceram tolerâncias às BPCs e, em alguns casos, isso significou a proibição da pesca comercial em certas áreas.

Absorção e Metabolismo In Vivo Espera-se que a absorção e a excreção características das BPCs sejam iguais àquelas das substâncias solúveis em lipídios. Assim, as BPCs presentes na dieta são amplamente absorvidas no trato gastrointestinal, e a absorção da maioria dessas substâncias é superior a 90%. As BPCs absorvidas são armazenadas principalmente no tecido adiposo; concentrações intermediárias são encontradas na pele, nas glândulas suprarrenais e na aorta, e as concentrações mais baixas são vistas no sangue. As concentrações diminuem com o passar do tempo mais rapidamente no sangue e mais lentamente no tecido adiposo. Estima-se que a meia-vida biológica das BPCs seja de oito semanas nos ratos machos e de doze semanas nos ratos fêmeas. O metabolismo das BPCs também é fortemente influenciado pelo seu grau de cloração. Os derivados das bifenilas que contêm menos cloro são metabolizados e excretados mais rapidamente que os derivados das bifenilas com porcentagem maior de cloro. A rota do metabolismo das BPCs consiste principalmente na sua conversão aos fenóis correspondentes com perda de cloro. A principal via de excreção das BPCs é pelas fezes, e há uma porcentagem relativamente menor (menos de 10%) que aparece na urina. Essa eliminação substancial pelo trato gastrointestinal, apesar da absorção eficiente, indica que a excreção biliar das BPCs desempenha um papel importante. A excreção das BPCs pelo leite em humanos geralmente é menor quando comparada à excreção fecal e urinária. Contudo, o principal modo de excreção das BPCs no gado lactante é o leite. Assim, o gado alimentado com ração contaminada com BPCs produz leite contaminado.

Modo da Ação Tóxica e Toxicidades Os efeitos agudos e crônicos das BPCs têm sido bastante estudados em várias espécies de animais, entre elas os coelhos, os camundongos, os porcos, os carneiros e os macacos. Pintinhos alimentados com dieta contendo níveis de BPCs de 50 ppm exibiram


185

redução do ganho de peso, edema, dificuldade para respirar, acúmulo de líquido no saco pericárdico, hemorragia interna, redução das características sexuais secundárias e aumento do tamanho do fígado. Os porcos e os carneiros parecem ser menos sensíveis aos efeitos tóxicos das BPCs que os macacos. Nos porcos, níveis de BPCs de 20 ppm na dieta durante o período normal de crescimento antes do abate causaram apenas redução da eficiência alimentar e da velocidade de ganho de peso. Os porcos apresentaram lesões gástricas e aumento na frequência de pneumonia. Aparentemente, os carneiros não são afetados pelas BPCs da dieta. Os efeitos tóxicos agudos produzidos em macacos Rhesus adultos por níveis de BPCs de 250 a 400 mg/kg de peso corporal incluem o desenvolvimento de hipertrofia e hiperplasia da mucosa gástrica, perda generalizada de pelos, edema e acne. Em um estudo, a acne, o edema e a perda de pelos ainda estavam presentes oito meses após o término da administração das BPCs, o que indica recuperação lenta dos efeitos tóxicos. A Tabela 8.3 mostra as toxicidades agudas típicas das BPCs. Efeitos adversos das BPCs sobre o aparelho reprodutor foram observados em várias outras espécies de animais. Galinhas alimentadas com 50 ppm de BPCs produziram pintinhos com deformidades no bico, nos dedos e no pescoço. Além disso, houve aumento significativo na porcentagem de embriões inviáveis nos ovos que foram produzidos pelas galinhas expostas. Em coelhos, a adição de 25 mg/kg de BPCs na dieta durante 21 dias causou abortamento em um de cada quatro animais. Os camundongos desmamados com leite contaminado com BPCs tiveram ninhadas com menos filhotes. A ingestão prolongada de 150 ppm de BPCs na dieta reduziu a capacidade reprodutora de ratas, além de diminuir o nível plasmático de progesterona. Em um estudo com macacos Rhesus fêmeas, doses relativamente pequenas (2,5 a 5,0 ppm) de BPCs na dieta provocaram sintomas de cloracne (erupções cutâneas semelhantes à acne grave) e edema. Os ciclos menstruais foram alterados e houve dificuldade para manter as gestações. As gestações bem-sucedidas produziram bebês com peso corporal relativamente baixo. Os tecidos gordurosos desses bebês continham BPCs em níveis de aproximadamente 25 ppm. Os macacos Rhesus machos que receberam doses altas de BPCs (5 ppm) mostraram apenas sintomas menores de intoxicação, sem evidências de efeitos sobre o aparelho reprodutor. O fígado parece ser excepcionalmente sensível aos efeitos da BPCs. Aumento do peso e hipertrofia, proliferação do retículo endoplasmático agranular e aumento da atividade

Tabela 8.3 Toxicidades Agudas das BPCs: DL50 (mg/kg) Animal

Aroclor 1221

Aroclor 1254

Rato (oral) Ratos recém-desmamados (oral) Coelho (pele)

4.000

−

−

1.200

Aprox. 2.000 a 3.000

−

Aroclor 1260

10.000 1.300 Aprox. 1.300 a 2.000

186


das enzimas microssomais caracterizam os efeitos das BPCs nesse órgão. A atividade e o nível de certas enzimas do citocromo P450 aumentam consideravelmente após a administração de BPCs, enquanto a atividade da glicose-6-fosfatase e os níveis de vitamina A no fígado diminuem sensivelmente. As BPCs podem estar envolvidas na carcinogênese de pelo menos dois modos. Por um lado, já que muitos carcinógenos requerem ativação metabólica mediada pelo sistema de enzimas do citocromo P450, as BPCs poderão aumentar ou diminuir a potência carcinogênica carcinogêni ca desses compostos, dependendo do papel dos processos metabólicos específicos na conversão deles às suas formas ativa e inativa. Por outro lado, os resultados r esultados de experimentos com ratos mostram que as BPCs são elas mesmas carcinogênicas. Em um experimento, a administração de 100 ppm de BPCs (Aroclor 1260) por tempo prolongado a ratas resultou no aparecimento de tumores hepáticos em 26 dos 184 animais que receberam BPCs, enquanto no grupo controle apenas 1 dos 73 animais apresentou tumor hepático. Além disso, 146 dos 184 animais do ensaio desenvolveram lesões pré-neoplásicas no fígado. Embora muito trabalho ainda precise ser feito para definir os efeitos carcinogênicos das BPCs e avaliar a suscetibilidade humana, parece que as BPCs são carcinógenos relativamente fracos. Apesar de a contaminação ambiental pelas BPCs nos Estados Unidos ter sido generalizada e, em alguns casos, bastante significativa, o câncer de fígado é relativamente raro nos Estados Unidos. As BPCs parecem desempenhar um papel direto relativamente menor na carcinogênese humana. No entanto, os possíveis efeitos dessas substâncias sobre o metabolismo de outros carcinógenos ambientais mais potentes não devem ser ignorados.

Surto Como ocorreu com muitos outros poluentes ambientais, a documentação da toxicidade aguda das BPCs em pessoas resultou da ampla contaminação de alimentos humanos hu manos como consequência de acidentes industriais. Em 1978, no Japão, J apão, a doença conhecida como Yusho surgiu como resultado da contaminação do óleo de arroz com 2.000 a 3.000 ppm de BPCs. A contaminação foi provocada pela descarga de fluidos para transferência de calor contendo BPCs nas águas que foram subsequentemente utilizadas para irrigar campos de arroz. Mais de 1.000 pessoas exibiram sintomas de cloracne, pigmentação da pele e das unhas, secreção ocular, inchaço generalizado, fraqueza, vômitos, diarreia e perda de peso. Houve uma desaceleração na velocidade do crescimento das crianças pequenas e dos fetos de mães que foram expostas às BPCs. Novamente — como no caso dos macacos Rhesus —, esses efeitos desapareceram lentamente, durando em muitos casos vários meses a um ano após a exposição inicial. Os pacientes ingeriram cerca de 2 g de BPCs ao consumir o arroz contaminado durante dois a seis meses.

Dibenzo-p -dioxinas -dioxinas Policloradas (DDPCs) As dibenzo- p p-dioxinas policloradas (DDPCs) constituem uma grande classe de substâncias naturais e sintéticas que contêm átomos de oxigênio formando ligações éter entre dois átomos de carbono, geralmente dentro de um anel de seis átomos (Figura (Figura 8.2). 8.2). Um grupo comparativamente comparativamente pequeno dessas substâncias, as dibenzodiox dibenzodioxinas, inas, é que desperta


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FIGURA 8.2 Estrutura das dibenzo-p -dioxinas -dioxinas policloradas (DDPCs).

interesse toxicológico. A dioxina mais conhecida é a tetraclorodibenzo- p p-dioxina (TCDD). Embora a TCDD tenha 22 isômeros diferentes que geralmente estão presentes em misturas no ambiente, o 2,3,7,8-tetraclo 2,3,7,8-tetracloroisômero roisômero (2,3,7,8-TCDD) recebeu mais atenção por causa do seu grau incomum de toxicidade. O 2,3,7,8-TCDD é três vezes mais potente como carcinógeno que a aflatoxina B 1 em ratas. Em temperatura ambiente, a TCDD é um sólido cristalino incolor; funde-se a 30 °C, é quimicamente bastante estável e são necessárias temperaturas acima de 700 °C para que a decomposição química ocorra. A TCDD é lipofílica e liga-se fortemente aos sólidos e a outras matérias particuladas presentes no solo. O composto é pouco solúvel em água e na maioria dos líquidos orgânicos. O atual interesse nesses compostos e no potencial risco à saúde humana que eles representam resulta da conscientização crescente de sua extraordinária toxicidade e de sua dispersão inadvertida no ambiente na forma de traços de contaminantes presentes em produtos químicos comerciais importantes.

Ocorrência A dioxina é formada pela queima de hidrocarbonetos com compostos químicos que contêm cloro. A principal fonte de dioxina no ambiente são os incineradores de vários tipos que queimam lixo e também os tambores utilizados para a queima de lixo nos quintais das residências. A poluição causada pela dioxina também está ligada às fábricas de papel, as quais utilizam um processo de branqueamento que emprega cloro, e à produção de plásticos de cloreto de polivinila (PVC) e de certas substâncias químicas cloradas, como os pesticidas. A Tabela 8.4 mostra 8.4 mostra a formação das dioxinas por meio da incineração de vários plásticos.

Dioxinas na Dieta As principais fontes de dioxinas estão na nossa dieta. Como a dioxina é lipossolúvel, ela se acumula nos organismos vivos e sobe a cadeia alimentar. A Figura 8.3 mostra 8.3 mostra os níveis de dioxina nos alimentos dos Estados E stados Unidos registrados em 1995. O equivalente tóxico (EqT) da dioxina é calculado analisando-se todas as dioxinas tóxicas em relação à forma mais tóxica de dioxina, a 2,3,7,8-TCDD. O EqT, portanto,

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Tabela 8.4 8. 4 Quantidades de DDPCs Formadas a Partir da Combustão de Plásticos Concentração de DDPCs (ng/g da amostra) Plásticos

T4CDDs Totais (22 isômeros)

DDPCs Totais (77 isômeros)

Polietileno (PE) Poliestireno (PS) Tereftalato T ereftalato de polietileno (PET) Cloreto de polivinila (PVC) P E + PVC P S + PVC P ET + P VC

0,294 0,123 0,050 7,45 11,6 5,38 0,724

1,05 0,214 0,566 53,5 61,9 18,4 26,0

FIGURA 8.3 Níveis de dioxina encontrados em vários alimentos nos Estados Unidos, registrados em 1995.

leva em conta todas as potências relativas das dioxinas e possibilita a comparação com outras formas. Dessa maneira, algumas dioxinas poderão ter apenas metade do EqT se sua toxicidade for metade da toxicidade da 2,3,7,8-TCDD. Considerando um habitante dos Estados Unidos que ingere uma dieta ocidental típica, a exposição à dioxina provê 93% da carne e laticínios (23% provenientes do leite e laticínios; as outras fontes consideráveis de exposição são a carne bovina, o peixe, o porco, as aves e os ovos). No peixe, essas toxinas se bioacumularam na cadeia alimentar de modo que os níveis de dioxina no peixe correspondem a 100.000 vezes o nível do ambiente circundante. A Figura 8.4 mostra 8.4 mostra a ingestão diária de dioxinas de um indivíduo que consome dieta norte-americana típica. A ingestão diária estimada de dioxinas por um norte-americano é de 116 pg/dia.


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FIGURA 8.4 Ingestão diária média de dioxinas por um norte-americano típico.

Formação da TCDD a partir de um Herbicida A dibenzo- p p-dioxina clorada forma-se pela condensação de dois ortoclorofenolatos. Essa dibenzo- p p-dioxina específica formada depende dos clorofenóis presentes. A Figura 8.5 mostra 8.5 mostra o mecanismo de formação da 2,3,7,8-TCDD na síntese comercial do herbicida, o ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético (2,4,5-T). Nessa Ness a síntese, a primeira etapa é a conversão do 1,2,4,5-tetraclorobenzeno (TCB) a 2,4,5-triclorofenolato de sódio (TCP). Em altas temperaturas, um contaminante indesejável, a 2,3,7,8-tetraclorodibenzo- p-dioxina, é formado pela condensação de duas moléculas de TCP. A síntese do herbicida aparentemente não é a única causa de contaminação ambiental pelo TCDD. Níveis significativos de TCDD foram encontrados nas chaminés de incineradores

FIGURA 8.5 Vias da formação do 2,4,5-T e da TCDD.

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de companhias químicas, mesmo daquelas que não estavam envolvidas na produção de herbicidas. Muitas reações ocorrem quando compostos orgânicos e substâncias que contêm cloro são queimados juntos. Algumas dessas reações aparentemente produzem traços de TCDD e de várias outras dioxinas.

Modo da Ação Tóxica e Toxicidades A TCDD produz ampla variedade de efeitos fisiológicos em seres humanos e em animais de laboratório. O porquinho-da-índia é a espécie mais sensível, e sua DL 50 oral é inferior a 1 mg/kg. O hamster , a espécie menos sensível testada, tem DL50 ∼10.000 vezes maior que a DL 50 do porquinho-da-índia. A TCDD causa muitos efeitos nos animais tratados, e a gravidade desses efeitos varia de espécie para espécie. Por exemplo, os ratos morrem de lesão hepática, mas no porquinho-da-índia as lesões hepáticas parecem menos graves, e esses animais parecem sucumbir a um estado consumptivo que afeta as glândulas suprarrenais e se assemelha à inanição. A manifestação mais comum do envenenamento pela TCDD é a cloracne, que foi observada em coelhos, camundongos, macacos, cavalos e seres humanos. A cloracne geralmente se desenvolve dentro de duas a três semanas após a exposição e, dependendo da sua gravidade, pode levar vários meses a muitos anos para desaparecer. Alterações renais surgem em muitas espécies, e a extensão dessas lesões tem levado alguns pesquisadores a concluir que o rim é um órgão-alvo específico da intoxicação pela TCDD. Outras alterações fisiológicas que foram observadas em ensaios com animais incluem atrofia hipotalâmica, perda das unhas e dos cílios, edema, infecção da medula óssea, polineuropatia e pele seca e escamosa. Os efeitos carcinogênicos da TCDD foram estudados com detalhes. Quando administrada, a TCDD intensifica a potência de vários carcinógenos e é, portanto, um agente promotor de carcinogênese. A TCDD sozinha também é um carcinógeno extremamente potente. Os resultados de um experimento com ratos tratados com 10 ou 100 ng de TCDD/ kg de peso corporal mostraram aumento considerável no número de tumores hepáticos. Em dose mais alta, tanto os ratos machos quanto as fêmeas apresentaram aumento no número de tumores na boca, nariz, pulmões e fígado. Nas ratas, a TCDD é três vezes mais carcinogênica que a aflatoxina B 1, a qual é considerada um dos hepatocarcinógenos mais potentes conhecidos. O nível mais alto no qual não se observa nenhum efeito provocado pela TCDD (NOEL) nos ratos parece ser de 10 ng/kg. A Tabela 8.5 mostra a relação estrutura-atividade das dibenzo- p-dioxinas quanto à carcinogenicidade. Tabela 8.5 Fator de Equivalência de Toxicidade das Dioxinas DDPCs

Fator de Equivalência de Toxicidade

2,3,7,7-T4CDD 1,2,3,7,8-P5CDD 1,2,3,4,7,8-H6CDD 1,2,3,6,7,8-H6CDD 1,2,3,7,8,9-H6CDD 1,2,3,4,6,7,8-H7CDD 1,2,3,4,6,7,8,9-O8CDD

1 1 0,1 0,1 0,1 0,01 0,0001


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A TCDD é um teratógeno altamente potente em camundongos e coelhos. As coelhas que receberam doses abaixo de 1 mg/kg do sexto ao décimo quinto dia da gestação mostraram aumento de reabsorção e taxas mais altas de perda pós-implantação. Esses efeitos eram dependentes da dose. Também foram observados efeitos graves nos ossos e nos órgãos internos da prole sobrevivente. Os resultados de estudos em menor escala que envolveram macacos Rhesus mostram que a TCDD é fetotóxica para essa espécie também. Macacos reprodutores alimentados com 1,7 ng/kg de peso corporal de TCDD por dia durante dois anos abortaram quatro de sete gestações. Doses mais altas de TCDD produziram número maior de abortamentos e mortes entre as fêmeas grávidas. Embora os resultados dos experimentos com animais de laboratório indiquem claramente a alta toxicidade, a teratogenicidade e a provável genotoxicidade da TCDD, os desfechos das exposições acidentais de seres humanos sugerem que as pessoas talvez sejam menos sensíveis aos efeitos tóxicos da TCDD que os animais. Há registros de centenas de casos de acidentes industriais nos quais trabalhadores foram expostos a doses únicas relativamente altas de TCDD. Em Seveso, na Itália, aproximadamente 37.000 habitantes podem ter sido expostos à TCDD como resultado de um acidente que ocorreu em 1976 em uma fábrica de triclorofenol. A descoberta mais significativa do acidente de Seveso e de outros casos de exposição industrial é que os seres humanos são muito menos sensíveis aos efeitos tóxicos imediatos da TCDD que os porquinhos-da-índia. Até esta data, não houve nenhum caso de fatalidade humana causada de modo inequívoco pela exposição à TCDD. Há, contudo, muitos efeitos tóxicos bem documentados em seres humanos. Novamente, a cloracne é o efeito inicial mais evidente nos seres humanos. Outros sintomas que surgem com exposição maior à TCDD incluem a sensação geral de fadiga, distúrbios nas respostas do sistema nervoso periférico (como a redução da velocidade na qual os impulsos nervosos viajam pelos membros) e toxicidade hepática (que inclui aumento no tamanho do órgão e alterações nos níveis de muitas enzimas). Os dados relativos às exposições industriais indicam que essas condições geralmente desaparecem após alguns anos, e a experiência de Seveso parece confirmar em grande parte esses achados na população geral. Outra evidência que sugere que os seres humanos são muito menos sensíveis aos efeitos tóxicos da TCDD que os animais surgiu de um acidente ocorrido no Missouri, em 1982, no qual substâncias químicas que continham altos níveis de TCDD foram combinadas com óleos e utilizadas para diminuir a poeira dos locais onde se recolhem os cavalos para dormir. Embora muitos animais tenham morrido, inclusive roedores (ratos e camundongos) e animais maiores como gatos, cães e cavalos, aparentemente não ocorreram mortes de pessoas como resultado dessa exposição à TCDD. Uma criança que usou o solo dos currais para brincar ficou doente, mas os sintomas da doença diminuíram e não restou nenhum efeito evidente. A dúvida mais importante com respeito à toxicidade da TCDD talvez esteja relacionada aos efeitos a longo prazo da exposição de seres humanos à TCDD e seus possíveis efeitos teratogênicos. Infelizmente, os efeitos teratogênicos da TCDD nas pessoas não foram estabelecidos, embora numerosas alegações tenham sido feitas sobre os efeitos

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teratogênicos pelos veteranos do Vietnã que foram expostos à TCDD e por um grupo de pessoas que vivia em uma área do Oregon onde 2,4,5-T era utilizado rotineiramente para controlar a vegetação rasteira durante operações em florestas. Os resultados de alguns estudos bem controlados indicam que a exposição à TCDD pode ter alguma participação na formação de cânceres de tecidos moles em seres humanos. O trabalho de um grupo sueco vinculou o uso de herbicidas do tipo fenoxi contaminados com TCDD a aumento no número de sarcomas de músculos, nervos e tecido adiposo em seres humanos. Em dois estudos, a incidência desse tipo de tumor entre as pessoas expostas a herbicidas do tipo fenoxi foi cinco a seis vezes maior quando comparada à incidência em um grupo controle não exposto. Embora a validade desses estudos tenha sido criticada por vários motivos, outros estudos sobre taxas de mortalidade entre trabalhadores expostos à TCDD como resultado de acidentes industriais também mostram um nível maior de sarcoma de tecidos moles. Em resumo, foi demonstrado que a TCDD é uma das substâncias mais tóxicas e carcinogênicas para diversas espécies de animais e está presente em níveis baixos em aparentemente vastas áreas do ambiente. Os seres humanos parecem ser bastante resistentes aos efeitos agudos da TCDD. Muito dessa aparente resistência talvez seja porque as pessoas ingerem níveis muito pequenos de TCDD quando comparados aos níveis administrados aos animais de laboratório. Várias análises do pescado, do leite, da água e da gordura bovina para consumo humano foram incapazes de detectar TCDD no limite de detecção de 1 ppt. As exposições humanas se deram, principalmente, através da pele. As evidências que implicam a exposição à TCDD na ocorrência de sarcomas de tecidos moles em pessoas são motivo de preocupação e justificam os esforços realizados para minimizar a exposição humana a essa substância.

METAIS PESADOS Os metais pesados são elementos que têm peso atômico entre 63,546 e 200,590, e densidade superior a 4,0. Os organismos vivos necessitam de quantidades muito pequenas de alguns metais pesados, entre eles cobalto (Co), ferro (Fe), cobre (Cu), manganês (Mn), molibdênio (Mo), vanádio (V), estrôncio (Sr) e zinco (Zn). Eles são essenciais para manter o metabolismo do corpo humano. Os metais não essenciais de especial interesse para os sistemas de águas superficiais são cádmio (Cd), cromo (Cr), mercúrio (Hg), chumbo (Pb), arsênio (As) e antimônio (Sb). A Tabela 8.6 mostra o equilíbrio in vivo dos metais comuns em seres humanos. Níveis excessivos de metais pesados, inclusive de metais essenciais, podem ser pre judiciais para os organismos. O envenenamento por metais pesados poderia resultar, por exemplo, da contaminação da água potável (p. ex., canos de chumbo), de concentrações altas no ar perto das fontes emissoras ou da ingestão por intermédio da cadeia alimentar. Os metais pesados podem entrar no sistema de abastecimento de água com os resíduos industriais ou domésticos, ou mesmo com a chuva ácida que decompõe o solo e libera metais pesados que seguem para córregos, lagos, rios e águas subterrâneas. Assim que os metais pesados são depositados no ecossistema, eles contaminam rapidamente vários alimentos que subsequentemente são ingeridos por seres humanos e animais.

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Metais pesados

Tabela 8.6 Equilíbrio In Vivo dos Metais Comuns em um Cidadão Norte-Americano

Essencial para o homem Quantidade no corpo humano (mg) Entrada diária (�g) Saída diária (�g)

Retido em (�g)

Fonte alimentos água ar fezes urina outros

As

Cd

Cr

Hg

Pb

Não

Não

Talvez

Não

Não

17

330

6

?

80

810 10 NE 675 225 NE Fígado 0

200 15 1 163 50 0 Rins 2

50 10 0,3 59,4 0,6 0 Pulmões 0,3

7,5 NE NE 7,0 0,6 NE Nervos ?

310 20 20 314 30 NE Ossos 6

NE: Não encontrado.

Arsênio Ocorrência Albertus Magnus (Alemanha) foi o primeiro a escrever sobre o arsênio, em 1250. Na era vitoriana, algumas mulheres ingeriam uma mistura de arsênio, vinagre e giz para tornar a pele do rosto mais pálida, o que indicava que elas não trabalhavam nos campos. Em 2005, a China foi o maior produtor de arsênio branco, com quase 50% da participação mundial, seguida pelo Chile e Peru. Os compostos de arsênio mais importantes são o trióxido de arsênio (As2O3), sulfeto amarelo ou auripigmento (As2S3), realgar (As4S4), verde de Paris ou acetoarsenito de cobre (II) [Cu(C2H3O2)2•3Cu(AsO2)2], arsenato de cálcio [Ca3(AsO4)2] e arsenato de chumbo (PbHAsO4). Os três últimos têm sido usados como inseticidas na agricultura e também como venenos. No passado, o auripigmento e o realgar foram utilizados como pigmentos em quadros, porém caíram em desuso por causa de sua toxicidade e reatividade. Além das formas inorgânicas, o arsênio também é encontrado em várias formas orgânicas no ambiente. Ao entrar na cadeia alimentar, o arsênio inorgânico e seus compostos são progressivamente metabolizados a uma forma menos tóxica de arsênio por meio de um processo de metilação. Por exemplo, certos bolores produzem quantidades significativas de trimetilarsênio na presença de arsênio inorgânico. Além disso, os pesticidas que contêm arsênio, como o acetoarsenito de cobre, foram amplamente utilizados e encontrados em animais marinhos como ostras, mexilhões e camarões.

Contaminação da Água Potável com Arsênio A maior preocupação com relação à contaminação pelo arsênio é sua presença na água potável. Por exemplo, a contaminação da água subterrânea pelo arsênio causou uma epidemia maciça de envenenamento por arsênio em Bangladesh e nos países vizinhos.

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Estima-se que aproximadamente 57 milhões de pessoas consomem água subterrânea com concentrações de arsênio acima do padrão de 10 ppb estabelecido pela Organização Mundial da Saúde. O arsênio da água subterrânea é de origem natural e liberado do sedimento para essa fonte por causa das condições anóxicas do subsolo. O norte dos Estados Unidos, que inclui parte do Michigan, Wisconsin, Minnesota e Dakota, é uma região conhecida por ter concentrações significativas de arsênio na água subterrânea. Em Wisconsin, o aumento dos casos de câncer de pele tem sido associado à exposição ao arsênio, mesmo em níveis abaixo de 10 ppb.

Contaminação dos Alimentos com Arsênio A maioria dos alimentos (com exceção dos peixes) contém menos de 0,25 �g de arsênio/g. Muitas espécies de peixe contêm entre 1 e 10 �g/g. Contudo, níveis de arsênio acima de 100 �g/g foram encontrados em peixes que alimentam-se de sedimentos e em mariscos. Compostos orgânicos de arsênio, tanto solúveis em lipídios quanto solúveis em água, têm sido encontrados, mas as formas solúveis em água constituem a maior parcela do conteúdo total de arsênio. Por fim, há arsênio acumulado em animais marinhos: 3 a 10 ppm em ostras, 42 a 174 ppm em mexilhões e 42 a 174 ppm em camarões. Portanto, a quantidade de arsênio ingerida nas dietas humanas é fortemente influenciada pela quantidade de peixes e mariscos consumida. Estima-se que a ingestão de 200 g de peixes e mariscos que contêm 1 mg de arsênio total/100 g por um indivíduo poderá resultar na absorção de 2 mg de arsênio. Supondo que até 10% do arsênio seja ingerido na forma de arsênio orgânico, o consumo de 200 g de peixes e mariscos poderá por fim levar à absorção de 200 �g de arsênio inorgânico. A Tabela 8.7 mostra o conteúdo de arsênio em peixes e mariscos na Bélgica. As estimativas de vários países com relação à ingestão de arsênio pela dieta variam de menos de 10 �g/dia a 200 �g/dia. Embora haja outras rotas de ingestão de arsênio, que incluem o ar e a água potável, o arsênio da dieta representa a principal fonte de exposição ao arsênio para a maioria da população. As pessoas que consomem muito pescado poderão ingerir quantidade significativa de arsênio presente em peixes e mariscos.

Modo de Ação e Toxicidade A absorção do arsênio ocorre principalmente pela ingestão, mais especificamente no intestino delgado, embora ocorra absorção mínima no contato com a pele e por inalação. O arsênio exerce sua toxicidade ao inativar até 200 enzimas, sobretudo aquelas envolvidas nas vias da energia celular e na síntese e no reparo do DNA. O arsênio interrompe a Tabela 8.7 Quantidade Total de Arsênio em Peixes e Mariscos na Bélgica Peixes e Mariscos

Quantidade (� g/100 g)

Atum Salmão Caranguejo Anchova Cavala

46,6 40,3 56,6 86,2 172,0

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produção de ATP por meio de vários mecanismos. No ciclo do ácido cítrico, o arsênio inibe a piruvato desidrogenase e, ao competir com o fosfato, desacopla a fosforilação oxidativa, inibindo assim a redução do NAD+ (vinculado à produção de energia), a respiração mitocondrial e a síntese de ATP. A produção de peróxido de hidrogênio também aumenta, o que pode formar espécies reativas do oxigênio e levar ao estresse oxidativo. Essas interferências metabólicas levam à morte por falência de vários sistemas de órgãos, provavelmente pela morte das células por necrose, e não por apoptose. O exame pós-morte revela mucosas de cor vermelho-tijolo como resultado de hemorragia intensa. Foi constatado que os grupos sulfidrila de várias enzimas, como a piruvato desidrogenase e a �-cetoglutarato desidrogenase, são os alvos do envenenamento pelo arsênio. Enquanto isso, foi desenvolvido um antídoto, o chamado Britis British h anti-le anti-lewisite wisite (BAL), para o envenenamento pelo arsênio. A Figura 8.6 mostra 8.6 mostra o mecanismo da atividade antiarsênica do BAL. Contudo, o uso do BAL é limitado, porque ele causa alguns efeitos adversos como febre, conjuntivite, lacrimejamento, dor de cabeça, náuseas e dor no local da injeção. O envenenamento agudo pelo arsênio está associado inicialmente a náuseas, fraqueza muscular, vômitos, pigmentação castanha, edema localizado e diarreia grave. A DL50 (oral) do As5+ e do As3+ em animais de laboratório é de 1.000 mg/kg e de 5 mg/ kg, respectivamente. A ordem decrescente de toxicidade dos compostos do arsênio é AsH3 > As3+ > As5+ > R – As – X. A intoxicação crônica pelo arsênio causa doença multissistêmica. Os sintomas crônicos do envenenamento pelo arsênio são aumento de tamanho do fígado, anemia e diminuição do número de leucócitos do sangue. Além disso, o arsênio é um carcinógeno humano bem documentado que afeta numerosos órgãos. Estudos epidemiológicos sobre a exposição ao arsênio inorgânico indicam que ocorre aumento pequeno, porém mensurável, no risco de câncer de bexiga quando 10 ppb de arsênio são consumidas durante um período longo de tempo.

Surto No começo do verão de 1955, os médicos da parte oeste do Japão estavam preocupados com um surto caracterizad caracterizadoo por anorexia, pigmentação da pele, diarreia, vômitos, febre e distensão abdominal que afetou os bebês, principalmente aqueles com menos de 12 meses. meses . Foi relatado que 130 bebês morreram após exibirem esses sintomas. Uma ligação evidente entre os casos era o fato de que a maioria dos pacientes estava sendo alimentada com mamadeiras que, com frequência, eram preparadas com leite em pó da marca Morinaga. Constatou-se, então, que os sintomas apresentados por esses ess es pacientes, que incluíam febre,

FIGURA 8.6 Mecanismos da reação do BAL com os arsenatos. ar senatos.

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pigmentação da pele, hepatomegalia e anemia, eram compatíveis com os sintomas clínicos do envenenamento pelo arsênio. Subsequentemente, encontraram arsênio no leite em pó Morinaga que os pacientes tinham ingerido. Mais tarde, encontraram arsênio no fosfato dissódico adicionado ao leite de vaca como estabilizante para manter a acidez constante. Esse fosfato de sódio s ódio consistia em aproximadamente 45% de água de hidratação, 14% de P2O3, 28% de Na2O, 2% de V2O5 e 6% de As2O5. O produto final do leite em pó Morinaga continha aproximadamente 21 a 34 �g de arsênio por grama. Foi estimado que os bebês de um mês de vida ingeriram 2,5 mg de arsênio, os bebês de dois meses ingeriram 3,2 mg e, os bebês de seis meses, 4,6 mg. Os bebês envenenados foram tratados com BAL e também receberam outro tratamento. Aparentemente, os sintomas desapareceram nos bebês que sobreviveram. No entanto, em 2006, foi relatado que mais de 600 vítimas sobreviventes, agora com cerca de 50 anos, apresentavam sequelas graves, como retardo mental, doenças neurológicas e outras deficiências.

Chumbo Ocorrência O chumbo está presente por todo o ambiente e foi encontrado em todos os corpos de água e solos testados. O chumbo, encontrado principalmente na forma de sulfeto de chumbo ou galena, é o metal pesado mais abundante na crosta terrestre. O processo de aquecimento necessário para converter o minério em metal foi utilizado pelos povos antigos da Fenícia, do Egito, da Grécia, da China e da Índia Oriental na elaboração de utensílios de cozinha, ductos para a água, recipientes para vários líquidos, ornamentos e pesos. Os romanos antigos utilizaram o chumbo na construção do seu extenso sistema de aquedutos e na produção de recipientes de armazenamento para vinho e alimentos. Alguns historiadores levantaram a hipótese de que o uso extensivo de recipientes de chumbo pelos romanos pode ter contribuído para a instabilidade mental e emocional dos líderes romanos e, consequentemente, para par a a derrocada do Império Romano. Relatos de médicos romanos antigos revelam que aproximadamente dois terços dos imperadores que governaram entre 30 a.C. e 220 d.C. bebiam grande quantidade de vinho contaminado com chumbo. Além disso, a maioria dos imperadores romanos também tinha gota, uma condição às vezes relatada no envenenamento pelo chumbo resultante do consumo de uísque clandestino e indicativa de deterioração renal induzida pelo chumbo. A fonte mais provável do chumbo eram os recipientes revestidos de chumbo utilizados para ferver o sumo de uvas (mosto) no preparo dos vinhos romanos. As tentativas modernas de preparar o mosto de acordo com as receitas antigas produziram uma mistura com 240 mg a 1.000 mg de chumbo/litro. Assim, níveis muito altos de chumbo poderiam estar presentes no vinho como resultado do uso de recipientes revestidos de chumbo para o armazenamento e o consumo do vinho, e do uso de mosto contaminado com chumbo na preparação do vinho.

Contaminaçãoo Ambiental Contaminaçã As principais causas de contaminação ambiental pelo chumbo nos últimos tempos resultam de seu uso em acumuladores de chumbo e em aditivos antidetonantes para a gasolina (chumbo tetraetila). Pesticidas que contêm chumbo também têm sido utilizados, mas esse uso tem diminuído nos últimos anos.

Metais pesados

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No início da década de 1970, a gasolina premium típica continha entre 2 g e 4 g de chumbo por ∼3,8 litros, com média de ∼2,8 g. A gasolina comum tinha média de ∼2,3 g de chumbo por ∼3,8 litros. Assim, na Califórnia, onde mais de 13 milhões de automóveis estavam em uso, o chumbo total utilizado na gasolina era de aproximadamente 26.000 toneladas por ano. Em média, 79% a 80% do chumbo da gasolina é expelido pelo tubo de escape como material particulado. A condução de veículos em baixa velocidade elimina menos chumbo pelo escapamento, enquanto os veículos em rodovias expelem mais chumbo. A Figura 8.7 mostra 8.7 mostra o nível cronológico de chumbo presente no gelo da Groenlândia. Conforme mostrado, o aumento súbito dos níveis de chumbo no gelo da Groenlândia indica que o uso de agentes antidetonantes com chumbo na gasolina contribuiu para o elevado nível de contaminação do ambiente por esse metal. Durante o início da década de 1970, houve intenso debate público no qual se discutia se o chumbo deveria ou não ser proibido na gasolina. A questão foi resolvida quando a indústria automobilística atendeu aos padrões para emissões automobilísticas mais baixas, o que provocou diminuição do chumbo transportado pelo ar em cidades com tráfego intenso como Nova York.

Contaminação dos Alimentos As principais fontes não industriais de contaminação das pessoas pelo chumbo são os alimentos e a água. Os sistemas de abastecimento que fornecem água potável para as principais cidades dos Estados Unidos contêm níveis de chumbo abaixo de 50 mg/litro, o máximo permitido pela US Environmental Protection Agency. No entanto, a água que permanece em repouso no interior de canos de chumbo ou de recipientes de chumbo por um período de apenas alguns dias pode conter concentrações de chumbo de 1 mg/litro.

