Дальневосточный государственный медицинский университет Кафедра биологической химии ЛЕКАРСТВЕННЫХ И ТОКСИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ Методические указания для студентов фармацевтического факультета очной и

заочной формы обучения Хабаровск 1999 г.

С о с т а в и т е л и:

З.М.Литонян, Н.В.Шевлюк.

Методические указания составлены на основании учебной программы по биологической химии для студентов фармацевтических ВУЗов и фармацевтических факультетов медицинских ВУЗов, Москва, 1995 г.

Лицензия № 020479 от 22.09.97 г. Утверждено ЦМС университета.

Подписано к печати........

Формат 60 х 84 1/16. Бумага писчая. Тираж _экз. Заказ № Издательство Дальневосточного государственного медицинского университета. Издательский центр ДВГМУ.

680000, г. Хабаровск, ул. Муравьева-Амурского, 35 ВВЕДЕНИЕ.

Известно, что различные химические вещества, попав в организм с пищей или будучи специально введенными (лекарства), могут изменять течение нормальных или патологически измененных процессов, оказывая нередко токсический эффект.

В то же время структура самих химических веществ, в том числе и лекарственных, может изменяться при контакте их с ферментными системами. Попав в организм, лекарственное вещество преодолевает ряд физиологических тканевых барьеров, подвергается определенным метаболическим превращениям, в результате чего его биологическая активность может снижаться или полностью исчезать, а в некоторых случаях, наоборот, усиливаться, вплоть до появления токсического эффекта.

Необходимо точно представлять, осуществляется ли специфическое фармакологическое действие самим вводимым препаратом или же его метаболитами, каков механизм их побочного действия, какова судьба лекарств при их комбинированном применении. Для разрешения этих вопросов очень важным является изучение метаболизма вводимых в организм лекарственных средств.

Цель предлагаемых методических указаний:

Обобщить уже имеющиеся у студентов знания о разнообразии химической природы лекарственных средств, о процессах всасывания, распределения и выведения их из организма. Сформировать представление о биотрансформации лекарственных и токсических веществ (ксенобиотиков) и факторах, оказывающих влияние на их метаболизм, а также о методах определения метаболитов в биологических средах. Знание этих вопросов необходимо для успешной всесторонней подготовки провизора общего профиля.

Студент должен:

Знать Уметь 1.Биогенные и синтетические 1.Пояснить теоретические лекарственные средства. основы путей Особенности их обмена. ферментативного превращения 2.Фазы метаболизма лекарств в организме.

ксенобиотиков. 2.Объяснить методы 3.Факторы, влияющие на определения метаболизма метаболизм лекарственных лекарственных и токсических средств. веществ.

4.Роль реакции конъюгации в обезвреживании лекарствен ных и токсических веществ.

Содержание обучения.

Граф логической структуры темы:

Биотрансформация лекарственных и токсических веществ.

Химические вещества Аутобиогенные Ксенобиотики органические минеральные белки гормоны витамины липиды соли вода нуклеотиды углеводы ферменты и др.

К Пути введения энтеральные парентеральные И лекарственных оральный сублингвальный внутримышечный внутривенный Н веществ ректальный конъюнктивный внутриартериальный подкожный Е Т Факторы, И влияющие компоненты перистальтика механизмы пищевые вид лекарст- К на всасыва- желчи кишечника транспорта массы венной формы А ние из ЖКТ Л Распределение механизмы транспорта Е ЛС в организме Всасывание органы, биотрансформация К в кровь ткани А Р комплексы с комплексы с С белками белками Т кумуляция В Е Реакции метаболизма I фазы II фазы Н Клеточные органеллы микросомы митохондрии цитозоль Н лизосомы цитозоль О Г Химические процессы окисление востановление конъюгация О гидролиз (глюкуронидная, сульфатная, ацетильная, метильная, В глициновая, тиосульфатная, Е глутатионовая) Щ Е Факторы, влияющие возраст пол диета сопутствующие факторы С на метаболизм патологии внешней среды Т вредные индивидуальные комбинация с В пристрастия особенности другими ЛС А Пути с мочой с желчью через кишечник со слюной через легкие выведения ЛС с потом с молоком ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ МЕТАБОЛИЗМА БИОГЕННЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ.

Все лекарственные средства (ЛС) по отношению к организму делят на природные и чужеродные (ксенобиотики). К первой группе относятся вещества, вырабатываемые в организме человека. Это - аутобиогенные ЛС - гормоны, витамины (хотя большинство из них вводится с пищей), нуклеотиды (например, АТФ), сахара, жирные кислоты, аминокислоты, минеральные соли и др. Синтезируясь в организме, поступая с пищей или будучи введенными как ЛС, они участвуют в различных биохимических реакциях, регулируют активность ферментов, являются энергетическими источниками и метаболизируются специфическими ферментными системами, обеспечивающими функцию организма. Назначение природных веществ в качестве лекарственных препаратов при нарушении их выработки в организме применяется широко, и в этом заключается принцип заместительной терапии.

Другая группа веществ - ксенобиотики, чужеродные для организма вещества. К их числу относится большинство лекарственных веществ, синтетических или извлеченных из лекарственных растений. Принимаемые человеком с пищей или будучи специально введенными, они не используются организмом как источники энергии, не являются структурными компонентами клеток. Они способны изменять нормальное течение обменных процессов, а в условиях патологии - нормализовать метаболизм и тем самым способствовать выздоровлению больного. Судьба ксенобиотиков зависит от наличия ферментов, способных катализировать их превращения. Такие ферменты, как правило, обладают низкой специфичностью к субстрату.

