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bacterias y toxicologia todo sobre ellas y sus caracteristicas mas importantes
Tipo: Ejercicios
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Profesor de Toxicología de Alimentos Departamento de Alimentos y Biotecnología Facultad de Química Universidad Nacional Autónoma de México
M. en C. BERNARDO LUCAS FLORENTINO
Profesor de Toxicología de Alimentos Departamento de Productos Naturales División de Estudios de Posgrado Facultad de Química Universidad Nacional Autónoma de México
México, D.F. 2000
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La toxicología de los alimentos o también conocida como toxicología bromatológica, es una especialidad de la toxicología ambiental, cuyo interés esta creciendo rápidamente; en consecuencia, están aumentando los programas académicos que abarcan la enseñanza, el adiestramiento y la investigación de esta materia (Shibamoto and Bjeldanes, 1993). La toxicología de alimentos en forma concisa se refiere al conocimiento sistemático y científico de la presencia de sustancias potencialmente dañinas en los alimentos, y evitar hasta donde sea posible la ingesta de una cantidad que ponga en riesgo la salud del consumidor.
Para poder introducirse en una especialidad de una determinada área científica es necesario un conocimiento básico mínimo de ésta, por lo que en el caso de la toxicología de los alimentos, es conveniente dar una descripción aunque sea breve de los conceptos fundamentales de la toxicología, para poder introducirse en una disciplina tan específica y amplia como es la toxicología bromatológica.
Si bien la toxicología se ha afianzado como disciplina científica, con independencia de sus ciencias madres (Química, Biología, Fisiología, etc.), y de la cual en la actualidad se está desarrollando a su vez una serie de ramas que han cobrado gran interés en los centros de enseñanza e investigación; se puede decir que el contacto del hombre con sustancias tóxicas, se remota a la propia aparición del hombre sobre la tierra cuando muy pronto empezó a conocer el efecto de ponzoñas de animales y plantas venenosas (Repetto, 1981). Además, nuestros ancestros prehistóricos tuvieron que seleccionar aquellos recursos vegetales y animales e incluso minerales que le proporcionaron el suministro de sus necesidades vitales, en especial sus víveres. Precisamente sobre la selección de sus alimentos, nuestros ancestros lo realizaron de acuerdo al sistema empírico de “ ensayo y error” , ya que en realidad las plantas y animales que han servido históricamente como fuentes de alimento, no fueron diseñadas por la naturaleza para tal propósito, con excepción de la leche materna (Grande, 1988). La experiencia del hombre a través de la historia le enseñó y le sigue enseñando a conocer qué componentes naturales o manipulados por él son perjudiciales y cuales no. Algunos de ellos el hombre primitivo los pudo emplear para su alimentación y posteriormente con fines euforizantes, terapéuticos y hasta con fines negativos como en el envenenamiento (Leopold and Andrey, 1972).
El papiro de Ebers, es quizá el documento médico más antiguo conocido, donde se hace mención de medicamentos y venenos (1500 a.C.), dentro de los que se describe el efecto tóxico del plomo, arsénico, cobre, extractos de opio y acónito. Una de las culturas más antiguas como fue la hindú, en sus libros sagrados de los Vedas y específicamente en el Ayurveda (Libro de la Ciencia de la Vida), se encuentran anotados algunos venenos, pero a su vez se describen varios procesos para su detoxificación. En la Figura 1.1 se pueden apreciar los acontecimientos más relevantes de la historia de la toxicología.
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para protegerse de los envenenamientos o la leyenda que mencionaba que este rey realizó numerosos experimentos con criminales, para tratar de encontrar antídotos para los venenos conocidos de su época, en especial para las mordeduras de reptiles. En Roma el envenenamiento tomó un cariz epidemiológico, en especial en la corte de los emperadores, como el caso de Locusta, una esclava que fue condenada por asesinato, pero que una vez indultada, se convirtió en la envenenadora de la corte romana, quien por encargo de Agripina envenenó al marido de ésta, el emperador Claudio, y ayudó a Nerón a eliminar a Británico (Repetto, 1981).