FIGURA 8.7 Nível cronológico do chumbo encontrado na Groenlândia.

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O chumbo foi detectado em todos os alimentos examinados, mesmo naqueles cultivados longe das áreas industrializadas. Análises recentes indicam que o nível natural de chumbo em peixes marinhos variados é da ordem de 0,3 ppb. Em termos comparativos, esses peixes estão livres da contaminação geograficamente localizada e, por isso, são considerados bons indicadores da contaminação ambiental geral. Contudo, níveis consideravelmente superiores a esse foram detectados em alimentos consumidos habitualmente. Em geral, os alimentos de origem vegetal cultivados em áreas industrializadas exibem níveis mais altos de chumbo que os alimentos cultivados em áreas distantes. Por exemplo, embora as vagens de feijões e a palha de milhos obtidos de jardins urbanos exibam níveis relativamente baixos de chumbo, esses mesmos componentes vegetais obtidos perto de rodovias têm níveis de chumbo pelo menos 10 vezes mais altos. Quanto aos produtos de origem animal, os níveis mais altos de chumbo foram encontrados nos ossos. No entanto, como um grupo de alimentos, os peixes e mariscos tendem a apresentar os níveis mais altos de chumbo, os quais variam de 0,2 a 2,5 ppm. Em média, estima-se que a ingestão total de chumbo proveniente dos alimentos seja de aproximadamente 0,01 mg/dia. No passado, as latas soldadas com chumbo eram uma fonte bem conhecida desse metal e contaminaram produtos alimentares, como fórmulas para bebês, leite evaporado, sucos para bebês e outros alimentos destinados a bebês. O encontro de níveis de chumbo de 0,5 ppm nesses produtos não era incomum. Análises realizadas em peixes albacoras indicam que o processamento convencional desse alimento aumenta consideravelmente os níveis de chumbo no produto enlatado. O acondicionamento da albacora em latas não soldadas provoca aumento de 20 vezes nos níveis de chumbo, e o abate, a moagem, a secagem ao ar e o acondicionamento provocam aumento de 400 vezes. O abate e o acondicionamento da albacora em latas soldadas com chumbo provoca aumento nos níveis de chumbo de 4.000 vezes. Nos Estados Unidos, a FDA e a indústria de conservas juntaram esforços para para iniciar iniciar o uso de latas não não soldadas. soldadas. O resultado foi uma queda dos dos níveis de chumbo nos produtos utilizados principalmente pelos bebês para um quinto a um décimo dos níveis observados quando eram utilizadas latas soldadas. s oldadas.

Modo da Ação Tóxica O grau de absorção do chumbo no trato gastrointestinal depende de vários fatores. Um dos fatores é a forma química do chumbo. Os compostos orgânicos com chumbo, como o chumbo tetraetila, são rapidamente absorvidos no trato tr ato gastrointestinal (>90%), concentram-se principalmente nos ossos e, em menor proporção, no fígado, nos rins, nos músculos e no sistema nervoso central. Sob circunstâncias normais, os compostos inorgânicos com chumbo são muito pouco absorvidos no trato alimentar (5% a 10%) de um adulto. Contudo, nos bebês e nas crianças, a absorção do chumbo inorgânico é consideravelmente maior, com estimativas na faixa de 40% a 50%. O chumbo absorvido é excretado principalmente na urina (16%). Vários fatores da dieta afetam o nível de absorção do chumbo nas pessoas e nos animais de laboratório. Por exemplo, a absorção do chumbo é aproximadamente três vezes maior quando ele é administrado após jejum de 16 horas do que após períodos normais de alimentação. Em estudos com animais, o aumento da quantidade de óleo de milho na dieta de 5% para 40% resultou em aumento de sete a 14 vezes no teor de chumbo de muitos tecidos.

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Também foi constatado que um nível baixo de cálcio na dieta aumenta a absorção de chumbo e a resultante intoxicação pelo chumbo. A exposição ao chumbo de ratos que consumiam dieta com níveis baixos, mas não deficientes, de cálcio produziu níveis sanguíneos de chumbo quatro vezes maiores que a exposição ao chumbo de ratos que consumiam dieta com níveis adequados de cálcio. Isso ocorre porque, ao que tudo indica, o cálcio compete com o chumbo por um sítio comum de absorção no trato gastrointestinal. A deficiência de ferro também afeta a absorção do chumbo no trato gastrointestinal. Registraram-se níveis até seis vezes maiores de chumbo nos tecidos de ratos cujos depósitos de ferro tinham sido reduzidos. O consumo menor de zinco também resulta no aumento da absorção gastrointestinal de chumbo e da toxicidade. Também há relatos de que o zinco influencia os níveis de chumbo nos fetos de animais que foram tratados com chumbo. Fatores da dieta e o envelhecimento também podem afetar a distribuição do chumbo no corpo. Uma dieta com níveis muito baixos de cálcio limita a quantidade de chumbo que pode ser armazenada nos ossos, porque a formação dos ossos fica mais lenta. Sob circunstâncias normais, o chumbo tem meia-vida biológica de cerca de 10.000 dias no osso. Contudo, nos períodos em que a ingestão de cálcio é baixa, quantidade significativa de chumbo pode ser liberada para a corrente sanguínea por causa da reabsorção óssea. Nessas condições, observou-se quantidade maior de chumbo nos rins e no sangue nos experimentoss com animais. Esse fato pode ser particularmente importante para os idosos. experimento O envelhecimento frequentemente é acompanhado da desmineralização dos ossos, e o chumbo previamente imobilizado poderá ser liberado. A incidência i ncidência maior de doença renal e de problemas urinários nos idosos aumenta ainda mais a suscetibilidade sus cetibilidade ao envenenamento pelo chumbo, uma vez que a excreção urinária do chumbo é inibida. No envenenamento pelo chumbo, foram identificados três estágios. O primeiro estágio, denominado estágio assintomático, geralmente não está associado a distúrbios comportamentais ou orgânicos, mas é caracterizado por alterações no sangue. A anemia é um sintoma inicial bem conhecido do envenenamento relativamente leve pelo chumbo. O chumbo diminui o tempo de vida dos eritrócitos e a síntese do heme. Embora a interação do chumbo com o sistema hematopoético seja bastante complexa (Figura (Figura 8.8), 8.8), a maioria dos efeitos do chumbo observados no sangue pode ser explicada pela influência inibidora do chumbo sobre a ácido �-aminolevulínico sintetase ou ALA sintetase, a ferroquelatase e a ALA desidrase. O estágio 1 do envenenamento pelo chumbo é caracterizado por aumento do nível sanguíneo de uroporfirinogênio III que resulta da inserção diminuída de ferro no uroporfirinogênio III que é mediada pela ferroquelatase. Também nesse estágio, a ALA urinária está aumentada, visto que a conversão da ALA (mediada pela ALA desidrase) em porfobilinogênio (PBG) está diminuída. Nas fases finais desse período assintomático, a ALA urinária aumenta ainda mais, e os valores do hematócrito e da hemoglobina diminuem. No estágio II do envenenamento pelo chumbo, estágio sintomático ou período sintomático, a anemia pode ser bastante evidente e surgem distúrbios do sistema nervoso central, que incluem hiperatividade, comportamento impulsivo, distúrbios da percepção e capacidade de aprendizado lentificada. Nos casos mais graves, os sintomas incluem inquietação, irritabilidade, dores de cabeça, tremores musculares, ataxia e perda de memória. Com a exposição continuada ao chumbo, advém o estágio III, cujos sintomas

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FIGURA 8.8 Mecanismos de interação do chumbo com o sistema hematopoético.

poderão culminar em falência renal, convulsão, coma e morte. Esses sintomas têm sido relatados em acidentes industriais ou após o consumo de substâncias substânci as utilizadas em pintura para casas ou de uísque clandestino. Os efeitos neurológicos produzidos em crianças pela exposição continuada a níveis relativamente baixos de chumbo despertam muita preocupação. Em um estudo concebido para avaliar a magnitude desse problema, crianças em idade escolar foram distribuídas entre grupos com exposição baixa e alta ao chumbo de acordo com o nível de chumbo encontrado nos dentes decíduos. Embora nenhuma das crianças exibisse os sintomas do envenenamento clínico pelo chumbo, aquelas do grupo com exposição alta ao chumbo apresentaram maior distração, incapacidade para seguir instruções e aumento da impulsividade quando comparadas às crianças do grupo com exposição baixa ao chumbo. As crianças do grupo com exposição alta ao chumbo também obtiveram as menores pontuações nos testes-padrão de QI e em testes verbais. A Tabela 8.8 traz 8.8 traz os sintomas associados a diferentes níveis de chumbo no sangue. Para um adulto, geralmente é necessária uma dose de 0,2 a 2,0 mg de chumbo/dia para

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Tabela 8.8 Sintomas do Chumbo no Sangue Nível de Pb no Sangue ( �g/100 mL)

Sintomas

25-30

Aumento de uroporfirinogênio no sangue, aumento do ALA na urina Diminuição do hematócrito e da hemoglobina, aumento do ALA Anemia Hipercinesia, déficit de atenção, conduta agressiva (disfunção encefálica mínima) Retardo mental, cegueira, morte

40-50 50-60 >60 120

>

produzir efeitos mensuráveis no sangue e níveis de chumbo no sangue de 20 a 30 �g/dL. No entanto, em uma criança de um a três anos, o consumo de aproximadamente 135 �g/dia com absorção de 50% no trato gastrointestinal resulta em cerca de 20 �g/dL no sangue. Acredita-se que os níveis reais de chumbo ingeridos na dieta, que se estima serem de 15 a 20 �g/dia para os adultos e de 5 �g/dia para bebês, estejam abaixo do intervalo de doses que produz efeitos mensuráveis no sangue e talvez estejam acima das doses necessárias para afetar negativamente as funções neurológicas. Muitos cientistas chamaram a atenção para esses níveis perigosamente altos de ingestão de chumbo, particularmente para as crianças, e o problema foi descrito claramente por uma comissão da National Academy of Sciences. A opinião científica geral é de que a exposição humana ao chumbo precisa ser reduzida sempre que possível.

Mercúrio Ocorrência O mercúrio é encontrado principalmente em cinturões geográficos da crosta terrestre na forma de sulfeto de mercúrio II ou cinábrio. O processo de aquecimento necessário para preparar mercúrio metálico livre a partir de seu sulfeto foi descoberto em tempos muito antigos. Por causa de sua aparência líquida e brilhante, e de sua grande densidade, poderes mágicos foram atribuídos ao mercúrio metálico. Em consequência, o mercúrio teve muitos usos questionáveis na alquimia e na medicina. Embora o mercúrio metálico tenha sido utilizado até pouco tempo atrás para tratar obstruções intestinais, ele não é mais utilizado como remédio na medicina moderna. Por motivos econômicos, e sobretudo por causa da toxicidade bem conhecida do mercúrio e de muitos de seus derivados, os usos do mercúrio atualmente são bastante limitados. Também há um esforço crescente para reprocessar e recuperar o mercúrio utilizado em muitos produtos. O mercúrio metálico e os sais de mercúrio são usados principalmente pelas indústrias elétrica e química em interruptores, em revestimentos e como catalisador. Os compostos organomercuriais são usados em certa medida como diuréticos, mas estão sendo progressivamente substituídos por compostos não mercuriais. Além disso, organomercuriais de várias formas são antissépticos muito populares e são usados, em alguns casos, em soluções esterilizantes para instrumentos médicos. O mercúrio continua

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FIGURA 8.9 Vias de conversão do mercúrio no ambiente.

a ser utilizado em obturações dentárias. As previsões para o uso mundial de mercúrio até o ano 2000 estão na faixa de 105 /ano. Até pouco tempo atrás, acreditava-se que o mercúrio permanecia estável no ambiente, e por essa razão o mercúrio metálico descartado era simplesmente enterrado no solo ou depositado em cursos de água. Além disso, acreditava-se que os sais de mercúrio formavam rapidamente complexos com vários componentes da água e também precipitados inertes. No entanto, conforme indicado na Figura 8.9, o mercúrio pode ser convertido de uma forma em outra no ambiente. O mercúrio metálico despejado em um lago deposita-se no sedimento onde bactérias podem realizar oxidações e alquilações produzindo tanto substâncias solúveis em água (sais) quanto substâncias solúveis em lipídios (compostos alquílicos). Os compostos dialquílicos de mercúrio são relativamente voláteis e podem ser transportados pelo ar. Como consequência, essas conversões metabólicas propiciam um modo por meio do qual o mercúrio depositado no ambiente em uma forma com o tempo seja convertido em outra forma e possa ser encontrado em locais distantes do local de origem ou de descarte. Por exemplo, um composto organomercurial altamente tóxico utilizado principalmente como algicida com o tempo será convertido, pelo menos em parte, em formas inorgânicas menos tóxicas e em mercúrio metálico. Além disso, esses compostos organomercuriais são, no final, convertidos em metilmercúrio, o mais tóxico dos compostos mercuriais.

Contaminação dos Alimentos A contaminação dos alimentos pelo mercúrio depende, em grande medida, da forma química que é depositada no ambiente ou do grau da interconversão ambiental dos compostos de mercúrio. Considera-se que os níveis de mercúrio na maioria dos alimentos de origem vegetal e nos produtos à base de carne são geralmente bastante baixos, e as estimativas recentes relativas aos produtos à base de carne nos Estados Unidos apontam para valores dentro do intervalo de 1 a 7 ppb. Os níveis de mercúrio em outros alimentos,

Metais pesados

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entre eles batatas, legumes e cereais, geralmente estão abaixo de 50 ppb. Nos poucos casos examinados, o metilmercúrio é responsável pela porcentagem maior de compostos de mercúrio nos produtos à base de carne e no pescado. Acredita-se que o mercúrio inorgânico seja a principal forma de mercúrio nos alimentos de origem vegetal. O peixe é a principal fonte de mercúrio da dieta. Os peixes e outros animais, como os pássaros predadores, que ocupam níveis mais altos na cadeia alimentar, são conhecidos por concentrar mercúrio em níveis que estão até 1.000 vezes acima dos níveis encontrados em seu ambiente imediato. Os peixes marinhos maiores têm concentrações mais altas de mercúrio que os peixes menores. Por exemplo, as análises realizadas pela FDA indicam que atuns grandes contêm uma média de 0,25 ppm de mercúrio, e atuns menores têm uma média de 0,13 ppm. Além disso, a quantidade de metilmercúrio em relação ao mercúrio total aumenta com a idade do peixe. Os mariscos acumulam mercúrio do ambiente aquático em níveis quase 3.000 vezes maiores que os níveis aos quais eles estão expostos na água. As análises do pescado de muitos países indicam que 99% dos peixes capturados em todo o mundo têm um teor total de mercúrio que não excede 0,5 mg/kg. A FDA estabeleceu o valor de 0,5 ppm como o nível máximo aceitável de mercúrio nos peixes e mariscos, e a Organização Mundial da Saúde (OMS) recomendou um nível máximo de mercúrio de 0,05 ppm nos produtos alimentícios diferentes do pescado. Com base nas análises dos níveis de mercúrio associados ao envenenamento humano, o comitê da OMS sugeriu uma ingestão tolerável provisória de mercúrio de 0,3 mg total/semana, o que não inclui mais de 0,2 mg de metilmercúrio. Assim, o consumo semanal de cerca de 600 g (ou aproximadamente 86 g/dia) de peixe contendo 0,5 mg/kg de mercúrio não excederia a ingestão tolerável. No entanto, de acordo com um relatório de 1972 elaborado pela OMS, o consumo de peixe per capita era de 18 g/dia nos Estados Unidos, de 56 g/dia na Suécia e de 88 g/dia no Japão. Esses dados indicam que um número potencialmente grande de indivíduos está consumindo peixe suficiente para correr o risco de envenenamento pelo mercúrio. Por causa das manifestações surpreendentes e trágicas dos efeitos agudos do envenenamento pelo mercúrio em seres humanos, agências reguladoras de todo o mundo estavam preocupadas com os níveis naturais de mercúrio na dieta. Análises extensas do pescado nos Estados Unidos e em outros lugares revelaram que níveis de mercúrio muito superiores a 0,5 ppm estavam presentes nas espécies consumidas habitualmente. Por exemplo, no Lago Eire, foram encontrados níveis de até 10 ppm em alguns peixes. Constatou-se também que peixes marinhos maiores apresentavam com regularidade níveis de mercúrio superiores a 0,5 ppm. Mais especificamente, o peixe espadarte foi incriminado quando as análises revelaram que apenas pequena porcentagem de todas as amostras desse peixe tinha níveis de mercúrio inferiores a 0,5 ppm. Como consequência, em 1971, a FDA confiscou mais de 800.000 libras (∼ 63.000 kg) de espadarte comercial, o que quase levou a indústria do peixe espadarte ao colapso nos Estados Unidos e em outros lugares. A culpa por esses níveis aparentemente altos de mercúrio nos peixes marinhos foi atribuída à poluição moderna do ambiente marinho até análises de espécimes de peixe de museus revelarem que os níveis de mercúrio não tinham mudado significativamente ao longo dos últimos 100 anos. Além disso, o mercúrio dos peixes é menos tóxico que o mercúrio tomado isoladamente. A toxicidade é reduzida em uma proporção aproximada

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de 1:1 pelo selênio que está presente no peixe junto com o mercúrio. Esses fenômenos ainda não explicados são objeto de pesquisa contínua.

Absorção e Toxicidade In Vivo O grau da absorção dos compostos de mercúrio depende do local da absorção e da forma química do elemento. Menos de 0,01% do mercúrio metálico ingerido é absorvido no trato gastrointestinal. Assim, o uso de mercúrio metálico no tratamento da obstrução intestinal provavelmente trazia pouco perigo. No entanto, aproximadamente 80% do mercúrio metálico inalado no estado de vapor é absorvido no trato respiratório. As estimativas da absorção dos sais de mercúrio variam de aproximadamente 2% da ingestão diária de cloreto de mercúrio em camundongos a aproximadamente 20% de acetato de mercúrio em ratos. Por causa da maior solubilidade em lipídios dos compostos alquílicos de mercúrio, a absorção e a distribuição desses compostos são muito maiores que as das formas inorgânicas. Os resultados de experimentos com voluntários humanos e com várias espécies de animais indicam que o metilmercúrio é absorvido quase totalmente no trato gastrointestinal. Depois da absorção, o metilmercúrio passa para o plasma, onde se liga a células vermelhas do sangue. Então, o composto segue principalmente para os rins, bem como para o cólon, os músculos e outros tecidos, inclusive para os tecidos do feto. As concentrações de metilmercúrio no sangue fetal são mais altas que as concentrações no sangue materno. Ao que parece, isso ocorre por causa da maior concentração de hemoglobina no sangue fetal. Apesar de o transporte total através da barreira hematoencefálica ser relativamente lento, a remoção do metilmercúrio do encéfalo parece ser mais demorada que a remoção dos outros tecidos; a concentração de metilmercúrio no encéfalo é aproximadamente 10 vezes mais alta que no sangue humano. A maioria dos compostos de mercúrio é metabolizada até o estado mercúrico (Hg 2+) e excretada na urina e nas fezes. Por outro lado, o metilmercúrio é excretado principalmente nas fezes pelos processos de excreção biliar e descamação das células epiteliais do intestino. A intensa reabsorção do metilmercúrio nos intestinos é um dos fatores que aumentam a meia-vida biológica (80 dias) desse composto. Os efeitos tóxicos dos compostos de mercúrio em seres humanos são conhecidos há muitos anos. O mercúrio inorgânico afeta principalmente os rins, causando uremia e anúria. Os sintomas iniciais do envenenamento agudo pelo mercúrio inorgânico são distúrbios gastrointestinais, dor abdominal, náuseas, vômitos e diarreia sanguinolenta. As doses necessárias para provocar efeitos agudos nos rins parecem ser superiores a 175 ppm de sais de mercúrio na dieta.

Surtos Talvez as primeiras incidências bem definidas de envenenamento por compostos organomercuriais que envolveram um número relativamente grande de indivíduos tenham sido registradas em 1954 no Japão. Defeitos neuromusculares e neurológicos graves começaram a surgir em indivíduos que viviam perto da baía de Minamata e, mais tarde, em pessoas que viviam próximo de Niigata. A partir de 1970, o envenenamento de mais de 120 pessoas dessas duas localidades foi documentado oficialmente e foram registradas

Metais pesados

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50 mortes. Os sintomas iniciais do envenenamento pelo metilmercúrio, também chamado de doença de Minamata, incluíam perda da sensação nas pontas dos dedos das mãos e dos pés e nas áreas ao redor da boca, perda da coordenação motora, fala incompreensível, diminuição da visão denominada visão em túnel e perda da audição. As mulheres grávidas expostas ao metilmercúrio deram à luz bebês com retardo mental e paralisia cerebral. Os sintomas tardios incluem cegueira progressiva, surdez, falta de coordenação motora e deterioração mental. O desenvolvimento neuromuscular era anormal nos indivíduos expostos in utero. A causa da doença foi rastreada até o consumo de peixes capturados nas águas locais que tinham sido intensamente contaminadas com metilmercúrio. As indústrias químicas que estavam localizadas rio acima eram a fonte do metilmercúrio que com o tempo havia se acumulado nos peixes. Da década de 1950 até a década de 1970, foram registrados vários surtos de envenenamento humano causados pelo consumo de produtos à base de trigo tratado com pesticidas que continham mercúrio, e milhares de indivíduos foram afetados. Em um episódio de envenenamento por metilmercúrio que ocorreu em 1972 no Iraque, 6.530 indivíduos foram internados em hospitais e 459 desses pacientes morreram. O surto ocorreu como resultado do consumo de pães feitos com sementes de trigo. As sementes, tratadas com um fungicida à base de metilmercúrio e tingidas com um corante vermelho-acastanhado, foram distribuídas em sacos com rótulos em inglês que apresentavam advertências apropriadas. Ao que tudo indica, os fazendeiros não estavam familiarizados com as advertências, e o corante vermelho-acastanhado foi removido por meio de lavagem, dando a impressão de que o veneno tinha sido eliminado. As sementes foram moídas até se transformarem em farinha e, subsequentemente, utilizadas para fazer pães.

Cádmio Ocorrência O cádmio tem características químicas similares às do zinco. Na natureza, o cádmio é encontrado junto com o zinco e é produzido como subproduto da extração do zinco e do chumbo. O cádmio é utilizado na galvanização de outros metais para impedir a ferrugem e na fabricação de acumuladores e plásticos. As principais fontes de exposição da população geral ao cádmio são a água, os alimentos e o tabaco. Contudo, é difícil descobrir a fonte de contaminação desses produtos. O cádmio presente na água provém muitas vezes das ligas metálicas de cádmio utilizadas para galvanizar as tubulações de água. No entanto, não foi identificada uma fonte única de contaminação do ambiente pelo cádmio. Os alimentos geralmente contêm menos de 0,05 ppm de cádmio, o que permite chegar ao valor de 0,5 mg de cádmio/semana. As análises de alimentos de todo o mundo realizadas periodicamente pela OMS indicam que os alimentos que exibem regularmente os níveis mais altos de contaminação pelo cádmio são os mariscos e os rins de vários animais, entre eles gado bovino, galinhas, porcos, carneiros, ovelhas e perus. Os níveis de cádmio nos rins, por exemplo, são com frequência superiores a 10 ppm, e o cádmio nos mariscos, como as ostras, alcança níveis de até 200 a 300 ppm. Os níveis de cádmio são de aproximadamente 0,03 ppm na maioria das carnes dos Estados Unidos e de 0,075 ppm

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no hambúrguer. Os níveis mais altos de cádmio encontrados no hambúrguer se devem provavelmente aos métodos de processamento. A soja contém 0,09 ppm de cádmio, e a maioria dos demais alimentos de origem vegetal tem níveis muito baixos de cádmio (p. ex., 0,003 ppm em maçãs). Quando considerados como parte da dieta normal, esses diversos componentes da dieta fornecem uma estimativa de 73 �g de cádmio/dia por pessoa. Esse valor não é significativamente diferente da ingestão tolerável provisória estabelecida pela OMS (57 a 71 �g/dia). A ingestão admissível provisória foi determinada com base nos resultados de experimentos com animais e nas análises das exposições de seres humanos ocorridas em acidentes industriais que provocaram envenenamento pelo cádmio. O valor inclui uma margem de segurança, ou seja, o valor que pode causar lesão renal mínima quando o consumo ocorre por período longo de tempo é multiplicado por ∼4. Assim, os níveis de cádmio presentes na dieta não parecem representar um perigo iminente à saúde das pessoas de uma população geral. Contudo, para os indivíduos que consomem grande quantidade de mariscos ou rins, a ingestão diária de cádmio poderá ser superior à ingestão tolerável provisória.

Absorção e Toxicidade In Vivo Os dados sobre os efeitos biológicos do cádmio nas pessoas estão incompletos quando comparados aos dados relativos ao mercúrio e ao chumbo. Aparentemente apenas ∼5% do cádmio administrado por via oral é absorvido no trato gastrointestinal. Os vários sais de cádmio diferem entre si com relação à solubilidade em água e, portanto, podem ser absorvidos em graus diferentes. O cádmio não é encontrado na forma de derivados alquílicos estáveis, caso em que se esperaria maior solubilidade em lipídios. O grau da absorção do cádmio no trato gastrointestinal de ratos é consideravelmente maior no animal recém-nascido que no animal mais velho. Os ratos que receberam doses de fluoreto de cádmio na segunda hora e na 24ª hora de vida absorveram, respectivamente, 20 vezes e 10 vezes mais que a quantidade de cádmio absorvida pelos animais que receberam doses na sexta semana de vida. Além disso, o grau da absorção era dependente de outros fatores. Por exemplo, a absorção do cádmio tomado com leite foi aproximadamente 20 vezes maior que a absorção do cádmio tomado sem leite. Quanto aos seres humanos, o grau da absorção do cádmio pode dobrar sob a influência do cálcio e de proteínas ou quando há deficiência de zinco. A distribuição do cádmio foi estudada em animais de laboratório. Em ratos, o cádmio absorvido é distribuído para fígado, baço, glândulas suprarrenais e duodeno dentro de 48 horas após a administração. O acúmulo é mais lento nos rins, onde os níveis máximos são alcançados por volta do sexto dia. A menos que a dose de cádmio seja excepcionalmente alta, os níveis nos rins são aproximadamente 10 vezes maiores que os níveis no fígado. Quando as doses são muito altas, os níveis de cádmio nesses dois órgãos se tornam semelhantes. Quando as doses são baixas e contínuas, as concentrações de cádmio nos outros órgãos permanecem pequenas, e cerca de 50% do cádmio total do corpo é encontrado nos rins e no fígado. O cádmio é altamente estável no corpo, e as estimativas da meia-vida biológica variam de 20 a 40 anos. Acredita-se que uma proteína que se liga aos metais e que é

Metais pesados

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conhecida como metalotioneína, presente nos rins, seja responsável pela meia-vida biológica longa do cádmio. A síntese da metalotioneína aumenta quando o organismo é exposto ao cádmio e ao zinco. À medida que os níveis de cádmio aumentam no corpo, os níveis de metalotioneína também aumentam. No entanto, não se sabe por que os rins são o principal local de concentração do cádmio, uma vez que a metalotioneína também está presente em vários outros órgãos. Além disso, a metalotioneína por si só não reduz a toxicidade do cádmio. Na verdade, o complexo cádmio-metalotioneína é mais tóxico que o cádmio sozinho. Os efeitos biológicos do cádmio foram estudados extensivamente em ratos. Nesses estudos, o órgão mais sensível à exposição ao cádmio é o rim, e os sintomas de intoxicação nos ratos surgem na dose de 0,25 mg/kg. Os sintomas incluem aumento na excreção de glicose, proteína, aminoácidos, cálcio e ácido úrico. O fígado também é afetado, como é revelado pelo aumento da gliconeogênese, o que provoca hiperglicemia, e os efeitos sobre o pâncreas são identificados pela diminuição do nível de insulina na circulação. Em doses mais altas (2 mg/kg), os testículos e a próstata atrofiam, e as glândulas suprarrenais hipertrofiam, ocorrendo aumento nos níveis de epinefrina e norepinefrina circulantes. Além disso, há evidências de níveis aumentados de dopamina no encéfalo. Há algumas indicações de que o cádmio é um agente hipertensivo, um teratógeno e um carcinógeno, embora esses resultados não tenham sido confirmados em seres humanos. Vários componentes da dieta reduzem ou eliminam alguns dos efeitos tóxicos do cádmio. O zinco, o selênio, o cobre, o ferro e o ácido ascórbico são agentes protetores. O mecanismo por meio do qual esses efeitos protetores ocorrem ainda não está claro.

Surtos O cádmio foi considerado a causa de pelo menos uma epidemia de doença humana que resultou do consumo de alimentos contaminados. Essa epidemia ocorreu no Vale do Rio Jintsu, no Japão, após a Segunda Guerra Mundial. Os profissionais da saúde locais observaram muitos casos de lesão renal e distúrbios esqueléticos acompanhados de muita dor. A doença foi denominada Itai-Itai Byo, expressão que é traduzida livremente como doença “ai-ai”. Logo perceberam que outros fatores do hospedeiro, além do consumo de alimentos contaminados, eram necessários para iniciar a doença. Esses outros fatores do hospedeiro incluem gravidez, lactação, envelhecimento e deficiência de cálcio. Acreditava-se que a fonte alimentar do envenenamento humano pelo cádmio fosse o arroz contaminado, que apresentava níveis de cádmio de 120 a 350 ppm de cinzas de arroz, comparados a 20 ppm de cinzas de arroz da área-controle. Acreditava-se que a fonte desse cádmio fosse uma mina de chumbo-zinco-cádmio vizinha localizada em uma área mais elevada que os campos de arroz. Embora a maior parte da opinião científica esteja em concordância com a ideia de que o cádmio está envolvido na etiologia da doença Itai-Itai, vários investigadores fizeram objeções a essa hipótese. Uma evidência que certamente indica que o cádmio não é o único agente causador da doença é que níveis altos de cádmio foram encontrados no arroz de muitas áreas do Japão onde nenhum caso da doença foi registrado.

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Leituras complementares sugeridas Fowler, B.A Fowler, (Ed.) (1983). Biological and environmental effects of arsenic, topics in environmental health Vol. 6 1983 Elsevier Science Publisher: New York Grandjean, P., Landrigan, P.J. (2006). Developmental neurotoxicity of industrial chemicals. A silent pandemic. Lancet . 368:2167-2178. Masuda, Y., Yoshimura, H. (1982). Chemical analysis and toxicity of polychlorinated biphenyls and dibenzofurans in relation to Yusho. J. Toxicol. Sci. 7:161-175. Matschullat, J. (2000). Arsenic in the geosphere—A review. Sci. Total Environ. 249:297-312. National Academy of Science. (1999). Arsenic in drinking water. National Academy Press, Washington, DC. Tsuchiya, K. (1977). Various effects of arsenic in Japan depending on type of exposure. Environ. Health Persp. 19:35-42.

CAPÍTULO

Resíduos de Pesticidas em Alimentos

9

SUMÁRIO DO CAPÍTULO O que é um Pesticida?.................................................................................................... 209 História .........................................................................................................................210 Pesticidas na Cadeia Alimentar ......................................................................................212 Regulamentações ..........................................................................................................213 Inseticidas ....................................................................................................................215 DDT .............................................................................................................. 215 Inseticidas Ciclodienos Clorados ...................................................................... 218 Inseticidas Organofosfatos............................................................................... 220 Inseticidas Carbamatos ................................................................................... 222 Herbicidas..................................................................................................................... 223 Ésteres do Ácido Clorofenoxi ........................................................................... 223 Pesticidas de Ocorrência Natural ....................................................................................224

O QUE É UM PESTICIDA? Um pesticida é uma substância ou mistura de substâncias utilizadas para impedir, controlar ou reduzir os danos causados por uma praga. Um pesticida pode ser uma substância química (natural ou sintética), um agente biológico (vírus ou bactéria), um antimicrobiano, um desinfetante ou qualquer outro instrumento utilizado contra qualquer praga, inclusive insetos, patógenos de vegetais, ervas daninhas, moluscos, pássaros, mamíferos, peixes, nematódeos (vermes cilíndricos) e micróbios. Por essa razão, os pesticidas são divididos em vários grupos dependendo da finalidade para a qual são utilizados: • Inseticidas para o controle de insetos; podem ser ovicidas (substâncias que eliminam ovos e óvulos), larvicidas (substâncias que matam larvas) ou adulticidas (substâncias que eliminam insetos adultos) • Herbicidas para o controle de ervas daninhas • Fungicidas para o controle de fungos e oomicetos • Rodenticidas para o controle de roedores • Bactericidas para o controle de bactérias • Acaricidas para o controle dos ácaros • Moluscicidas para o controle de lesmas e caracóis 209

210

CAPÍTULO 9 Resíduos de Pesticidas em Alimentos

• Viricidas para o controle de vírus • Nematicidas para o controle de nematódeos Os inseticidas são utilizados para matar insetos nocivos como mosquitos, abelhas, vespas e formigas, que causam doenças em animais e seres humanos. Os herbicidas são utilizados para impedir o crescimento de ervas daninhas em muitas culturas de alimentos. Também são aplicados em parques e em áreas de natureza selvagem para matar ervas daninhas invasoras e proteger o ambiente. Os fungicidas são usados para proteger as plantações de vários fungos.

HISTÓRIA Existem registros indicando que os seres humanos já utilizavam pesticidas para proteger suas plantações antes de 2500 a.C. Na Suméria, cerca de 4.500 anos atrás, utilizou-se pela primeira vez pó de enxofre elementar para proteger plantações de pragas. Por volta do século XV, alguns metais pesados como o arsênio, o mercúrio e o chumbo foram aplicados em plantações para eliminar pragas. No século XVII, o sulfato de nicotina foi extraído das folhas do tabaco para uso como inseticida. No século XIX, duas substâncias químicas de ocorrência natural (o píretro dos crisântemos e a rotenona de legumes tropicais) foram utilizadas como pesticidas. Os pesticidas têm desempenhado um papel importante na proteção do suprimento mundial de alimentos há mais de 60 anos. Tanto os de origem natural como os de origem sintética constituem um grupo diverso de substâncias químicas utilizadas para controlar os efeitos indesejáveis de organismos-alvo. Conforme mencionado anteriormente, os pesticidas podem ser classificados de acordo com os seus organismos-alvo. Com relação à toxicologia dos alimentos, as classes mais importantes de pesticidas são os inseticidas, os fungicidas e os herbicidas. Os acaricidas (que afetam os ácaros), os moluscicidas e os rodenticidas têm importância menor. A produção comercial é uma inovação relativamente recente no desenvolvimento dos pesticidas sintéticos. Como exemplo disso, a importância dos efeitos inseticidas do DDT, que foi sintetizado em 1874, só foi registrada em 1939, depois que a produção comercial teve início. O químico suíço Paul Hermann Müller recebeu o Prêmio Nobel em 1948 pela descoberta dos efeitos inseticidas do DDT. O valor dessa substância para a saúde pública ao controlar insetos vetores de doenças foi demonstrado após a Segunda Guerra Mundial. Em resposta a um desabastecimento de nicotina na Alemanha durante a guerra, foi desenvolvido o primeiro inseticida organofosfato, o pirofosfato de tetraetila (PFTE). O parathion, sintetizado pelo cientista alemão Gerhard Schrader em 1944, estava entre os primeiros inseticidas de importância comercial e continua a ser amplamente utilizado hoje em dia. A introdução desses e de outros pesticidas sintéticos trouxe enorme contribuição não apenas para a agricultura, mas também para a saúde humana. Por exemplo, nos períodos pré- e pós-Segunda Guerra Mundial, milhares de vidas foram salvas pelo uso do DDT no controle do mosquito transmissor da malária na Europa e na Ásia. Nas últimas décadas, o aumento surpreendente da produção agrícola, batizado de “revolução verde”, é o resultado do uso de pesticidas sintéticos no controle de ervas daninhas e insetos que, caso contrário,

História

211

teriam limitado a produção das lavouras. Inseticidas e fungicidas também são usados para reduzir as perdas pós-colheita de cultivos valiosos e para manter o valor nutricional e o frescor dos alimentos até eles serem consumidos. Por outro lado, muita atenção tem sido dada aos possíveis perigos representados pelos resíduos de pesticidas presentes nos alimentos, e esta se tornou uma das questões mais importantes sobre segurança dos alimentos na atualidade. Até recentemente, deu-se muito pouca atenção aos possíveis efeitos tóxicos dos pesticidas sobre os organismos-alvo, os seres humanos e outros organismos. Essa falta de preocupação resultou em consequências ecológicas desastrosas. Por exemplo, a contaminação da água subterrânea e do solo é agora um problema grave em muitas áreas agrícolas dos Estados Unidos. Em alguns casos, a contaminação persiste por décadas depois de o uso do produto nocivo ter sido interrompido. No passado, gerenciamentos inadequados foram a causa do uso excessivo de pesticidas como o DDT, o que por sua vez levou ao desenvolvimento de resistência em organismos-alvo. Desde a publicação, em 1962, do livro de Rachel Carson, Silent Spring (“Primavera silenciosa”), o papel dos pesticidas na sociedade moderna tornou-se uma questão emocional e contenciosa. Mais recentemente, a polêmica ampliou-se, incluindo questões sobre a segurança dos resíduos de pesticidas nos alimentos, o que agora pode ser analisado em detalhes como resultado da melhora notável dos processos de análise química. Tem havido um questionamento crescente sobre o uso dos pesticidas por causa de seus possíveis efeitos adversos sobre os seres humanos. Algumas pessoas insistem que todos os produtos alimentícios devem ser cultivados e colhidos de modo orgânico (sem o uso de pesticidas). No entanto, o dano causado pelas pragas nas plantações de alimentos é signicativo. A Tabela 9.1 traz um exemplo do dano que ocorre em plantações comuns sem pesticidas. Como pode ser visto, a produção mundial de alimentos diminuiria significativamente sem os pesticidas. Hoje em dia, dos seis bilhões de pessoas do mundo, quase um bilhão estão passando fome. Por essa razão, é quase impossível abandonar o uso dos pesticidas, Tabela 9.1

Dano Causado por Pragas em Culturas sem Pesticidas

Cultivo

% da Perda

Abacate Banana Repolho Cenoura Couve-flor Grãos Alface Manga Laranja Abacaxi Batata-doce Tomate

43 33 37 44 49 25 62 30 26 70 95 30

212


a menos que surja algum método notável que aumente a produção de alimentos sem o uso dessas substâncias.

