2 -tossicità cutanea

2 -Tossicità cutanea

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BIOTRASFORMAZIONE

La capacità della cute di metabolizzare le sostanze che diffondono attraverso di essa contribuisce alla sua funzione di barriera.Questa capacità influenza la potenziale capacità biologica di xenobiotici e farmaci applicati topicamente, degradandoli o attivandoli a sensibilizzanti cutanei o a cancerogeni.

Principali responsabili di queste attività nella cute sono l’epidermide e le unità pilo-sebacee.

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SOSTANZE DERMOTOSSICHE

Gli enzimi espressi nella cute che partecipano ai processi di biotrasformazione includono:- isoforme di citocromo P450,- epossido-idrolasi, - UDP-glucuroniltransferasi, - chinone reduttasi,- glutatione transferasi.Nelle cellule epidermiche umane è evidenziata l’attività di altri enzimi metabolici come sulfatasi, beta-glucoronidasi, N-acetil-transferasi, esterasi e reduttasi. La regione intercellulare dello strato corneo è caratterizzata da attività catabolica (proteasi, lipasi, glicosidasi e fosfatasi).

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SOSTANZE DERMOTOSSICHE

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Per tossicità cutanea si intende qualsiasi alterazione dell’omeostasi cellulare che influenza la capacità delle cellule cutanee di adattarsi, riprodursi, sopravvivere e realizzare funzioni specializzate.

La tossicità cutanea può manifestarsi principalmente con:

• Dermatiti da contatto• Reazioni Fototossiche• Acne• Malattie granulomatose• Tumori cutanei

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SOSTANZE DERMOTOSSICHELa dermatite da contatto rappresenta una delle manifestazioni tossiche più diffusa e oltre l’80% nell’ambito delle malattie professionali.E’ classificata in 2 principali categorie: • Dermatite irritativa • Dermatite allergica.Entrambe coinvolgono processi infiammatori e possono avere caratteristiche cliniche indistinguibili di:• Eritema• Ispessimento• Iperproliferazione• Desquamazione • Vescicolazionepresenti in aree a diretto contatto con la sostanza chimica. 6

DERMATITE DA CONTATTO

Possiamo distinguere:

• DERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTO

• (CORROSIONE)

• DERMATITE ALLERGICA DA CONTATTO

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Dermatite da contatto

DERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTO

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DERMATITE DA CONTATTO• DERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTOLa dermatite irritativa è una reazione non immunitaria causata dall’azione diretta di una sostanza sulla cute. L’infiammazione locale è caratterizzata da eritema, edema o corrosione dovuta all’esposizione singola o ripetuta ad una sostanza nello stesso sito cutaneo. Spesso si ha anche interessamento del derma, per rilascio di un inibitore della fibrinolisi, che diffonde nel derma causando deposizione di fibrina, responsabile dell’infiammazione.

Le dermatiti da contatto di tipo irritativo sono il risultato clinico di una risposta infiammatoria causata soprattutto dal rilascio da parte dei cheratinociti di citochine proinfiammatorie in risposta ad uno stimolo chimico o fisico.

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DERMATITE DA CONTATTODERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTO

Gli stimoli che possono provocare queste risposte irritative possono essere di varia natura:• Sostanze chimiche (farmaci, cosmetici, sostanze

tossiche ambientali)• Radiazioni ultraviolette• Calore• Radiazioni ionizzanti• Traumi meccanici

Nonostante la varietà di agenti eziologici, l’effetto indotto può essere lo stesso.

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DERMATITE DA CONTATTODERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTOCi sono infatti:• fattori estrinseci che modulano la capacità di una

sostanza di penetrare la barriera cutanea e provocare infiammazione

• fattori intrinseci (costituzionali) che influenzano le capacità individuali di interagire con una risposta infiammatoria.

Es. olio di oliva, paraffina liquida, burro di cacao possono dare iperplasia cutanea senza infiammazione visibile o anche reazioni morfologicamente diverse dalla risposta infiammatoria (granuloma, cloracne) o soggettive come sensazione di prurito. 13

DERMATITE DA CONTATTODERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTO

Concettualmente una risposta irritante è espressa dalla relazione:

Ri = Kp x A x PI x R

Ri = risposta irritanteKp = costante di permeabilità di membranaA = entità di esposizione PI = potenziale irritante della sostanza in esameR = capacità individuale di reazione