En la edad media previa al renacimiento, se presentó un período amplio de actividades criminales, en especial en la sociedad italiana, en la que el arte del envenenamiento llegó a su punto máximo debido a que los envenenadores formaron una parte integral de dicha sociedad; como consta en las excavaciones de Pompeya, donde se han encontrado sortijas con cavidades para contener el veneno y punzones disimulados para su inoculación. Precisamente en este lapso surgió una figura muy famosa llamada Toffana, quien vendía un preparado especial tipo cosmético conteniendo arsénico llamado “ Agua Toffana” , el cual era acompañado de instrucciones para su uso. Dentro de las familias prominentes que hicieron uso del envenenamiento destacaron los Borgia; sin embargo, es lógico pensar que los Borgia no hicieron mayor uso de los venenos que algunos gobernadores de la escuela de Maquiavelo, ya que durante esta época el veneno fue un arma común en la vida social y política de Italia. Durante la Edad Media y ya entrado el Renacimiento, el envenenamiento al parecer fue aceptado por la sociedad como un riesgo normal de la vida cotidiana, los dispositivos y métodos de envenenamiento proliferaron a un grado alarmante (Klaassen et al, 1986; Repetto, 1981).
No obstante esta época oscura del conocimiento en la Europa Medieval, tuvo algunos aportes al conocimiento científico por parte de los árabes, quienes fueron herederos de la medicina griega. La medicina árabe desarrolló prácticas químicas para la preparación de sus extractos medicamentosos, ellos inventaron tres de las operaciones básicas de la química: destilación, sublimación y cristalización, las cuales también fueron aplicadas para los venenos. Un médico de esta cultura que descolló grandemente y contribuyó con aportes a la toxicología, que han subsistido a través del tiempo, fue Moses Ben Malmo, mejor conocido como Maimónides. De particular importancia fue su libro titulado “ Venenos y sus Antídotos” , la primera guía-ayuda para el tratamiento de envenenamiento accidental o intencionado, incluso para el tratamiento de mordeduras o picadura de serpientes o insectos ponzoñosos. Maimónides recomendó la succión sobre la mordedura de serpientes; a su vez, hizo notar el principio de absorción de los tóxicos por vía gástrica, ya que recomendó el uso de sustancias oleosas, como la leche, mantequilla o crema, para retardar su absorción.
En el Renacimiento una figura significativa en la historia de la ciencia en especial de la Medicina, fue Philippus Aureolus Theofrastus Bombastus von Mohenhein Paracelsus (1493-1541). Entre el período de Aristóteles a Paracelso hubo relativamente pocos cambios sustanciales en las ciencias biomédicas y Paracelso en el Siglo XVI formuló muchas ideas que revolucionaron y permanecen como parte integral de la presente estructura de la toxicología, algunos científicos lo consideran como el padre de la toxicología. Como ejemplo diremos que Paracelso promocionó el término “ toxicon” o agente tóxico, como una entidad química y promulgó el siguiente enunciado que permanece como aforismo de la toxicología:
“ Todas las sustancias son venenosas; no hay ninguna que no sea tóxica. La correcta dosis diferencia al veneno del remedio”.
además enunció los siguientes corolarios:
a) La experimentación es esencial en el examen de la respuesta a cualquier tipo de sustancia. b) Se debe hacer una distinción entre el efecto hacia la propiedad tóxica y terapéutica de las sustancias.
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c) Las anteriores propiedades son en mucho de los casos indistinguibles y son dependientes de la dosis. d) Se debe determinar el grado de especificidad de las sustancias tanto de su efecto terapéutico o tóxico.
Otra notable contribución de Paracelso a la toxicología, fue la edición de un libro médico el cual describe comprensiblemente las enfermedades ocupacionales de los mineros, donde se realiza una detallada observación del envenenamiento producido por el arsénico y el mercurio. Algunos autores consideran que después de Paracelso se desarrolló lo que podríamos considerar como la toxicología moderna (Klaassen et al, 1986).
Es frecuentemente citado y reconocido internacionalmente como el fundador de la toxicología moderna a Mateo José Buenaventura Orfila (1787-1853), médico español al servicio de Luis XVIII de Francia quien ocupó un puesto en la Universidad de París. Orfila fue el primero en intentar correlacionar sistemáticamente la información química y biológica de los venenos conocidos, para lo cual realizó numerosos estudios con varios miles de perros. Entre otros aspectos importantes definió a la toxicología como una disciplina médica diferente de las tradicionales de su época, dándole también una importante atención a la química y a la jurisprudencia, propuso que se debía hacer un análisis químico como prueba legal para definir en condiciones sospechosas si se trataba de una intoxicación letal, la muerte de un individuo. El mayor aporte en este aspecto, fue la obtención de material para la autopsia con el propósito de detectar un envenenamiento accidental o intencional, incluso estas aproximaciones sobreviven actualmente en la toxicología forense. Además, a él se debe el concepto de órgano diana o blanco, ya que descubrió que los tóxicos se acumulan en diferentes tejidos (Repetto, 1981; Beeson, 1930). Criticó varios de los remedios populares de esa época, demostrando la eficacia de varios antídotos. Entre sus aportaciones se encuentran: la importancia de la respiración artificial, eliminación de drogas del cuerpo, la presencia de sustancias tóxicas naturales en plantas o animales, así como la relación de las creencias populares de esa época con cierto tipo de fenómenos toxicológicos.