PESTICIDAS NA CADEIA ALIMENTAR Os pesticidas têm sido empregados de muitos modos diferentes durante a prée a pós-colheita dos alimentos. Os pesticidas utilizados em animais também podem ser encontrados nos alimentos em quantidades muito pequenas. Infelizmente, alguns pes ticidas, como o DDT, persistem e permanecem no ambiente e, consequentemente, são encontrados em vários alimentos cultivados em solo contaminado ou nos peixes que vivem em águas contaminadas. Nos últimos anos, a contaminação das águas superciais e subterrâneas por pesticidas tem sido reconhecida como um problema crescente e grave das regiões agrícolas. Enquanto muitos pesticidas se degradam rapidamente no ambiente, ligam-se fortemente ao solo ou simplesmente são muito insolúveis ou não voláteis para se deslocar pelo ambiente, outros são persistentes e móveis. Certos métodos de aplicação de pesticidas, particularmente a pulverização aérea, são notoriamente ineficazes para liberar o pesticida no alvo. Grandes quantidades entram diretamente no ambiente, e a drenagem dos campos agrícolas pode contaminar tanto águas superficiais quanto subterrâneas. O gado que bebe a água contaminada pode apresentar resíduos detectáveis de pesticidas em seu leite e carne. Em algumas áreas, as aplicações não agrícolas de pesticidas também podem ser uma fonte de contaminação da água e do ambiente. O uso doméstico de pesticidas, que constitui uma porcentagem significativa do uso total dos pesticidas, está sujeito às mesmas leis e regulamentações do uso agrícola. No entanto, embora o uso doméstico envolva os pesticidas menos perigosos, a possibilidade de emprego incorreto pelos moradores é significativa. Além de poder ocorrer a contaminação das hortaliças domésticas, o envenenamento acidental por causa do armazenamento e do descarte inapropriados é visto com frequência. Outro exemplo de aplicação não agrícola de pesticidas é a gestão orestal, que com frequência envolve grande quantidade de herbicidas e inseticidas. A manutenção de campos de golfe e de outros gramados grandes é feita com pesticidas e, muitas vezes, envolve fungicidas que representam risco significativo para os mamíferos. Além disso, em muitas áreas, a pesca comercial e recreativa está restrita por causa da contaminação ambiental por pesticidas que persistem no meio. Quando água contaminada é utilizada no processamento ou no preparo dos alimentos, os pesticidas podem acabar entrando no sistema de abastecimento de alimentos. A exposição humana à água contaminada, seja por ingestão, seja pelo uso da água para lavagens, também tem um efeito indireto sobre o problema dos resíduos de pesticidas nos alimentos, uma vez que pode representar parte significativa da contaminação por pesticidas dentro da população exposta. Milhares de amostras de alimentos são examinadas pela FDA todos os anos para determinar o cumprimento das tolerâncias fixadas para os pesticidas nos produtos agrícolas crus. Resíduos de substâncias químicas pesticidas são encontrados em cerca de metade das amostras, e geralmente cerca de 3% das amostras contêm níveis de resíduos acima das tolerâncias legais ou resíduos não autorizados. A Tabela 9.2 mostra

Regulamentações

213

Tabela 9.2

Frequência da Ocorrência de Resíduos de Pesticidas em Todos os Alimentos Analisados pela FDA em 2003* Pesticida

DDT Malathion

Endossulfana Dieldrina Clorpirifós Carbarila Metamidofós Diazinona Indano

N.° Total de Achados

123 71 70 64 50 20 19 19 16

Ocorrência (%)

12 7 7 6 5 2 2 2 2

Variação (ppm)

0,0001-0,171 0,0006-0,121 0,0001-0,116 0,0001-0,141 0,0002-0,110 0,0003-0,190 0,0002-0,123 0,0002-0,043 0,0001-0,007

*Com base em quatro cestas de compras que continham ao todo 1.039 itens; aparecem aqui apenas os alimentos encontrados em mais de 2% das amostras.

a frequência de ocorrência de resíduos de pesticidas em todos os gêneros alimentícios analisados pela FDA em 2003.

REGULAMENTAÇÕES Nos Estados Unidos, antes que um novo pesticida possa ser vendido para uso em fazendas, precisa ter o registro para uso agrícola emitido pela Agência de Proteção Ambiental (EPA, Environmental Protection Agency). A regulamentação dos pesticidas está sob a jurisdição da EPA, da Administração de Alimentos e Medicamentos (FDA, Food and Drug Administration) e do Departamento de Agricultura dos EUA (USDA, United States Department of Agriculture). A EPA é responsável pelo registro dos pesticidas e pela determinação das tolerâncias, e a FDA e o USDA monitoram os níveis dos resíduos de pesticidas presentes nos produtos alimentícios. Além disso, vários estados, principalmente a Califórnia e o Texas, implantaram regulamentações próprias mais amplas. Nos termos da Seção 408 da Food, Drug and Cosmetics Act (FDCA), os resíduos de pesticidas presentes nos alimentos processados são regulamentados como aditivos alimentares. O Congresso dos Estados Unidos excluiu especificamente os resíduos de produtos agrícolas crus da esfera de ação da lei FDCA. Pela lei, o pesticida que deixar resíduo detectável — do composto químico de origem, de um produto de degradação ou de um metabólito — em um alimento processado não poderá ser registrado até que a EPA fixe uma tolerância para os níveis desses resíduos. Com relação aos produtos novos ou aos usos novos, as tolerâncias são fixadas com base nos resultados de exames toxicológicos extensos. Em geral, o valor xado para a tolerância não é superior ao NOEL (nível no qual nenhum efeito é observado) encontrado nesses exames e é dividido por um fator de segurança igual a 100. No entanto, se for instituída uma boa prática agrícola que produza níveis de resíduos ainda mais baixos, a tolerância legal será reduzida na mesma proporção.

214


Os compostos que, como resultado de testes com animais, são considerados possíveis ou prováveis carcinógenos humanos são regulamentados de forma mais rigorosa. Nos termos da Seção 409 da lei FDCA, mais especicamente da Cláusula Delaney, não é permitida nenhuma tolerância para carcinógenos nos alimentos processados. Portanto, a Seção 409/Cláusula Delaney não permite o uso de aditivos alimentares que foram considerados carcinógenos para animais e, como consequência, tais compostos passam a ser aditivos alimentares ilegais. A prática atual da EPA consiste em proibir qualquer tolerância até mesmo para os produtos agrícolas crus, uma vez que a Cláusula Delaney proíbe o estabelecimento de tolerâncias na Seção 409. Infelizmente, no momento, essas regulamentações não se aplicam aos pesticidas que estavam em uso antes que essas leis fossem adotadas. A EPA tem cobrado um novo registro desses produtos, além de exames toxicológicos adicionais necessários para satisfazer os padrões atuais. Muitos compostos ou usos serão eliminados quando esse programa de recadastramento for concluído. No entanto, nesse meio-tempo, esses produtos continuam a ser utilizados, dando origem a muita controvérsia. O Departamento de Agricultura dos Estados Unidos controla a aprovação de pesticidas para produção por meio da Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act (FIFRA) de 1964. Essa lei prevê que qualquer “veneno econômico” ou pesticida químico deve ser registrado antes de ser comercializado entre os estados. A maioria dos componentes de grande parte dos pesticidas formulados é listada no rótulo como ingrediente inerte. No entanto, esses componentes são listados como inertes apenas porque não exercem nenhuma ação pesticida. Esses componentes incluem solventes, surfactantes, veículos, antioxidantes e outros compostos. A regulamentação atual para os pesticidas não trata diretamente dos ingredientes inertes nem de seus resíduos ou possíveis efeitos tóxicos. É provável que as futuras emendas à lei FIFRA tratem desse aspecto da fabricação e do uso dos pesticidas. Em 1996, o Congresso dos Estados Unidos aprovou por unanimidade uma legislação histórica sobre segurança alimentar e uso de pesticidas com o apoio da administração e de ampla coalizão de grupos do meio ambiente, da saúde pública, da agricultura e das indústrias. O presidente Clinton assinou imediatamente a lei em 3 de agosto de 1996, e o Food Quality Protection Act (FQPA) de 1996 tornou-se lei. Uma das questões mais importantes dessa lei é a suspensão da Cláusula Delaney. Seus principais tópicos são:

1. Tornar obrigatório um único padrão baseado na saúde para todos os pesticidas em todos os alimentos. 2. Fornecer proteção especial para bebês e crianças. 3. Agilizar a aprovação de pesticidas mais seguros. 4. Criar incentivos para o desenvolvimento e a manutenção de instrumentos eficazes para a proteção das plantações em prol dos fazendeiros norte-americanos. 5. Exigir a reavaliação periódica dos registros dos pesticidas e das tolerâncias para garantir que os dados científicos que dão respaldo aos registros dos pesticidas continuem a ser atualizados no futuro. Para implantar com sucesso a lei FQPA, a EPA alterou consideravelmente as leis FIFRA e FDCA. A lei FQPA também aumentou os padrões de proteção especica-

Inseticidas

215

Tabela 9.3

Frequência da Ocorrência de Resíduos de Pesticidas em Alimentos para Bebê Selecionados pela FDA em 2003* Pesticida

N.° Total de Achados

Ocorrência (%)

Variação (ppm)

Tiabendazol Endossulfana DDT Carbarila

9 8 6 6 3 3 2 2

10 9 6 6 3 3 2 2

0,001-0,102 0,0001-0,0054 0,0001-0,0007 0,001∼0,030 0,001-0,033 0,0001 0,0002-0,0011 0,032-0,052

Malathion

Dieldrina Clorpirifós Benomila

*Com base em quatro cestas de compras que continham ao todo 93 itens.

mente para bebês e crianças por meio da aplicação de uma margem de segurança extra de 10 vezes. Essa disposição sobre o fator de segurança leva em consideração a possibilidade de toxicidade pré- e pós-natal, e toda a abrangência da toxicologia e da exposição, a menos que dados confiáveis apontem para um fator diferente. A Tabela 9.3 mostra a frequência da ocorrência de resíduos de pesticidas encontrados em alguns alimentos para bebês pela FDA em 2003, depois que a lei FQPA foi im plantada (levantamento feito com base em quatro cestas de compras que continham ao todo 93 itens).

INSETICIDAS DDT Embora o DDT [1,1-(2,2,2-tricloroetilideno)bis(4-clorobenzeno)] — Figura 9.1 — esteja proibido nos Estados Unidos desde 1972, ele continua a ser um dos pesticidas sintéticos mais conhecidos. A Tabela 9.4 mostra a incidência da malária antes e depois do uso do DDT. Por ter uma molécula muito apolar, o DDT tem alta solubilidade em lipídios. Uma vez que o DDT

FIGURA 9.1 Estrutura do 1,1�-(2,2,2-tricloroetilideno)bis(4-clorobenzeno) (DDT).

216


Tabela 9.4

Incidência de Malária Antes e Após o Uso do DDT

País

Ano

N.° de Casos

Cuba

1962 1969 1954 1969 1947 1958 1935 1969 1937 1969 1945 1969

3.519 3 4.417 0 8.171.115 800 >100 milhões 285.962 169.545 15 >1 milhão 0

Jamaica Venezuela Índia Iugoslávia Taiwan

também é extremamente estável, ele se acumula nos tecidos animais e na cadeia alimentar. Conforme ilustrado anteriormente na Tabela 9.2, o DDT ainda é um dos resíduos de pesticidas mais abundantes nos alimentos. Durante os 40 anos que se seguiram à introdução comercial do DDT na década de 1940, mais de 4 bilhões de libras (∼1,8 bilhão de quilos) foram utilizadas para controlar as doenças transmitidas por insetos. Até 1972, o DDT foi amplamente usado nos Estados Unidos, principalmente nas culturas de algodão, amendoim e soja. Como resultado de seu uso, os resíduos desse pesticida estão espalhados por todo o ambiente e, no momento, podem-se detectar níveis de DDT em quase todas as amostras biológicas e ambientais. Além disso, por causa de sua alta solubilidade em lipídios, o DDT concentra-se no leite. Na época em que o DDT era amplamente utilizado, constatou-se que os níveis dessa substância no leite e no tecido adiposo humanos eram mais altos que as concentrações permitidas na carne e nos laticínios. No entanto, desde que o seu uso foi proibido, os níveis de DDT armazenados no tecido humano diminuíram de maneira significativa. Contudo, o DDT ainda é utilizado em outros países, em grande parte para controlar as doenças transmitidas por insetos que representam uma ameaça substancial para a saúde pública. Toxicidade Os possíveis efeitos clínicos de muitas doses repetidas de DDT foram investigados pela primeira vez em 1945 quando um cientista realizou um teste que durou 11,5 meses. Nesse teste, ele inalava diariamente 100 mg de DDT puro e bebia água com 3.240 mg de DDT/m2 (consulte a Tabela 9.5 para ler sobre as toxicidades agudas). Grande parte do pó inalado deve ter sido depositado no trato respiratório superior e deglutido. Posteriormente, durante um mês, ele consumiu alimentos que tinham sido pulverizados com 2.160 mg de DDT/m2. Não se observou nenhum efeito nocivo em ambos os casos.

Inseticidas

217

Tabela 9.5

DL50 Aguda Oral e Aguda Dérmica de DDT para Diversos Animais de Laboratório Espécie

Oral (mg/kg)

Dérmica (mg/kg)

Rato Camundongo Porquinho-da-índia Coelho Cão Gato

500-2.500 300-1.600 250-560 300-1.770 >300 100-410

1.000 375 1.000 300-2.820 − −

Estudos posteriores sobre o DDT realizados com voluntários investigaram os detalhes do armazenamento e da excreção dos compostos em pessoas e os possíveis efeitos de doses consideradas seguras. Nos primeiros estudos, cada homem recebeu 0, 3,5 e 35 mg de DDT/dia. A soma dessas doses com as quantidades de DDT detectadas na alimentação desses homens resultou em níveis de 2,1, 3,4, 38, 63 e 610 �g de DDT/kg de peso corporal/dia. Metabolismo In Vivo Em um estudo que utilizou camundongos suíços e hamsters sírios dourados, o DDT foi metabolizado no glicuronídeo do ácido 4-cloro-�-(4-clorofenil)benzeno acético (DDA), lábil a álcalis e excretado na urina. Também foram encontrados conjugados mais estáveis do DDA com glicina e alanina. O intermediário metabólico do DDT, o 1,1 �-(2-cloroetenilideno)bis(4-clorobenzeno) (DDMU), é parcialmente metabolizado in vivo nos camundongos no ácido 4-cloro-�-(4-clorofenil)-�-hidroxibenzeno acético (OHDDA) e em outros metabólitos que são excretados na urina. Conforme ilustrado na Figura 9.2, a sequência da conversão metabólica (detoxicação) nos ratos é mostrada a seguir: DDT − DDD − DDMU − DDMS − DDNU − DDOH − DDA

Doses orais de DDT (5, 10, 20 mg/dia) administradas a voluntários humanos foram excretadas, em parte, como DDA. O DDA ingerido é excretado rápida e ecientemente na urina e não ocorre praticamente nenhum armazenamento tecidual durante a ingestão. Esses resultados indicam que a determinação da excreção urinária do DDA é um método útil para monitorar a exposição ao DDT. O metoxiclor é um análogo do DDT que o substituiu em diversas aplicações. A es trutura do metoxiclor é mostrada na Figura 9.3. Enzimas presentes nos mamíferos e nos organismos do solo são capazes de catalisar a desmetilação dos átomos de oxigênio do metoxi, produzindo um produto de degradação mais polar que pode ser conjugado e excretado. Assim, o metoxiclor não se acumula nos tecidos dos animais e não persiste no ambiente. Os valores da DL 50 do metoxiclor para os mamíferos variam de 5.000 a 6.000 mg/kg, 40 a 60 vezes mais altos que os do DDT. No entanto, o metoxiclor também mostra menos toxicidade nos seus organismos-alvo que o DDT.

218


FIGURA 9.2 Vias da conversão metabólica do DDT.

Inseticidas Ciclodienos Clorados Os inseticidas ciclodienos são um importante grupo de hidrocarbonetos clorados, e a maioria desses compostos é sintetizada pelo princípio da reação de Diels-Alder. O nome dessa reação é uma homenagem a Otto Paul Hermann Diels e a Kurt Alder, que

Inseticidas

219

FIGURA 9.3 Estrutura do metoxiclor.

documentaram pela primeira vez essa nova reação em 1928 e, por isso, foram laureados com o Prêmio Nobel de Química em 1950. A Figura 9.4 mostra a estrutura dos inseticidas ciclodienos típicos. A Tabela 9.6 lista a DL50 dos inseticidas ciclodienos e também da endrina para ratos. Modo da Ação Tóxica Como o DDT, os compostos ciclodienos são neurotóxicos. No entanto, como classe, eles são muito mais tóxicos para os mamíferos que o DDT e tendem a produzir sintomas mais graves como, por exemplo, convulsões. O mecanismo da ação neurotóxica não é compreendido, mas acredita-se que envolva a interrupção da transmissão do impulso

FIGURA 9.4 Estrutura dos inseticidas ciclodienos típicos.

220


Tabela 9.6

DL50 dos Inseticidas Ciclodienos Clorados

Inseticida

DL50 (mg/kg)

Clordano Heptaclor Aldrina Dieldrina Endrina

150-700 100-163 25-98 24-98 5-43

nervoso ao interferir no controle das concentrações de Ca 2+ e Cl . Vários envenenamentos e fatalidades de seres humanos resultaram de exposição acidental à endrina e à dieldrina. Estudos sobre a alimentação contaminada crônica de diversas espécies de mamíferos mostraram que doses de endrina que variam de 5 a 150 ppm, dependendo da espécie, produzem alterações orgânicas (aumento do peso do fígado e alterações histológicas hepáticas) similares àquelas causadas pelo DDT. −

Registraram-se alguns efeitos tóxicos sobre a reprodução, mas em doses altas o suficiente para causar alterações histológicas no fígado materno. Existem muitos estudos sobre a carcinogenicidade desses compostos, e os resultados da maioria deles são inconclusivos. No entanto, há evidências sucientes para considerar muitos desses compostos como prováveis carcinógenos para animais. Como o DDT, os compostos ciclodienos são altamente solúveis em lipídios e bastante estáveis. Em consequência, acumulam-se nos tecidos animais e bioconcentram-se na cadeia alimentar. Por essa razão, a produção e o uso dos compostos ciclodienos foram reduzidos de modo considerável, e muitos já foram totalmente proibidos, entre eles o clordano e a dieldrina.

Inseticidas Organofosfatos Os inseticidas organofosfatos (OFs) estão entre os pesticidas sintéticos mais antigos e compõem a classe de inseticidas mais utilizada na atualidade. Embora o químico francês Jean Louis Lassaigne tenha sintetizado pela primeira vez OFs a partir da reação do ácido fosfórico com o álcool em 1820, foi somente na década de 1930 que Gerhard Schrader, um químico alemão, descobriu suas propriedades inseticidas. Nessa época, a indústria agrícola estava se expandindo com rapidez e utilizava entusiasticamente inseticidas sintéticos, além de inseticidas naturais como a nicotina, a rotenona e o píretro. Existem muitos OFs cujas estruturas são quimicamente modicadas. A Figura 9.5 mostra a estrutura de alguns OFs típicos. A Tabela 9.7 lista a DL50 dos OFs típicos para camundongos. Metabolismo In Vivo Os OFs não se acumulam no corpo, porque são rapidamente metabolizados e excretados. Eles também sofrem várias reações metabólicas nos mamíferos. O malathion, por exemplo, é bastante suscetível à hidrólise por esterases e, por essa razão, tem toxicidade muito baixa nos mamíferos. O parathion, por outro lado, contém um grupo éster de fosfato aromático que é mais resistente à hidrólise enzimática. Assim, a transformação do parathion

Inseticidas

221

FIGURA 9.5 Estrutura dos inseticidas organofosfatos típicos.

Tabela 9.7

DL50 dos Inseticidas Organofosfatos Típicos para Camundongos

Inseticida

DL50 (mg/kg)

Parathion Metilparathion Metilparaoxon Paraoxon

10-12 30 1,4 0,6-0,8

em seu análogo tóxico ativo, o paraoxon, pode continuar, o que resulta em toxicidade muito maior nos mamíferos. Por isso, o malathion está registrado para uso em cultivos domésticos, enquanto o uso do parathion é restrito a aplicadores treinados. É importante destacar que a oxidação do malathion também pode ocorrer mediante exposição ao ar. Além disso, seu armazenamento inadequado ou prolongado pode levar à contaminação pelo malaoxon, que é bastante tóxico. As vias metabólicas dos OFs estão resumidas a seguir: 1.

Oxidação

2.

4.

Redução Isomerização Hidrólise

5.

Desalquilação no grupo carboxi

6.

Conjugação

3.

Tiono → forma oxo Desalquilação oxidativa Tioéter → sulfóxido → sulfona Oxidação de substituintes alifáticos Hidroxilação de um anel aromático Nitro → grupo amino Enzimática Não enzimática Éster → ácido Saponificação Compostos hidroxi com ácido glicuronídeo Compostos hidroxi com sulfato

222


Modo da Ação Tóxica Os OFs inibem a atividade da acetilcolinesterase (AChE), que é um neurotransmissor de mamíferos. Normalmente, a acetilcolina (ACh), após ser liberada, é degradada rapidamente por um grupo de enzimas conhecido como colinesterases. Os OFs, ou seus metabólitos, são capazes de competir com a acetilcolina pelo sítio receptor de ACh localizado nas colinesterases e, dessa forma, bloqueiam a quebra da ACh. A extensão da inibição da enzima depende muito de fatores estéricos, isto é, do modo como o inibidor “se encaixa” na enzima e também da natureza dos grupos orgânicos presentes. Os grupos aromáticos com substituintes que retiram elétrons, como aqueles do parathion e de compostos relacionados, intensicam a ligação à AChE e, dessa forma, aumentam a toxicidade. O acúmulo resultante de ACh nas junções da musculatura lisa provoca uma estimulação contínua do sistema nervoso parassimpático, que produz sintomas como opressão torácica, salivação, lacrimejamento, aumento da sudorese, peristalse (que pode causar náuseas, vômitos, cólicas e diarreia), bradicardia e uma constrição característica das pupilas oculares.

Embora os OFs representem um perigo ocupacional signicativo para os trabalhadores agrícolas, os resíduos presentes nos produtos alimentícios normalmente não acarretam exposições suficientes para provocar sintomas tóxicos em seres humanos.

Inseticidas Carbamatos A Figura 9.6 mostra as estruturas químicas de vários carbamatos importantes. Esses compostos são análogos sintéticos do alcaloide tóxico fisostigmina encontrado na fava-de-calabar. Esse composto é o princípio tóxico por trás dos julgamentos por provação (ordálio) realizados em certas tribos da África Ocidental. Compostos relacionados têm uso clínico no tratamento do glaucoma e de outras doenças. Os inseticidas carbamatos são ativos contra uma variedade relativamente menor de organismos-alvo que os organofosfatos, mas são altamente tóxicos para insetos benéficos

FIGURA 9.6 Estrutura dos inseticidas carbamatos típicos.

Herbicidas

Tabela 9.8

223

DL50 dos Inseticidas Carbamatos Típicos para Ratos

Inseticida

DL50 (mg/kg)

Carbarila Carbofurana Aldicarbe Metomila Aldoxicarbe

850 8-14 0,93 17-24 27

como as abelhas. Em geral, esses compostos são muito tóxicos para os mamíferos quando ingeridos, apesar de sua toxicidade dérmica ser baixa, na maioria dos casos. A Tabela 9.8 traz a DL50 dos inseticidas carbamatos típicos para ratos. Os inseticidas carbamatos estão envolvidos em grande número de casos de envenenamento humano que resultaram tanto de exposição ocupacional quanto de contaminação de produtos alimentícios. Por exemplo, o carbamato aldicarbe presente em melancias contaminadas foi a causa do adoecimento de 281 pessoas na Califórnia, em 1985. Como o aldicarbe é bastante solúvel em água, ele é capaz de se acumular em níveis perigosos nos alimentos que têm alto teor de água. Como consequência, o aldicarbe não é indicado para esses usos. No entanto, por ser amplamente utilizado em outros tipos de plantações, a possibilidade de contaminação existe, conforme evidenciado pelo caso das melancias. Modo da Ação Tóxica Como os organofosfatos, os inseticidas carbamatos são inibidores da AChE em mamí feros, e essa inibição se dá por ação direta; contudo, eles não são capazes de “envelhecer” a esterase neurotóxica. Portanto, não estão associados à síndrome da neuropatia tardia. Os sintomas do envenenamento normalmente são colinérgicos e incluem lacrimejamento, salivação, miose, convulsões e morte.

HERBICIDAS Estima-se que o valor das perdas mundiais nas colheitas por pragas, doenças e ervas daninhas seja de cerca de 35% da colheita total potencial. Cerca de 9% a 10% da produção perdida se deve às ervas daninhas. Numerosas substâncias químicas têm sido utilizadas como herbicidas para evitar o crescimento das ervas daninhas. Como consequência, quantidades muito pequenas de herbicidas estão presentes nos produtos alimentícios finais.

Ésteres do Ácido Clorofenoxi Os ésteres do ácido clorofenoxi e seus sais são amplamente utilizados como herbicidas. Eles imitam o hormônio vegetal ácido indolacético (AIA) e são capazes de interromper o crescimento das ervas daninhas de folhas largas e das plantas lenhosas. Os compostos

224


FIGURA 9.7 Estrutura dos herbicidas clorofenoxi típicos.

mais conhecidos dessa classe incluem o 2,4-D e o 2,4,5-T (Figura 9.7). Esses compostos ganharam notoriedade considerável porque são ingredientes ativos do agente laranja, um desfolhante utilizado durante a Guerra do Vietnã. No entanto, essa classe de compostos tem toxicidade aguda relativamente baixa para os mamíferos. As toxicidades agudas orais (DL50) do 2,4-D e do 2,4,5-T para ratos são de 375 mg/kg e de 500 mg/kg, respectivamente. Modo da Ação Tóxica e Toxicidade Os mecanismos da toxicidade dos herbicidas clorofenoxi nos mamíferos ainda não são claros. Doses subletais causam fraqueza muscular inespecífica. Doses mais altas levam progressivamente ao enrijecimento dos membros, à ataxia, à paralisia e ao coma. Os ésteres clorofenoxi são hidrolisados rapidamente até a forma do ácido. Os ácidos são, em alguns casos, sucientemente solúveis em água para serem excretados diretamente na urina. Em outros casos, formam-se conjugados que são excretados facilmente. Por causa da eliminação rápida dos ácidos e conjugados, não ocorre acúmulo dessas substâncias nos sistemas dos mamíferos e, geralmente, não se observam efeitos crônicos resultantes de exposições a níveis baixos.

Foi constatado que os herbicidas clorofenoxi formulados são teratogênicos para muitas espécies de animais. Acredita-se agora que esse efeito seja causado por um contaminante, a TCDD, frequentemente chamada de “dioxina” pela imprensa popular. Os detalhes da TCDD são descritos no Capítulo 7.

PESTICIDAS DE OCORRÊNCIA NATURAL Pesticidas de ocorrência natural têm sido utilizados na agricultura há muito tempo. No início do século XIX, descobriu-se que as ores trituradas (píretro em pó) de plantas da família do crisântemo eram capazes de controlar insetos. Em 1851, os pós de píretro eram utilizados em todo o mundo. Sabe-se agora que existem pelo menos seis ésteres ativos no píretro, e atualmente vários piretroides sintéticos elaborados com base nesses ésteres naturais são amplamente utilizados. Os piretroides naturais, bem como os sintéticos, têm toxicidade muito baixa nos mamíferos. A nicotina, outro inseticida natural, é produzida por plantas da família do tabaco e era utilizada como inseticida já em 1763. É um inseticida potente, com DL50 entre 10 e 60 mg/kg para várias espécies-alvo; também exibe toxicidade muito alta quando a exposição é oral ou dérmica. Muitas outras plantas

Pesticidas de ocorrência natural

225

(as nogueiras, por exemplo) secretam substâncias químicas que impedem o crescimento de plantas competitivas dentro da zona de sua raiz e, dessa forma, produzem seu próprio pesticida. Por fim, o uso de diversas ervas para controlar pragas específicas é uma parte conhecida da história da horticultura, o que indica que os fazendeiros acumularam um conhecimento muito vasto com relação ao uso de substâncias químicas na agricultura.

Leituras complementares sugeridas Aardema, H., Meertens, J.H., Ligtenberg, J.J., Peters-Polman, O.M., Tulleken, J.E., Zijlstra, J.G. (2008). Organophosphorus pesticide poisoning: Cases and developments. Neth. J. Med . 66:149-153. Accomplishments under the Food Quality Protection Act (FQPA) 2007 Pesticides, US EPA http:// www.epa.gov/pesticides/regulating/laws/fqpa/fqpa_accomplishments.htm. Boobis, A.R., Ossendorp, B.C., Banasiak, U., Hamey, P.Y., Sebestyen, I., Moretto, A. (2008). Cumulative risk assessment of pesticide residues in food. Toxicol Lett . 180:137-150. Eskenazi, B., Rosas, L.G., Marks, A.R., Bradman, A., Harley, K., Holland, N., Johnson, C., Fenster, L., Barr, D.B. (2008). Pesticide toxicity and the developing brain. Basic Clin. Pharmacol Toxicol. 102:228-236. Gold, L.S., Slone, T.H., Ames, B.N., Manley, N.B., (2001). Pesticide residues in food and cancer risk: A critical analysis. In: Krieger, R. (Ed.), Handbook of Pesticide Toxicology. Academic Press, San Diego, pp. 799-843. Ohkawa, H., Miyagawa, H., Lee, P.W. (Eds.) Pesticide Chemistry: Crop protection, public health, environmental safety. Wiley-VCH, Verlag GmbH & Co. KGaA,Weinheim. Zweig, G., Sherma, J. (Eds.) (1964). Analytical Methods for Pesticides, Plant Growth Regulators, and Food Additives. Academic Press, New York.

CAPÍTULO

Aditivos Alimentares

10

SUMÁRIO DO CAPÍTULO Regulamentações ..........................................................................................................230 Conservantes .................................................................................................................234 Ácido Benzoico .............................................................................................. 235 Ácido Sórbico e Sorbato de Potássio................................................................. 237 Peróxido de Hidrogênio ................................................................................... 238 AF-2 [2-(-furil)-3-(5-nitro-2-furil)acrilamida] ..................................................... 238 Antioxidantes................................................................................................................. 239 Ácido L-Ascórbico (Vitamina C) ........................................................................ 240 dl-�-Tocoferol (Vitamina E) .............................................................................. 240 Galato de Propila............................................................................................ 241 Hidroxianisol Butilado e Hidroxitolueno Butilado ............................................... 242 Edulcorantes .................................................................................................................242 Sacarina e Sacarina Sódica ............................................................................. 242 Ciclamato de Sódio ........................................................................................ 243 Corantes........................................................................................................................ 244 Amaranto (FD&C Vermelho N.° 2) .................................................................... 246 Tartrazina (FD&C Amarelo N° 4)....................................................................... 247 Aromatizantes................................................................................................................ 248 Antranilato de Metila ...................................................................................... 248 Safrol (1-Alil-3,4-Metilenodioxibenzeno)........................................................... 249 Diacetila (2,3-butanodiona)............................................................................. 249 Intensificadores do Sabor ...............................................................................................250

Um aditivo alimentar é uma substância ou mistura de substâncias que não fazem parte dos componentes básicos dos alimentos e que são adicionadas aos alimentos em quantidades cientificamente controladas. Os aditivos são acrescentados aos alimentos para manter o aroma ou para melhorar o sabor e a aparência. Alguns aditivos são utilizados há séculos, por exemplo, para conservar alimentos, como o vinagre ( pickling) e o sal (bacon); para conservar doces; ou para conservar alguns vinhos, como o dióxido de enxofre. Com o advento dos alimentos processados na segunda metade do século XX, surgiram muitos outros aditivos, tanto naturais quanto artificiais. Essas adições podem ser feitas durante a produção, o processamento, o armazenamento ou o acondicionamento. É natural que as 227

228

CAPÍTULO 10 Aditivos Alimentares

pessoas queiram alimentos melhores, não apenas do ponto de vista da saúde, mas também com relação ao sabor, à cor e à textura. Por essa razão, um número extraordinário de substâncias tem sido utilizado desde o início do século XX com o objetivo de aumentar a aceitação dos alimentos. Existem duas classes de aditivos alimentares. A primeira classe é composta pelos aditivos intencionais, que são adicionados intencionalmente aos alimentos a fim de desempenhar funções específicas. Ela inclui os conservantes, os agentes antibacterianos, os agentes de branqueamento, os antioxidantes, os edulcorantes, os corantes, os aromatizantes e os suplementos nutricionais. A segunda classe de aditivos é composta pelos aditivos incidentais. Estes podem estar presentes em quantidades mínimas nos alimentos como resultado de alguma fase da produção, do processamento, do armazenamento ou do acondicionamento. O aditivo incidental pode ser uma substância presente no alimento por causa da migração ou transferência da embalagem ou das máquinas para processamento. Como a maioria dos aditivos alimentares é constituída de substâncias adicionadas intencionalmente, apenas os aditivos intencionais serão discutidos aqui. As substâncias adicionadas intencionalmente aos alimentos variam de conservantes a aromatizantes. A Tabela 10.1 apresenta o número aproximado de substâncias utilizadas para cada finalidade até o momento. Aproximadamente 300 substâncias são identificadas como aditivos alimentares, e 60 a 70 aditivos alimentares são ingeridos diariamente por pessoa nos Estados Unidos. A Tabela 10.2 lista os aditivos alimentares mais comuns utilizados para várias finalidades. Conforme definido pela FDA, as cinco principais razões para o uso de aditivos em alimentos são apresentadas a seguir. •

Para manter a consistência do produto . Os emulsificantes dão aos produtos

uma

textura consistente e evitam que eles se desagreguem. Os estabilizantes e os espessantes dão uma textura lisa uniforme. Os agentes antiaglomerantes impedem que substâncias como o sal de cozinha fiquem empedradas. Tabela 10.1

Número Aproximado dos Diferentes Tipos de Aditivos Alimentares

Finalidade do Aditivo

Número de Aditivos Diferentes

Conservantes Antioxidantes Sequestrantes Surfactantes Estabilizantes Agentes branqueadores e maturadores Tampões, ácidos, bases Corantes Edulcorantes especiais Suplementos nutritivos Aromatizantes Substâncias aromatizantes naturais

30 28 44 85 31 24 60 35 9 >100 >700 >350

Aditivos Alimentares

Tabela 10.2

229

Substâncias Químicas mais Comuns Desenvolvidas como Aditivos

Alimentares Finalidades

Substâncias Químicas

Conservantes

Ácido benzoico, ácido sórbico, ácido p-oxibenzoico, peróxido de hidrogênio, AF-2 a Ácido ascórbico, DL-�-tocoferol, BHA, galato de propila Sacarina, dulcina, ciclamato de sódio a Vermelho para alimentos N.° 2 a, Amarelo para alimentos N.° 4, Scarlet Red , Índigo-carmim Safrol, antranilato de metila, maltol, carbono CaOCl2, NaOCl, NaClO2, SO2 Vitaminas

Antioxidantes Edulcorantes Corantes Aromatizantes Agentes branqueadores Suplementos nutritivos a

Uso proibido em alimentos.

