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La toxicidad del arsénico
¿Cómo puede el arsénico inducir cambios patogénicos?

Curso: WB1576
Fecha original: 1 de octubre de 2009
Fecha de expiración: 1 de octubre de 2011
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Objetivo de aprendizaje

Al término de esta sección, usted será capaz de

  • Describir las maneras en que el arsénico puede provocar una enfermedad.

Introducción

El arsénico es una pequeña molécula que puede entrar fácilmente a las células y provocarles daños e incluso la muerte por múltiples mecanismos. La alta toxicidad del arsénico se puede explicar porque este metaloide interfiere directamente con la respiración celular. Además, el gas arsina puede interactuar de manera negativa con las membranas de los glóbulos rojos. Se conoce que el arsénico es un carcinógeno humano, aunque los mecanismos específicos que sigue para provocar cáncer no están todavía bien entendidos.

Toxicidad de cada forma de arsénico

La forma en la que se encuentre el arsénico puede determinar su toxicidad.

  • En general, el arsénico inorgánico es más tóxico que el arsénico orgánico.
  • El tipo de arsénico presente en ciertos mariscos (arsenobetaina y arsenocolina) tiene aparentemente una toxicidad baja. No obstante, estudios en otros animales sugieren que otros compuestos de arsénico orgánico (por ejemplo los metilo y fenilo arseniatos) pueden producir efectos adversos comparables a los efectos producidos por el arsénico inorgánico (ATSDR 2007).
  • Algunos estudios in vitro sugieren que la absorción celular del As (III) es mayor que la del As (V)(Bertolero et al. 1987; Dopp et. al. 2004).
  • Aunque puede haber diferencias en la potencia de las diferentes formas químicas del arsénico (p. ej. los arsenitos tienden a ser más tóxicos que los arseniatos), estas diferencias parecen ser menores. Una excepción a esta situación está ilustrada por el gas arsina, que es altamente tóxico (ATSDR 2007).
  • El arsénico metaloide se considera generalmente como no tóxico debido a su insolubilidad en el agua y en los fluidos corporales.

Aunque puede haber grandes variaciones en la toxicidad de las diferentes formas de arsénico, se pueden enlistar de mayor a menor toxicidad(Gorby 1988):

  • compuestos inorgánicos trivalentes,
  • compuestos orgánicos trivalentes.
  • compuestos inorgánicos pentavalentes,
  • compuestos orgánicos pentavalentes, y
  • arsénico como elemento.

Interacción del arsénico con macro-moléculas orgánicas

A continuación se describen dos mecanismos que revelan cómo la toxicidad del arsénico afecta la respiración en los tejidos

  • El arsénico se une a los grupos sulfhídricos y desbarata a las enzimas que los contienen. El As (III) es particularmente potente en este sentido. Como resultado de estos efectos críticos enzimáticos también
    • se inhibe la ruta de oxidación del piruvato y el ciclo del ácido tricarboxílico,
    • se afecta la gluconeogénesis, y
    • se reduce la fosforilación oxidativa.
  • Otro mecanismo involucra la sustitución del fósforo por el As (V) en muchas reacciones bioquímicas
    • El arsenito no compite con el fosfato, pero tiende a pegarse a los grupos de ditiol.
    • Cuando el As (V) menos estable reemplaza al anión de fósforo en los fosfatos, ocurre una rápida hidrólisis de los enlaces de alta energía de compuestos como el ATP. Este proceso implica la pérdida de enlaces de fosfato de alta energía que "trastocan" la respiración mitocondrial (Rossman 2007).

La afinidad que muestra el arsénico por los grupos de tioles, ha hecho posible la utilización de sustancias quelantes que contienen estos grupos para tratar la intoxicación aguda con arsénico.

  • El arsenito se pega específicamente a los receptores hormonales que contienen grupos de tioles. De esta manera, previene que los esteroides se puedan unir eficientemente a sus receptores (Lopez et al. 1990; Kaltreider et al. 2001).
  • Se piensa que el efecto diabetogénico del arsénico puede estar relacionado con su habilidad a unirse con e inhibir la acción del receptor de la insulina (Rossman 2007).

Controversia sobre la carcinogénesis del arsénico

Actualmente se considera que las muchas formas químicas del arsénico pueden ser causales de la carcinogénesis. Más aún, se piensa que la carcinogénesis inducida por arsénico puede tener diferentes mecanismos en diferentes tejidos (ROM 2007). Algunas investigaciones sobre el metabolismo del arsénico sugieren que la metilación del arsénico inorgánico puede ser, más que una ruta de desintoxicación, una de intoxicación. De manera similar, se sugiere que los metabolitos metilados de arsénico trivalente, especialmente el ácido monometilarsenoso y el ácido dimetilarsinoso tienen una gran actividad biológica (Kitchin 2001). La evidencia apunta a que las formas trivalentes, metiladas, y menos ionizables de los metabolitos de arsénico pueden interactuar con objetivos celulares como las proteínas y el ADN (Kitchin 2001).