Otro personaje importante en los inicios de la toxicología moderna, es Robert Christison (1797-1882), quien después de graduarse en medicina por la Universidad de Edimburgo fue a París a estudiar toxicología con Orfila. Christison publicó en 1845 su tratado sobre venenos, que fue el mejor trabajo publicado hasta ese momento sobre este tópico.
Si bien podríamos hacer mención de una mayor lista de científicos que contribuyeron a sentar las bases de la toxicología moderna como actualmente la conocemos, solo mencionaremos la aportación de otros dos grandes investigadores de esta área científica, como es el caso del químico francés Pierre Eugéne Marcelin Berthelot (1827-1907) quien publica su tratado de “ Análisis de Gases” , que es la base de todas las investigaciones sobre venenos volátiles o gaseosos como el ácido cianhídico; mientras que Luis Lewin (1854-1929) fue una figura relevante de la toxicología moderna, elaborando varias publicaciones con respecto al efecto tóxico del metil, etil alcohol y alcoholes superiores; así como del cloroformo y el uso crónico del opio (Fabre y Truhaut, 1976; Klaassen et al, 1986).
Como mencionamos, la lista de personajes que contribuyeron al desarrollo de la toxicología moderna es muy amplia, y tan solo en el Cuadro 1.1 se mencionan algunas grandes aportaciones más recientes.
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crónica. Como extensión de esta rama de la toxicología, se han creado en muchos países los Centros de Lucha y Prevención de las Intoxicaciones, iniciados en 1952 en los Estados Unidos. Se podría hacer un desarrollo similar para las diferentes ramas específicas de la toxicología; sin embargo en la Figura 1.2 se tiene un esquema que en forma concisa y breve nos ilustra el desarrollo de las principales ramas de la toxicología, donde se observa que la toxicología bromatológica que es la de nuestro interés, deriva de la toxicología ambiental, que como concepto fundamental es una disciplina de tipo preventivo (Plaa and Duncan, 1976; Repetto, 1981).
Evolución de la Toxicología en ramas específicas
La toxicología moderna incluye prevenir las intoxicaciones con el uso de los datos toxicológicos disponibles y así establecer un control regulatorio de aquellas sustancias peligrosas. Etimológicamente, toxicología es la ciencia que estudia los venenos, sin embargo, una definición un poco más explícita de esta disciplina es: “ La ciencia que estudia las sustancias químicas y los agentes físicos capaces de producir alteraciones patológicas a los organismos vivos, a su vez, de descifrar los mecanismos que producen tales alteraciones y los medios para contrarrestarlas”.
La acción de un agente tóxico sobre un organismo vivo denominado como intoxicación, es un proceso relativamente complejo, en el cual están involucrados muchos factores. Sin embargo, hay por lo menos cinco factores que están íntimamente ligados al fenómeno de la intoxicación y que a continuación se describen.
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2.1 Carácter tóxico del agente xenobiótico.
Aunque un agente que produce una intoxicación puede ser químico o físico, en toxicología de alimentos se refiere exclusivamente a sustancias químicas. Un término muy usado en el área farmacológica para definir cualquier sustancia extraña al organismo en cuestión, es la de agente xenobiótico. No obstante como Paracelso mencionó: “ no hay sustancia que no sea venenosa” , incluso el oxígeno que es esencial para mantener la vida de cualquier organismo aerobio, se sabe que una atmósfera de oxigeno puro es dañina para cualquier mamífero, ya que se consume rápidamente el ácido -aminobutírico, moderador de la transmisión nerviosa cerebral, y como consecuencia, se producen graves alteraciones nerviosas que llevan a convulsiones y a la muerte (Repetto, 1981). Se podrían mencionar muchos ejemplos que ponen de manifiesto el aforismo de Paracelso, que indica que el efecto benéfico y dañino de una sustancia depende de la dosis. Sin embargo, para cada sustancia química hay un determinado grado de toxicidad. El rango de dosis necesaria para producir un daño en un organismo vivo es muy amplio, como se puede observar en el Cuadro 2.1.1.