•

Para aumentar ou manter o valor nutricional . Vitaminas e minerais são adicionados

a muitos alimentos como leite, farinha, cereais e margarina para repor aqueles elementos que provavelmente estão ausentes na dieta de um indivíduo ou que foram perdidos no processamento do alimento. A fortificação e o enriquecimento dos alimentos têm ajudado a reduzir a má nutrição de parte da população dos Estados Unidos. Todos os produtos que contêm nutrientes adicionados precisam ser rotulados de maneira apropriada. • Para manter a palatabilidade e a salubridade. Os conservantes retardam a deterioração dos produtos causada por bolores, ar, bactérias, fungos e leveduras. A contaminação bacteriana pode causar doenças transmissíveis por alimentos, inclusive o botulismo, que é potencialmente fatal. Os antioxidantes são conservantes que impedem que as gorduras e os óleos dos alimentos assados em forno e de outros produtos se tornem rançosos ou desenvolvam sabor indesejado. Eles também impedem que frutas frescas cortadas como as maçãs adquiram cor escura quando expostas ao ar. • Para possibilitar a fermentação ou controlar a acidez/alcalinidade. Os fermentos que liberam ácidos quando aquecidos podem reagir com o bicarbonato de sódio fazendo com que bolos, biscoitos e outros alimentos assados em forno cresçam durante o cozimento. Outros aditivos ajudam a modificar a acidez ou a alcalinidade dos alimentos para a obtenção de aroma, gosto e cor apropriados. • Para intensificar o sabor ou dar a cor desejada . Muitos condimentos e aromatizantes naturais e sintéticos realçam o sabor dos alimentos. Da mesma forma, as cores realçam a aparência de certos alimentos para satisfazer as expectativas do consumidor. A Tabela 10.2 traz exemplos de substâncias que desempenham cada uma dessas funções. Apesar de os aditivos alimentares serem submetidos a testes laboratoriais extensos antes de serem adicionados aos produtos alimentícios comercializados, o uso dessas substâncias em alimentos tem causado grande controvérsia e preocupação pública. Há duas

230


posições básicas com relação ao uso dos aditivos alimentares. Uma delas considera que todos os aditivos são ameaças potenciais à saúde e, como consequência, não devem ser utilizados. Para a outra posição, a menos que se prove que um aditivo é perigoso, seu uso para proteger os alimentos da deterioração ou para aumentar sua abrangência nutricional, palatabilidade, textura ou aspecto está justificado. A primeira opinião é expressa por alguns consumidores. Esse grupo se preocupa com o fato de que os produtos alimentícios básicos já estão contaminados com muitas substâncias tóxicas, como pesticidas e microrganismos. E, assim que os aditivos são aprovados para uso em um produto alimentício, as pessoas passam a ingeri-los de modo contínuo. Portanto, mesmo que a ingestão diária aceitável (IDA) tenha sido determinada oficialmente e que cada produto permaneça dentro dos limites estabelecidos, a ingestão total de certos aditivos provenientes de fontes alimentícias diversas poderá exceder a IDA. Essa posição argumenta que as toxicidades crônicas, como a carcinogenicidade e a teratogenicidade, dos aditivos alimentares ainda não foram suficientemente estudadas. De fato, a maioria dos aditivos alimentares é utilizada sem que os consumidores sejam informados sobre suas toxicidades crônicas. Por causa dos altos custos dos testes e de outros fatores, o progresso das pesquisas sobre as toxicidades crônicas dos aditivos alimentares é muito lento. A segunda posição relativa ao uso de aditivos alimentares ressalta os numerosos benefícios dessas substâncias: se não fossem os aditivos alimentares, os alimentos assados em fornos, como pães e bolos, ficariam velhos ou embolorados de um dia para o outro, os óleos e os molhos para saladas se desagregariam e ficariam rançosos, o sal de cozinha empedraria, as frutas e os legumes enlatados mudariam de cor ou perderiam a consistência, as vitaminas se deteriorariam, as bebidas e as sobremesas congeladas perderiam o sabor e as embalagens ficariam aderidas ao seu conteúdo. Dentro da atual estrutura da indústria de processamento de alimentos dos Estados Unidos, seria praticamente impossível abandonar totalmente os aditivos alimentares. No entanto, a fim de proporcionar o máximo de proteção para os consumidores, é prudente estudar qualquer toxicidade potencial dos aditivos alimentares de uso corrente.

REGULAMENTAÇÕES Nos Estados Unidos, a qualidade dos alimentos é regulamentada por numerosas leis estaduais e federais. Antes da virada do século, a maioria dos estados tinha leis que protegia os consumidores de alimentos perigosos ou processados de maneira inadequada, mas não havia um sistema regulador federal correspondente. A opinião pública passou a se concentrar na salubridade dos alimentos que consumia após a publicação do romance The Jungle (“A selva”), no qual o autor, Upton Sinclair, descreve as condições deploráveis dos matadouros. Além disso, o Dr. Harvey W. Wiley, que havia trabalhado como químico no Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, de 1883 a 1930, começou a realizar análises químicas e biológicas nas substâncias que compunham os alimentos e descobriu casos de rótulos incorretos e de alimentos adulterados. Como as colônias de animais de laboratório ainda não tinham sido desenvolvidas, Wiley realizou testes biológicos em si mesmo e em um grupo de homens jovens, que se tornou conhecido como o Poison Squad (Esquadrão do Veneno). Por causa do trabalho de Wiley e de seu grupo, foram obtidas

Regulamentações

231

informações confiáveis sobre adulteração, toxicidade e rotulagem incorreta de alimentos. A Pure Food and Drug Act finalmente foi aprovada, em 1906, após anos de esforço para aprovar uma lei. No entanto, sugiram insinuações de que essa lei só tinha sido aprovada, porque fora apresentada junto com a Meat Inspection Act , uma resposta ao clamor público gerado pelo romance de Sinclair. A Pure Food and Drug Act, de 1906, proibiu a produção de produtos alimentícios adulterados ou com rótulos incorretos no Distrito de Columbia e também a distribuição interestadual de produtos fraudulentos ou insalubres. Essa lei baniu conservantes químicos como o ácido bórico, o ácido salicílico e o formaldeído; além disso, definiu a adulteração de alimentos como a adição de substâncias tóxicas ou materiais deletérios, a retirada de constituintes de valor e o encobrimento da qualidade inferior resultante, a substituição de outros constituintes e a mistura de substâncias que afetam negativamente a saúde. A principal lei seguinte foi a Federal Food, Drug, and Cosmetic Act , de 1938 (conhecida como Lei de 1938), que adicionou novas disposições à legislação de 1906. Ela definiu alimento como: • • •

Substâncias utilizadas como alimento ou bebida por pessoas ou animais Goma de mascar Substâncias utilizadas como componentes de quaisquer produtos alimentícios

A lei estabeleceu também regras para a identificação dos produtos e para o envase, proibiu a adulteração, exigiu a colocação de rótulos com informações corretas e restringiu o uso de substâncias químicas àquelas necessárias para a fabricação do alimento, com um conjunto específico de níveis de tolerância para as substâncias químicas com toxicidade considerável. A emenda Food Additive Amendment , que foi adicionada à lei em 1958, teve grande impacto sobre a indústria de alimentos. Embora essa emenda à lei de 1938 tenha tornado oficial a tolerância do governo dos Estados Unidos com relação ao uso de aditivos alimentares e à aceitação da necessidade dos aditivos alimentares para que haja um suprimento abundante de alimentos saudáveis, ela também afastou o governo da realização dos testes de toxicidade. A emenda estabeleceu que é o fabricante que deve provar a segurança e também a toxicidade dos seus aditivos alimentares. Dessa forma, o fabricante de aditivos passou a arcar com o ônus do atraso na produção e com o custo de milhões de dólares desses testes. No entanto, a emenda não se aplicava aos aditivos em uso antes de 1958. Os riscos potenciais dessas substâncias foram avaliados inicialmente tendo como base a opinião de especialistas que trabalhavam no campo da toxicologia. As substâncias que foram consideradas perigosas para uso geral nos alimentos tiveram o uso proibido ou foram estabelecidos limites rigorosos para os níveis que poderiam ser adicionados aos alimentos. As substâncias que não despertavam preocupação entraram para a lista das substâncias GRAS ( generally recognized as safe , isto é, geralmente reconhecidas como seguras). As substâncias da lista GRAS podem ser utilizadas pelos fabricantes dentro dos princípios

gerais das boas práticas de fabricação. A Cláusula Delaney também foi incluída na emenda Food Additive Amendment de 1958. Essa cláusula foi apresentada em resposta à preocupação crescente com o possível

232


papel dos aditivos alimentares no câncer humano. Ela afirma que dada substância não deve ser adicionada aos alimentos se for constatado por meio de testes adequados que ela causa câncer em pessoas ou animais. Embora a Cláusula Delaney pareça ser um modo muito direto e simples de lidar com uma classe potencialmente perigosa de substâncias, ela proporciona pouca margem para a interpretação científica dos dados e continua a ser controversa. Essa cláusula não leva em consideração a dose específica de uma substância possível de ser encontrada nos alimentos, e não existe uma disposição para a interpretação dos resultados em animais com relação ao sítio da carcinogênese, à sensibilidade conhecida do modelo experimental ou à dose específica de carcinógenos necessária para produzir câncer. Embora várias substâncias tenham tido o uso em alimentos proibido por causa da carcinogenicidade evidente, em nenhum desses casos a Cláusula Delaney foi invocada. Todas as proibições de uso de substâncias foram estabelecidas com base nas disposições gerais de segurança da Lei de 1938. As emendas Color Additive Amendments, de 1960, deram atenção especial aos aditivos corantes e à possibilidade de uso indevido e de toxicidade dessas substâncias. Essas emendas diferenciaram os aditivos corantes naturais dos sintéticos e exigiram: • •

A listagem de todos os aditivos corantes nos rótulos A certicação dos lotes dos corantes listados sempre que isso for considerado

necessário para proteger a saúde pública •

A realização de novos testes de segurança para os corantes previamente certicados

utilizando-se técnicas e procedimentos modernos sempre que quaisquer problemas de segurança surjam mesmo após a classificação inicial do corante como seguro •

A análise de todos os aditivos corantes para alimentos por meio de estudos de

longa duração de dietas que incluam a avaliação da carcinogenicidade e da teratogenicidade em duas ou mais espécies de animais. Atualmente, há duas categorias de corantes de alimentos que são consideradas adequadas: os corantes GRAS e os corantes certicados. Os corantes GRAS geralmente são

pigmentos de ocorrência natural em plantas e animais ou são compostos inorgânicos ou orgânicos simples. Eles estão isentos dos procedimentos de certificação necessários para a maioria dos corantes sintéticos. Para que um corante seja certificado, é preciso enviar uma amostra de cada lote de produção desse corante à FDA para análise. O lote receberá aprovação para uso se a amostra satisfizer os padrões de qualidade previamente estabelecidos. Cada lote precisa ser analisado para garantir que a composição química dos novos lotes seja igual à composição do lote que foi submetido aos testes biológicos. Atualmente, a prática da revisão periódica também é utilizada para todos os aditivos alimentares. Desde 1970, a FDA está revisando os ingredientes e as substâncias GRAS

com sanções prévias de acordo com os padrões de segurança atuais. Segundo o sistema regulador vigente, nenhuma substância que faça parte direta ou indiretamente do alimento poderá ser adicionada a ele ou ser utilizada sobre ele ou perto dele, a menos que: • • •

A substância seja reconhecida como segura (GRAS) A substância tenha recebido uma sanção ou aprovação prévia Uma regulamentação para aditivos alimentares tenha sido emitida estabelecendo as

condições para o seu uso seguro

Regulamentações

233

Todas as substâncias não aromatizantes da lista GRAS estão sendo revisadas individual -

mente em conformidade com os padrões de segurança atuais, enquanto todos os aproximadamente 1.000 aromatizantes utilizados em alimentos estão sendo reavaliados de acordo com um programa diferente que considera essas substâncias por classe química. Depois que a revisão GRAS estiver concluída, uma substância com o status prévio de GRAS será: • •

Rearmada como GRAS Classicada como aditivo alimentar, as condições de uso, os níveis de uso e

quaisquer outras limitações serão especificadas •

Colocada provisoriamente sob a regulamentação dos aditivos alimentares, o que

indica a necessidade de informações toxicológicas adicionais •

Proibida para uso

As substâncias que estiverem provisoriamente na categoria de aditivo alimentar poderão ser utilizadas nos alimentos, enquanto os testes estiverem em andamento, se não houver risco desnecessário para o público. Não existem limitações quantitativas específicas para o uso de uma substância com status de GRAS; contudo, seu uso é limitado pelas definições gerais de alimento adulterado, conforme especificado na Lei de 1938 e pelo que é chamado de boas práticas de fabricação (BPFs). As BPFs incluem as seguintes condições para as substâncias adicionadas aos alimentos: •

A quantidade da substância adicionada a um alimento não deverá exceder a

quantidade razoavelmente necessária para realizar o efeito físico, nutricional ou outro efeito técnico pretendido no alimento. •

A quantidade da substância que passa a ser um componente do alimento como

resultado de seu uso na fabricação, no processamento ou no acondicionamento de um alimento e que não tem o objetivo de realizar nenhum efeito físico ou outro efeito técnico no alimento em si deverá ser reduzida a um nível razoavelmente possível. As BPFs também especificam que a substância tem um teor alimentício apropriado e que é preparada e manipulada como um ingrediente alimentar. Em geral, os aditivos alimentares são regulamentados por emendas inseridas na Seção 409 da Lei de 1938. A lei requer que os aditivos alimentares sejam não apenas seguros nos níveis usados, mas também eficazes para realizar o efeito pretendido. Os aditivos ineficazes não podem ser utilizados legalmente, independentemente de sua segurança. No entanto, essa lei exclui especificamente certas classes de compostos. Os resíduos de pesticidas presentes em produtos agrícolas in natura não são considerados legalmente como aditivos alimentares nos Estados Unidos, apesar de estarem sujeitos à regulamentação da EPA e de cada um dos estados. Os corantes são regulamentados separadamente pelas emendas Color Additive Amendments à Lei de 1938, que foram aprovadas em 1960. Antes das emendas sobre aditivos alimentares de 1958 à Lei de 1938, a maioria dos aditivos alimentares não tinha regulamentação própria, embora certas substâncias individuais tivessem sido proibidas pela FDA. Os aditivos cujo uso era comum e difundido em 1958 foram isentos da necessidade de se submeter a testes de segurança, e essa isenção teve como base a longa experiência com esses compostos. Eles foram denominados GRAS

segundo as condições de seu uso pretendido, geralmente no nível prático mais baixo e em

234


concordância com as boas práticas de fabricação. Embora a FDA tenha listado de modo especíco centenas de aditivos como GRAS, a lista publicada não é inclusiva.

Os aditivos alimentares também foram alvo da Food Quality Protection Act (FQPA), que entrou em vigor em 1996, apesar de essa lei se destinar principalmente aos resíduos de pesticidas presentes em alimentos. O principal impacto da lei FQPA sobre os aditivos alimentares foi a eliminação da Cláusula Delaney. Essa eliminação fazia parte da lei FQPA de 1996, que substituiu essa cláusula por uma abordagem mais gerenciável, do tipo “ risk cup”, para avaliar a exposição humana total e o risco a muitas substâncias químicas, entre elas os aditivos alimentares.

CONSERVANTES Uma das funções mais importantes dos aditivos alimentares é proteger os produtos alimentícios da deterioração. Os conservantes impedem a deterioração dos alimentos causada pela ação de microrganismos ou pela oxidação. O desenvolvimento de métodos de conservação de alimentos foi essencial para a transição pré-histórica dos seres humanos das tribos nômades de caçadores-coletores para as comunidades agrícolas. Desde o alvorecer da história, as pessoas têm se esforçado para conservar alimentos suficientes para sobreviver entre uma colheita e a seguinte. É provável que a fumaça tenha sido o primeiro agente conservante a ser descoberto. O sal comum também foi utilizado nos tempos pré-históricos. Os egípcios antigos faziam uso do vinagre, do óleo e do mel, substâncias que ainda hoje têm aplicações. No século XIII, Wilhelm Beukels descobriu o “ pickling”, um processo para conservar alimentos por meio da fermentação anaeróbica em salmoura — uma solução de sal em água. Na Assíria, na Grécia e na China antigas, o dióxido de enxofre, que normalmente era pres-

crito como fumigante, também era utilizado como conservante. No final da Idade Média, esse composto era amplamente utilizado em toda a Europa para conservar vinho e talvez tenha tido outros empregos também. Contudo, no final do século XV, vários decretos foram promulgados para regulamentar o uso do enxofre na produção do vinho, e esses decretos podem ter sido as primeiras ações legais contra os aditivos químicos alimentares. Não surgiu nenhum outro conservante químico até o final do século XVIII, quando Hofer sugeriu o uso do bórax (borato de sódio hidratado). No entanto, mesmo hoje em dia, estima-se que até um terço da produção agrícola dos Estados Unidos seja perdida após a colheita. No início do século XX, substâncias químicas sintéticas começaram a ser usadas como conservantes alimentares, e o uso difundido dessas substâncias possibilitou que ampla variedade de alimentos estivesse disponível para mais pessoas por períodos mais longos de tempo. Conforme mencionado anteriormente, o uso de conservantes alimentares suscita muitas críticas. No entanto, o tempo considerável existente hoje em dia entre a produção e o consumo dos alimentos faz com que o uso de alguns conservantes seja necessário para impedir a deterioração e o surgimento de alterações indesejáveis na cor e no sabor dos alimentos. Muitos microrganismos, entre eles as leveduras, os bolores e as bactérias, podem produzir efeitos indesejáveis no aspecto, no gosto ou no valor nutricional dos alimentos. Vários desses organismos produzem toxinas que representam riscos elevados para a saúde humana. O oxigênio atmosférico também pode afetar negativamente os alimentos, tornando, por exemplo, as gorduras rançosas.

Conservantes

235

A palavra conservante adquiriu gradualmente uma conotação mais ampla, abrangendo não apenas os compostos que inibem os micróbios, mas também os compostos que impedem a deterioração química e bioquímica. A ação dos conservantes não consiste em matar as bactérias (ação bactericida), mas em retardar sua ação por meio da inibição de sua atividade (ação bacteriostática). Um conservante químico precisa preencher certas condições antes que seu uso em alimentos seja considerado: • •

Deve ser atóxico e adequado para uso. Não deve transmitir sabores indesejados quando utilizado em níveis ecazes no

controle do crescimento microbiano. • •

Deve ser facilmente solúvel. Deve exibir propriedades antimicrobianas dentro do intervalo de pH de cada

alimento específico. •

Seu uso deve ser econômico e prático.

Ácido Benzoico O ácido benzoico, que geralmente é empregado na forma de seu sal de sódio, o benzoato de sódio (Figura 10.1), é empregado há muito tempo como aditivo alimentar antimicrobiano. É utilizado em bebidas com e sem gás, xaropes, saladas de frutas, glacês, geleias, gelatinas, compotas, margarina com sal, carne moída, picles e relishes, tortas, recheios doces para massas, saladas preparadas, coquetel de frutas, molho de soja e caviar. O nível para uso varia de 0,05% a 0,1%. O ácido benzoico na forma de ácido é bastante tóxico, mas seu sal de sódio é muito menos tóxico (Tabela 10.3). O sal de sódio é preferido por causa da baixa solubilidade aquosa do ácido livre. In vivo, o sal é convertido em ácido, que é a forma mais tóxica.

FIGURA 10.1 Estrutura do ácido benzoico e do benzoato de sódio.

Tabela 10.3

Toxicidade Aguda do Benzoato de Sódio

Animal

Método

DL50 (mg/kg)

Rato Rato Coelho Coelho Cão

Oral Injeção intravenosa Oral Injeção subcutânea Oral

2.700 1.714 ± 124 2.000 2.000 2.000

236


Os estudos sobre a toxicidade subaguda do ácido benzoico em camundongos indicaram que a ingestão de ácido benzoico ou de seu sal de sódio causa perda de peso, diarreia, irritação das membranas internas, sangramento interno, aumento do tamanho do fígado e dos rins, hipersensibilidade e paralisia seguida de morte. Quando o ácido benzoico (80 mg/ kg de peso corporal) e o bissulfato de sódio (160 mg/kg de peso corporal) ou a mistura de ambos (ácido benzoico/bissulfato de sódio = 80 mg/160 mg) foram administrados junto com a ração a camundongos durante 10 semanas, a taxa de morte relativa à mistura foi de 66% e a taxa relativa ao ácido benzoico sozinho foi de 32%. Avaliou-se a toxicidade do ácido benzoico sobre a reprodução e o desenvolvimento de quatro gerações de ratos utilizando-se dietas com 0%, 0,5% e 1% de ácido benzoico que foram administradas a ratos machos e fêmeas alojados em conjunto, durante oito semanas. Observou-se o ciclo de vida inteiro da segunda geração, e a terceira e a quarta gerações foram examinadas na necrópsia. Não foram registradas alterações nos padrões normais de crescimento, reprodução ou lactação durante a vida nem observadas anormalidades morfológicas nas necrópsias. As vias de degradação do ácido benzoico também foram estudadas em detalhes, e os resultados confirmaram a inocuidade dessa substância. As vias de degradação metabólica do ácido benzoico são apresentadas na Figura 10.2. A dose total de ácido benzoico é excretada dentro de 10 a 14 horas, e 75% a 80% da substância é excretada dentro de seis horas. Depois da conjugação com a glicina, 90% do ácido benzoico aparece na urina como ácido hipúrico. O restante forma um glicuronídeo, o ácido 1-benzoilglicurônico.

FIGURA 10.2 Vias da degradação metabólica do ácido benzoico.

Conservantes

237

Os ésteres alifáticos menores do ácido benzoico são os primeiros hidrolisados pela esterase, que é encontrada em abundância na parede do intestino e no fígado. O ácido benzoico resultante é degradado subsequentemente do modo habitual.

Ácido Sórbico e Sorbato de Potássio O ácido sórbico e seus sais têm amplo espectro de ação contra leveduras e bolores, porém são menos ativos contra bactérias. A ação antimicrobiana do ácido sórbico foi descoberta de modo independente nos Estados Unidos e na Alemanha, em 1939 e, desde a metade da década de 1950, os sorbatos têm sido cada vez mais utilizados como conservantes. As estruturas desses compostos são apresentadas na Figura 10.3. Para a conservação da margarina e de peixes, queijos, pães e bolos, os sorbatos geralmente são considerados superiores ao benzoato. O ácido sórbico e seus sais de potássio são utilizados em baixas concentrações em produtos à base de queijo, em alguns peixes e produtos à base de carne, em frutas frescas, em verduras, em bebidas preparadas com frutas, em alimentos assados em fornos, como bolos e biscoitos, no picles e nos vinhos para controlar o crescimento de bolores e leveduras. O ácido sórbico é praticamente atóxico. A Tabela 10.4 mostra a toxicidade aguda do ácido sórbico e de seu sal de potássio. Em estudos que utilizaram animais, testes realizados com doses grandes por períodos de tempo prolongados não revelaram problemas significativos. Quando o ácido sórbico (40 mg/kg/dia) foi injetado diretamente no estômago de camundongos machos e fêmeas durante 20 meses, não foram observadas diferenças nas taxas de sobrevida, nas taxas de crescimento ou no apetite entre os camundongos que receberam a dose e os animais do grupo de controle. No entanto, quando a dose foi aumentada para 80 mg/kg/dia por mais três meses, observou-se certa inibição do

FIGURA 10.3 Estrutura do ácido sórbico e do sorbato de potássio.

Tabela 10.4

Toxicidade Aguda do Ácido Sórbico e de seu Sal de Potássio

Animal

Composto

Método

DL50 (g/kg)

Rato Rato Camundongo Camundongo Camundongo Camundongo

Ácido sórbico Sorbato de potássio Ácido sórbico Sorbato de potássio Ácido sórbico Sorbato de potássio

Oral Oral Oral Oral Intraperitoneal Intraperitoneal

10,5 4,2 >8 4,2 2,8 1,3

238


crescimento. Quando cães foram alimentados com ração contendo 1% e 2% de sorbato de potássio durante três meses, não foram observadas anormalidades patológicas. Essa evidência indica que a toxicidade subaguda do ácido sórbico é insignificante. Testes para avaliar a toxicidade do ácido sórbico sobre a reprodução e o desenvolvimento de duas gerações de diversos animais mostraram que nem o ácido sórbico nem seu sal de potássio induzem crescimentos malignos em animais. Por exemplo, ratos alimentados com ração contendo 5% de ácido sórbico durante duas gerações (1.000 dias) não apresentaram alterações nas taxas de crescimento, reprodução ou em outros parâmetros comportamentais. Por ser um aditivo alimentar relativamente novo, o sorbato tem sido submetido a testes de toxicidade rigorosos. Talvez ele seja o conservante alimentar químico mais intensamente estudado. Em estudos nos quais ratos e cães foram alimentados com ração contendo sorbato durante 90 dias e em um estudo no qual ratos foram alimentados com ração contendo sorbato durante toda a vida, o nível de sorbato correspondente a 5% da dieta não produziu efeitos adversos observáveis. Contudo, quando o nível de sorbato correspondeu a 10% da dieta e a ração foi oferecida durante 120 dias, os ratos exibiram crescimento maior e também houve aumento no peso do fígado. Essas alterações foram atribuídas ao valor calórico do sorbato nesses níveis dietéticos altos, visto que essa substância pode atuar como substrato no metabolismo catabólico normal dos mamíferos. Os sorbatos não são mutagênicos nem tumorigênicos e, conforme mencionado previamente, não foi observado nenhum efeito tóxico sobre a reprodução.

Peróxido de Hidrogênio O peróxido de hidrogênio é utilizado para reduzir o número de bactérias nos laticínios e em outros gêneros alimentícios. Na indústria de laticínios, o peróxido de hidrogênio também tem sido usado como substituto da pasteurização no tratamento do leite e como conservante direto na manutenção da qualidade do leite. No Japão, esse composto tem sido utilizado como conservante em produtos à base de pasta de peixe. O peróxido de hidrogênio também tem efeito branqueador. O uso do peróxido de hidrogênio altamente puro no queijo industrializado foi aprovado pela FDA (o peróxido de hidrogênio de uso industrial geralmente é uma solução aquosa que varia de 3% a 35%; o peróxido de hidrogênio comercializado para uso doméstico consiste em uma solução aquosa a 3%). A toxicidade aguda (DL50) do peróxido de hidrogênio para os ratos é de 700 mg/kg/peso corporal por injeção subcutânea e de 21 mg/kg/peso corporal por injeção intravenosa. Quando grande quantidade de peróxido de hidrogênio é injetada diretamente no estômago de ratos, ocorre leve mudança no peso e na concentração das proteínas do sangue. No entanto, quando peróxido de hidrogênio é misturado à ração animal, nenhuma anormalidade é observada. O uso de bactericidas tem sido limitado por causa da toxicidade dessas substâncias para os seres humanos; atualmente, apenas o uso do peróxido de hidrogênio é aceito.

AF-2 [2-(-furil)-3-(5-nitro-2-furil)acrilamida] A atividade antibacteriana dos derivados do nitrofurano foi identificada pela primeira vez, em 1944. A descoberta dessas propriedades antibacterianas permitiu a criação de um

Antioxidantes

239

FIGURA 10.4 Estrutura da 2-(2-furil)-3-(5-nitro-2-furil)acrilamida (AF-2).

novo grupo de agentes antimicrobianos. Essa atividade depende da presença de um grupo nitro na posição 5 do anel do furano. Numerosos derivados do 5-nitrofurano já foram sintetizados; certos compostos têm sido utilizados amplamente na medicina humana e veterinária, e também como antissépticos para as rações de animais. A AF-2 (Figura 10.4) foi aprovada legalmente para uso no Japão em 1965 e adicionada ao queijo de soja (tofu), presunto, embutidos cárneos, presunto de peixe, embutidos de peixe e pasta de peixe ( kamaboko ). O composto foi aprovado com base em dados de testes de segurança obtidos na análise da toxicidade aguda e crônica durante dois anos e da toxicidade sobre o aparelho reprodutor durante quatro gerações, utilizando-se camundongos e ratos. Na época, nenhuma atenção foi dada à mutagenicidade da substância. Em 1973, vários testes com micróbios provaram que a AF-2 é mutagênica. A mutagenicidade desse aditivo alimentar prenunciou enfaticamente sua carcinogenicidade e o risco de seu uso como aditivo alimentar. Um ou dois anos após a descoberta de sua mutagenicidade, a carcinogenicidade dessa substância química foi demonstrada em estudos com animais. Desde essa época, a busca por agentes causadores de câncer ganhou mais destaque. Os bioensaios de curta duração ganharam muita atenção, porque foram capazes de rastrear possíveis carcinógenos. O mecanismo da carcinogênese ainda não está claro, porém foi demonstrado que existe uma relação estreita entre carcinógenos e mutágenos. A AF-2 foi o primeiro exemplo de composto que mostrou ser também um carcinógeno. A descoberta da mutagenicidade da AF-2 provou o valor dos testes que avaliam a mutagenicidade como um método para o rastreamento de carcinógenos.

ANTIOXIDANTES Um dos tipos mais comuns de deterioração de alimentos é a mudança indesejável da cor ou do sabor causada pelo oxigênio do ar (deterioração oxidativa). A oxidação causa alterações não apenas na cor ou no sabor, mas também diminui o valor nutricional dos alimentos e, às vezes, produz substâncias tóxicas. Visto que a maioria dos alimentos consiste, principalmente, em carboidratos, gorduras, proteínas e água, a deterioração microbiológica é um dos fatores mais importantes a ser considerado na conservação das porções de carboidrato e de proteína dos produtos alimentícios. No entanto, a oxidação, sobretudo a oxidação atmosférica, é o principal fator da degradação das gorduras e das porções gordurosas dos alimentos. A deterioração oxidativa da gordura resulta não apenas na destruição das vitaminas A, D, E, K e C, mas também na destruição de ácidos graxos essenciais e no desenvolvimento de odor repulsivo indesejado. Em casos extremos, as reações oxidativas dão origem a subprodutos tóxicos.

240


O método mais eficiente de impedir a degradação oxidativa é o uso de agentes antioxidantes. Os antioxidantes podem ser classificados em naturais e sintéticos. Os antioxidantes de ocorrência natural exibem propriedades antioxidantes relativamente fracas. Como consequência, desenvolveram-se antioxidantes sintéticos para uso em alimentos. Para que o uso dessas substâncias em alimentos seja permitido, elas precisam ter baixa toxicidade, devem ser eficazes em baixas concentrações em grande variedade de gorduras, não devem conferir sabor, odor ou cor desagradáveis ao produto e devem ter a aprovação da FDA.

Ácido L-Ascórbico (Vitamina C) O ácido L-ascórbico, ou vitamina C, está amplamente presente nos vegetais. As estruturas do ácido ascórbico e do ácido desidroascórbico são apresentadas na Figura 10.5. Além de ser um nutriente importante, a vitamina C também é utilizada como antioxidante em vários alimentos. No entanto, ela não é solúvel em gorduras e é instável em meios alcalinos. A vitamina C reduz a toxicidade do cádmio, e doses excessivas prolongam o tempo de retenção de compostos orgânicos de mercúrio em um sistema biológico. Superdoses de vitamina C (106 g) provocam sudorese, tensão nervosa e redução da frequência do pulso. A OMS recomenda que a ingestão diária seja inferior a 0,15 mg/kg. Não há registros de intoxicação pelo ácido ascórbico. Embora tenha sido relatado que injeções intravenosas repetidas de 80 mg de ácido desidroascórbico têm efeito diabetogênico em ratos, o consumo oral de 1,5 g/dia de ácido ascórbico durante seis semanas não provocou nenhum efeito sobre a tolerância à glicose ou sobre a glicosúria de 12 homens adultos normais nem produziu alterações nas concentrações sanguíneas de glicose de 80 diabéticos depois de cinco dias. O mesmo artigo relatou que uma dose intravenosa de 100 mg de ácido desidroascórbico administrada diariamente durante períodos prolongados não produziu sinais de diabetes. O ácido ascórbico é rapidamente oxidado a ácido desidroascórbico, que é reduzido pela glutationa no sangue.

dl-�-Tocoferol (Vitamina E) O �-tocoferol é conhecido como vitamina E e está presente em muitos tipos de plantas, principalmente na alface e na alfafa. Quando exposto à luz do Sol, sua cor

FIGURA 10.5 Estrutura do ácido ascórbico e do ácido desidroascórbico.

Antioxidantes

241

FIGURA 10.6 Estrutura do �-tocoferol (vitamina E).

muda de amarelo para marrom-escuro. A estrutura do �-tocoferol é apresentada na Figura 10.6. Os óleos vegetais naturais não são rapidamente oxidados por causa da presença do tocoferol. No entanto, durante os processos de refinamento, o tocoferol pode ser removido dos óleos; como consequência, os óleos vegetais refinados podem-se tornar instáveis e sofrer oxidação. Em um experimento, a vitamina E pareceu ser relativamente inócua; ela foi administrada a pacientes durante meses, tanto por via oral quanto por via parenteral, na dose de 300 mg/dia sem que efeitos adversos fossem observados. Contudo, em outro experimento, seis dos 13 pacientes que receberam doses similares se queixaram de dor de cabeça, náuseas, fadiga, tontura e embaçamento na visão. Embora a toxicidade crônica da vitamina E não tenha sido estudada em detalhes, a OMS recomenda uma dose diária máxima de 2 mg/kg/dia.

Galato de Propila O galato de propila (n-propil-3,4,5-tri-idroxibenzoato, Figura 10.7) é utilizado em óleos vegetais e na manteiga. Quando ratos foram alimentados com ração animal contendo 1,2% ou 2,3% de galato de propila, observou-se que os animais perderam peso. Esse efeito pode ter sido causado pela relutância dos ratos em se alimentar da ração com galato de propila, que tem gosto amargo. Quando os ratos foram alimentados com ração contendo 2% a 3% de galato de propila durante 10 a 16 meses, 40% dos animais morreram no primeiro mês e o restante apresentou inibição grave do crescimento. As necrópsias dos ratos mortos indicaram lesão renal resultante da ingestão do galato de propila. No entanto, estudos com outros animais não mostraram problemas graves e estudos complementares indicaram que o galato de propila não causa intoxicações crônicas graves.

FIGURA 10.7 Estrutura do n-propil-3,4,5-tri-hidroxibenzoato (galato de propila).

242


FIGURA 10.8 Estrutura do hidroxitolueno butilado (BHT) e do hidroxianisol butilado (BHA).

Hidroxianisol Butilado e Hidroxitolueno Butilado O hidroxianisol butilado (BHA, butylated hydroxyanisol) e o hidroxitolueno butilado (BHT, butylated hydroxytoluene) são os antioxidantes mais utilizados, mas causam problemas contínuos e insolúveis para a indústria alimentícia. As estruturas do BHA e do BHT são apresentadas na Figura 10.8. O BHA produz diarreia leve em cães quando esses animais são alimentados continuamente durante quatro semanas com níveis de 1,4 g/kg a 4,7 g/kg. Esse composto também causa reações alérgicas crônicas, malformações e danos ao sistema metabólico. Quando ratos foram alimentados com ração contendo 0,2%, 0,5% e 0,8% de BHT durante 24 meses, nenhuma alteração patológica foi observada. Os mesmos resultados foram obtidos quando a dose foi aumentada para 1% da ração. Antioxidantes — entre eles a vitamina C, a vitamina E, o BHA e o BHT — têm alguma atividade anticarcinogênica. Se o BHT for misturado a um carcinógeno conhecido como a N-2-fluorenil acetamida (FAA) ou o azoximetano (AOM) na ração animal, a taxa de indução de tumores em ratos será diminuída. Os mecanismos dos antioxidantes na carcinogênese química ainda não são bem compreendidos, mas a relação entre os carcinógenos químicos e o BHT tem sido intensamente investigada.

EDULCORANTES Os edulcorantes de ocorrência natural, como o mel e a sacarose, já eram conhecidos pelos romanos antigos. Contudo, os edulcorantes obtidos de fontes naturais são limitados. Para complementar a demanda, agentes adoçantes como a sacarina têm sido sintetizados desde o final do século XIX. Recentemente, esses edulcorantes não nutritivos começaram a receber mais

atenção como ingredientes de refrigerantes de baixa caloria. Os edulcorantes sem carboidratos ou sintéticos tornam possível a elaboração de alimentos adoçados para diabéticos, que precisam restringir a ingestão de açúcar, para aqueles que querem limitar a ingestão de calorias provenientes de carboidratos e para aqueles que desejam reduzir as cáries dentárias produzidas por alimentos.