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DERMATITE DA CONTATTO

DERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTOGli irritanti cutanei possono interagire con la cute secondo 3 modalità:1. Superficialmente sulle cellule morte dello strato corneo,

rimuovendo i lipidi, le sostanze solubili, l’acqua, le cellule e denaturando le proteine. Ciò porta a perdita d’acqua e di elasticità, che danneggiano la funzionalità della barriera cutanea;

2. Permeando lo strato corneo e stimolando il metabolismo dell’epidermide (citotossicità).

3. Raggiungendo il derma e provocando una risposta infiammatoria.

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Dermatite da contattoDERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTOL’infiammazione cutanea rappresenta la risposta di difesa dell’organismo ad un danno esterno.Inizia con la modificazione di alcuni componenti strutturali del derma e termina con la riparazione del tessuto ed il recupero delle funzioni fisiologiche.Possiamo distinguere diverse fasi nella risposta infiammatoria generale:• Evento vascolare• Evento umorale• Fase leucocitaria• Fase connettivale• Riparazione del tessuto

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Dermatite da contattoDERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTO• Evento vascolare: interessa i piccoli vasi sanguigni della parte

superiore del derma e si manifesta con un eritema locale(arrossamento diffuso circoscritto) dovuto ad un aumento del flusso sanguigno in quella sede;

• Evento umorale: la vasodilatazione determina la fuoriuscita di proteine plasmatiche e siero nel derma circostante che diventa così edematoso (ritenzione idrica nello spazio sottocutaneo);

• Fase leucocitaria: caratterizzata dal richiamo chemiotattico dei leucociti. Nell’infiammazione acuta predominano i neutrofili (leucociti polimorfonulcleati), in quella cronica i macrofagi; nell’infiammazione di origine allergica possono essere coinvolti gli eosinofili, i basofili, le piastrine ed i linfociti. I neutrofili migrano nella sede dello stimolo irritante per attrazione chemiotattica esercitata dai frammenti polipeptidici formatisi durante l’evento umorale ed inglobano per fagocitosi la sostanza irritante inattivandola mediante gli enzimi lisosomiali. 18

Dermatite da contattoDERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTO

• Fase connettivale: consiste in una separazione delle fibrille di collagene nella regione superiore del derma, in seguito a rilascio dienzimi degradativi (collagenasi ed elastasi) da parte dei neutrofili.

• Riparazione del tessuto: si ha rimozione, attraverso il sistema linfatico, dei leucociti che hanno fagocitato i vari detriti e, contemporaneamente, si ha deposizione di fibrina polimerizzata, che funge da intelaiatura su cui migrano i fibroblasti che iniziano la divisione e producono nuovo collagene.

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• DERMATITE IRRITATIVA DA CONTATTO

Le fasi successive all’evento vascolare sono dovute a sostanze endogene o mediatori chimici, che si formano, agiscono e sono attivati localmente. I mediatori, che prima del loro coinvolgimento sono presenti come precursori inattivi o sono sequestrati nelle cellule, sono:• Istamina• Prostaglandine e leucotrieni• Enzimi lisosomiali (es. proteasi e idrolasi)• Sistema del complemento.

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CORROSIONE

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AZIONE CITOLITICA DIRETTA (CORROSIONE)

Consiste in un processo che induce una grave ulcera cutanea. Sostanze chimiche altamente corrosive possono indurre una immediata necrosi coagulativa che risulta in un danno tissutale con ulcerazione e desquamazione. La lesione è il risultato diretto del danno e non dipende da reazioni infiammatorie secondarie per manifestare i segni del danno.Per limitare il danno tissutale è importante la rapida rimozione dell’agente citotossico.

Oltre al danno diretto della sostanza chimica, il tessuto necrotico può costituire un deposito della sostanza, che porta ad un continuo danno cutaneo e può dare danno sistemico se c’è un assorbimento percutaneo.

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SOSTANZE CHIMICHE FORTEMENTE CORROSIVE


DERMATITE ALLERGICA DA CONTATTO

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La Dermatite allergica da Contatto rappresenta una reazione di ipersensibilità ritardata (tipo IV), causata anche da quantità limitate di sostanze in grado di indurre reazioni evidenti.

Circa il 20 % di tutte le dermatiti da contatto è di tipo allergico.

Si distingue dalla dermatite irritativa da contatto, in cui l’intensità della reazione è proporzionale alla dose applicata.

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Tra le varie manifestazioni allergiche ricordiamo:• Il prurito, che rappresenta uno stato di iperestesia cutanea;• L’orticaria, che si genera dal contatto con possibili urticanti;• L’eczema atopico, determinato da fattori endogeni e dal

contatto con sostanze attive; la forma più grave si manifesta con eritemi, vescicole, essudati, desquamazioni ed intenso prurito.