Todavía no se logra tener un consenso sobre las múltiples formas reportadas en la literatura de la carcinogénesis causada por arsénico. Existen posturas que apuntan a elementos predominantemente genotóxicos (p. ej. anormalidades cromosómicas, estrés oxidativo y amplificación genética) y otras que apuntan a elementos no genotóxicos (factores de crecimiento alterados, proliferación celular aumentada, promoción de carcinogénesis y reparación alterada del ADN). Por otro lado, no se conoce cuál es la relación dosis-respuesta a bajas concentraciones de arsénico de ninguna de estas formas sugeridas (Kitchin 2001).

Intoxicación por gas arsina

La intoxicación con gas arsina provoca un síndrome considerablemente distinto de los síndromes causados por otras formas de arsénico. Después de ser inhalado, el gas arsina se pega rápidamente a los glóbulos rojos, causándoles un daño irreversible en la membrana celular.

  • A niveles bajos, el gas arsina es una hemolisina potente que provoca hemólisis intravascular dependiente de la dosis.
  • A niveles altos, el gas arsina produce una citotoxicidad directa multisistémica.

Puntos clave

  • El arsénico se une a los grupos sulfhídrico y destruye las enzimas que contienen a estos grupos.
  • El anión de As (V) poco estable reemplaza al anión de fósforo presente en los fosfatos, lo cual provoca una rápida hidrólisis de los enlaces de alta energía de compuestos como el ATP.
  • El arsénico orgánico que se encuentra en ciertos mariscos tiene aparentemente una toxicidad baja.
  • Algunas investigaciones sugieren la existencia de otras rutas de desintoxicación que son más importantes que la metilación.
  • No existe un consenso científico acerca de cómo ocurre la carcinogénesis del arsénico.
  • No se conoce con exactitud la relación dosis-respuesta para la carcinogénesis a concentraciones bajas de arsénico.
  • El gas arsina se une a los glóbulos rojos provocando hemólisis.

Verificación de progreso

10. El arsénico inicia lesiones celulares mediante

A. Oxidación de los lípidos de las membranas
B. Ubiquitinación
C. Metilación
D. Unión con grupos sulfhídricos

Answer:

11. El gas arsina provoca anemia mediante

A. Inhibición directa de las células madre
B. Inhibición de la eritropoyetina
C. Interferencia con el metabolismo del hierro
D. Hemólisis

Answer:

Respuestas

  1. La opción correcta es la D. El arsénico inicia las lesiones celulares mediante su unión con los grupos sulfhídricos.

Comentarios para la A (sólo web). La mejor opción es la D. El arsénico inicia las lesiones celulares mediante su unión con los grupos sulfhídricos.

Comentarios para la B (sólo web). La mejor opción es la D. El arsénico inicia las lesiones celulares mediante su unión con los grupos sulfhídricos. El arsénico no provoca ubiquitinación (un proceso de destrucción de proteínas) en las células.

Comentarios para la C (sólo web). La mejor opción es la D. El arsénico inicia las lesiones celulares mediante su unión con los grupos sulfhídricos. La metilación es un mecanismo importante de desintoxicación de arsénico, mas no es un mecanismo de lesiones celulares por arsénico.

Comentarios para la D (sólo web). Opción correcta. El arsénico inicia las lesiones celulares mediante su unión con los grupos sulfhídricos.

  • Para revisar contenidos relevantes, por favor consulte el apartado "Interacción del arsénico con macromoléculas orgánicas" en esta misma sección.
  1. La respuesta correcta es la D. El gas arsina provoca anemia por medio de la hemólisis.

Comentarios para la A (sólo web). La mejor opción es la D. El gas arsina provoca anemia por medio de hemólisis.

Comentarios para la B (sólo web). La mejor opción es la D. El gas arsina provoca anemia por medio de hemólisis.

Comentarios para la C (sólo web). La mejor opción es la D. El gas arsina provoca anemia por medio de hemólisis.

Comentarios para la D (sólo web). Opción correcta. El gas arsina provoca anemia por medio de hemólisis.

  • Para revisar material relevante, por favor consulte el apartado "Interacción del arsénico con macromoléculas orgánicas" en esta misma sección.

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