Sacarina e Sacarina Sódica A sacarina, que é 300 a 500 vezes mais doce que a sacarose, é um dos adoçantes artificiais mais utilizados. Sacarina é um nome comercial da empresa Fahlbert and List

Edulcorantes

243

FIGURA 10.9 Estrutura da sacarina e da sacarina sódica.

Tabela 10.5

Toxicidade Aguda da Sacarina Sódica

Animal

Método

DL50 (g/kg)

Camundongo Camundongo Rato Rato Rato Coelho

Oral Intraperitoneal Oral Intraperitoneal Oral Oral

17,5 6,3 17,0 7,1 14,2 ± 1,3 5-8 (DL)

Company. O sal de sódio é a forma empregada na produção de alimentos e bebidas (Figura 10.9). Sua toxicidade aguda é mostrada na Tabela 10.5. Tem-se questionado se a sacarina é ou não um perigo para a saúde. Em 1972, constatou-se que ração animal contendo 7,5% de sacarina produzia câncer de bexiga na segunda geração de ratos. No entanto, alguns artigos científicos mostraram resultados contraditórios. Como consequência, a OMS recomenda que a ingestão diária de sacarina seja limitada a 0 a 0,5 mg/kg. A carcinogenicidade da sacarina ainda está sob investigação. Quando pellets de sacarina e colesterol (1:4) são colocados na bexiga de camundongos, observa-se o desenvolvimento de tumores depois de 40 a 52 semanas. Quando 2,6 g/kg de uma mistura de ciclamato de sódio e sacarina (10:1) foram administrados a ratos durante 80 dias, oito ratos desenvolveram tumores de bexiga depois de 105 semanas. Quando apenas ciclamato de sódio foi misturado à ração dos ratos durante dois anos, os cânceres de bexiga também apareceram. Por essa razão, toda a atenção se voltou para a carcinogenicidade do ciclamato de sódio.

Ciclamato de Sódio O ciclamato de sódio é um pó inodoro. É cerca de 30 vezes mais doce que a sacarose em solução diluída. A estrutura do ciclamato de sódio é mostrada na Figura 10.10, e sua toxicidade aguda é apresentada na Tabela 10.6. Tumores de células transicionais do tipo papilar foram encontrados nas bexigas urinárias de oito dos 80 ratos que receberam 2.600 mg/kg de peso corporal por dia de

244


FIGURA 10.10 Estrutura do ciclamato de sódio e de seu metabólito, ciclo-hexilamina.

Tabela 10.6

Toxicidade Aguda do Ciclamato de Sódio

Animal

Método

DL50 (g/kg)

Camundongo Camundongo Camundongo Rato Rato Rato

Oral Intraperitoneal Intramuscular Oral Intraperitoneal Intramuscular

10-15 7 4-5 2-17 6 3-4

uma mistura de ciclamato de sódio e sacarina sódica (10:1) por até 105 semanas. Quando a mistura do teste foi administrada em quantidades dietéticas calculadas para fornecer 500, 1.120 e 2.500 mg/kg de peso corporal a grupos de 35 e 45 ratas fêmeas, o único achado relevante foi a ocorrência de carcinomas papilares na bexiga de 12 das 70 ratas alimentadas com o nível dietético máximo da mistura (equivalente a cerca de 25 g/kg de peso corporal) durante períodos que variaram de 78 a 105 semanas (com exceção de uma morte precoce). A conversão in vivo do ciclamato de sódio em ciclo-hexilamina foi observada particularmente no grupo que recebeu a dose mais alta. A ciclo-hexilamina é muito tóxica (DL50 oral para ratos = 157 mg/kg) quando comparada ao ciclamato de sódio (DL50 oral = 12 g/kg). Em 1968, a FDA descobriu a teratogenicidade do ciclamato de sódio em ratos e proibiu o seu uso em alimentos.

CORANTES Desde tempos antigos, os corantes têm sido utilizados para tornar os alimentos mais atraentes. A percepção e a aceitabilidade dos alimentos, bem como seu paladar e aroma, são fortemente influenciadas pela sua cor. Há muito tempo, os nutricionistas sabem que, sem os estímulos coloridos esperados, até mesmo os especialistas têm dificuldade para identificar os sabores. Aplica-se corante à casca de certas variedades de laranjas comerciais, porque os consumidores rejeitam sua aparência natural — verde e manchada —, considerando-as não maduras ou defeituosas. Se o suco da laranja não tiver cor laranja intensa, os consumidores irão rejeitá-lo, mesmo que não haja alteração no sabor e no valor nutricional. O Congresso dos Estados Unidos cancelou por duas vezes as decisões da FDA (em 1956 e em 1959) quando esta propôs a proibição dos corantes utilizados.

Corantes

245

Os pigmentos naturais de muitos alimentos são instáveis ao calor ou à oxidação. Dessa forma, o armazenamento ou o processamento pode causar variações na cor, mesmo quando o valor nutricional permanece inalterado. As alterações que surgem na aparência de um produto com o passar do tempo podem levar os consumidores a temerem que o produto comprado seja “ruim” ou tenha sido adulterado, principalmente quando se levam em consideração os casos amplamente divulgados de produtos falsificados. O uso de corantes pode resolver o problema dos varejistas e fabricantes. Azeitonas maduras, batatas-doces, alguns molhos e xaropes, bem como outros alimentos, são tingidos principalmente para garantir sua uniformidade e a aceitabilidade pelos consumidores. Doces, bolos e outros produtos, como preparações farmacêuticas, são muitas vezes tingidos com cores vivas. As rações para os animais de estimação são coloridas por causa dos donos humanos, e não dos animais, que são cegos para cores. Algumas pessoas criticam esses usos considerando-os desnecessários, ou mesmo levianos, até quando corantes alimentares naturais são utilizados. A cor vermelha pode ser produzida naturalmente a partir da raiz seca da beterraba (vermelho-beterraba) ou de insetos, como o corante carmim de cochonilha (América Central) e a laca (sudeste asiático). No entanto, os corantes naturais geralmente não são transparentes, e sua variedade é limitada. Os corantes sintéticos começaram a substituí-los no final do século XIX. Em 1909, o uso de 21 substâncias químicas foi reconhecido na Second International Red Cross Conference. Em 1900, cerca de 80 corantes sintéticos eram utilizados para colorir alimentos nos Estados Unidos. Naquela época, não havia regulamentações referentes à segurança. Muitos corantes também eram usados para tingir produtos têxteis, e apenas a toxicidade aguda desses corantes foi testada antes que eles fossem utilizados em alimentos. A cronologia do surgimento de novos corantes é mostrada na Tabela 10.7. Atualmente, o número de corantes permitidos como aditivos alimentares é muito menor e, ainda, está sendo reduzido. Uma classe grande de corantes orgânicos sintéticos é o grupo azo. Muitos corantes comerciais pertencem a essa classe, sobretudo por causa de suas cores vivas, principalmente os vermelhos, Tabela 10.7

Cronologia dos Corantes Sintéticos Recém-desenvolvidos

Ano

Agente

1916 1918 1922 1927 1929 1929 1929 1950 1966 1971

Tartrazina Yellow AB & OB Verde Guinea Verde Rápido Ponceau SX Amarelo Crepúsculo Azul Brilhante Violeta N.° 1 Laranja B Vermelho FD&C N.° 40

246


laranjas e amarelos. Os compostos azo contêm o grupo funcional (R—N = N—R �), no qual R e R� podem ser radicais arila ou alquila. Existem dois tipos de corantes azo: aqueles que são

solúveis em água e aqueles que não são. Em geral, os corantes azo solúveis em água são menos tóxicos, porque são excretados mais rapidamente do corpo. No entanto, os dois tipos podem ser reduzidos para formar no corpo o grupo amino tóxico, —NH2, juntamente com a ação de microrganismos como o Streptococcus, o Bacillus pyocyaneus e o Proteus sp. O relatório de um bioensaio específico sobre compostos azo revelou que apenas 12 dos 102 compostos azo não sofreram redução até amina. Em 1937, constatou-se que o dimetilaminoazobenzeno ou o amarelo de metila provocava tumores malignos em ratos. Posteriormente, a carcinogenicidade do amarelo de metila foi confirmada.

Amaranto (FD&C Vermelho N.° 2) O amaranto é o ácido 1-(4-sulfo-1-paftilazo)-9-naftol-3,6-dissulfônico; é um sal trissódico (Figura 10.11) e um corante azo. Trata-se de um pó marrom-avermelhado com solubilidade em água de 12 g/100 mL a 30°C. Antes de ser proibido pela FDA, em 1976, após indicações de que induzia tumores malignos em ratos, o amaranto era utilizado em quase todos os alimentos processados que tinham cor avermelhada ou acastanhada, inclusive em refrigerantes, sorvetes, molhos para saladas, cereais, misturas para bolo, vinhos, geleias, gomas de mascar, chocolate e café, bem como em várias drogas e cosméticos no nível de 0,01% a 0,0005%. Em 1973, estima-se que 2,9 milhões de dólares em amaranto foram adicionados a mais de 10 bilhões de dólares em produtos. Em estudos de toxicidade, o amaranto (0,5 mL de uma solução a 0,1%) foi injetado sob a pele de ratos duas vezes por semana durante 365 dias; como resultado, não se observou o crescimento de tumores. Quando ração contendo 0,2% de amaranto (média: 0,1 g/kg/ dia) foi utilizada na alimentação de ratos por 417 dias, não foi observada a indução de tumores. No entanto, observou-se um caso de câncer intestinal quando a alimentação foi prolongada por mais 830 dias. O comitê especial da FAO/OMS determinou que a IDA seja de 0 a 1,5 mg/kg. Constatou-se que o amaranto é metabolizado até derivados amínicos in vivo. O amaranto é reduzido pela D-glicose e pela D-frutose aquosas em temperaturas elevadas, formando uma mistura de hidrazo e aminas, a qual pode ter importância toxicológica. As

FIGURA 10.11 Estrutura do amaranto.

Corantes

247

FIGURA 10.12 Estrutura da tartrazina.

interações entre aditivos, como o amaranto, e outros componentes dos alimentos devem ser consideradas do ponto de vista da toxicologia.

Tartrazina (FD&C Amarelo N° 4) Esse corante é o ácido 5-hidroxi-1-p-sulfofenil-4-(p-sulfofenilazo)-pirazol-3-carboxílico; é um sal trissódico (Figura 10.12). Trata-se de um pó amarelo que tem sido usado como aditivo alimentar (corante) desde 1916. A tartrazina é conhecida como o corante menos tóxico entre os corantes sintéticos. A dose letal oral aguda mediana da tartrazina para camundongos é de 12,17 g/kg. Cães da raça Beagle receberam uma dieta contendo 2% de tartrazina durante dois anos e não apresentaram efeitos adversos, com a possível exceção de um dos cães, que apresentou gastrite pilórica. A incidência de tumores permaneceu inalterada em relação ao grupo de controle em um estudo no qual alguns ratos receberam uma dieta contendo 1,5% de tartrazina durante 64 semanas e os outros receberam uma dieta contendo 5,0% desse corante durante dois anos. A sensibilidade humana à tartrazina é registrada com alguma frequência, e estima-se que ocorra em 1/10.000 pessoas. O choque anafilático, uma ameaça potencialmente fatal, já foi registrado, mas os sintomas citados com mais frequência são urticária, asma e púrpura (manchas roxas ou azuis na pele ou nas membranas mucosas). Das 97 pessoas com sintomas alérgicos de um ensaio, 32 apresentaram reações adversas quando foram submetidas a um teste de provocação (challenge) com 50 mg de tartrazina. Nos testes de sensibilidade, os médicos utilizam 0,1 a 10 mg de tartrazina. Nos Estados Unidos, a tartrazina pode ser utilizada em alimentos apenas como corante (Regulamentações 8.275 e 8.501, da FDA). No Reino Unido, o uso da tartrazina como

corante alimentar também é permitido. Em 1966, a FDA estabeleceu que a IDA é de 0 a 7,5 mg/kg. Se, por um lado, muitos corantes sintéticos são tóxicos quando utilizados em quantidades grandes o suficiente e muitos também carregam a suspeita de serem carcinógenos, por outro lado os corantes naturais nem sempre são seguros. O caramelo, que dá uma tonalidade clara de marrom, contém o carcinógeno benzo[a]pireno em pequenas quantidades; a curcumina, que dá a cor amarela ao tempero curry, é 15 vezes mais tóxica que a tartrazina.

248


AROMATIZANTES Há muitos anos, essências e aromatizantes naturais e sintéticos têm sido utilizados para intensificar a palatabilidade e, dessa forma, aumentar a aceitabilidade dos alimentos. Essas substâncias químicas também são usadas para produzir imitações de sabores em vários produtos alimentícios, entre eles sorvetes, geleias, refrigerantes e biscoitos. Desde a metade do século XIX, numerosos aromatizantes foram sintetizados. A cumarina foi sintetizada em 1968; o aroma de baunilha, a vanilina, foi sintetizado em 1874; o aroma de canela foi criado em 1884 (aldeído cinâmico). Por volta do século XX, quase 1.000 aromatizantes tinham sido desenvolvidos. Atualmente, mais de 3.000 substâncias químicas sintéticas são utilizadas como aromatizantes. Como ocorreu com os corantes, a toxicidade dos agentes aromatizantes só começou a receber atenção na década de 1960. A maioria dos aromatizantes naturais utilizados nos Estados Unidos é geralmente reconhecida como segura (GRAS) com base na longa ocorrência

em alimentos e no grande consumo associados à ausência de efeitos adversos aparentes. Essas substâncias químicas têm sido utilizadas em grande quantidade na maioria dos produtos alimentícios, e pouca atenção tem sido dada à segurança de seu uso. As indústrias de produtos alimentícios até tentam produzir substâncias químicas aromatizantes que são encontradas naturalmente em plantas (as chamadas substâncias idênticas às naturais). Como as preocupações com relação à segurança do uso se concentraram nos aditivos incidentais, como os pesticidas, presumiu-se que as substâncias químicas aromatizantes naturais não são perigosas para a saúde. No entanto, existem muitas substâncias químicas tóxicas nos produtos naturais, e a toxicidade crônica dessas substâncias deve ser cuidadosamente revista.

Antranilato de Metila O antranilato de metila (Figura 10.13) é um líquido incolor que tem sabor doce, agradável, semelhante à uva. É encontrado nos óleos essenciais da laranja, do limão e do jasmim e amplamente utilizado para criar imitação do aroma da uva Concord . A Tabela 10.8

FIGURA 10.13 Estrutura do antranilato de metila.

Tabela 10.8

Toxicidade Aguda do Antranilato de Metila

Animal

Camundongo Rato Porquinho-da-índia

DL50 (oral, mg/kg)

3.900 2.910 2.780

Aromatizantes

249

mostra a toxicidade aguda do antranilato de metila. Essa substância provoca algumas reações alérgicas na pele humana, o que causou a proibição de seu uso em cosméticos.

Safrol (1-Alil-3,4-Metilenodioxibenzeno) O safrol é um líquido incolor e oleoso que tem sabor doce, picante. É utilizado como agente aromatizante há mais de 60 anos. O óleo de sassafrás, que contém 80% de safrol, também é usado como condimento. Nos Estados Unidos, a FDA proibiu o uso do safrol em 1958; muitos outros países seguiram esse exemplo e também proibiram o uso do safrol em aromatizantes. Foi constatado que o safrol, tanto o natural, encontrado no óleo de sassafrás, quanto o sintético induz, o aparecimento de tumores hepáticos em ratos. A administração contínua de safrol na dose de 5.000 ppm na dieta total de ratos causou tumores de fígado. Em estudos realizados com cães, níveis de 80 e 40 mg/kg de safrol causaram dano hepático extenso, níveis mais baixos provocaram danos menores, mas não foram observados tumores. In vivo , o safrol dá origem ao metabólito 1�-hidroxissafrol. As estruturas do safrol e do 1�-hidroxissafrol são mostradas na Figura 10.14.

Diacetila (2,3-butanodiona) A diacetila é um líquido intensamente amarelado ou amarelo-esverdeado com odor de manteiga, penetrante, muito forte e que se difunde facilmente; normalmente é utilizada na composição de aromas, que incluem manteiga, leite, nata e queijo. Constatou-se que a diacetila é mutagênica por meio do teste de Ames realizado sob várias condições diferentes com cepas de Salmonella typhimurium. Por exemplo, a diacetila revelou ação mutagênica em cepas TA100 na ausência de ativação metabólica S9 em doses de até 40 mM/placa. Esse composto também exibiu ação mutagênica em um ensaio de Ames modificado com cepas TA100 de Salmonella typhimurium com e sem ativação S9. A DL50 oral aguda da diacetila para porquinhos-da-índia foi estimada em 990 mg/kg. A DL50 oral aguda de diacetila para ratos machos foi estimada em 3.400 mg/kg, e para ratas fêmeas, a DL50 foi estimada em 3.000 mg/kg. Quando se administrou a ratos machos e fêmeas uma dose diária de 1, 30, 90 ou 540 mg/kg/dia de diacetila em água por meio de uma sonda de alimentação por 90 dias, a dose alta produziu anemia, diminuição

FIGURA 10.14 Estrutura do safrol e de seu metabólito, o 1�-hidroxissafrol.

250


do ganho de peso, aumento do consumo de água, aumento da contagem de leucócitos e aumento dos pesos relativos do fígado, rins, glândulas suprarrenais e hipófise. Os dados relativos à teratogenicidade e à carcinogenicidade não estão disponíveis. Embora a FDA tenha confirmado o status de substância GRAS para a diacetila utilizada como agente aromatizante, há relatos de que carbonilas de baixo peso molecular, como o formaldeído, o acetaldeído e o glioxal, apresentam alguma toxicidade crônica. Portanto, deve ser feita uma revisão cuidadosa da toxicidade da diacetila.

INTENSIFICADORES DO SABOR Pequeno número de aditivos alimentares é utilizado para modificar o gosto de aromatizantes naturais e sintéticos mesmo quando não contribuem diretamente para o sabor; essas substâncias são conhecidas como intensificadores do sabor. A maioria das pessoas está familiarizada com o uso do sal de cozinha para intensificar o sabor de ampla variedade de alimentos. O sal pode ser um intensificador eficiente, mesmo em níveis muito abaixo do limiar de detecção para o gosto salgado, e é amplamente empregado em alimentos processados, como sopas e legumes enlatados. Outro intensicador bem conhecido é o glutamato monossódico (GMS). Periodi -

camente, seu uso como intensificador desperta preocupação com relação à possível toxicidade de uma quantidade de glutamato livre ingerida de uma só vez. O uso do GMS

tornou-se controverso por causa da associação desse composto com a chamada síndrome do restaurante chinês. Os sintomas da síndrome, que é geralmente autodiagnosticada, incluem dor de cabeça e sonolência. Por causa desses problemas, as toxicidades aguda e crônica do GMS têm sido intensamente estudadas. Depois de uma revisão dos dados disponíveis, a FDA confirmou o status de GRAS do GMS nos Estados Unidos. Embora alguns indivíduos apresentem desconforto transitório após a ingestão do GMS, esse

composto não representa nenhum risco de lesão duradoura.

Leituras complementares sugeridas Ayres, J.C., Kirschman, J.C. (Ed.) (1981). “Impact of Toxicology on Food Processing.” AVI Pub. Co., Westport, Connecticut. Cosmetic Ingredient Review Expert Panel. (2007). Final report on the safety assessment of HC Red No. 7. Int. J. Toxicol. 27:45-54. Matkowski, A. (2008). Plant in vitro culture for the production of antioxidants—A review. Biotechnol. Adv. Jul 16. [Epub ahead of print] Whitehouse, C.R., Boullata, J., McCauley, L.A. (2008). The potential toxicity of articial sweeteners. AAOHN J . 56:251-259.

CAPÍTULO

Substâncias Tóxicas Formadas durante o Processamento dos Alimentos

11

SUMÁRIO DO CAPÍTULO Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (HAPs) .............................................................252 Ocorrência ..................................................................................................... 253 Benzo[a]pireno (BP) ....................................................................................... 254 Produtos da Reação de Maillard .....................................................................................257 Aminas Aromáticas Policíclicas (AAPs) ...........................................................................259 Ocorrência ..................................................................................................... 259 Toxicidade ..................................................................................................... 261 N-Nitrosaminas ..............................................................................................................262 Precursores .................................................................................................... 263 Ocorrência em Vários Alimentos ....................................................................... 263 Toxicidade ..................................................................................................... 264 Modo da Ação Tóxica ...................................................................................... 265 Considerações Gerais ...................................................................................... 267 Acrilamida..................................................................................................................... 267 Mecanismos de Formação da Acrilamida nos Alimentos ..................................... 267 Toxicidade ..................................................................................................... 269 Modo de Ação ................................................................................................ 270 Considerações Gerais ...................................................................................... 270 Irradiação de Alimentos .................................................................................................271

Técnicas para o processamento de alimentos têm sido utilizadas desde a Antiguidade. Na Idade da Pedra Lascada (15.000 a.C.), ovos e mel foram submetidos ao cozimento e à secagem. Na Idade da Pedra Polida (9.000 a.C.), técnicas de defumação foram empregadas na conservação do leite e do vinho. Há registros da fermentação de arroz e de cebolas na Idade do Bronze (35.000 a.C.). O uso de aromatizantes em alimentos teve início na Idade do Ferro (1.500 a.C.), e há registros de métodos de adulteração de alimentos na era romana ( ∼600 a.C.). Na Era Moderna, o desenvolvimento da tecnologia do processamento de alimentos — a qual inclui evaporação, defumação, esterilização, pasteurização, irradiação, pickling, congelamento e envase — expandiu consideravelmente o tempo de armazenamento dos alimentos. Por exemplo, o tratamento com fumaça tornou possível o fornecimento de peixes durante todo o ano; e os alimentos envasados podem ser enviados para qualquer lugar do mundo. Outro método importante de processamento 251

252

CAPÍTULO 11 Substâncias Tóxicas Formadas durante...

de alimentos é o cozimento doméstico. As técnicas de cozimento como fritar, tostar, assar, cozer, grelhar, cozinhar no vapor e ferver aumentam a palatabilidade — o sabor, a aparência e a textura. O cozimento também melhora a estabilidade e a digestibilidade dos alimentos. Além disso, elimina patógenos e desativa as substâncias tóxicas que estão presentes na forma de inibidores enzimáticos. Desde a Antiguidade, as pessoas apreciam a comida preparada em casa. Nos Estados Unidos, o processamento comercial de alimentos é regulamentado pela FDA e deve satisfazer padrões específicos de higiene e segurança. Alguns métodos de processamento de alimentos estão na categoria de aditivos alimentares, já que podem alterar intencionalmente a forma ou a natureza do alimento. As alterações químicas de componentes dos alimentos, como aminoácidos, proteínas, açúcares, carboidratos, vitaminas e lipídios, provocadas pela aplicação de calor intenso têm levado alguns a indagar sobre as consequências da redução do valor nutritivo dos alimentos e também sobre a formação de algumas substâncias tóxicas como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs), pirolisatos de aminoácidos ou proteínas e N -nitrosaminas. Entre as muitas reações que ocorrem nos alimentos processados, a reação de Maillard desempenha o papel mais importante na formação de várias substâncias químicas, inclusive de substâncias tóxicas. Durante o processamento, materiais estranhos indesejados podem ser misturados acidentalmente aos alimentos. Embora as fábricas de alimentos mais modernas sejam projetadas para evitar qualquer ocorrência de contaminação dos alimentos durante o processamento, é difícil evitar a presença de níveis baixos de contaminação. Muitos casos de contaminação acidental por materiais tóxicos já foram relatados. Em 1955, no Japão, o fosfato de sódio, um agente neutralizante, foi contaminado com arsenito de sódio e adicionado ao leite durante o processo de secagem. O leite em pó comercial final continha 10 a 50 ppm de arsênio. Subsequentemente, foram registrados vários casos graves de envenenamento por arsênio. É um equívoco comum acreditar que a radiação gama, utilizada com frequência na irradiação de alimentos, produza materiais radioativos em alimentos. Na verdade, embora a energia eletromagnética utilizada na irradiação seja suficiente para penetrar profundamente nos alimentos e matar ampla variedade de microrganismos, ela está em um nível muito abaixo do intervalo necessário para produzir radioatividade no material-alvo. No entanto, ainda há algumas incertezas com relação à toxicidade das substâncias químicas que podem ser produzidas durante a irradiação. As energias usadas são suficientes para produzir radicais livres, que, por sua vez, podem dar origem a substâncias químicas tóxicas.

HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS (HAPs) Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) estão amplamente presentes no ambiente e em elementos ou objetos do nosso cotidiano, como a água, o solo, a poeira, a fumaça dos cigarros, os pneus de borracha, a gasolina, os grãos de café torrados, o pão, a carne tostada e muitos outros alimentos. A Figura 11.1 mostra os HAPs típicos. Há mais de 200 anos, os HAPs são associados a efeitos carcinogênicos. Em 1775, Percival

Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs)

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FIGURA 11.1 Estrutura dos HAPs típicos.

Pott, um médico inglês, associou a alta incidência de câncer de escroto em limpadores de chaminés ao contato contínuo desses trabalhadores com a fuligem. No entanto, as pesquisas sobre a toxicidade dos HAPs progrediu lentamente. Em 1932, o benzo[a]pireno foi isolado do alcatrão da hulha, e também foi constatado que esse composto é altamente carcinogênico para animais de laboratório.

Ocorrência Uma das fontes alimentícias mais abundantes de HAPs é o óleo vegetal. No entanto, é possível que os altos níveis de HAPs presentes nos óleos vegetais sejam resultado de

254


Tabela 11.1

Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos Encontrados nos Alimentos Defumados (ppb) Alimento

Benzo[a] antraceno

Carne bovina 0,4 Queijo Arenque Arenque 1,7 seco Salmão 0,5 − Esturjão

Benzo[a] pireno

Benzo[e] pireno

−

−

1,0

1,2

−

0,4

0,8

−

Frankfurters

−

−

−

Presunto

2,8

3,2

1,2

Fluoranteno Pireno 0,6 2,8 3,0 1,8

0,5 2,6 2,2 1,8

3,2 2,4 6,4 14,0

2,0 4,4 3,8 11,2

produção endógena e que a contaminação ambiental desempenhe apenas um papel secundário. A presença de alguns HAPs em vegetais se deve aparentemente a uma contaminação ambiental, porque os níveis de HAPs diminuem nos vegetais cultivados longe dos centros industrializados e das rodovias. A presença de HAPs na margarina e na maionese parece resultar da contaminação dos óleos usados na fabricação desses produtos. Os níveis de HAPs no solo também podem ser bastante altos, até mesmo em áreas distantes dos centros industrializados. Níveis de HAPs de 100 a 200 ppm no solo foram encontrados em alguns lugares distantes das populações humanas. Acredita-se que esses níveis resultem principalmente de um resíduo proveniente da vegetação em decomposição. A importância desses níveis relativamente altos de substâncias potencialmente carcinógenas no solo não é totalmente compreendida. A prática de grelhar ou defumar alimentos com carvão vegetal também leva à sua contaminação por HAPs (Tabela 11.1). Os HAPs são formados principalmente a partir dos carboidratos cozidos em altas temperaturas na ausência de oxigênio. Grelhar carne sobre cerâmica quente ou briquetes de carvão vegetal possibilita que a gordura derretida entre em contato com uma superfície muito quente. As reações que se seguem dão origem a HAPs. Esses produtos sobem com os vapores resultantes do cozimento e são depositados sobre a carne. De modo similar, o encontro de HAPs nas carnes defumadas se deve à presença dessas substâncias na fumaça. Os níveis de HAPs na carne cozida a uma distância grande dos carvões são mais baixos que os níveis na carne cozida perto dos carvões. Obviamente, o processamento de alimentos produz HAPs. É importante estar consciente da presença de HAPs carcinogênicos nos nossos alimentos, e o perigo que essas substâncias representam para a saúde pública global deve ser avaliado e controlado.

Benzo[a]pireno (BP) O HAP carcinogênico mais conhecido é o benzo[a]pireno (BP), que está amplamente distribuído em vários alimentos (Tabela 11.2).

Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs)

Tabela 11.2

255

Benzo[a]pireno Encontrado em Vários Alimentos

Alimento

Concentração (ppb)

Vegetais frescos Óleo vegetal Café Chá Embutido cozido Embutido quente defumado Gordura de peru defumada Filé grelhado na brasa Costelas grelhadas na brasa

2,85-24,5 0,41-1,4 0,31-1,3 3,9 12,5-18,8 0,8 1,2 0,8 10,5

Tabela 11.3

Quantidade de HAPs Produzida pelo Aquecimento de Carboidratos, Aminoácidos e Ácidos Graxos a Temperaturas de 500°C a 700°C ( �g/50 g) Amido HAP

500

Pireno 41 Fluoranteno 13 Benzo[a]pireno 7

D-Glicose

700

500

700

965 790 179

23 19 6

1.680 1.200 345

L-Leucina 500 − − −

Ácido Esteárico

700

500

700

1.200 320 58

0,7

18.700 6.590 4.440

− −

Ao que consta, níveis de BP de 0,7 e 17 ppb são formados quando o amido é aquecido entre 370°C e 390°C e a 650°C, respectivamente. Aminoácidos e ácidos graxos também produzem BP quando aquecidos a altas temperaturas ( Tabela 11.3). Muitos processos de cozimento são realizados sob temperaturas na faixa de 370 °C a 390 °C; por exemplo, a temperatura na superfície do pão em cozimento pode se aproximar de 400°C, e a temperatura na fritura por imersão em óleo varia de 400°C a 600°C, o que indica que esses processos produzem um pouco de HAPs, inclusive BP. O departamento de inspeção de carnes do USDA e da FDA analisaram 60 gêneros alimentícios variados e materiais relacionados em busca de BP. As amostras com níveis relativamente altos de BP são apresentadas na Tabela 11.1. Toxicidade O BP é um carcinógeno de contato razoavelmente potente; por essa razão, tem sido objeto de testes de carcinogenicidade extensos. A Tabela 11.4 mostra a carcinogenicidade relativa do BP e de outros HAPs. Uma dieta com 25 ppm de BP administrada a camundongos durante 140 dias produziu leucemia e adenomas de pulmão, além de tumores gástricos. Mais de 60% dos ratos tratados topicamente com aproximadamente 10 mg de benzo[a] pireno três vezes por semana desenvolveram tumores de pele. A incidência de tumores de pele caiu para cerca de 20% quando a dose administrada era de aproximadamente 3 mg, três vezes por semana. No entanto, em doses acima de 10 mg, a incidência de tumores cutâneos aumentou consideravelmente para quase 100%.

256


Tabela 11.4

Carcinogenicidade Relativa de Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (HAPs) Típicos HAP

Atividade Relativa

Benzo[a]pireno 5-Metilcriseno Dibenzo[a,h]antraceno Dibenzo[a,i]pireno Benzo[b]fluoranteno Benzo[a]antraceno Benzo[c]fenantreno Criseno

+++ +++ ++ ++ ++ + + +

+++, alta; ++, moderada; +, fraca.

O BP também é carcinogênico quando administrado por via oral. Em um experimento, doses semanais de mais de 10 mg administradas durante 10 semanas provocaram câncer de estômago, embora nenhum câncer de estômago tenha sido produzido na dose de 10 mg ou menos. Em doses de 100 mg, quase 79% dos animais desenvolveram tumores gástricos no final do experimento. Quando uma ração com 15 ppm de BP foi administrada oralmente a camundongos, a produção de leucemia, adenomas de pulmão e tumores de estômago foi observada depois de 140 dias. A Tabela 11.5 mostra a incidência (%) de tumor de estômago observada em camundongos por causa do BP. Modo da Ação Tóxica O BP é transportado através da placenta e produz tumores na prole dos animais tratados durante a gestação. Tumores de pele e pulmão parecem ser as principais lesões nos filhotes.

Os mecanismos bioquímicos por meio dos quais o benzo[a]pireno inicia o câncer foram estudados em detalhes. O benzo[a]pireno não é mutagênico nem carcinogênico por si só; primeiramente, ele precisa ser convertido a metabólitos ativos. A conversão metabólica envolve inicialmente uma oxidação mediada pelo citocromo P450, produzindo 7,8-epóxido. O 7,8-epóxido, por sua vez, sofre uma hidratação mediada pela epóxido-hidrolase, originando Tabela 11.5

Incidência de Tumor de Estômago Causado por BP em Camundongos

Dose (oral, ppm)

Duração (dias)

Incidência (%)

30 40-45 50-250 250 250 250 250

110 110 122-197 1 2-4 5-7 30

0 10 70 0 10 30-40 100

Produtos da reação de maillard

257

FIGURA 11.2 Mecanismos químicos hipotéticos da formação de um agente alquilante a partir do benzo[a] pireno.

o 7,8-diol, que, após outra oxidação pelo citocromo P450, produz o diolepóxido correspondente. Esse diolepóxido é altamente mutagênico sem ativação metabólica e também é altamente carcinogênico no local da administração. O diolepóxido do benzo[a]pireno pode reagir com vários componentes das células; nesse caso, poderão surgir mutações. Acredita-se que esse seja o evento primário da carcinogênese induzida pelo benzo[a]pireno. Os mecanismos químicos hipotéticos da toxicidade pelo BP são apresentados na Figura 11.2. Os critérios para considerar os HAPs carcinogênicos são: (1) o hidrocarboneto aromático policíclico inteiro deve ser coplanar; (2) um núcleo fenantreno deve estar presente junto com alguns substituintes, de preferência pelo menos um anel de benzeno adicional; (3) o lado convexo (C 4 – C5) da porção fenantreno não pode apresentar substituintes.

PRODUTOS DA REAÇÃO DE MAILLARD Em 1912, o químico francês L. C. Maillard teorizou a reação que é responsável pelos pigmentos marrons e pelos polímeros produzidos pela reação do grupo amino de um aminoácido com o grupo carbonila de um açúcar. Maillard também propôs que a reação entre as aminas e as carbonilas estava implicada na lesão observada in vivo; de fato, provou-se, posteriormente, que a reação de Maillard dá início a certos tipos de lesões em sistemas biológicos. A reação de Maillard também é chamada de reação de escurecimento não enzimático. Ela ocorre rapidamente em qualquer matriz com aminas e carbonilas que seja aquecida. A Figura 11.3 traz um resumo da reação de Maillard.

258


FIGURA 11.3 Diagrama esquemático da reação de Maillard.

Essa reação dá origem a muitas substâncias químicas, além dos pigmentos marrons e dos polímeros. Por causa da grande variedade de constituintes, a mistura obtida a partir da reação de Maillard apresenta muitas propriedades químicas e biológicas diferentes: cor marrom, odor de tostado ou defumado característicos, pró-oxidantes e antioxidantes, mutágenos e carcinógenos ou, talvez, antimutágenos e anticarcinógenos. É prática comum utilizar o chamado sistema modelo de escurecimento de Maillard, que consiste em um açúcar simples e um aminoácido, para investigar sistemas alimentares complexos reais. Muitos testes de mutagenicidade realizados com os produtos dos sistemas modelos de escurecimento de Maillard tiveram seus resultados registrados. Alguns dos sistemas modelos de Maillard que produziram materiais mutagênicos são apresentados na Tabela 11.6. Tabela 11.6

Materiais Mutagênicos Produzidos a partir do Sistema Modelo de

Maillard Sistema Modelo

Cepas de Salmonella typhimurim

D-Glicose/cisteamina

TA 100 sem S9a TA 98 com S9 TA 98 sem S9 TA 1538 sem S9 TA 98 com S9 TA 98 com S9 TA 100 com S9 TA 98 com S9 TA 98 com S9 TA 98 com S9 TA 100 com S9 TA 98 com S9 TA 100 com S9

Cicloteno/NH3 L-ramnose/NH3 /H2S Maltose/NH3 Amido/glicina Lactose/caseína Amido da batata/(NH4)3CO3 Diacetila/NH3 a

Ativação metabólica.