CUADRO 2.1.1. Toxicidad aguda de algunas sustancias representativas (Tomado de Klaassen et al, 1986)
SUSTANCIA QUÍMICA DL 50 (mg/Kg)*
Alcohol etílico 10,
Cloruro de sodio 4,
Sulfato ferroso 1,
Sulfato de morfina 900
Sal sódica del fenobarbital 150
Picrotoxina 5
Sulfato de estricnina 2
Nicotina 1
d-tubocurarina 0.
Hemicolinium-3 0.
Tetrodotoxina 0.
Dioxina (TCDD) 0.
Toxina botulinica 0.
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2.2 Sistema Biológico.
El sistema biológico sobre el cual actúa el agente tóxico es de suma importancia, ya que el efecto variará notablemente según el organismo. Dicho factor debe ser tomado en cuenta, ya que es bien conocido que entre las diferentes especies de animales y el hombre hay una gran variación en la sensibilidad hacia los agentes tóxicos. El conocimiento del origen, desarrollo y curso de una intoxicación en un animal particular debe ser establecido para con bases científicas, extrapolarlo al hombre. Precisamente en toxicología, hay una rama específica conocida como Toxicología Comparativa, la cual indica con base a estudios fundamentados, que modelo de animal puede ser usado para extrapolar resultados experimentales al hombre. Acerca de lo anterior, en el cuadro 2.2.1 tenemos algunos ejemplos de modelos animales (Melby and Altman, 1976; Hodgson and Guthrie, 1980).
CUADRO 2.2. Algunos modelos animales para su extrapolación al humano (adaptado de Melby and Altman, 1976)
Evaluación de la presión sanguínea
Ratón, rata Hipertensión
Arteriosclerosis Paloma, cerdo, gato Arteriosclerosis
Lesiones de Miocardio Ratón Fibroplasia miocardial
Diabetes mellitus Perro, hamster, rata Diabetes mellitus
Deficiencia de la hormona antidiuréica
Ratón, perro Diabetes insipidus
Bocio congénito Bovinos Bocio
Hepatitis viral Perro, pavo americano, primates subhumanos
Hepatitis viral
Deficiencia de selenio y vitamina E
Bovinos Necrosis hepática nutricional
Hepatosis dietética Cerdo Necrosis hepática masiva
Lupinosis Ovinos Lipidosis y fibrosis hepática
Alergia a la leche Conejo Alergia a la leche
Ulcera gástrica Bovinos y cerdo Ulcera gástrica
Pancreatitis Perro Pancreatitis
Degeneración cerebral Ratón Degeneración cerebral
Epilepsia Conejo, bovinos Epilepsia
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Entre los factores más importantes que contribuyen a la diferente sensibilidad entre las especies animales tenemos las siguientes: a) Grado de diferenciación o complejidad del Sistema Nervioso Central, b) nivel de evolución de los mecanismos reguladores de las funciones corporales como son temperatura, respiración, etc. (homeostásis), c) estructuración y diferenciación del sistema digestivo y respiratorio, d) característica y diferenciación de la piel.
Además de presentar diferente respuesta a un mismo tóxico las distintas especies (variación interespecie), se tiene que bajo las mismas condiciones ambientales, se puede presentar una diferente sensibilidad dentro de la misma especie (variación intraespecie), la cual está generalmente influenciada por dos parámetros principalmente que son: la edad y el sexo.
Referente a la edad o desarrollo, se ha observado que al nacimiento de los mamíferos hay un incremento continuo de la actividad enzimática del hígado, observándose que el nacimiento prematuro o gestación prolongada pueden afectar la actividad normal de ciertas enzimas hepáticas. En la Figura 2.2.1. se observa la actividad de sistema de oxidación microsomal en las primeras etapas de la vida del humano (Hodgson and Guthrie, 1980).