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Le cause che favoriscono la sensibilizzazione di un individuo esposto all’antigene non sono completamente chiare, ma sembrano dipendere da:• Natura della sostanza tossica con cui si entra in contatto• Concentrazione• Tipo di esposizione• Suscettibilità genetica del singolo individuo

• Le sostanze che possono indurre allergia da contatto sono molte e fra queste le più attive sono composti aromatici, metalli (Ni), profumi, coloranti impiegati in cosmetica, resine, additivi, pesticidi, epossidi e plastiche che rilasciano formaldeide ecc.

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Principali allergeni da contatto


REAZIONI FOTOTOSSICHE

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Reazioni Fotossiche

La cute è esposta a radiazioni elettromagnetiche, incluse le radiazioni ultraviolette, visibili e infrarosse emesse dal sole, da fonti di luce artificiale e dalle fonti di calore.Le radiazioni solari che raggiungono la terra e che possono indurre alterazioni cutanee vanno da 290 a 700 nm (spettro UV e visibile).Ogni forma di radiazione elettromagnetica deve essere assorbita per indurre una modificazione biologica.

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Reazioni Fotossiche

L’assorbimento della luce da strutture più profonde e più vitali della cute dipende da parametri che variano da un’area all’altra del corpo:• dai cromofori• dallo spessore dell’epidermide• dal contenuto di acqua

Da un punto di vista biologico, il cromoforo più importante è il DNA perché il danno prodotto a questo livello potrà avere effetti duraturi sulla struttura e sulla funzione del tessuto.Si hanno anche modificazioni che coinvolgono RNA, proteine strutturali, enzimi e membrane.

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Reazioni Fotossiche

Nelle prime ore dopo un’esposizione a sufficienti dosi di radiazioni UV, la sintesi di DNA, RNA e proteine delle cellule cutanee diminuisce ed il metabolismo viene alterato. Se c’è stato danno, la cute reagisce in modo riparativo e protettivo, nel suo insieme.

Dopo un periodo di latenza di parecchie ore si manifestano eritema, edema e dolore seguiti, dopo giorni, da iperproliferazione ed iperpigmentazione.

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Reazioni Fotossiche

E’ importante conoscere gli effetti dei raggi UV, soprattutto UV-A e UV-B: sono quelli che, arrivando sulla superficie terrestre, possono provocare effetti tossici.Gli UV-A possono penetrare in profondità nel derma danneggiando varie strutture (es. collagene, vasi, ecc.). Gli UV-A sono implicati nei processi di fotoinvecchiamento, fotodermatosi, fototossicità e fotosensibilità ai farmaci.

I raggi UV-B, più energetici, vengono definiti eritematogeni. perché sono i principali responsabili dell’eritema solare.

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Reazioni Fotossiche

Il termine fototossicità comprende 3 diverse manifestazioni:

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Reazioni Fotossiche

FOTOCHEMIOTOSSICITA’

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Reazioni Fotossiche

FOTOCHEMIOTOSSICITA’La risposta cellulare all’insulto della luce in presenza di alcuni cromofori è proporzionale a:• tempo di esposizione, • tipo di radiazione luminosa, • concentrazione dell’agente chimico che induce fototossicità,• quantità di radiazione cui è sottoposto il tessuto bersaglio.Il danno cellulare inizia dove il cromoforo assorbe ad una specifica lunghezza d’onda della luce.Le reazioni fototossiche vengono distinte in:- Reazioni Fotodinamiche, ossigeno dipendenti- Reazioni Non-Fotodinamiche, meno frequenti, che non

richiedono intervento dell’Ossigeno.

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Reazioni Fotossiche

FOTOCHEMIOTOSSICITA’

• REAZIONI FOTODINAMICHEL’assorbimento nell’UV o nel visibile eccita elettronicamente il cromoforo, che genera radicali liberi che attaccano i substrati biologici; può anche trasferire l’energia all’ossigeno per generare l’anione radicale O2

° che agisce come un ossidante del substrato.

• REAZIONI NON FOTODINAMICHEQuesti meccanismi sono caratteristici di composti che nel loro stato eccitato reagiscono direttamente con la molecola bersaglio.

A livello subcellulare, i bersagli primari nella reazione fototossica sono gli acidi nucleici, le proteine, le membrane citoplasmatiche e quelle subcellulari.