Aminas aromáticas policíclicas (AAPs)

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AMINAS AROMÁTICAS POLICÍCLICAS (AAPs) Ocorrência No final de da década de 1970, constatou-se que pirolisatos obtidos de vários alimentos apresentavam mutagenicidade. No entanto, os HAPs formados na superfície queimada de certos alimentos, como a carne bovina e o peixe grelhado, não puderam ser responsabilizados por essa capacidade mutagênica. A Tabela 11.7 mostra a atividade mutagênica de pirolisatos obtidos de alguns alimentos. Algumas classes de alimentos cozidos ricos em proteínas, como a carne bovina, o frango, os peixes e os mariscos secos, tenderam a ser mais mutagênicas que outras, sendo que o grau de aquecimento influenciou o nível da atividade mutagênica. As amostras de leite, queijo, grãos e de vários tipos de feijões que receberam o grau mais elevado de calor, apesar de ficarem intensamente queimadas, mostraram-se apenas fracamente mutagênicas ou não mutagênicas. Constatou-se que o hambúrguer cozido em altas temperaturas é mutagênico. Contudo, a mutagenicidade estava limitada às camadas superficiais, onde a maioria dos pirolisatos é encontrada. Por outro lado, nenhuma atividade mutagênica foi encontrada em amostras comparáveis de carne de hambúrguer não cozida. A formação dessas substâncias mutagênicas parece depender da temperatura. Por exemplo, no caldo de carne aquecido, a formação de mutágenos dependente da temperatura foi determinada quantitativamente. Posteriormente, descobriu-se que os elementos mutagênicos dos pirolisatos do triptofano eram compostos heterocíclicos que continham nitrogênio. Durante o cozimento de alimentos ricos em proteínas, ocorre principalmente a produção de um grupo de aminas aromáticas policíclicas (AAPs). Suas estruturas são mostradas na Figura 11.4. As AAPs são divididas em dois grupos. O aquecimento de uma mistura de creatina/ creatinina, aminoácidos e açúcares produz AAPs do tipo imidazoquinolina (IQ). A AAP do tipo IQ tem um anel imidazol (isto é, um anel que é formado a partir da creatina). As Mutagenicidade de Pirolisatos Obtidos de certos Alimentos Aquecidos a Temperaturas Diferentes Tabela 11.7

Cepas Revertentes de TA98 + S-9/0,1 g da Amostra Alimento

250°C

Carne bovina Frango Ovo, inteiro Peixe-espada, in

300°C

400°C

178 661 121 849

11.400 15.120 4.750 12.320

natura

Enguia, in natura Lula, seca Bonito-listado, seco Alga marinha, Nori

269 1.220

309 8.000 24.300 260

6.540 4.490 6.200 3.040

260


FIGURA 11.4 Estrutura de AAPs típicas.

Aminas aromáticas policíclicas (AAPs)

261

AAPs do tipo IQ são: IQ, MeIQ, IQx (estrutura não mostrada), MeIQx, 4,8-DiMeIQx (estrutura não mostrada) e PhIP. A formação dessas AAPs resulta do tratamento pelo calor que provoca a ciclização da creatinina, originando a porção imidazol da molécula. As porções restantes da estrutura molecular provêm das piridinas e pirazinas formadas por meio da degradação de aminoácidos (Strecker) e da quebra de produtos �-dicarbonílicos formados pela reação de Maillard. A outra categoria de AAPs, as chamadas AAPs do tipo não IQ, é composta de produtos da pirólise formados a partir do triptofano: Trp-P-1, Trp-P-2, Glu-P-1, Glu-P-2, A�C e MeA�C.

Toxicidade Quanto à toxicidade aguda, as AAPs Trp-P-1 e Trp-P-2 são tóxicas para os animais. A DL50 (intubação intragástrica) da Trp-P-1 é de 200 mg/kg para camundongos, 380 mg/kg para hamsters sírios dourados e de 100 mg/kg para ratos. A Trp-P-2 é levemente mais tóxica que a Trp-P-1. Os animais que receberam dose superior à DL 50 geralmente morreram em convulsões dentro de uma hora. As Trp-P-1 e Trp-P-2 induzem uma reação inflamatória local quando injetadas subcutaneamente. O trabalho inicial sobre o isolamento e a produção dessas substâncias teve como base sua mutagenicidade. Elas também são encontradas em menor quantidade na carne bovina frita. Vários outros mutágenos dessa classe também estão presentes na carne cozida. Extratos de carne bovina, que contêm IQ e MeIQx, são convertidos metabolicamente em mutágenos ativos pelo tecido hepático de várias espécies de animais e de seres humanos. Embora essas substâncias sejam mutágenos altamente potentes, elas são carcinógenos moderadamente fracos para ratos. Subsequentemente aos estudos sobre a mutagenicidade desses pirolisatos, demonstrou-se a carcinogenicidade do triptofano (Trp-P-1 e Trp-P-2) e da glutamina (Glu-P-1) com a utilização de animais como ratos, hamsters e camundongos. Por exemplo, incidência alta de tumores foi observada em camundongos alimentados com dieta que continha Trp-P-1 ou Trp-P-2. Camundongos tratados com Trp-P-1, Trp-P-2, Glu-P-1 e Glu-P-2 apresentaram incidência alta de hepatoma. Entre os camundongos, as fêmeas mostraram-se mais sensíveis que os machos. Os vários relatos indicam que tanto os pirolisatos de aminoácidos quantos os de proteínas podem agir como carcinógenos nos tratos alimentares de animais de laboratório. Uma pesquisa extensa está sendo realizada para determinar se as AAPs produzidas durante o processo de cozimento são perigosas para os seres humanos. Em alguns casos, foi possível identificar os mutágenos produzidos sob condições normais de cozimento. Por exemplo, os principais agentes mutagênicos do peixe grelhado são a imidazoquinolina (IQ) e a metilimidazoquinolina (MeIQx) — Figura 11.4. A Tabela 11.8 mostra a mutagenicidade de uma AAP típica e a mutagenicidade de carcinógenos conhecidos em cepas TA98 de S. typhimurium com ativação microssomal S9. Algumas AAPs, como a IQ e a MeIQ, exibem forte atividade mutagênica. Embora a Trp-P-1, a Trp-P-2 e a Glu-P-1 sejam altamente mutagênicas — são mais mutagênicas que o conhecido carcinógeno aflatoxina B 1 —, elas são muito menos carcinogênicas que a aflatoxina B1. Esse fato pode resultar de alta atividade de iniciação acompanhada de baixa atividade de promoção. Supondo que as AAPs possam ser ativadas metabolicamente

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Tabela 11.8

Atividade Mutagênica das AAPs Típicas Encontradas em Alimentos em Cepas TA98 de Salmonella typhimurium com Ativação Microssomal S9 AAP

Encontrada em

MeIQ IQ MeIQx Trp-P-1 Glu-P-1 Trp-P-1

Sardinha grelhada Carne bovina frita Carne bovina frita Sardinha grelhada Pirolisato do ácido glutâmico Sardinha grelhada, carne bovina grelhada Siba seca, grelhada Milho Carne bovina grelhada

Glu-P-2 Aflatoxina B1 Benzo[a]pireno

Revertentes/ �g 661.000 433.000 145.000 104.000 49.000 39.000 1.900 6.000 320

nos seres humanos tanto por N -oxidação quanto por O-acetilação, a carcinogenicidade desses potentes mutágenos seria explicada pela produção de metabólitos altamente reativos que formam adutos com o DNA. A atividade das enzimas humanas em relação a alguns substratos é comparável à atividade das enzimas do rato, uma espécie que desenvolve rapidamente tumores quando essas AAPs são adicionadas à sua dieta diária. Por essa razão, essas AAPs devem ser consideradas potenciais carcinógenos humanos.

N-NITROSAMINAS Há séculos, o homem utiliza misturas de sais inorgânicos, como o cloreto de sódio e o nitrito de sódio, para curar a carne e certos produtos da pesca. Alguns países, com exceção dos Estados Unidos, também permitem a adição de nitrato na produção de algumas variedades de queijo. O íon nitrito desempenha pelo menos três papéis importantes na cura da carne. Em primeiro lugar, tem ação antimicrobiana. Mais especificamente, ele inibe o crescimento do microrganismo que produz a toxina botulínica, o Clostridium botulinum. Descobriu-se recentemente que a redução de bactérias ou a ação da cura resulta do íon nitrito. No entanto, o mecanismo e os cofatores dessa ação antimicrobiana ainda não são claramente compreendidos. O nitrito também confere cor vermelha atraente à carne durante a cura. Esses pigmentos são formados quando o nitrito é reduzido a óxido nítrico, que então reage com a mioglobina e a hemoglobina. Se esses pigmentos não se formassem, as carnes curadas teriam cor acinzentada pouco apetitosa. Por fim, o nitrito dá um sabor “curado” bastante apetitoso ao bacon, às frankfurters, ao presunto e a outros produtos cárneos. Em geral, pelo fato de as carnes curadas muitas vezes serem armazenadas sob condições anaeróbicas por períodos longos, a cura é muito importante para garantir a segurança desses alimentos.

N-Nitrosaminas

263

FIGURA 11.5 Estrutura da dimetilnitrosamina.

Precursores A nitrosação de aminas secundárias e terciárias produz nitrosaminas estáveis. As aminas primárias dão origem a compostos nitrosos instáveis. A velocidade da reação depende do pH, e o valor máximo do pH está perto de 3,4. A nitrosação das aminas fracamente básicas é mais rápida que a das aminas mais fortemente básicas. Vários ânions, como o tiocianato e os ânions de halogênios, favorecem o processo de nitrosação; por outro lado, antioxidantes, como o ascorbato e a vitamina E, inibem a reação de destruição do nitrito. A dietilnitrosamina (DEN) e a dimetilnitrosamina (DMN) são encontradas no suco gástrico de animais de laboratório e de seres humanos alimentados com dietas que contêm aminas e nitrito. Sabe-se também que a reação de nitrosação ocorre durante o aquecimento a altas temperaturas de alimentos como o bacon, que contém nitrito e certas aminas. A Figura 11.5 mostra a estrutura típica das N-nitrosaminas.

Ocorrência em Vários Alimentos Nitratos são encontrados em ampla variedade de alimentos, tanto curados como não curados. Nos alimentos curados, o nível de nitratos varia de 10 a 200 ppm, dependendo do país. Foi constatado que todas as carnes curadas contêm nitrosaminas (Tabela 11.9), e os níveis mais altos aparecem nas carnes curadas que foram submetidas a temperaturas relativamente elevadas. É importante destacar que os níveis de nitrosaminas detectados em diversos alimentos são bastante variáveis. As razões para essa variabilidade não são claras, mas parece ser dependente do tipo de alimento e das condições do laboratório que realiza os testes. Tabela 11.9

Teor de Nitrosamina em Carnes Curadas Comuns

Carne

Nitrosamina

Nível (ppb)

Embutido defumado

Dimetil nitrosamina Dietilnitrosamina Dimetilnitrosamina Dimetilnitrosamina Dimetilnitrosamina Nitrosoprolina

6 <6 11-84 1-4 1-40 1-40

Frankfurters

Salame Bacon frito

<

264


Foi constatado que os níveis de nitrosaminas voláteis em pré-misturas de condimentos, como aquelas utilizadas na preparação de embutidos, eram extraordinariamente altos. Essas pré-misturas continham condimentos com aminas secundárias e uma mistura para cura que incluía nitrito. Nitrosaminas voláteis formavam-se espontaneamente nessas pré-misturas durante os longos períodos de armazenamento. O problema foi resolvido quando os condimentos e a mistura para a cura passaram a ser combinados um pouco antes do uso. O nitrato é encontrado com frequência em níveis relativamente altos (1.000 a 3.000 ppm) nos vegetais. Em produtos agrícolas, como repolho, couve-flor, cenoura, aipo e espinafre, os níveis de nitrato são variáveis, e as causas exatas não são conhecidas. Estima-se que a ingestão diária de nitratos e nitritos pelos norte-americanos adultos seja de 100 mg por dia. Os vegetais, principalmente os vegetais folhosos e as raízes, são responsáveis por mais de 85% do total, e as carnes curadas contribuem com cerca de 9%. Em certas áreas, a água dos poços contém níveis altos de nitrato. Embora a exposição dos produtos cárneos possa ter diminuído nos últimos anos, o uso de nitratos em fertilizantes indica que os vegetais continuarão a ser uma fonte significativa de nitratos. No entanto, não se encontram quantidades consideráveis de nitritos reduzidos na maioria dos alimentos. O trato intestinal é outra fonte de nitritos nos seres humanos. A maior parte dos nitritos ingeridos provém da saliva; estima-se que a saliva contribua com 8,6 mg da ingestão diária total dos 11,2 mg proveniente da dieta. A análise de algumas cervejas também mostrou variabilidade considerável nos níveis de nitrosaminas. Embora a concentração média de nitrosaminas voláteis tanto na cerveja americana quanto na importada seja geralmente bastante baixa, os níveis em determinadas amostras podem chegar a 70 ppb de DMN. Logo foi constatado que as cervejas produzidas com malte submetido à secagem por fogo direto em vez de ar apresentavam os níveis mais altos de nitrosaminas. Descobriu-se que o processo de secagem com fogo direto introduzia nitrito na mistura do malte. Os fabricantes de cerveja doméstica logo adotaram o processo de secagem pelo ar. Constatou-se que o aquecimento de outros produtos tratados com nitritos, como a ração animal, também produz nitrosaminas. Na Noruega, em 1962, depois de uma epidemia de envenenamento alimentar de ovinos, níveis extremamente altos de nitrosaminas foram detectados na farinha de arenque tratada com nitrito como conservante. Carneiros e ovelhas apresentaram doença hepática grave e muitos morreram. Posteriormente, foi constatado que a taxa de formação espontânea de nitrosamina no peixe tratado com nitrito dependia da temperatura da preparação após a adição do nitrito. Assim, o peixe refrigerado tratado com nitrito não tinha mais nitrosamina que o peixe fresco tratado com nitrito, mas o aquecimento do peixe aumentava a taxa de formação de nitrosaminas após a adição de nitrito. Foi proposto que os níveis maiores de nitrosaminas encontrados no peixe aquecido se deviam — pelo menos em parte — a concentrações maiores de aminas secundárias que resultavam da degradação das proteínas durante o processo de aquecimento.

Toxicidade Várias nitrosaminas foram submetidas a uma análise que avaliava sua atividade carcinogênica. Das mais de 100 substâncias alimentícias analisadas até agora, constatou-se que aproximadamente 80% são carcinogênicas para pelo menos uma

N-Nitrosaminas

265

espécie de animal. Na verdade, a DEN é ativa em 20 espécies de animais. Como consequência, a DMN e a DEN são dois dos carcinógenos mais potentes desse grupo. A administração de uma dieta com 50 ppm de DMN produz tumores hepáticos malignos em ratos em 26 a 40 semanas. Doses mais altas de DMN produzem tumores renais. Quando a dose de DEN é reduzida para menos de 0,5 mg/kg, o intervalo de tempo entre a administração da dose e o surgimento dos tumores aumenta, e a produção total de tumores permanece aproximadamente a mesma. Quando a dose é menor que 0,3 mg/kg, o intervalo de tempo é de 500 dias e, por fim, quando a dose é de 0,075 mg/kg, o intervalo de tempo aumenta para 830 dias. Ainda não há uma dose limite clara para a carcinogenicidade das nitrosaminas da dieta.

Modo da Ação Tóxica As nitrosaminas, como outros grupos de carcinógenos químicos, precisam ser ativadas metabolicamente para se tornarem tóxicas. O processo de ativação é mediado por enzimas e envolve, pelo menos em alguns casos, a hidroxilação do carbono �. A Figura 11.6 mostra os mecanismos de formação hipotéticos de um agente alquilante a partir de nitrosaminas.

FIGURA 11.6 Mecanismos de formação hipotéticos de um agente alquilante a partir de nitrosaminas.

266


Tabela 11.10

Sítios dos Tumores Produzidos por Compostos N-Nitrosos

Sítio

Composto

Pele Nariz Seio nasal Língua Esôfago Estômago Duodeno Cólon Pulmão Brônquios Fígado Pâncreas Rim Bexiga urinária Encéfalo Medula espinal Timo Linfonodos Vasos sanguíneos

Metilnitrosoureia Dietilnitrosamina Dimetilnitrosamina Nitroso-hexametileneimina Nitroso-heptametileneimina Etilbutilnitrosamina Metilnitrosoureia Cicasina Dietilnitrosamina Dietilnitrosamina Dimetilnitrosamina Nitrosometiluretano Dimetilnitrosamina Dibutilnitrosamina Metilnitrosoureia Nitrosotrimetilureia Nitrosobutilureia Etilnitrosoureia Nitrosomorfolina

Em seu efeito carcinogênico, as nitrosaminas exibem alta especificidade pelos órgãos (Tabela 11.10). Por exemplo, a DMN é um carcinógeno hepático ativo com alguma atividade sobre os rins, e a benzilmetilnitrosamina tem especificidade pelo esôfago. Essa especificidade pelos órgãos resulta aparentemente, pelo menos em parte, do metabolismo que ocorre em um sítio específico. A administração de certas nitrosaminas a animais em gestação pode resultar no aparecimento de câncer na prole. O momento da administração parece ser decisivo. Por exemplo, nas ratas, a administração dos carcinógenos deve ocorrer após o 10° dia de gestação para produzir câncer nos filhotes, e os fetos são mais sensíveis um pouco antes do termo. Esse desenvolvimento da sensibilidade coincide com o desenvolvimento do sistema de ativação metabólica dos fetos. Além disso, comparados aos adultos, os fetos parecem ser especialmente sensíveis aos efeitos carcinogênicos dessas substâncias. Por exemplo, quando se administram à fêmea gestante apenas 2 mg/kg, que correspondem a 2% da dose carcinogênica necessária para os adultos, a N-nitrosoetilureia causa uma resposta carcinogênica no sistema nervoso da prole. Em pH ácido, o íon nitrito pode ser protonado e formar ácido nitroso (HNO2). O anidrido do ácido nitroso, o N2O3, presente em equilíbrio com o ácido nitroso, pode provocar a nitrosação de vários compostos, principalmente das aminas secundárias e terciárias. Os íons de haletos e o íon tiocianato, presentes nos alimentos e nos líquidos digestivos, podem catalisar a formação de compostos N-nitrosos.

Acrilamida

267

Considerações Gerais Os esforços para reduzir a formação de nitrosaminas nas carnes curadas têm sido muito bem-sucedidos. A simples adição de um agente redutor, como o eritorbato ou o ascorbato, à mistura da cura diminuiu significativamente ou eliminou a formação de nitrosaminas no produto final. Atualmente, os fabricantes domésticos de produtos cárneos curados geralmente adicionam esses agentes redutores à mistura da cura junto com a quantidade mínima de nitrito necessária para alcançar o efeito desejado. No entanto, as nitrosaminas encontradas nos alimentos são quase exclusivamente altamente voláteis. No momento, sabe-se muito pouco sobre as concentrações de nitrosaminas não voláteis presentes nos alimentos. É difícil avaliar o risco dos nitritos e nitrosaminas da dieta para a saúde humana, principalmente porque catalisadores e inibidores da nitrosação podem estar presentes em uma refeição comum. Conforme discutido na seção anterior, a redução in vivo do íon nitrato ubíquo a nitrito parece ser a principal fonte de nitrito ingerido, contribuindo com mais de três vezes o nível do nitrito ingerido junto com as carnes curadas da dieta americana média. Além disso, há fontes não dietéticas significativas de exposição a nitrosaminas e a compostos nitroestáveis, entre elas o tabaco, alguns produtos farmacêuticos e cosméticos e óleos de corte usados na indústria. Isolar os efeitos resultantes da dieta apenas parece ser impossível. Contudo, é prudente minimizar as exposições controláveis.

ACRILAMIDA A acrilamida (CH2 = CH − CONH2) é uma substância química importante para as indústrias; mais especificamente, ela é utilizada em todo o mundo na síntese da poliacrilamida. A poliacrilamida é usada para diversos fins: para a remoção de sólidos suspensos em águas residuais de indústrias, como condicionador de solo, agente cimentante, surfactante para misturas de herbicidas, fase estacionária para separações laboratoriais e em fórmulas de cosméticos. Como a acrilamida se forma a partir da degradação da poliacrilamida, sabe-se que a acrilamida permanece na água potável por muitos anos e, como consequência, pode entrar na cadeia alimentar. No entanto, em abril de 2002, a descoberta de níveis significativos de acrilamida em alimentos à base de amido processados por meio de calor, como as batatas chips e as batatas fritas, levou à realização de estudos intensivos que confirmaram a presença e quantificaram os níveis de acrilamida. Além disso, a descoberta de acrilamida em alimentos atraiu a atenção mundial, porque essa substância é considerada um provável carcinógeno, neurotóxico e genotóxico humano. A Tabela 11.11 mostra as quantidades de acrilamida encontradas em produtos alimentícios comuns.

Mecanismos de Formação da Acrilamida nos Alimentos A reação de escurecimento de Maillard, que ocorre entre um açúcar e um aminoácido, destacou-se como o mecanismo mais provável para a formação de acrilamida nos alimentos cozidos. Registrou-se a formação de quantidades significativas de acrilamida (221 mg/mol de aminoácido) em um sistema modelo de escurecimento,

268


Tabela 11.11

Quantidade de Acrilamida Encontrada em Vários Alimentos

Alimento

Quantidade (ppb)

N.° de Itens

Alimento para bebês Batatas fritas Batatas chips Alimentos com proteínas Pães e produtos de panificação Cereais Salgadinhos Frutas secas e manteiga de frutas secas (nozes, amêndoas etc.) Bolachas Cream crackers Produtos com chocolate Biscoitos Café Alimentos secos

17-130 70-1.036 117-2.764 22-116 10-354 47-266 111-1.168 28-457

7 17 16 8 10 8 6 8

41-504 45-909 36-199 275-351 11-1.184

4 7 4 5 4

que consistia em uma mistura equimolar de L-asparagina e glicose aquecida a 185°C. Quando asparagina e glutamina, que têm a mesma porção amida no final de suas moléculas, foram aquecidas isoladamente a 180 °C durante 30 minutos, formaram-se 0,99 �g/g e 0,17 �g/g de acrilamida, respectivamente. Por outro lado, a adição de glicose à asparagina aumentou a formação de acrilamida para 1.200 �g/g. Além disso, a formação de acrilamida aumentou de 117 �g/g para 9.270 �g/g com a adição de glicose a um sistema que consistia em asparagina, amido de batata e água. Esses resultados sugerem que a asparagina e compostos carbonílicos — como a glicose, o gliceraldeído e a acroleína — desempenham um papel importante na formação da acrilamida nos alimentos cozidos. A Figura 11.7 mostra o mecanismo de formação hipotético da acrilamida nos alimentos. A principal rota para a formação da acrilamida é a partir da asparagina, cuja molécula tem uma porção amida. Um composto carbonílico, como a glicose, parece acelerar a formação da acrilamida via formação de uma base de Schiff, como mostrado no esquema I. A acrilamida também é formada em uma rota secundária a partir da acroleína que, por sua vez, é produzida pelo tratamento de um glicerídeo com altas temperaturas, como mostrado no esquema II. A acroleína é rapidamente formada do glicerol que é produzido a partir de um glicerídeo. Assim que a acroleína se forma, sofre oxidação, dando origem ao ácido acrílico, que subsequentemente reage com amônia proveniente de um aminoácido, produzindo acrilamida sob altas temperaturas. A amônia forma-se a partir de um aminoácido submetido à degradação de Strecker na presença de um composto carbonílico. O radical da acroleína pode-se formar por meio de tratamento com altas temperaturas. Esse radical, então, reage com um radical amino, que também tem origem em um aminoácido em altas temperaturas, formando por fim a acrilamida.

Acrilamida

269

FIGURA 11.7 Mecanismo de formação hipotético da acrilamida em alimentos.

Toxicidade Até o encontro da acrilamida em alimentos, em 2002, acreditava-se que a exposição humana a essa substância resultasse do contato cutâneo com monômeros sólidos e da inalação de poeira e vapor em ambientes de trabalho. No entanto, atualmente, a principal preocupação pública com relação à exposição à acrilamida está concentrada na ingestão de alimentos ricos em amido submetidos a altas temperaturas, como as batatas chips e as batatas fritas. Quanto à toxicidade aguda da acrilamida, a DL 50 oral dessa substância para ratos está dentro do intervalo de 159 mg/kg a 300 mg/kg de peso corporal e a DL 50 dérmica para coelhos é de 1.680 �L/kg. Quanto à toxicidade subcrônica, a administração oral repetida de acrilamida a ratos em doses de 20 mg/kg de peso corporal/dia e superiores produziram neuropatia periférica, atrofia da musculatura esquelética e diminuição dos parâmetros eritrocitários. Em macacos, os sinais clínicos da neuropatia periférica surgiram na dose de 10 mg/kg de peso corporal/dia por até 12 semanas. O estudo sobre a genotoxicidade revelou que a acrilamida causou alta frequência de trocas e quebras de cromátides-irmãs em camundongos alimentados com dieta com 500 ppm durante três semanas. Muitos exames laboratoriais mostraram que a acrilamida causa vários tipos de tumores em ratos e camundongos. Quando ratos machos e fêmeas receberam 3,0 mg/kg de peso corporal/dia de acrilamida pela água potável durante dois anos, observou-se aumento na incidência de tumores de escroto, glândula suprarrenal, tireoide, mama, cavidade oral e

270


útero. No entanto, não existem evidências definitivas de que a acrilamida produza tumores em seres humanos. Estudos epidemiológicos realizados com trabalhadores de fábricas que produzem acrilamida não forneceram evidências conclusivas da carcinogenicidade humana. A EPA classificou a acrilamida como B2, um provável carcinógeno humano, a IARC ( International Agency for Research on Cancer ) classificou como 2B, um possível carcinógeno humano, e a ACGIH ( American Conference of Industrial Hygienists) classificou como A3, carcinógeno confirmado para animais, com relevância desconhecida para seres humanos.

Modo de Ação A acrilamida tem dois sítios reativos: a dupla ligação conjugada e o grupo amida. A dupla ligação eletrofílica pode participar de reações nucleofílicas com grupos funcionais que têm hidrogênio ativo tanto in vitro como in vivo. Eles incluem o SH da cisteína, da homocisteína e da glutationa, grupos �-NH2 de aminoácidos livres e resíduos N-terminal de aminoácidos de proteínas, o ε-NH2 da lisina e o grupo NH do anel da histidina. Em camundongos, o principal metabólito formado a partir da acrilamida pela via do citocromo P450 é a glicidamida (Figura 11.8). A acrilamida pode ser conjugada pela glutationa-S-transferase (GST) a N-acetil-S-(3-oxopropil)cisteína ou reagir com o citocromo P450 (CYP450) produzindo glicidamida. Alguns estudos sobre o metabolismo da acrilamida mostram que a GST do fígado, dos rins, do encéfalo e dos eritrócitos tem capacidade significativa de se ligar à acrilamida. Tanto a acrilamida quanto a glicidamida são eletrofílicas e podem formar adutos com os grupos sulfidrila (−SH) da hemoglobina e de outras proteínas. Contudo, os dados relativos ao potencial da acrilamida para formar adutos com o DNA são limitados. Quando nucleosídeos isolados foram incubados com acrilamida in vitro, a produção de adutos e a taxa de formação foram baixas.

Considerações Gerais Desde a descoberta da acrilamida em alimentos cozidos, surgiram numerosos estudos para reduzir a formação dessa substância. Alguns estudos se concentram em como reduzir o teor de asparagina dos alimentos. Outros estudos procuram um método de cozimento que minimize a formação da acrilamida. Entretanto, ainda não há uma solução satisfatória para esse problema. A FAO (Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação) e a OMS aconselham os consumidores a não cozinhar excessivamente os

FIGURA 11.8 Formação da glicidamida a partir da acrilamida.

Irradiação de alimentos

271

FIGURA 11.9 Formação da acrilamida e de substâncias químicas aromatizantes em temperaturas diferentes.

alimentos, ou seja, a não cozinhar por muito tempo ou usando temperaturas muito altas. Ao evitar o tratamento com altas temperaturas e o cozimento por tempo prolongado, reduz-se a formação de acrilamida nos alimentos cozidos e sacrificam-se os aromas de grelhado e tostado tão apreciados. A Figura 11.9 mostra a relação entre a acrilamida e a formação de substâncias químicas aromatizantes. Se o cozimento for mantido a uma temperatura abaixo de 150°C, as substâncias químicas aromatizantes tão desejáveis não serão formadas. Portanto, com base nos conhecimentos atuais sobre a acrilamida, a FDA voltou a enfatizar seu conselho tradicional para que se consuma dieta equilibrada, composta por uma variedade de alimentos com pouca gordura e ricos em grãos com muitas fibras, além de frutas e legumes. Novas recomendações relativas aos métodos de cozimento serão feitas sempre que novas informações científicas forem obtidas.

IRRADIAÇÃO DE ALIMENTOS Nos Estados Unidos, o processamento comercial de alimentos está sujeito às regulamentações da FDA e deve satisfazer os padrões especificados de higiene e segurança. Em certas situações, os métodos de processamento de alimentos estão sob a categoria de aditivos alimentares, já que podem alterar intencionalmente a forma ou a natureza dos alimentos. O uso de radiação ionizante para conservar os alimentos cai nessa categoria. A radiação gama é utilizada com frequência para irradiar alimentos. Os raios gama são uma forma de radiação eletromagnética produzida por elementos radioativos como o cobalto-60 e o césio-137. Essas fontes emitem radiação com energias de até 10 milhões de elétrons-volt (MeV). Isso é suficiente para penetrar profundamente nos alimentos, mas está muito longe do intervalo necessário para produzir radioatividade no material-alvo.

272


Uma vez que não há contato direto entre a fonte e o alvo, não existe um mecanismo capaz de produzir radioatividade nos alimentos irradiados. Estudos sobre o uso da radiação ionizante na conservação dos alimentos tiveram início um pouco depois da Segunda Guerra Mundial, quando grande número de aplicações potenciais foi identificado. A radiação ionizante pode esterilizar alimentos, controlar a deterioração microbiana e infestações de insetos e inibir a germinação indesejada. A irradiação de alimentos tem o potencial de reduzir substancialmente as aplicações de pesticidas pós-colheita para evitar a deterioração causada por insetos e fungos. A irradiação pode ser utilizada para destruir a Salmonella nos casos em que o tratamento pelo calor não é possível, por exemplo, no frango congelado. Apesar da irradiação apresentar grande potencial como técnica de conservação de alimentos, esse processo ainda é muito mal compreendido e controverso. Parte da resistência ao processo tem origem na aparente confusão entre “irradiado” e “radioativo”. A irradiação de alimentos com radiação gama é, de alguma forma, análoga à esterilização de equipamentos médicos com luz ultravioleta. Ambos os processos são capazes de matar ampla gama de microrganismos por meio da radiação. Alguns críticos indagam sobre a toxicidade das substâncias químicas que podem ser produzidas durante a irradiação. A energia utilizada é suficiente para produzir radicais livres, que podem combinar-se uns com os outros ou formar novas ligações com outros compostos que podem estar presentes. No entanto, vale lembrar que é bem provável que os tratamentos com calor normalmente utilizados no processamento de alimentos produzam grau mais alto de alterações químicas do que a irradiação.

Leituras complementares sugeridas Claus, A., Carle, R., Schieber, A. (2008). Acrylamide in cereal products: A review. J. Cereal Sci. 47,118-133. Friedman, M. (2003). Chemistry, Biochemistry, and Safety of Acrylamide. A Review. J. Agric. Food Chem. 51,4504-4526. Ikan, R. (Ed.) (1996). The Maillard Reaction: Consequences for the Chemical and Life Sciences. John Wiley & Sons Ltd., New York. Miller, E.C., Miller, J.A., Hirono, I., Sugimura, T., Takayama, S. (Eds.) (1979). Naturally Occurring Carcinogens-Mutagens and Modulators of Carcinogenesis. Japan Scientific Societies Press, Tokyo. Sugimura, T., Kawachi, T., Nagao, M., Yahagi, T., Sano, Y., Okamoto, T., et al. (1977). Mutagenic principles in tryptophan and phenylalanine pyrolysis products, Proc. Japan Academy, Tokyo, 53B, 58–61. Sugimura, T., Kondo, S., and Takebe, H. (Eds.) (1981). Environmental Mutagens and Carcinogens. University of Tokyo Press, Tokyo. Turesky, R.J., Lang, N.P., Butler, M.A., Teitel, C.H., Kadlubar, F.F. (1991). Metabolic activation of carcinogenic heterocyclic aromatic amines by human liver and colon. Carcinogenesis. 12,1839-1845.

CAPÍTULO

Fatores Alimentares e Saúde

12

SUMÁRIO DO CAPÍTULO Probióticos, Prebióticos e Simbióticos ............................................................................274 Probióticos .................................................................................................... 274 Prebióticos .................................................................................................... 274 Simbióticos ................................................................................................... 276 Antioxidantes................................................................................................................. 277 O Papel do Oxigênio nos Organismos Vivos........................................................ 277 Equilíbrio In Vivo entre Oxidantes e Antioxidantes ............................................. 278 Peroxidação Lipídica....................................................................................... 279 Toxicidade dos Compostos com Carbonila Reativa (CCRs) ................................... 280 Componentes Funcionais Encontrados nos Alimentos para a Prevenção de Doenças ..........281

O nome alimentos funcionais foi utilizado pela primeira vez no Japão na metade da década de 1980. Desde aquela época, os fatores alimentares, ou as funções dos alimentos, começaram a se destacar como o terceiro fator da ciência dos alimentos, depois dos nutrientes e do sabor. O nome mais comum para esse novo conceito é alimento funcional. Entretanto, muitos outros nomes diferentes têm sido utilizados, entre eles alimentos terapêuticos, farmacoalimentos, nutracêuticos, alimentos medicinais e uma série de outros, dependendo da formação e da perspectiva do pesquisador. Nos Estados Unidos, as vendas de alimentos funcionais corresponderam a 16 bilhões de dólares em 1999, o que representou cerca de 3,3% do total de 747 bilhões de dólares do comércio de gêneros alimentícios. As vendas de alimentos funcionais estão aumentando em 8% a 9% ao ano, e estima-se que cheguem a 34 bilhões de dólares em 2010. Esse aumento é explicado pelo forte crescimento de novos produtos alimentícios, como iogurtes probióticos, leites de soja e pães fortificados com fibras. Os alimentos funcionais englobam muitos produtos ou suplementos com ingredientes ativos, como cereais matinais fortificados com fibras, minerais ou vitaminas, iogurtes probióticos e iogurtes para beber, e margarinas e cremes vegetais que reduzem o colesterol. Nos últimos anos, surgiram no mercado muitos produtos denominados suplementos alimentares, que consistem em antioxidantes, vitaminas, minerais e fibras. As forças que impulsionam o crescimento dos alimentos funcionais são: • •

Novas pesquisas que associam a alimentação à prevenção de doenças crônicas O envelhecimento da população de muitos países desenvolvidos e as preocupações relacionadas à administração da saúde desse grupo etário

273

274

• • •

CAPÍTULO 12 Fatores Alimentares e Saúde

A crescente pressão sobre os gastos com a saúde pública O aumento da consciência dos consumidores com relação à saúde As melhoras na área da ciência e da tecnologia dos alimentos

PROBIÓTICOS, PREBIÓTICOS E SIMBIÓTICOS Probióticos Os probióticos são definidos como suplementos alimentares que contêm micróbios vivos e que afetam de modo benéfico o hospedeiro ao melhorar o equilíbrio microbiano de seu intestino. A Organização para a Agricultura e a Alimentação (FAO)/OMS definiu probióticos como microrganismos vivos que, quando administrados em quantidades adequadas, conferem benefícios à saúde do hospedeiro. Os potenciais benefícios à saúde proporcionados pelos probióticos incluem a redução

do colesterol, os efeitos quimiopreventivos contra o câncer e os efeitos intensificadores da imunidade. As funções gerais dos probióticos, as quais estão principalmente associadas à microora intestinal, incluem a preservação da energia (digestão da lactose e produção de ácidos graxos de cadeia curta), regulação do crescimento e da diferenciação celulares,

antagonismo contra patógenos, estimulação imunológica do tecido linfoide associado ao intestino, imunidade inata contra infecções, produção de vitaminas e redução dos lipídios do sangue. Por exemplo, as bactérias produtoras de ácido láctico ( Lactobacillus e Bifidobacterium ) são o tipo mais comum de micróbio utilizado. Elas são capazes de converter açúcares e outros carboidratos em ácido láctico, o qual confere possíveis benefícios à saúde ao prevenir infecções gastrointestinais. As funções das bactérias produtoras de ácido láctico incluem o controle da intolerância à lactose, a prevenção do

câncer de colo, a redução do colesterol, a redução da pressão arterial, a melhora da função imunológica e a prevenção de infecções associadas ao Helicobacter pylori e à diarreia associada a antibióticos, a redução da inamação, a melhora da absorção de minerais, a

prevenção do crescimento de bactérias nocivas nas situações de estresse, na síndrome do intestino irritável e na colite. A Tabela 12.1 mostra cepas comuns utilizadas em alimentos probióticos fortificados.