Actividad del sistema monoxigenasa en las primeras etapas de vida del humano (adaptada de Hodgson and Guthrie,1980)
Un proceso de destoxificación que se ve afectado por la edad de los humanos es la deglucuronidación, ya que se ha observado, que la actividad de β-glucoronidasa es alta en la etapa prenatal, lo cual se va invirtiendo conforme se desarrolla el humano; así, se ha observado la incapacidad de la mayoría de los mamíferos recién nacidos (con excepción de la rata) para formar glucurónidos, lo cual está a su vez asociado con una deficiencia en la actividad de la glucuronil-transferasa y un bajo nivel de ácido uridin-defosfoglucurónico (UDPGA) necesarios para el proceso de glucuronidación (Hodgson and Guthrie, 1980).
Con respecto al sexo, se ha constatado que hay una diferente respuesta para algunos xenobióticos; no obstante, esta diferenciación metabólica solo se presenta después de la pubertad
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% de Actividad del sistema monoxigenasa
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Modelo de bicapa fosfolipídica para la membrana celular (adaptada de Clayton and Clayton), 1991)
Según el modelo anterior, la parte hidrofílica asegura la estabilidad de la membrana con el ambiente hidrofílico exterior, así como con el intracelular del citosol. En contraste las colas no- polares, constituidas por ácidos grasos de 16 a 20 átomos de carbón, le confieren una orientación ordenada a la masa membranal; además, los ácidos grasos insaturados le proporcionan fluidez. Lo anterior condiciona que las sustancias hidrofóbicas puedan fluir con mayor facilidad a través de esta estructura membranal que aquellas con un carácter hidrófilo. Las proteínas que se encuentran intercaladas en la bicapa fosfolipídica pueden penetrar a lo largo de ella y se denominan proteínas intrínsecas transmembránicas, en estas proteínas su porción hidrofóbica esta formada por aminoácidos alifáticos como alanina, valina, etc., en tanto que su porción hidrofílica está compuesta por aminoácidos polares o incluso ácidos como aspártico o básico como lisina.
Las sustancias atraviesan las membranas celulares por dos fenómenos principalmente, ya sea por difusión pasiva o transporte activo. Muchas sustancias endógenas como los nutrientes, atraviesan eficazmente las membranas en contra de gradientes de concentración por transporte activo, lo que implica la combinación del agente endógeno con una proteína transportadora de la membrana celular muy específica. Una vez combinada la sustancia con la proteína, el complejo es transportado a través de la membrana y se disgrega dicho complejo una vez que llega al sitio de liberación; entonces, la proteína transportadora retorna a la parte externa de la membrana para combinarse con otra molécula de agente endógeno. En las membranas celulares hay varios tipos
+ +^ -
- + -
Proteína transmembránica (intrínseca)
Glicoproteína periférica (extrínseca)
Colesterol
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de sistemas transportadores, cada uno transporta cierto tipo de sustancias; así, tenemos un sistema activo para transportar los azúcares, mientras que otro funciona para el transporte de aminoácidos, por mencionar algunos (Clayton and Clayton, 1991; Shibamoto y Bjeldanes, 1996).
La mayoría de los agentes xenobióticos atraviesan la membrana celular por simple difusión pasiva, en donde tiene mucho peso el gradiente de concentración; o sea que si en la parte externa de la célula hay mayor concentración del agente xenobiótico, este difundirá a través de la membrana celular por presión osmótica si consideramos en una forma simplificada a la membrana celular como una membrana semi-permeable. Otro factor importante para que un agente xenobiótico pueda atravesar la membrana celular es su hidrofobicidad, y más específicamente del coeficiente de partición lípido/agua; o sea, que a medida que el agente xenobiótico tenga un mayor grado de liposolubilidad, será más fácil que atraviese la membrana celular; confirmando lo anterior, se ha visto que de acuerdo al coeficiente de partición lípido/agua de algunos esteroides, éstos guardan una directa correlación con su velocidad de absorción en el intestino delgado; incluso se observa que la presencia de grupos polares como son los hidroxilo, disminuyen su liposolubilidad y en consecuencia su velocidad de absorción (Shibamoto y Bjeldanes, 1996).
Cuando se habla de moléculas que tienen la capacidad de ionizarse, un factor importante en su absorción a través de la membrana celular lo constituye el pH del medio donde se encuentra el agente xenobiótico. Lo anterior queda ejemplificado con la Figura 2.3.3., en donde estas moléculas serán absorbidas por difusión pasiva cuando se encuentren en la forma no ionizada (Ballantyne et al, 1993).
Grado de ionización del ácido benzoico y anilina de acuerdo al PH del medio (adaptada de Fernicola y Jauge, 1985)
0.
COOH (^) NH 3 +
-