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Esempi di sostanze fototossiche

Reazioni Fotossiche

FOTOCHEMIOTOSSICITA’1. REAZIONI FOTODINAMICHEPsoraleni sono sia sostanze naturali come il 5 metossipsoralene (5-MOP) presente nell’olio di bergamotto, sia di sintesi, come l’8-MOP, che penetrano rapidamente sia nelle cellule batteriche che in quelle dei mammiferi fino a raggiungere il DNA nel nucleo. Qui, 8-MOP o il 5-MOP, una volta attivati dalla radiazione UV, si legano con legame covalente alle basi pirimidiniche formando ciclo-butano.

L’assorbimento di un secondo fotone consente la formazione di un diaddotto con legame trasversale che impedisce la replicazione del DNA.L’uso degli psoraleni nei cosmetici e, successivamente, nella psoriasi (malattia autoimmune) è da considerarsi ormai quasi obsoleto e assolutamente non giustificabile in cosmetica (profumi e prodotti solari).

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Addotto tra psoralene e timine

Strutture chimiche di gruppi tossicofori

Reazioni Fotossiche

FOTOALLERGIA

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Reazioni Fotossiche

FOTOALLERGIA

Si manifesta in individui sensibilizzati: è necessario un periodo di induzione dopo l’esposizione alla sostanza fotosensibilizzante. Si possono distinguere due tipi di reazione:• L’assorbimento della radiazione da parte del fotosensibilizzante può

determinare la sua conversione in un prodotto molto più reattivo, un fotoallergene (sulfonammide suo derivato idrossilaminico);

• I fotoallergeni, altamente reattivi dopo irradiazione, si combinano con le proteine formando complessi che si comportano come allergeni completi.

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Tossicità della cute

ACNE

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Reazioni tossiche della cute

ACNEMalattia pleomorfa con eziologia multifattoriale. E’ nota l’influenza di:• Sebo, • Ormoni,• Batteri,• Fattori ambientali,• Fattori geneticiSpesso, solo uno di questi fattori ha un ruolo predominante, rispetto agli altri, nella genesi della malattia.

Xenobiotici con proprietà comedogeniche inducono lesioni cutanee note come comedoni, che possono essere aperti o chiusi. Papule, pustole, cisti e cicatrici possono complicare il processo.I follicoli piliferi e le ghiandole sebacee si ostruiscono con cheratinocitiimmersi nel sebo.

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Tossicità cutanea

CLORACNEForma di acne rara, causata da esposizione agli idrocarburi policiclici aromatici.Difficile da prevenire e difficile da curare, rappresenta una patologia importante dal punto di vista occupazionale e ambientale.

Comedoni e cisti color paglia sono presenti dietro gli orecchi, attorno agli occhi, sulle spalle, sulla schiena e sui genitali. Inoltre, l’acne può essere accompagnata da ipertricosi, iperpigmentazione, macchie color marrone sulle unghie, congiuntivite e secrezione oculare.

Non è ancora chiarito il meccanismo che sta alla base di questa manifestazione.

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MALATTIA GRANULOMATOSA

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Tossicità cutaneaMALATTIA GRANULOMATOSA

Varie malattie dermatologiche mostrano un quadro istopatologico simile all’infiammazione granulomatosa. In generale, un granuloma è una risposta immunitaria attivata per circoscrivere un danno. Nella cute si manifesta in alcune malattie infettive (lebbra e TBC), nelle reazioni ai corpi estranei e nelle malattie idiopatiche.Le reazioni da corpo estraneo possono essere secondarie a un fenomeno irritativo primario, come in seguito a ingresso traumatico di talco, siliceo legno nel derma.Più raramente, può essere indotta da una reazione di sensibilizzazione, come nel caso del Berillio, dello zirconio, dell’Hg e del Cr. Talvolta si manifesta in risposta ai coloranti usati nei tatuaggi.

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CANCRO DELLA CUTE

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TUMORI CUTANEI

CANCRO DELLA CUTEIl tumore cutaneo è una delle forme di cancro più comuni nell’uomo.

RADIAZIONIAttualmente la causa più diffusa è la luce solare, che danneggia il DNA delle cellule epidermiche.

Il processo di cancerogenesi cutanea, come ogni tipo di tumore, avviene in seguito a due meccanismi: iniziazione e promozione

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REAZIONI FOTOSSICHE

CANCRO DELLA CUTERADIAZIONILe radiazioni UV possono danneggiare cellule con conseguente possibile trasformazione in cellule maligne.L’iniziazione può avvenire anche dopo singola esposizione alla radiazione UV, per danno del DNA con formazione di dimeri di pirimidine.Se il danno è riparato dai meccanismi cellulari, non si avranno conseguenze;Se il danno NON viene riparato, i dimeri possono indurre una mutazione che si fissa nel DNA cellulare.