Prebióticos Os prebióticos são definidos como ingredientes alimentares não digeríveis que afetam de forma benéfica o hospedeiro ao estimular de modo seletivo o crescimento e a atividade de uma ou de um número limitado de bactérias no cólon, melhorando, dessa forma, a saúde do hospedeiro. Os prebióticos são encontrados naturalmente em muitos alimentos; também podem ser isolados de vegetais (p. ex., da raiz da chicória) ou sintetizados (p. ex., enzimaticamente, a partir da sacarose). Eles possibilitam o crescimento seletivo de certas bactérias intestinais nativas. Para ser eficaz, o prebiótico não pode ser hidrolisado nem absorvido na parte superior do trato gastrointestinal. Ele também deve ter fermentação seletiva, de tal modo que a alteração da microbiota do intestino grosso seja favorável ao hospedeiro, e o mais importante: deve

ter a capacidade de estimular seletivamente o crescimento e a atividade de bactérias

Probióticos, prebióticos e simbióticos

Tabela 12.1

275

Cepas Normalmente Utilizadas nos Laticínios e Alimentos Probióticos

Fortificados Cepa

Efeito Confirmado em Seres Humanos

Bifidobacterium animalis DN

Estabiliza a passagem intestinal

173 010 Bifidobacterium animalis

subsp. lactis BB-12 Bifidobacterium infantis 35624 Bifidobacterium lactis HN019

Estimulação imunológica; melhora a atividade fagocítica; alivia o eczema atópico; previne a diarreia em crianças e a diarreia dos viajantes Síndrome do intestino irritável (SII) Estimulação imunológica

(DR10) Bifidobacterium longum BB536 Efeitos positivos contra alergias Escherichia coli Nissle 1917 Lactobacillus acidophilus

NCFM Lactobacillus casei DN 114-001 (Lactobacillus casei Immunitas(s)/Defensis) Lactobacillus casei F19

Lactobacillus casei Shirota Lactobacillus johnsonii La1 (= Lactobacillus LC1) Lactococcus lactis L1A

Estimulação imunológica Reduz os sintomas da intolerância à lactose; previne o crescimento excessivo de bactérias no intestino delgado Redução de diarreia e alergias; estimulação imunológica; redução da duração das infecções de inverno; erradicação do H. pylori ; para a diarreia associada a antibióticos e infecções pelo C. difficile Melhora a saúde digestiva; estimulação imunoló gica; reduz a diarreia associada a antibióticos; induz a saciedade; metaboliza as gorduras do corpo; reduz o ganho de peso Manutenção da flora intestinal; regulação imunológica; hábitos intestinais e prisão de ventre Estimulação imunológica, ativo contra o H. pylori

Estimulação imunológica; melhora a saúde digestiva; reduz a diarreia associada a antibióticos Lactobacillus reuteri ATTC 55730 Estimulação imunológica; contra a diarreia (Lactobacillus reuteri SD2112) Estimulação imunológica; alivia o eczema atópico; previne Lactobacillus rhamnosus ATCC 53013 a diarreia em crianças e muitos outros tipos de diarreia Lactobacillus rhamnosus LB21 Estimulação imunológica; melhora a saúde digestiva; reduz a diarreia associada a antibióticos Lactobacillus salivarium UCC118 Efeitos positivos sobre úlceras e inflamações intestinais Reduz a diarreia associada a antibióticos e as infecções pelo Saccharomyces cerevisiae C. difficile; para tratar a diarreia aguda de adultos e crianças (boulardii) lyo

intestinais associadas à saúde e ao bem-estar. A

Tabela 12.2 mostra os prebióticos

típicos e suas funções. A principal característica e o efeito mais importante dos prebióticos na alimentação são promover o crescimento e a proliferação intestinais de bactérias benéficas, como o Bifidobacterium e o Lactobacillus. Portanto, os prebióticos potencialmente produzem ou intensificam o efeito das bactérias probióticas. Eles também aumentam a absorção de certos minerais, como o cálcio e o magnésio. Também podem inibir o crescimento de lesões

276


Tabela 12.2

Prebióticos

Prebióticos Típicos, suas Funções e Fontes Função

Fonte e Natureza

Gomas

Promovem a produção de ácidos Acácia, carragenina, guar, graxos de cadeia curta alfarroba e xantana Girassóis-batateiros, cebolas, FrutoEstimulam o crescimento de cepas -oligossacarídeos de Bifidobacterium e Lactobacillus, alho-poró, grãos e mel (FOS) aumentam a absorção de cálcio e magnésio e diminuem os triglicerídeos; efeitos anticarcinogênicos Inulinas Estimulam o crescimento do Liliaceae, Amaryllidaceae , Bifidobacterium no intestino grosso, chicória, cebolas, alho-poró, retêm água, substituem a gordura e alho, bananas, aspargo e contribuem com calorias mínimas alcachofras IsomaltoEstimulam o crescimento de cepas Isomaltose, panose e outros oligossacarídeos altamente -oligossacarídeos, de Bifidobacterium e Lactobacillus isomaltotetratose ramificados Lactitol Auxilia na prisão de ventre e na Álcool de dissacarídeo análogo encefalopatia hepática da lactulose Lactossacarose Aumenta o crescimento de espécies Produzida por ação enzimática de Bifidobacterium Pirodextrinas Promovem o crescimento do Mistura de oligossacarídeos Bifidobacterium no intestino grosso que contêm glicose e que provêm do amido Oligossacarídeos Estimulam o crescimento de espécies Principalmente na soja e nas da soja de Bifidobacterium no intestino grosso ervilhas TransgalactoEstimulam o crescimento de Produzidos a partir da lactose -oligossacarídeos Bifidobacterium no intestino grosso via ação enzimática (TOS) XiloMelhoram os níveis sanguíneos de Oligossacarídeos que -oligossacarídeos açúcar e o metabolismo da gordura, contêm resíduos de �-xilose, restauram a flora intestinal normal, produzidos via ação enzimática aumentam a absorção de minerais e a produção de vitamina B e reduzem a putrefação intestinal

intestinais, como adenomas e carcinomas, reduzindo assim os fatores de risco associados às doenças colorretais. A adição imediata de quantidades substanciais de prebióticos à alimentação habitual pode provocar aumento temporário dos gases e dos movimentos

intestinais, além de distensão abdominal. Alguns dizem que o consumo cronicamente baixo de alimentos com prebióticos na dieta típica ocidental pode intensificar esse efeito.

Simbióticos Os simbióticos consistem simplesmente na união dos conceitos de probiótico e prebiótico. Assim, os simbióticos geralmente são constituídos de um aditivo alimentar microbiano vivo e de um oligossacarídeo prebiótico. Em outras palavras, um simbiótico é um suplemento que contém um prebiótico e um probiótico que trabalham juntos para melhorar a “ora

Antioxidantes

277

amigável” do intestino humano. Os produtos à base de leite fermentado, como o iogurte

e o quefir, são considerados produtos simbióticos verdadeiros, porque contêm bactérias vivas e o alimento que elas precisam para sobreviver. A principal razão para se utilizar um simbiótico é que um probiótico verdadeiro sem seu alimento prebiótico não sobrevive bem no sistema digestório. Sem sua fonte alimentar, o probiótico apresentará intolerância maior ao oxigênio, ao pH baixo e à temperatura. Portanto, é essencial que haja um suprimento

apropriado de prebióticos para que os probióticos funcionem de modo eficaz. O consumo de um suplemento probiótico que também inclui o prebiótico apropriado traz muitos efeitos benéficos. O mais importante é que essa combinação tem a capacidade de restituir e regular a ora intestinal, especialmente nos casos em que há destruição dos

microrganismos como consequência de antibioticoterapia, quimioterapia ou radioterapia. Sem a presença dos organismos benéficos em todo o sistema digestório, a digestão, a absorção e/ou a produção adequada de nutrientes não podem ocorrer. O simbiótico também interrompe o desenvolvimento de processos putrefativos no estômago e nos intestinos, prevenindo, assim, a ocorrência de várias doenças graves: alergias alimentares, colite

ulcerosa, prisão de ventre, diarreia, câncer e infecções gastrointestinais.

ANTIOXIDANTES Dentre os vários fatores alimentares, as substâncias que previnem o câncer — em par ticular, os antioxidantes — presentes em alimentos e bebidas têm recebido muita atenção, não apenas de cientistas, mas também de consumidores. Há numerosos relatos sobre o papel dessas substâncias em várias doenças, como aterosclerose, câncer, diabetes, artrite,

imunodeficiência, doença de Alzheimer e envelhecimento. Por essa razão, este capítulo se concentra no papel dos antioxidantes presentes nos alimentos na prevenção de doenças.

O Papel do Oxigênio nos Organismos Vivos A matéria viva é controlada por numerosas reações químicas. Por exemplo, o oxigênio aprisionado na hemoglobina do sangue é transportado para todo o corpo e utilizado em várias reações. As reações que envolvem o oxigênio são chamadas de oxidação e redução.

Por vivermos na atmosfera e estarmos continuamente expostos ao oxigênio, as reações que envolvem o oxigênio desempenham necessariamente um papel importante na manutenção dos organismos vivos do mundo. No entanto, há um problema: existem diferentes tipos

de moléculas de oxigênio, as denominadas espécies reativas do oxigênio (EROs), que provocam reações oxidativas indesejadas. A Tabela 12.3 mostra EROs típicas. Tabela 12.3

Espécies Reativas do Oxigênio (EROs) Típicas

ERO

Estrutura

Superóxido Oxigênio singleto Radical hidroxi Radical alcoxi Radical peroxi

O2 1 O2

-•

•OH RO•

ROO•

278


Conforme mencionado anteriormente, o dano oxidativo causado pelas espécies reativas do oxigênio está direta ou indiretamente associado a várias doenças. Por essa razão, é

muito importante complementar nosso sistema com antioxidantes para prevenir as doenças causadas pela oxidação.

Equilíbrio In Vivo entre Oxidantes e Antioxidantes Nosso corpo tem certas enzimas que protegem nossos sistemas vivos do dano oxidativo. A enzima antioxidante mais conhecida é a superóxido dismutase (SOD). Há uma

correlação interessante entre a quantidade de SOD e a longevidade de cada espécie de animal, conforme mostra a Figura 12.1. Contudo, desde a revolução industrial moderna, grandes quantidades de EROs têm sido produzidas. A Tabela 12.4 mostra as fontes habituais de EROs do mundo moderno. A Terra tem sido irradiada com luz UV desde o nascimento do sistema solar. No entanto, por causa da formação de um buraco na camada de ozônio por halogênios alquílicos

FIGURA 12.1 Correlação entre o tempo de vida potencial máxima e a quantidade de superóxido dismutase (SOD). TME, taxa metabólica específica.

Fontes e Ações Comuns que Produzem Espécies Reativas do Oxigênio (EROs) Tabela 12.4

Fonte e Ação Fumaça de cigarro Tubo de escape de automóveis Resíduos industriais Diversos incineradores

Íons de metais Calor Estresse

Antioxidantes

279

produzidos pelo homem, a quantidade de luz UV que incide na superfície de certa área da Terra, como a Austrália, está aumentando de modo signicativo. Como consequência, a quantidade de EROs produzidas pela luz UV está aumentando, e isso poderá elevar a incidência de câncer de pele. Os vários efeitos nocivos causados pela fumaça dos cigarros

são bem conhecidos. Por exemplo, a incidência de câncer de pulmão entre os fumantes de cigarros é aproximadamente seis vezes maior que a incidência desse tumor entre os não fumantes. A fumaça do cigarro também causa várias doenças cardiovasculares. A presença de EROs na fumaça do cigarro deve ser responsável por alguns desses efeitos. Além disso,

grandes quantidades de EROs são produzidas por muitos dos aparatos fabricados pelo homem, como automóveis, trens, aviões, incineradores e várias indústrias modernas. Em consequência, o equilíbrio entre os oxidantes e os antioxidantes está sendo destruído e, atualmente, a quantidade de oxidantes in vivo excede a de antioxidantes.

Peroxidação Lipídica Dos três principais componentes dos sistemas biológicos (proteínas, carboidratos e lipídios), os lipídios são os mais suscetíveis à oxidação. Assim que os lipídios são oxidados por EROs, formam-se muitos compostos carbonílicos de baixo peso molecular — os produtos oxidativos secundários. Esse processo oxidativo é chamado de peroxidação

lipídica. A Figura 12.2 mostra os mecanismos hipotéticos de formação de produtos

FIGURA 12.2 Mecanismos hipotéticos de formação dos produtos oxidativos secundários a partir de um lipídio típico, o ácido graxo poli-insaturado (AGPI), por meio da exposição a uma ERO.

280


Tabela 12.5

Compostos com Carbonila Reativa (CCRs) Formados por Peroxida-

ção Lipídica CCR

Fórmula

Formaldeído Acetaldeído Acroleína 4-Hidroxi-2-nonenal Malonaldeído Glioxal Metil glioxal

HCHO CH3CHO CH2=CHCHO CH3(CH2)4CH(OH) -CH2=CH2CHO OHCCH2CHO OHCCHO CH3COCHO

P.E. (°C)

PM

Solubilidade em água (%)

19,5 21 52,5 275,6

30,03 44,05 56,0 156,22

55 100 67 < 5

108,3 50,4 72,0

72,06 58,04 72,06

100 >90 >90

−

oxidativos secundários a partir de um lipídio típico — o ácido graxo poli-insaturado (AGPI) — pela exposição a uma ERO.

Na última etapa da peroxidação lipídica, formam-se muitos compostos carbonílicos reativos (CCRs) tóxicos, entre eles o formaldeído, o acetaldeído, a acroleína, o glioxal, o metilglioxal e o malonaldeído. A Tabela 12.5 mostra os CCRs típicos formados por peroxidação lipídica. Os tratamentos pelo calor, que incluem o cozimento e os processos de preparação dos produtos alimentícios, provocam a oxidação de componentes dos alimentos, mais especificamente dos lipídios. A oxidação dos lipídios pelo calor pode envolver mecanismos diferentes daqueles da auto-oxidação e da foto-oxidação, porque as condições da oxidação térmica são muito mais intensas que as condições da auto-oxidação e da foto-oxidação. Como consequência, muitos compostos secundários foram identificados a partir de

lipídios tratados termicamente, entre eles a gordura da carne bovina, os óleos de cozinha e a gordura da carne de porco.

Toxicidade dos Compostos com Carbonila Reativa (CCRs) Já se sabe que o dano oxidativo, mais especicamente a peroxidação dos lipídios, está fortemente associado a várias doenças, conforme mencionado previamente. Por

exemplo, o metil linoleato oxidado, cujo principal componente é o 4-hidroxi-2-nonenal (4-HN), provoca a necrose de linfócitos do timo e das placas de Peyer de camundongos. O óleo de palma oxidado pelo calor provoca redução na taxa de gravidez (de 55%) entre ratos. A toxicidade dos lipídios oxidados se deve à interação dos produtos s ecundários dos CCRs, e não à ação direta das EROs, porque as EROs não são absorvidas rapidamente

pelos intestinos. Dos produtos que resultam da peroxidação lipídica, os CCRs mostrados na Tabela 12.5 têm se destacado como as substâncias químicas implicadas em várias doenças. O formaldeído exibiu carcinogenicidade potencial em estudos com ani -

Componentes Funcionais Encontrados Nos Alimentos...

281

mais. Foram observadas alterações nas proteínas biológicas dos pulmões de ratos que foram expostos ao formaldeído gasoso na dose de 32 a 37 mg/m3 por quatro horas/dia durante 15 dias. As toxicidades crônicas do acetaldeído, como a carcinogenicidade, ainda não

foram estabelecidas por estudos adequados de longa duração realizados com animais. Um estudo que analisou a toxicidade do acetaldeído por inalação resultou na morte de 23 dos 59 camundongos que foram expostos a 10 mg/L durante duas horas. Estudos com células humanas cultivadas indicam que níveis de concentração mM de acetaldeído causam ampla variedade de efeitos citopáticos associados à carcinogênese

de múltiplas etapas. Talvez o malonaldeído (MA) seja o produto mais bem conhecido da peroxidação lipídica e o mais amplamente utilizado como biomarcador em vários estudos associados à peroxidação lipídica. No entanto, sua toxicidade ainda não foi bem estabelecida. O fato

de o MA reagir com o DNA formando adutos com a desoxiguanosina e a desoxiadenosina associa-o à mutagenicidade e à carcinogenicidade. Quando 500 �g de MA/g de peso corporal são administrados a camundongos suíços fêmeas de oito semanas, surgem lesões pancreáticas que consistem principalmente em células exócrinas atroadas com perda

dos grânulos de zimogênio. Um estudo que utilizou ratos Wistar machos (outbred ) mostrou que o glioxal exerce atividade promotora de tumor sobre a carcinogênese da porção glandular do estômago desses animais. Também há relatos de que o metilglioxal tem várias implicações bioló -

gicas. O metilglioxal inibiu a síntese de proteínas, DNA e RNA em vilos, células das criptas (enterócitos) e colonócitos. Esses registros indicam claramente que alguns CCRs produzidos a partir da peroxidação lipídica causam genotoxicidade em animais de laboratório. Por essa razão, é extremamente importante encontrar antioxidantes apropriados que inibam a peroxidação lipídica a m de prevenir várias doenças causadas pelo dano

oxidativo.

COMPONENTES FUNCIONAIS ENCONTRADOS NOS ALIMENTOS PARA A PREVENÇÃO DE DOENÇAS Há numerosos relatos sobre a possível prevenção de doenças, em especial daquelas

causadas pelo dano oxidativo, utilizando-se os componentes funcionais encontrados nos alimentos. A Tabela 12.6 mostra componentes funcionais típicos encontrados em alimentos e seus potenciais efeitos benéficos. Sabe-se há muitos anos que as vitaminas exercem atividades biológicas. A vitamina A é um metabólito ou um produto da quebra do �-caroteno. Por isso, sua atividade está fortemente associada à do �-caroteno. As vitaminas C e E são conhecidas como removedoras (scavengers ) de EROs e, como consequência, previnem as doenças causadas por vários efeitos oxidativos, entre eles a peroxidação lipídica, a citotoxicidade,

o dano ao DNA e a mutagênese. Por exemplo, um estudo realizado com camundongos de laboratório revelou que a vitamina E tem efeito fundamentalmente protetor contra o câncer de mama.

282


Tabela 12.6

Componentes Funcionais Comuns Encontrados em Alimentos e seus Potenciais Efeitos Benéficos Componentes

Principais Fontes

Efeitos

Vitaminas A, C, E

Fígado, laticínios, peixe, pimentões, frutas cítricas, óleos de sementes, frutas secas de casca dura, óleos vegetais Cenoura, vegetais de folhas verdes, milho, ovos, frutas cítricas Tomate, melancia Bagas, cerejas, uvas vermelhas

Protegem as células das EROs, aumentam a função imunológica e a função de reparo do DNA

�-Caroteno

Protege as células das EROs, ajuda a fortalecer as defesas antioxidantes celulares, aumenta a função imunológica Licopeno Ajuda a manter a próstata saudável Antocianidinas Ajudam a fortalecer as defensas antioxidantes celulares, mantêm o funcionamento cerebral saudável Polifenóis, Chá verde, cacau, chocolate, Protegem as células das EROs, mantêm flavonoides maçã, uva, frutas cítricas, o coração saudável, têm efeito positivo cebola, chá, brócolis, folhas sobre a saúde do coração e do trato de cevada urinário Sulfetos alquílicos Alho, cebola, alho-poró, Aumentam a detoxificação de composcebola-ascalônica, cebolinha tos indesejáveis, mantêm a saúde do coração e a função imunológica Ácidos graxos ω - 3 Óleos de peixe, óleo de Reduzem o risco de doença cardíaca, linhaça mantêm a função mental e visual

Muitos estudos prospectivos e retrospectivos humanos indicam claramente que o �-caroteno protege contra diversos tipos de câncer. Existem vários mecanismos pos síveis para explicar os efeitos desse composto. O �-caroteno pode alterar o metabolismo carcinogênico; ele é antioxidante e pode intensificar as respostas imunológicas. Como o �-caroteno, o licopeno também pertence ao grupo dos carotenoides. É encontrado no tomate vermelho maduro. O licopeno é o carotenoide mais abundante da próstata, e foi relatado que reduz o risco de diversos tipos de câncer, inclusive os de próstata, mama, bexiga e pele. Nas últimas duas décadas, os avonoides, encontrados em numerosa variedade de plantas, como a soja, as uvas e os chás, destacaram-se como antioxidantes naturais. Os avonoides são compostos polifenólicos com 15 C, constituídos de dois núcleos

fenólicos conectados por uma unidade de três carbonos. De acordo com a estrutura química, esses compostos são classicados em avonóis (quercetina, kaempferol ), avonas (apigenina, luteolina), avanóis (catequina, epicatequina), avanonas (hes peretina, naringenina), isoavonas (genisteína, daidzeína), antocianidinas (cianidina,

delfinidina) e chalconas. Os flavonoides naturais com frequência estão unidos a açúcares que afetam suas propriedades biológicas. A Figura 12.3 mostra a estrutura de avonoides típicos.


283

FIGURA 12.3 Estrutura de flavonoides típicos.

Seus potenciais benefícios à saúde incluem proteção contra doenças, a qual resulta da

intensificação das defesas antioxidantes celulares, fortalecimento da saúde do coração e do trato urinário, prevenção da osteoporose, manutenção das funções cerebrais e preven ção de doenças neurodegenerativas e do diabetes melito. Há evidências crescentes do efeito dos avonoides na prevenção do câncer emergindo de estudos sobre as catequinas do chá, os avonoides cítricos e as isoavonas da soja.

Os sulfetos alquílicos estão presentes em plantas do gênero Allium como cebola, alho, alho-poró, cebolinha e cebola-ascalônica. Seus potenciais benefícios à saúde in cluem o aumento da detoxicação de compostos indesejáveis, a luta contra o câncer e a

manutenção da saúde do coração e da função imune. Estudos epidemiológicos indicam que a maior ingestão de vegetais do gênero Allium está associada a risco menor de vários tipos de câncer. Os vegetais do gênero Allium descritos anteriormente têm efeito protetor contra o câncer de esôfago, estômago e próstata. A atividade antioxidante da cebolinha é maior nas folhas, que também são ricas em avonoides.

284


FIGURA 12.4 Estrutura do ácido �-linolênico (ALA).

Os ácidos graxos ω -3 consistem em uma família de ácidos graxos insaturados que têm em comum uma ligação dupla entre dois carbonos na posição n − 3, ou seja, na terceira ligação a partir da extremidade do ácido graxo. A Figura 12.4 mostra um ω -3 típico — o ácido �-linolênico (ALA).

A Tabela 12.7 mostra os ácidos graxos ω -3 mais comuns encontrados naturalmente em plantas e animais. O termo n − 3 (também chamado de ω -3) significa que a primeira ligação dupla corresponde à terceira ligação carbono-carbono a partir da extremidade terminal etil (n) da cadeia de átomos de carbono. Alguns estudos indicam que a ingestão de óleo de peixe — como o óleo de fígado de bacalhau, que contém altos níveis de ácidos graxos ω -3, como o ácido eicosapentaenoico (EPA) e o ácido docosa-hexaenoico (DHA) — reduz o risco de doença arterial coronariana. Um estudo que reuniu 11.324 pacientes com história de infarto do miocárdio revelou que a administração de 1 g/dia de ácidos graxos ω -3 reduz a ocorrência de morte, morte

cardiovascular e morte súbita cardíaca em 20%, 30% e 45%, respectivamente. Em outro estudo, 81 pacientes com níveis anormais de açúcar no sangue receberam 1.800 mg diários

de EPA durante dois anos e outros 81 fizeram parte do grupo controle. Aqueles que receberam o EPA apresentaram redução estatisticamente significativa na espessura das artérias Tabela 12.7 Ácidos

Graxos ω -3 Típicos Encontrados em Plantas e Animais

Ácido Graxo ω -3

Abr.

Nome do Lipídio

Nome Químico

Ácido hexadecatrienoico Ácido �-linolênico Ácido estearidônico Ácido eicosatetraenoico Ácido eicosapentaenoico Ácido eicosapentaenoico

HTA ALA STD ETE ETA EPA

16:3 (n-3) 18:3 (n-3) 18:4 (n-3) 20:3 (n-3) 20:4 (n-3) 20:5 (n-3)

Ácido docosapentaenoico DPA

22:5 (n-3)

Ácido docosa-hexaenoico DHA

22:6 (n-3)

Ácido tetracosapentaenoico Ácido tetracosa-hexaenoico

TPH

24:5 (n-3)

THA

24:6 (n-3)

Ácido 7,10,13-hexadecatrienoico Ácido 9,12,15-octadecatrienoico Ácido 6,9,12,15-octadecatrienoico Ácido 11,14,17-eicosatrienoico Ácido 8,11,14,17-eicosatetraenoico Ácido 5,8,11,14,17-eicosapentaenoico Ácido 7,10,13,16,19-docosapentaenoico Ácido 4,7,10,13,16,19-docosa-hexaenoico Ácido 9,12,15,18,21-docosa-hexaenoico Ácido 6,9,12,15,18,21-tetracosenoico

a

Todos na forma cis.

a


285

FIGURA 12.5 Estrutura da curcumina.

carótidas, além de melhora do uxo sanguíneo. Além disso, um estudo recente indicou que

o DHA protege contra o acúmulo no corpo de uma proteína que se acredita estar vinculada à doença de Alzheimer. Assim, em 8 de setembro de 2004, a USFDA conferiu o status de “alegação de saúde qualificada ( qualified health claim) aos ácidos graxos ω -3 EPA e DHA. A curcumina (Figura 12.5) é uma substância fitoquímica anticancerígena promissora que está presente na cúrcuma. A cúrcuma tem sido utilizada desde aproximadamente

600 a.C. na medicina popular para tratar uma grande variedade de doenças, entre elas distúrbios digestivos, artrite, condições cardiovasculares, câncer e infecções bacterianas. Numerosos estudos recentes fornecem evidências de que o principal componente ativo da cúrcuma — um bisfenol incomum denominado curcumina — inibe a agregação plaquetá ria, protege contra a trombose e o infarto do miocárdio e elimina os sintomas associados ao diabetes tipo II, à artrite reumatoide, à esclerose múltipla e à doença de Alzheimer. A

curcumina também inibe a replicação do vírus da imunodeficiência humana (HIV), estimula a cicatrização das feridas, protege contra lesões hepáticas, aumenta a secreção de

bile, inibe a formação de catarata e protege contra a toxicidade e a fibrose pulmonares. Dos vários alvos moleculares potenciais que têm sido atribuídos à curcumina, parece que a inibição das vias pró-inamatórias e a ativação das defesas antioxidantes celulares

são os mais promissores, visto que são essenciais para muitos de seus efeitos biológicos. O resveratrol (trans-3, 5, 4�-tri-idroxiestilbeno) — Figura 12.6 — é um composto polifenólico encontrado em várias fontes vegetais, entre elas os frutos secos com casca

FIGURA 12.6 Estrutura do resveratrol e do sulforafano ( SFN).

286


dura, as bagas e a pele das uvas. Estudos realizados nos últimos anos mostraram que essa substância fitoquímica exibe atividade quimiopreventiva em alguns modelos de câncer, é cardioprotetora e capaz de aumentar o tempo de vida de vários organismos, inclusive de

pequenos mamíferos. Como ocorre com outras substâncias fitoquímicas potencialmente benécas estudadas até agora, não há um alvo molecular único que explique as várias

atividades do resveratrol. Na verdade, foi constatado que o resveratrol inibe grande número de enzimas de diferentes classes, como cinases, lipo-oxigenases, ciclo-oxigenases, sirtuínas e outras proteínas. Além disso, foi constatado que esse estilbeno se liga a numerosas moléculas da sinalização celular, como a proteína associada à resistência a múltiplas

drogas, a topoisomerase II, a aromatase, a DNA polimerase, os receptores de estrógenos, a tubulina e a F1F0-ATPase mitocondrial. Também foi demonstrado que o resveratrol ativa vários fatores de transcrição, que incluem o NF- κ B e o HIF-1�; suprime a expressão de produtos de genes antiapoptóticos como a survivina; inibe proteínas cinases importantes como a Src, a PI3K e a AKT; induz a resposta antioxidante celular; suprime a expressão de biomarcadores da inamação; inibe a expressão de produtos de genes angiogênicos e metastáticos; e modula os genes reguladores do ciclo celular como o p53. O sulforafano (SFN) — Figura 12.6 — é um isotiocianato encontrado em vegetais crucíferos; está presente, principalmente em grande quantidade, nos brócolis e nos brotos de brócolis. O SFN provou ser um agente quimioprotetor ecaz em vários sistemas

modelos relevantes que incluíram xenoenxertos de células tumorais humanas em roedores. Os estudos mecanísticos iniciais concentraram-se na indução de enzimas participantes da conjugação com a GST da fase 2 pelo SFN e na inibição das enzimas da fase 1 envolvidas na ativação carcinogênica. No entanto, estudos recentes indicam que o SFN oferece proteção contra o desenvolvimento tumoral durante as etapas pós-iniciação. Assim, o SFN consegue suprimir o desenvolvimento do câncer agindo em alvos moleculares que estão envolvidos no controle da proliferação, da diferenciação, da apoptose ou do ciclo das células. É importante destacar, contudo, que o SFN pode ativar as defesas antioxidantes celulares por meio de um mecanismo que envolve a inibição do transporte mitocondrial de elétrons e da liberação de EROs. O indol-3-carbinol (I3C) e seu principal produto da conversão gástrica, o 3,3 �-di-indolilmetano (DIM) — Figura 12.7 —, são produzidos em vegetais do gênero Brassica,

como o repolho, os brócolis e a couve-de-bruxelas. O precursor glicosinolato do I3C, a

FIGURA 12.7 Estrutura do indol-3-carbinol (I3C) e do 3,3�-di-indolilmetano (DIM).


287

glicobrassicina, é encontrado em algumas variedades de couve-de-bruxelas em níveis de até 2.000 ppm com base no peso seco do vegetal. Embora a hidrólise da glicobrassicina pela mirosinase da planta seja a principal via de conversão da glicobrassicina a DIM e a outros indóis ativos, a atividade também é produzida após a administração oral de glicobrassicina puricada a ratos. Os resultados de vários estudos indicam que o DIM exibe tividade protetora promissora contra as neoplasias cervical, prostática e esofágica. No entanto, alguns dos efeitos protetores anticâncer mais bem conhecidos do I3C e do DIM estão associados às suas atividades no tecido mamário. Por exemplo, o

DIM da dieta reduziu a incidência de tumores de mama induzidos pelo DMBA em até 95%, independentemente de os tratamentos com DIM terem sido iniciados durante as etapas de iniciação ou pós-iniciação da carcinogênese. Entretanto, estudos realizados com o I3C indicam que esse indol exibe atividades promotoras de câncer em alguns modelos de tumor. Por causa dos efeitos protetores contra o câncer bem documentados do I3C e do DIM em roedores, de sua baixa toxicidade e de sua rápida disponibilidade, o I3C e o DIM estão sendo submetidos a vários ensaios clínicos como agentes quimioterápicos e também como agentes preventivos de lesões pré-cancerosas e cancerosas em várias partes do corpo, entre

elas o colo do útero e a próstata. Além disso, os resultados de estudos pequenos sobre o tratamento da papilomatose respiratória recorrente (PRR) com indóis são bastante promissores. Atualmente, o DIM é o composto preferido para o tratamento desse distúrbio raro, porém debilitante. Os alvos moleculares do DIM incluem o receptor � de estrógenos, a F1F0-ATPase mitocondrial, a topoisomerase II�, o receptor de andrógenos e o receptor de Ah. Além disso, o DIM pode inibir a via de sinalização do HIF-1 e provocar a liberação de EROs nas células tumorais hipóxicas, além de potencializar a resposta imune a antígenos bacterianos e virais em roedores e em células imunes cultivadas. Quando a nossa compreensão sobre os efeitos benécos das substâncias toquímicas aumentou, tornou-se claro que várias dessas substâncias se mostram bastante promissoras no tratamento ou na prevenção de muitas doenças crônicas importantes. No entanto,

como grupo, essas substâncias exibem propriedades que são distintas das propriedades da maioria das drogas conhecidas. Por exemplo, a maioria das substâncias fitoquímicas é ativa dentro do intervalo de concentração micromolar e afeta vários alvos moleculares. Por

outro lado, as drogas mais conhecidas são elaboradas para serem ativas dentro do intervalo de concentração nanomolar e visam a um grupo único ou pequeno de alvos moleculares relacionados. Além disso, a maioria das substâncias fitoquímicas ativas é rapidamente metabolizada e exibe baixa toxicidade, ao passo que a maioria das drogas é eliminada mais lentamente do corpo e pode exibir toxicidades ou efeitos adversos significativos. Outra diferença potencialmente importante entre esses dois tipos de substâncias é que, embora as substâncias fitoquímicas que estão sob investigação sejam antioxidantes químicos, elas podem agir como pró-oxidantes biológicos, muitas vezes por meio de mecanismos que envolvem a inibição do transporte mitocondrial de elétrons. Em contrapartida, a maioria das drogas é eficaz em concentrações que não provocam a liberação de EROs e, desse modo, não age como pró-oxidante biológico. Estudos sobre esse importante grupo de substâncias naturais determinarão sua verdadeira utilidade clínica e sua segurança, e definirão as contribuições de seus efeitos sobre alvos moleculares específicos ou sobre as respostas gerais ao estresse em seus modos de ação.

288


Leituras complementares sugeridas Calabrese, V., Cornelius, C., Mancuso, C., Pennisi, G., Calafato, S., Bellia, F., Bates, T.E., Giuffrida Stella, A.M., Schapira, T., Dinkova Kostova, A.T., Rizzarelli, E. Cellular stress response: A novel target for chemoprevention and nutritional neuroprotection in aging, neurodegenerative disorders and longevity. Neurochem Res (2008 Jul 16). Epub ahead of print. Clarke, J.D., Dashwood, R.H., Ho, E. (2008). Multi-targeted prevention of cancer by sulforaphane. Cancer Lett . 269:291-304. Pari, L., Tewas, D., Eckel, J. (2008). Role of curcumin in health and disease. Arch. Physiol. Biochem. 114:127-149. Pirola, L., Fröjdö, S. (2008). Resveratrol: One molecule, many targets. IUBMB Life. 60:323-332. Shibamoto, T., Terao, J., Osawa, T. (1998). Functional Foods for Disease Prevention I: Fruits, Vegetables and Teas. ACS Symposium Series 701, ACS, Washington, DC. Shibamoto, T., Terao, J., Osawa, T. (1998). Functional Foods for Disease Prevention II: Medicinal Plants and Other Foods. ACS Symposium Series 701, ACS, Washington, DC. Shibamoto, T., Kanazawa, K., Shahidi, F., Ho, C.-T. (2008). Functional Food and Health, ACS Symposium Series 993, ACS, Washington, DC. Weng, J.R., Tsai, C.H., Kulp, S.K., Chen, C.S. (2008). Indole-3-carbinol as a chemopreventive and anti-cancer agent. Cancer Lett . 262:153-163.

Índice A A-amanitina, 175 A-tocoferol, 228, 240 Absorção agentes tóxicos nos alimentos e, 51, 194, 199, 200, 203, 206, 276 princípios da toxicologia e, 4, 11-13, 17-19, 21, 45, 48 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 136, 144 Acetilcolina (ACh), 222 Acetilcolinesterase (AChE), 222, 223 Acidez aditivos alimentares e, 229, 230, 235, 240 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 182, 196, 207 fatores alimentares e saúde e, 280, 283 princípios da toxicologia e, 27 resíduos de pesticidas em alimentos e, 224 Ácido aminolevulínico (ALA), contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 199 Ácidos biliares biotransformação e, 52, 54, 77-78, 80, 81 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 46 princípios da toxicologia e, 23, 29, 30 substâncias fi toquímicas tóxicas e, 123 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 100 Ácido desidroascórbico, 240 Ácidos graxos aditivos alimentares e, 239 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 255 biotransformação e, 66, 69 fatores alimentares e saúde e, 276, 279, 280, 282-284 princípios da toxicologia e, 17, 20, 21 Ácidos orgânicos, 27-30, 36 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 36 princípios da toxicologia e, 27-30 Ácidos sórbico, 230, 237, 238 Ácido úrico contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 207 princípios da toxicologia e, 27 Acondicionamento, aditivos alimentares e, 229, 233 Acrilamida (AF-2) aditivos alimentares e, 227, 238, 239 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 42, 267, 268, 270

determinação dos agentes tóxicos nos alimentos e, 42-45 Açúcar aditivos alimentares e, 241, 245 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 257, 259, 267 fatores alimentares e saúde e, 274, 276, 283, 284 princípios da toxicologia e, 131 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 132, 149, 154 Acúmulo contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 184, 206 fatores alimentares em saúde e, 284 princípios da toxicologia e, 17, 24, 25 resíduos de pesticidas em alimentos e, 222, 224 toxinas fúngicas e, 163-165 toxinas naturais em animais gêneros alimentícios e, 119 Aditivos agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 272 biotransformação e, 55, 62 conservação dos alimentos, 228, 229 corantes, 247 determinação dos agentes tóxicos em alimentos e, 42 intensificadores do sabor, 250 princípios da toxicologia e, 11 regulamentação da, 230-233 resíduos de pesticidas em alimentos, 213 Aflatoxinas agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 261 biotransformação e, 62, 68, 73 carcinogênese química e, 87 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 187, 190 toxinas fúngicas e, 165-168, 170-172 Agência de Proteção Ambiental (EPA) aditivos alimentares e, 233 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 269 resíduos de pesticidas em alimentos e, 213, 214, 233 Agentes tóxicos em alimentos, determinação de, 31-38, 40, 42, 44, 45, 47, 49 Água aditivos alimentares e, 234, 239, 249 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 263, 268 289

290 Índice

Água (cont.) biotransformação e, 60, 73 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 182, 187, 192, 193, 196, 198, 201, 202, 205 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 35-37 fatores alimentares e saúde e, 276 pesticidas alimentares em alimentos e, 224 princípios da toxicologia e, 3, 4, 14, 15, 27 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 145 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 105, 109, 110, 113, 114 Alcaloides princípios da toxicologia e, 18 substâncias fitoquímicas e, 143, 144, 146 toxinas fúngicas e, 158-161 Aldicarbe (Ver também Inseticidas carbamatos), 222, 223 Aldoxicarbe (Ver também Inseticidas carbamatos), 222 Aldrina, 220 Aleucia tóxica alimentar (ATA), toxinas fúngicas e, 157, 161, 162 Algas contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais, 203 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 105, 109, 110, 113, 115, 118, 119 Alho fatores alimentares e saúde, 276, 282, 283 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 127, 152-154 Alimentos assados em forno, 230 Alimentos funcionais, 273, 274 Alimentos para bebês agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 267 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 198 pesticidas em alimentos e, 215 Amanita muscaria, 157, 176, 178, 179 Amanita phalloides, 157, 174, 175 Amanitinas, toxinas fúngicas e, 175, 176 Amaranto, aditivos alimentares e, 228, 246, 247 Amatoxinas, 176 Ambiente agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 267 biotransformação e, 52, 73 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 45 metais pesados, 193, 196, 198, 201, 202, 205 pesticidas e, 210, 212, 215, 217 resíduos industriais e hidrocarbonetos clorados, 181, 183, 186, 192 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 110, 118

Aminas aditivos alimentares e, 246 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 257, 262 biotransformação e, 56, 58, 78, 79 determinação dos agentes tóxicos em alimentos e, 45 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 139 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 119 Aminas vasoativas, substâncias fitoquímicas tóxicas e, 121, 138, 139 Aminoácidos agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 255, 257, 259, 261, 267269 biotransformação e, 56, 69 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 207 princípios da toxicologia e, 20, 27 substâncias fitoquímicas e, 130, 134 toxinas fúngicas e, 176 Amônia agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 268 princípios da toxicologia e, 20 toxinas fúngicas e, 172 Análise da cesta de compras, resíduos de pesticidas em alimentos, 211, 214, 215 Análise quantitativa determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 34, 40 Análise química, determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 32-34 Anemia contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 194-196, 199-201 toxinas fúngicas e, 161 Angiogênese, carcinogênese química e, 89, 91, 92 Angiogênese tumoral, 89, 92 Animais marinhos, toxinas naturais em, 110, 114, 193, 194 Antioxidantes aditivos alimentares e, 229-230, 239-241, 250 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 257, 262 fatores alimentares e saúde e, 273, 277-279, 281, 282 princípios da toxicologia e, 9 resíduos de pesticidas em alimentos e, 214 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 131 Antranilato de metila, 228, 230, 248 Armazenamento aditivos alimentares e, 229, 245

Índice

agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 263 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 45 princípios da toxicologia e, 12, 24, 25 resíduos de pesticidas em alimentos e, 216 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 143 toxinas fúngicas e, 165 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 109 Armazenamento tecidual determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 46 pesticidas em alimentos e, 217 princípios da toxicologia e, 25 Aromatizantes, 228, 229, 232, 248, 249 Arroz, 59, 166, 186, 207, 251 Arsênio agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 192-195 princípios da toxicologia e, 29 resíduos de pesticidas em alimentos e, 210 Aspergillus flavus, 166 Atropina, 146, 148

B Bactérias aditivos alimentares e, 230, 234, 236, 39 biotransformação e, 59, 69 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 201 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 41 fatores alimentares e saúde e, 275 princípios da toxicologia e, 19, 20, 23 resíduos de pesticidas em alimentos e, 209, 210 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 149 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 105, 118 Baiacu, toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 106, 108, 110, 117 Barreira hematoencefálica, 20, 30, 178 Benzoato de sódio, 235, 236 BHA aditivos alimentares e, 230, 241, 242 biotransformação e, 75 carcinogênese química e, 88 BHT aditivos alimentares e, 241, 242 biotransformação e, 75 carcinogênese química e, 88 Biodisponibilidade, 19 Bioensaio, 40 Biotransformação determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 45

291

enzimas da fase I, 51, 59, 61-63, 65, 67, 73 peroxidases, 51, 68-71, 73 princípios da toxicologia e, 12 reações da fase I, 51-53, 55, 59 reações da fase II, 51, 55, 56, 58, 61, 77, 80 Bócio, substâncias fitoquímicas tóxicas e, 122, 125-127, 134 Bolor, 157, 165, 166, 230, 237 Brevetoxina (Ver também Marés vermelhas), 113, 114, 117

C Cadeia alimentar agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 267 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 183, 188, 192, 193, 203 resíduos de pesticidas em alimentos e, 209, 212, 213, 215 substâncias fitoquímicas e, 149 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 110, 113 Cádmio contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 181, 192, 205-207 princípios da toxicologia e, 16, 25 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 124 Café aditivos alimentares e, 246 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 255 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 140-143 Cafeína biotransformação e, 64 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 140-143 Cálcio contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 199, 206, 207 fatores alimentares e saúde e, 276 princípios da toxicologia e, 16, 25 Calor aditivos alimentares e, 230, 238, 245 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 255, 257, 258, 262, 265, 267, 269, 272 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 182, 187, 196, 201 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 34, 35 fatores alimentares e saúde e, 279, 281 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 137, 143 toxinas fúngicas e, 172 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 100, 115

292 Índice

Calorias carcinogênese química e, 95 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 48 fatores alimentares e saúde e, 276 Canal de sódio, dependente da voltagem, 108, 110, 116, 117 Câncer de estômago, 256, 283 Câncer de fígado, 9, 164, 165, 186, 190, 249 Cânceres colorretais, 72, 93, 96 de mama, 64, 93, 96, 123, 282 de próstata, 93, 95, 283 humanos, 64, 92, 232 Carboidratos aditivos alimentares e, 239 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 255 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 38 fatores alimentares e saúde e, 274, 279 princípios da toxicologia e, 13 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 135, 136, 138 Carboxilesterases, biotransformação e, 51, 75, 76 Carcinogênese aditivos alimentares e, 232, 239, 241 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 272 carcinogênese química, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 186, 190 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 45, 48 fatores alimentares e saúde e, 287 Carne bovina agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 254, 258 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 188-190 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 100 Carnes aditivos alimentares e, 237 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 254, 262, 263 carcinogênese química e, 96 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 188, 203, 205 resíduos de pesticidas e, 212, 215 Catecolaminas, substâncias fitoquímicas tóxicas e, 138 Cebolas agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 251 fatores alimentares e saúde e, 276, 282, 283 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 127

Células gliais, 21 Células vermelhas do sangue (Ver Eritrócitos) Cetona, 55, 131, 132 Chá, 140-142, 143, 255, 283, 287 Chumbo contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 181, 192, 193, 196-201, 205-207 princípios da toxicologia e, 2, 16, 25, 29 resíduos de pesticidas em alimentos e, 210, 222 Cianeto, 125, 132-135 Ciclamato de sódio, 228, 243-245 Ciguatera, 110-113 Ciguatoxina (Ver também Ciguatera), toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 110-114, 117 Cisteína, 82, 133, 269, 270 Citocromo agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 257, 270 biotransformação e, 59, 60, 82 citocromo oxidase, 133 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 186 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 133-135 Cláusula Delaney aditivos alimentares e, 232, 233 resíduos de pesticidas em alimentos e, 213, 214 Cleanup, determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 38 Cloracne, contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais de, 186, 190, 191 Clordano, 220 Cloreto agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 262 biotransformação e, 67, 69 carcinogênese química e, 96 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 182, 186-188, 203 princípios da toxicologia e, 9 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 146 Cloro, 182, 184 Cobalto, 134, 192 Coelhos agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 269 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 185, 190 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 125, 144 toxinas fúngicas e, 162, 168 Cogumelos, 174-179

Índice

Colesterol aditivos alimentares e, 243, 273, 274 biotransformação e, 54, 57, 69, 73 princípios da toxicologia e, 30 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 152 Colina, princípios da toxicologia e, 13 Colinesterase, resíduos de pesticidas em alimentos e, 222 Color Additive Amendments, 232, 233 Compostos organomercuriais, 201, 202, 204 Concentração aditivos alimentares e, 237, 240 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 265, 267 biotransformação e, 52, 62, 79-81 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 184, 194, 198, 203, 204, 206, 207 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 46, 48 fatores alimentares e saúde e, 281, 287 princípios da toxicologia e, 52, 12, 16, 17, 19, 21, 23-24, 27 resíduos de pesticidas em alimentos e, 215, 220 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 122, 125-127, 130, 131, 134, 152-154 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 114, 115 Condimentos aditivos alimentares e, 230, 249 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 263 Conservantes, 229, 230, 234, 237 Consumidores aditivos alimentares e, 230, 245 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 270 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 32 fatores alimentares e saúde e, 274, 277 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 136 toxinas fúngicas e, 174 Consumo aditivos alimentares e, 248 carcinogênese química e, 96-98 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 183, 184, 194, 197, 198, 200, 203, 205, 207 princípios da toxicologia e, 4 substâncias fitoquímicas e, 125, 130, 131, 133, 137, 139 toxinas fúngicas e, 161, 164, 173 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 101, 105, 108, 109, 113, 114, 118

293

Contaminação agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 254 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 184, 186, 197, 198, 203, 205 determinação dos agentes tóxicos em alimentos e, 36 resíduos pesticidas em alimentos e, 211-213, 222, 223 toxinas fúngicas e, 166, 170, 172 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 105, 109 Coração biotransformação e, 64, 77 fatores alimentares e saúde e, 282, 283 princípios da toxicologia e, 21-23 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 133 Corantes, 228, 229, 232, 245, 247, 248 Corantes azo, aditivos alimentares e, 246 Cozimento agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 254, 255, 259, 261, 270 fatores alimentares e saúde e, 279 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 125, 136, 143 toxinas fúngicas e, 166, 174 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 112 Cromatografia determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 38, 39 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 118 Cromossomos, determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 44 Cura agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 262, 263, 266, 267 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 139 Curvas da resposta acumulada, 8 Curvas da resposta em frequência, 6, 7 Curvas de dose-resposta, 6-8, 9-11

D D-tubocurarina, 143, 144 Daidzeína, 20, 127, 283 DDT contaminantes de alimentos e, 183 princípios da toxicologia e, 24, 25 resíduos de pesticidas em alimentos e, 211, 212, 215-220 Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA), 95, 172, 213, 255 Department of Health and Human Services (DHHS), 95

294 Índice

Desenvolvimento embrionário Desenvolvimento alimentos e, 45 determinação de agentes tóxicos em Desmetilação, 57, 217 Detoxificação biotransformação e, 52, 59, 75, 81, 84 fatores alimentares e saúde e, 282, 283 resíduos de pesticidas em alimentos e, 217 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 125, 132, 138, 144 toxinas fúngicas e, 172 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 119 DHA, 284 Diacetila, 228, 249, 258 Diazinona, 213, 220 Dieldrina, 220 Dieta aditivos alimentares e, 235, 247 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 256, 261-265, 267, 269 biotransformação e, 55, 59, 73 carcinogênese química e, 86, 93, 95, 96 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 185, 186, 188-190, 198, 200, 203, 204, 206, 207 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 48 fatores alimentares e saúde e, 274, 276 princípios da toxicologia e, 52, 19, 20, 23 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 125, 131, 134, 136 Dietilestilbestrol, 29, 88 Dietilnitrosamina, 262, 263, 267 Difusão, 16, 17, 21, 61 Dimetilnitrosamina, 87, 262 Dioxinas, 9, 65, 82, 88, 123, 181, 186-190, 224 Diretrizes alimentares, 95, 96 Diretrizes alimentares para a prevenção do câncer, 86, 95 DNA biotransformação e, 52, 63 carcinogênese química e, 88 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 39, 40 fatores alimentares e saúde e, 281 toxinas fúngicas e, 163, 169 Dor de cabeça aditivos alimentares, 241, 250 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 195, 199 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 152-154 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal, 101, 102, 112, 115

Dose aditivos alimentares e, 241, 243 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 265 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 47 resíduos de pesticidas em alimentos e, 216 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 139 toxinas fúngicas e, 168 Dose letal, 8, 10, 40, 142, 176, 247 Dose subletal, resíduos de pesticidas em alimentos e, 224 Dose sublingual, princípios da toxicologia e, 18 Dose-resposta, 5, 6 Drogas aditivos alimentares e, 231, 246 biotransformação e, 60, 63, 65, 72, 75, 76 carcinogênese química e, 88, 89 fatores alimentares e saúde e, 287 princípios da toxicologia e, 4, 11, 16, 19, 20, 24, 29-30 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 121, 139, 140, 152-154 toxinas fúngicas e, 161

E Edulcorantes, 229, 241 Efeitos neurológicos, 110, 178, 179, 200 Eletrólitos, princípios da toxicologia e, 4, 27 Embrião, determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 44 Encéfalo agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 270 biotransformação e, 64, 66, 68, 77, 78 carcinogênese química e, 93 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 204, 207 princípios da toxicologia e, 20, 21 toxinas fúngicas e, 164, 178, 179 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 103, 115 Endrina, 217, 220 Ensaio de mutação reversa em bactérias, 41 Ensaio de transformação celular, 44 Ensaio mediado pelo hospedeiro, 42 Envenenamento contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 197, 199, 200, 204 pesticidas, 223 princípios da toxicologia e, 3, 4 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 137 toxinas fúngicas e, 158, 175, 178, 179 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 105-107, 109, 110, 113-115, 117

Índice

Envenenamento Env enenamento amnésico por mariscos (EAM), 100, 114, 115 Envenenamento Env enenamento paralisante por mariscos (PSP), 100, 108-110, 113, 114 Envenenamento Env enenamento pelo mercúrio, 203 Envenenamento Env enenamento por peixes escombrídeos, 100, 117-119 Enxaqueca, 178 Enxofre, 72, 133-135, 210, 229, 234 Epóxido hidrolase agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 257 biotransformação e, 51, 73, 74 toxinas fúngicas e, 168 Epóxidos agentes tóxicos formados a partir de resíduos industriais e, 257 biotransformação e, 52, 54, 58, 73, 81 toxinas fúngicas e, 168-170 Ergotamina, 160 Ergotismo, 157-160 Eritrócitos contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 199, 203 princípios da toxicologia e, 15 substâncias fitoquímicas e, 128 Erva-de-são-joão, 63, 151-154 Espécies reativas do oxigênio (EROs) biotransformação e, 61 carcinogênese química e, 88 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 195 fatores alimentares e saúde e, 277-282, 287 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 128, 130, 131, 135 Espectroscopia na luz infravermelha, determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 34 Espermatozoides, 44 Esterase, 223, 237 Esteroides, 154 Estômago aditivos alimentares e, 237 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 256 biotransformação e, 81 carcinogênese química e, 93, 96 fatores alimentares e saúde e, 277 princípios da toxicologia e, 17-19 toxinas fúngicas e, 161 Estresse oxidativo biotransformação e, 69 carcinogênese química, 89 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 195

295

substâncias fitoquímicas tóxicas e, 128, 129, 131, 135 Estricnina, 144-146 Excreção biotransformação e, 59, 72, 78, 79, 81 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 46, 48, 55, 58 princípios da toxicologia e, 12, 26-30 Extração, determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 34-37

F Farmacocinética, 32, 40, 45 Fase estacionária agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 267 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 38, 39 Fase móvel, 38, 39 Fatalidade, 191 Fava, 128 Favismo, 127, 128 Fenobarbital biotransformação e, 63, 75, 76 princípios da toxicologia e, 27, 29 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 123 Ferro agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 251 biotransformação e, 59 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 192, 198, 199, 207 deficiência, 198-199 princípios da toxicologia e, 25 Feto, 45, 46, 142, 187, 198, 204, 266 Fígado aditivos alimentares e, 235, 237, 249 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 270 biotransformação e, 59, 61, 62, 64-68, 75, 77-79, 81 carcinogênese química e, 93, 96 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 186, 190, 198, 206, 207 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 46, 48 princípios da toxicologia e, 12, 18, 20, 21-23, 25, 29 resíduos de pesticidas em alimentos e, 220 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 123, 124, 133, 137, 139, 152 toxinas fúngicas e, 165, 168, 171, 175, 176 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 101, 106

296 Índice

Fitoalexinas, substâncias fitoquímicas tóxicas e, 121, 149-151 Flavonoides, 48, 62, 123, 282, 283 Food and Drug Administration (FDA) aditivos alimentares e, 230, 232, 233, 240, 245-247, 249, 250 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 255, 270 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 184, 198, 202, 203 pesticidas e, 212-215 toxinas fúngicas e, 169, 170, 172 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem marinha e, 109, 114 Food, Drug, and Cosmetics Act , 213 Food Quality Protection Act , 214, 233 Fosfolipídios, 13, 25 Fungos aditivos alimentares e, 230 aflatoxinas, 166, 169, 170 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 272 aleucia tóxica alimentar, 162 biotransformação e, 59 ergotismo, 157-160 fungicidas, 210-213 LEME, 164, 165 resíduos de pesticidas em alimentos e, 210 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 149, 157 toxinas de

G Galato de propila, 228, 230, 241 Gasolina agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252 contaminantes de alimentos e, 197, 198 Gêneros alimentícios de origem animal, toxinas naturais em animais marinhos, 106-119 animais terrestres, 100-104 Genotoxicidade, agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos, 281 acrilamida, 269 Geralmente reconhecido como seguro (GRAS), 232, 233, 248 Gibberella zeae, 174 Ginseng, 152, 154 Glicina, 56, 82, 146, 236 Glicose agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 267, 268 biotransformação e, 78

contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 207 princípios da toxicologia e, 16, 17, 27 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 124, 132 Glicosídeos, 128, 131, 132 Glicosídeos cianogênicos, 121, 125, 131-132, 134 Glutamato substâncias fitoquímicas tóxicas e, 130, 131 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 115 Glutamato monossódico (GMS), aditivos alimentares e, 250 Glutationa aditivos alimentares e, 240 biotransformação e, 55, 58, 59, 77, 80, 81 Glutationa S-transferases (GST) agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 270 biotransformação, 80-84 Goitrina, substâncias fitoquímicas tóxicas e, 123-125 Gorduras aditivos alimentares e, 230, 234, 239, 240 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 270 biotransformação e, 68 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 184 da dieta, 95 fatores alimentares e saúde e, 276 princípios da toxicologia e, 22, 25 Gráfico da resposta em frequências, 6 Grãos agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 259 carcinogênese química e, 96 fatores alimentares e saúde e, 276 toxinas fúngicas e, 162 Gravidez agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 257 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 186, 190, 191, 207 fatores alimentares e saúde e, 281 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 142 Guanina, 169, 170

H Hemoglobina, 199, 200, 204, 262, 270, 277 Hemorragia, 2, 102, 195 Hepatite, 88, 165, 170 Herbicidas clorofenoxi, 223, 224 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 189

Índice

resíduos em alimentos e, 209, 210, 213, 223, 224 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 127 Herbicidas clorofenoxi, 223, 224 Hidrocarbonetos agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 251 biotransformação e, 36, 62, 64, 65, 69-71, 76, 84 contaminantes em alimentos provenientes de resíduos industriais e, 181 fatores alimentares e saúde e, 280 hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs), 251-257 hidrocarbonetos clorados, 181, 183, 185, 187, 189, 191 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 152 Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 251-257, 258 biotransformação e, 64, 69, 76 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 36 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 36, 64, 69, 76, 152, 251-257, 258 Hidrólise biotransformação e, 74, 75, 77, 80 fatores alimentares e saúde e, 287 princípios da toxicologia e, 20 resíduos de pesticidas em alimentos e, 220 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 128, 131, 132 toxinas fúngicas e, 168 Hiperplasia carcinogênese química e, 96 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 185 Hipertensão, 122, 154 Hipervitaminose, 102 Hipófise, 122, 123 Histamina, 27, 118, 119 Histidina, 12, 41, 119 Homeostase, 9, 20, 25, 128, 133 Hormônios biotransformação e, 62, 73 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 40 princípios da toxicologia e, 20 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 121, 122, 152

I Índice terapêutico, 10, 11 Indóis determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 48 fatores alimentares e saúde e, 287 Ingestão Diária Aceitável (IDA) aditivos alimentares e, 230, 247 princípios da toxicologia e, 11

297

Inibição biotransformação e, 74 carcinogênese química e, 89, 91, 92 complexo I, 131 fatores alimentares e saúde e, 286 MAO-B, 139 resíduos de pesticidas em alimentos e, 222 síntese da glutationa, 131 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 123, 131, 133, 139 toxinas fúngicas e, 164, 165 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 108 Inseticidas carbamatos, 209, 222, 223 Inseticidas ciclodienos, 217, 220 Inseticidas organofosfatos, 54, 209, 211, 220-222 Inseticidas, resíduos em alimentos, 209-211, 213 carbamatos, 222 DDT, 215 de ocorrência natural, 224 organofosfatos, 220, 221 Insulina, 68, 154, 207 Intestino delgado biotransformação e, 59, 75 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 195 fatores alimentares e saúde e, 275 princípios da toxicologia e, 12, 17-19, 23, 29, 30 Intestino grosso biotransformação e, 62-64, 78 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos e, 204 fatores alimentares e saúde e, 276, 277, 281 princípios da toxicologia e, 23, 29 toxinas fúngicas e, 161 Iodo, substâncias fitoquímicas tóxicas e, 124, 125-127 Ionização, princípios da toxicologia e, 16, 17 Ipomeamarona, 149-151 Irradiação, 251, 252, 270-272 Isoflavonoides, 20 Isoxazol, 178

L Lactação aditivos alimentares e, 235 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 207 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 47 Lectinas, 135-137 Legumes, 136, 203 Leite aditivos alimentares e, 238, 249 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 251, 252, 259

298 Índice

Leite (cont.) biotransformação e, 69 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 185, 188-190, 192, 206 princípios da toxicologia e, 26 resíduos de pesticidas e, 212, 215, 230 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 152 toxinas fúngicas e, 169, 170 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 101 Lesões agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 257 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 185, 186, 190 fatores alimentares e saúde e, 276, 281, 287 toxinas fúngicas e, 161, 162, 168 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 115 Lipídios biotransformação e, 59, 69 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 194 fatores alimentares e saúde e, 279, 280 princípios da toxicologia e, 13, 21, 23, 27 Líquido cerebroespinhal, 30 Luz ultravioleta agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 272 fatores alimentares e saúde e, 278 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 127, 149 toxinas fúngicas e, 166, 172

M Malaoxon, 222 Malathion, 220-222 Mandioca substâncias fitoquímicas tóxicas e, 125, 131, 132, 134, 135 toxinas fúngicas e, 166 Manganês, 192 Marés vermelhas, 109, 110, 113 Mariscos contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 184, 194, 203, 205, 206 envenenamento enven enamento amnésico por mariscos (EAM), 114 envenenamento enven enamento paralisante por mariscos (PSP), 108, 109 Meat Inspection Act , 231 Mercúrio contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 181, 192, 201, 204, 206, 210 substâncias fitoquímicas e, 127

Metabolismo agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 266 biotransformação e, 58-60, 62, 64, 65, 69-71, 73, 77, 78 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 184, 186, 192 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 40, 44, 46, 48 princípios de toxicologia e, 11, 30 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 144, 152 toxinas fúngicas e, 170-172 Metais pesados arsênio, 193, 195 cádmio, 206 chumbo, 196, 197, 198, 201 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 181, 192, 193 mercúrio, 203, 204 resíduos de pesticidas em alimentos e, 210 Metilmercúrio, 46, 202-205 Metomila, 222 Metoxiclor, 217, 220 Micotoxinas, 62, 157, 170, 173, 174, 178, 179 Milho fatores alimentares e saúde e, 282 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 125 toxinas fúngicas e, 164, 165, 166, 170, 172, 174 Monoamino-oxidase, Monoamino-oxid ase, 139 Mortalidade carcinogênese química e, 93-95 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 192 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 40 princípios da toxicologia e, 7 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 122, 128 toxinas fúngicas e, 161, 165 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 106, 111, 114, 118 Mutações biotransformação e, 61 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 39-42, 44 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 128 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 117 Mutagênese, 44, 282

N NADPH, biotransformação e, 56, 60, 61, 67, 69 Neoplasia, 287 Neuropatia atáxica tropical (NAT), (NAT), 134, 135 Neurotoxicidade, 25, 109

Índice

Nicotina biotransformação e, 54, 72 pesticidas e, 210, 211, 220, 224 princípios da toxicologia e, 9, 21 Nível no qual não se observam efeitos (NOEL), 190, 213 Nucleófilos, 56, 58, 77-79, 81 Nutrientes aditivos alimentares e, 230, 240 biotransformação e, 51 carcinogênese química e, 89 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 41 princípios da toxicologia e, 17, 28 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 135 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 119

O Obesidade, 96 Ocratoxina, toxinas fúngicas e, 172, 173 ODAP, substâncias fitoquímicas tóxicas e, 130, 131 Óleos vegetais aditivos alimentares e, 241 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 254, 255, 282 Organização Mundial da Saúde (OMS) aditivos alimentares e, 240, 241, 243, 247 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos, 270 contaminantes de alimentos e resíduos industriais e, 194, 202, 203, 205 fatores alimentares e saúde e, 274 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 122 Organogênese, 45-47 Osso contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 190, 198 princípios da toxicologia e, 12, 22, 24, 25 toxinas fúngicas e, 173 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 102 Ovários biotransformação e, 64 carcinogênese química e, 93, 96 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 106 Oxidação aditivos alimentares e, 234, 239, 241, 245 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 257, 268 biotransformação e, 53, 54, 58, 61, 62, 64, 65, 68, 69, 72 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 201

299

fatores alimentares e saúde e, 277-279 resíduos de pesticidas em alimentos e, 222 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 128, 133 Oxigênio aditivos alimentares e, 239 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 254 biotransformação e, 54, 61 carcinogênese química e, 89 fatores alimentares e saúde e, 273, 277 princípios da toxicologia e, 22 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 121

P Paraoxon (Ver inseticidas organofosfatos) Parathion (Ver inseticidas organofosfatos) biotransformação e, 54 resíduos de pesticidas em alimentos e, 211, 220222 Peixe aditivos alimentares e, 237 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 265 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 183, 184, 188-190, 193, 194, 198, 202-204 resíduos de pesticidas em alimentos e, 209, 212 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 139 toxinas naturais e, 104-105, 108, 110-114, 118, 119 Peixes e mariscos, 193, 194, 198 Pele aditivos alimentares e, 247 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 257 biotransformação e, 64, 78, 81 carcinogênese química e, 89, 93 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 184, 185, 187, 190, 192 determinantes de agentes tóxicos em alimentos e, 37 fatores alimentares e saúde e, 282 princípios da toxicologia e, 4, 22 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 151 toxinas fúngicas e, 161-164 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 101, 106, 108 Penicilina, 27, 28, 157 Perda de peso aditivos alimentares e, 235 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 187 Peroxidação de lipídios, 165, 273, 279-282 Peróxido de hidrogênio, 69, 123, 228, 230, 238

300 Índice

Pesticidas aditivos alimentares e, 230, 233, 248 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 272 biotransformação e, 62 carbamatos, 223 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos de pesticidas e, 182, 188, 193, 197 DDT, 215, 217, 220 determinação de agentes tóxicos em alimentos, 48 organofosfatos, 220, 222 princípios da toxicologia e, 11, 24, 26 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 149 pH agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 262 biotransformação e, 69, 74 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 37 princípios da toxicologia e, 16-19, 27 Píretro, 210, 220, 224 Pirofosfato de tetraetila (PFTE), 211 Placenta, 45, 46, 161, 257 Plasma (Ver também Sangue), 24, 30, 69, 203 Polaridade determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 37 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 144 toxinas fúngicas e, 178 princípios da toxicologia e, 13, 25 Porcos biotransformação e, 73 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 185, 205 toxinas fúngicas e, 164, 165, 168, 174 Potássio, princípios da toxicologia e, 16, 21, 27, 28 Prebióticos, 273-277 Pressão arterial, 5, 6, 45, 74, 107, 139, 142 Príons, 102-104 Probióticos, 273-277 Processamento de alimentos aditivos alimentares e, 230 grelhar ou defumar com carvão e, 254 irradiação de alimentos e, 270 luz ultravioleta e, 272 regulamentações, 230 Produtos agrícolas, regulamentações, 212, 213, 233 Proteínas biotransformação e, 52, 65, 71, 81 carcinogênese química e, 88 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 206, 207 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 38 princípios da toxicologia e, 11-13, 15, 20, 24, 27 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 137, 169

toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 100, 103, 104, 117, 135 Pulmões biotransformação e, 59, 64, 66, 68, 73, 75, 77, 81 carcinogênese química e, 96 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 190 princípios da toxicologia e, 21-23 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 143 toxinas fúngicas e, 168, 170 Pure Food and Drug Act , 231 Pureza, 32, 36

R Radiação gama, agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 272 Radioatividade, 252, 272 Ratos aditivos alimentares e, 238-247, 249 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 256, 259, 261, 265, 266, 269 antioxidantes, 240, 241 aromatizantes, 249 biotransformação e, 67, 68, 71 conservantes, 238, 239, 241 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 185, 186, 190, 191, 199, 203, 206, 207 corantes sintéticos, 246, 247 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 39, 44, 48 edulcorantes, 243-245 fatores alimentares e saúde e, 281, 287 resíduos de pesticidas em alimentos e, 217, 220, 222, 224 sacarina, 243 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 125, 136 toxinas fúngicas e, 164, 165, 168, 171, 174 Reabsorção, 26, 27, 29 Reação de Maillard, agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 257, 259, 272 Recém-nascidos, 122 Regulamentação dos pesticidas, 213, 214 Regulamentações agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 270 resíduos de pesticidas e alimentos e, 212, 213, 230, 232, 233, 245 Reprodução aditivos alimentares e, 235, 237, 238 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 32 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 121 toxinas fúngicas e, 157

Índice

Resíduos industriais bifenilas policloradas, 182 contaminantes provenientes de, 188, 190 fatores alimentares e saúde e, 279 hidrocarbonetos clorados, 181, 184, 186 metais pesados, 192 arsênio, 194 cádmio, 205, 207 chumbo, 196, 198, 199 mercúrio, 201, 203 Riboflavina, 48 Ricina, 136-138 Rins aditivos alimentares e, 235, 249 biotransformação e, 64, 66, 68, 73, 75, 78, 79, 81 carcinogênese química e, 96 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 190, 199, 203-207 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 46 exposição à TCDD, 190 exposição ao cádmio, 205-207 exposição ao chumbo, 199 exposição ao mercúrio, 203, 204 fatores alimentares e saúde e, 266, 270 princípios da toxicologia e, 22, 25, 26 toxinas fúngicas e, 175, 176 RNA, 52, 137, 164, 175, 281 RNAm, 67, 68, 73, 77, 175 Rotenona, 210, 220

S Sacarina aditivos alimentares e, 88, 241-243 carcinogênese química e, 88 Sacarina sódica, 241-243 Sacarose, 145, 241-243, 275 Safrol, 55, 228, 230, 249 aditivos alimentares e, 228, 230, 249 biotransformação e, 55 Sais de mercúrio, 201 Sal aditivos alimentares e, 228, 230, 234, 235, 237, 241, 246, 247, 250 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 262 biotransformação e, 79 carcinogênese química e, 96 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais, 201, 203, 204, 206 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 37 princípios da toxicologia e, 17 resíduos de pesticidas em alimentos, 223 substâncias fitoquímicas e, 149

301

Sangue aditivos alimentares e, 240 biotransformação e, 77, 78 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 184, 199-201, 204 determinação dos agentes tóxicos em alimentos e, 45 fatores alimentares e saúde e, 277 princípios da toxicologia e, 3, 4, 12, 17, 20-25, 27 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 123, 134 toxinas fúngicas e, 176 Saxitoxina, 110, 117 Segurança agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 262, 270 determinação de agentes tóxicos em alimentos, 32, 44 e aditivos alimentares e, 232, 233, 245, 248 fatores alimentares e saúde e, 287 princípios da toxicologia e, 9-11 resíduos de pesticidas em alimentos e, 211, 214 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 151 toxinas fúngicas e, 172 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem marinha e, 109 Sementes agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 259 carcinogênese química e, 96 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 127, 128, 136, 137, 144, 149 Simbióticos, 274, 276 Sintomas aditivos alimentares e, 247, 250 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 185, 186, 191, 196, 199-201, 204, 207 fatores alimentares e saúde e, 275 resíduos de pesticidas em alimentos e, 217, 222, 223 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 125, 134 toxinas fúngicas e, 158, 161-164, 178, 179 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 103, 106, 107, 110, 112, 113, 118 Sistema nervoso central (SNC) contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 199 princípios da toxicologia e, 28 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 133, 138, 139, 142 toxinas fúngicas e, 161, 164, 178 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 104

302 Índice

Sódio aditivos alimentares e, 228, 230, 234-236, 241-245, 252 agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252, 262 carcinogênese química e, 96 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 189, 196 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 36, 45 princípios da toxicologia e, 9, 16, 25, 28 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 123, 152-154 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 108, 110, 113, 114, 116, 117 Soja carcinogênese química e, 89 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 205 fatores alimentares e saúde e, 276, 283 resíduos de pesticidas em alimentos e, 215 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 136, 149 toxinas fúngicas e, 166 Solo agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 252-254 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 187, 191, 192, 196 resíduos de pesticidas em alimentos e, 211, 212 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 130 toxinas fúngicas e, 162, 166 Sorbato de potássio, 228, 237 Sorbatos, 237, 238 Substâncias solúveis em água biotransformação e, 52 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 201 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 46, 51 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 131 Suplementos aditivos alimentares e, 229, 230, 241 fatores alimentares e saúde e, 273, 276, 278 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 152 toxinas fúngicas e, 165 Suscetibilidade biotransformação e, 79 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 186, 199 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 48 princípios da toxicologia e, 11 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 128

T Tartrazina, aditivos alimentares e, 228, 246-248 Tecido adiposo, 25, 36

contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 184 resíduos de pesticidas em alimentos e, 215 Temperatura agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 249, 250, 254, 265, 268-272 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 182, 187, 189 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 34, 35, 49 fatores alimentares e saúde e, 277 toxinas fúngicas e, 162 toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 113 Teratogênese contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 191 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 45, 46 Terpeno, 151 Teste do dominante letal, 42 Testes de toxicidade aguda, agentes tóxicos em alimentos e, 39 Testes de toxicidade crônica, determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 47, 49 Tetrodotoxina, toxinas naturais em gêneros alimentícios de origem animal e, 100, 105, 107, 108, 110, 117 Tiocianato, 58, 69, 123-127, 133, 135, 262 Tireoide agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 269 biotransformação e, 68 substâncias fitoquímicas tóxicas e, 122-127 Tocoferol, 228, 230, 240, 241 Toxicidade aguda aditivos alimentares e, 238, 241-243 agentes tóxicos formados durante o processamentos de alimentos e, 259, 269 contaminantes nos alimentos provenientes de resíduos industriais e, 185, 195 resíduos de pesticidas em alimentos e, 216 toxinas fúngicas e, 171 Toxicidade genética, determinação da agentes tóxicos em alimentos e, 31, 32, 40, 47 Toxicidade subcrônica agentes tóxicos formados durante o processamento de alimentos e, 269 determinação de agentes tóxicos em alimentos e, 31, 32, 45, 47 Toxicologia aditivos alimentares e, 232, 247 contaminantes de alimentos provenientes de resíduos industriais e, 181

Livro - Introdução à Toxicologia dos Alimentos - Shibamoto.pdf

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