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Reazioni Fotossiche

CANCRO DELLA CUTE

RADIAZIONIGli UV-B (290-320 nm) inducono dimeri della pirimidina provocando mutazioni di geni critici. Il gene oncosoppressore p53 rappresenta il maggiore bersaglio in quasi tutti i carcinomi a cellule squamose. Poiché la proteina p53 arresta il ciclo cellulare per permettere la riparazione del DNA e può indurre apoptosi, la sua perdita destabilizza il genoma delle cellule iniziate, dando loro un vantaggio per la crescita.

Gli UV hanno anche effetti immunosoppressivi che possono favorire i tumori cutanei.Incidenza di tumori cutanei > ai tropici e negli individui bianchi con carnagione pallida.

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TUMORI CUTANEICANCRO DELLA CUTE

IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI

Da studi epidemiologici condotti già nel 1700 in Inghilterra, il cancro dello scroto, spesso osservato in spazzacamini, è stato correlato con alcuni componenti della fuliggine (miscela complessa di IPA).

Sostanze ricche in Idrocarburi Policiclici Aromatici (catrame, pece e fuliggine) sono cancerogeni cutanei.La biotrasformazione ossidativa degli IPA produce epossidi elettrofili che possono formare addotti con il DNA. I fenoli, che si formano dal riarrangiamento degli epossidi, possono essere ulteriormente ossidati a chinoni elettrofili tossici, in grado di generare ROS.

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TUMORI CUTANEICANCRO DELLA CUTE

ARSENICOElevate esposizioni alle fusioni in campo metallurgico e consumo di acqua di pozzo proveniente da strati rocciosi con alto contenuto di As sono associate a:• cheratosi arsenicali (lesioni premaligne), • “malattia dei piedi neri” (problema circolatorio che riflette

un danno delle cellule endoteliali)• carcinoma delle cellule squamose della cute e di altri organi

(vescica, polmone, fegato).

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TUMORI CUTANEI

CANCRO DELLA CUTE

ARSENICOL’arsenito (+3) si lega molto velocemente ai gruppi tiolici vicini, inibendo così la riparazione del DNA, mentre l’arsenato (+5) può sostituire il fosfato in macromolecole come il DNA, originando esteri instabili.

L’As, inoltre:• altera anche la metilazione del DNA, • sopprime marcatori di differenziazione dei cheratinociti• aumenta la secrezione di fattori di crescita nell’epidermide.

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VALUTAZIONE TOSSICOLOGICA• Le sostanze che entrano in contatto con la cute sono

classificate come irritanti se provocano danni limitati, come reazioni infiammatorie reversibili;

• Sono ritenute corrosive se sono in grado di provocare lesioni visibili o alterazioni irreversibili del tessuto cutaneo.

• Il problema principale è la ricerca di modelli che valutino le diverse forme di tossicità cutanea:• Irritazione• Infiammazione,• Iperplasia• Fototossicità• CancerogenesiRiproducendo, per quanto possibile, la complessità del sistema cutaneo (derma, epidermide, strato corneo).

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VALUTAZIONE TOSSICOLOGICA

• La valutazione tossicologica di uno xenobiotico e quindi la misurazione del suo potenziale irritante o corrosivo può essere fatta soprattutto mediante test in vitro, anche se è difficile riprodurre fedelmente tutte le manifestazioni che avvengono in tessuti specializzati, indipendenti ed appartenenti ad un organismo complesso.

• I test in vitro prevedono l’uso di espianti di pelle umana o animale, preparazioni di cute ricostruita, colture d’organo o di frazioni subcellulari.

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Risposte Tossiche della cuteIN CONCLUSIONE….La cute partecipa direttamente alla regolazione termica, elettrolitica, ormonale, metabolica e immunitaria.

L’assorbimento percutaneo di uno xenobiotico dipende dalla sua idrofobicità, che ne determina la capacità di ripartirsi nei lipidi dell’epidermide e la sua velocità di diffusione attraverso questa barriera.

Le cellule dell’epidermide e delle unità pilo-sebacee esprimono enzimi di biotrasformazione.

La dermatite irritativa è una reazione non immunitaria causata dall’azione diretta di una sostanza chimica sulla cute.

La dermatite allergica da contatto rappresenta una reazione di ipersensibilità ritardata (tipo IV): quantità limitate di xenobiotico sono sufficienti ad indurre reazioni evidenti 61

2 -tossicità cutanea

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