Разделение лекарственных средств на аутобиогенные и ксенобиотики во многом условно, поскольку даже аутобиогенные вещества в зависимости от дозы могут оказаться токсичными.

Достаточно привести примеры токсического действия жирорастворимых витаминов А и D при их передозировке.

В судьбе ЛС, поступивших тем или иным путем в организм (через желудочно-кишечный тракт, дыхательные пути, в виде инъекций или посредством кожной адсорбции), следует различать несколько этапов: всасывание, перенос с кровью, транспорт через биологические мембраны, распределение в тканях, связывание с внутриклеточными белками, нуклеиновыми кислотами, метаболизм в тканях (собственно биотрансформация), выведение из организма.

Скорость прохождения вещества по этим этапам зависит от их химического строения, от сродства к ферментам, что замедляет или ускоряет метаболизм и выведение лекарственного вещества из организма.

Рассмотрим судьбу лекарственного вещества в организме, начиная с его введения.

Пути введения лекарственных средств.

Способы введения лекарств разнообразны. Выделяют энтеральные и парентеральные пути.

ВВЕДЕНИЕ лекарственных веществ Энтеральные пути Парентеральные пути Оральный Внутривенный Сублингвальный Внутриартериальный Ректальный Внутримышечный Подкожный От путей введения зависит метаболизм лекарства, а, следовательно, и его биодоступность.

При введении лекарственного средства парентеральным способом удается избежать его быстрой биотрансформации в печени, что является значительным преимуществом по сравнению с пероральным способом введения. В том числе основным достоинством внутривенного способа введения является непосредственное поступление препарата в кровь и, следовательно, быстрое проявление фармакологического эффекта. Поэтому внутривенное введение часто применяется в экстренных случаях.

Наиболее распространенным в практической медицине является пероральный путь введения лекарства. Он наиболее удобен, относительно безопасен и не требует стерильных условий.

При любом способе введения, кроме внутривенного и внутриартериального, препарат сразу не попадает в кровь.

Первоначально он всасывается при помощи пассивной диффузии, фильтрации, облегченной диффузии или активного транспорта, что зависит от его физико-химических свойств и способа введения. Так, в ротовой полости и в желудке лекарственные вещества всасываются путем пассивной диффузии и в меньшей степени - фильтрацией;

в тонком кишечнике присутствуют все типы всасывания, включая активный транспорт, и один из них может преобладать.

Полнота и скорость всасывания лекарства зависит от многих факторов. Следует отметить, что легче всасываются неионизированные и липофильные вещества, что обязательно должно быть учтено при назначении препарата. Так, вещества, являющиеся слабыми органическими основаниями (эритромицин, кофеин и др.) следует принимать натощак, запивая щелочными растворами, чтобы предупредить их ионизацию в кислой среде желудочного содержимого, что значительно затрудняет их всасывание. В то же время препараты со свойствами слабых органических кислот (например, теофиллин, теобромин, сульфаниламиды, барбитураты и др.) легче всасываются в кислой среде желудка. В большинстве своем лекарственные вещества в желудке всасываются незначительно, более активно всасывание происходит в кишечнике (главным образом, в верхнем отделе тонкого кишечника).

Как биогенные вещества, так и ксенобиотики метаболизируются при участии ферментов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) (пепсина в желудке, ферментов поджелудочной железы и кишечного сока). Если в составе лекарственного вещества есть пептидные, гликозидные или эфирные связи, то они будут подвергаться гидролизу при участии ферментов-гидролаз или соляной кислоты желудочного сока. Для того, чтобы исключить данные превращения лекарственного препарата, его можно поместить в кишечнорастворимую оболочку (капсулу), которая распадется только в щелочной среде кишечника.

Некоторые ЛС представляют собой химический комплекс, часто изначально фармакологически-инертный, постепенный распад в организме которого приводит к появлению в крови депо физиологически-активной субстанции. Например, стеарат левомицетина не обладает антибактериальным действием, но в отличие от левомицетина - вещества очень горького - безвкусен. Под влиянием липазы в кишечнике и, возможно, микрофлоры, препарат становится активным, причем, концентрация левомицетина в крови нарастает постепенно, что обеспечивает продление фармакологического эффекта и уменьшение курсовой дозы антибиотика. Приведенный пример гидролиза - освобождение действующего фрагмента. Другой пример активации препарата под влиянием гидролитических ферментов ЖКТ:

гидролиз Фталазол фталевая кислота + (неактивный (неактивный компо препарат) нент, обеспечиваю- щий растворимость в кишечнике) О О N СООН С-НN S + О NH СООН СООН S О N Н2N S О NH S норсульфазо л(активный препарат) Действие гидролитических ферментов крови и ЖКТ может привести к полной потере активности ЛС пептидной или белковой природы, принятых перорально. Сравнительно быстро исчезает эффект обратимых ингибиторов холинэстеразы (прозерина, севина). Другой пример: новокаин, обладающий местной анестезирующей активностью, быстро гидролизуется эстеразами плазмы крови. При назначении препаратов эти особенности всегда необходимо учитывать.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВСАСЫВАНИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ ИЗ ЖЕЛУДОЧНО КИШЕЧНОГО ТРАКТА Компоненты желчи способствуют растворению липофильных препаратов, оболочек, капсул, высвобождению ЛС из наполнителя. Это ведет к улучшению их всасывания при помощи быстрой пассивной диффузии через липофильные мембраны. С другой же стороны компонент желчи - желчные кислоты и их соли могут образовывать с некоторыми ЛС нерастворимые комплексы, что ухудшает их всасывание, а, следовательно, ограничивают их биодоступность (например, нистатин).

Всасывание гидрофильных ЛС путем пассивной диффузии незначительно. Их транспорт через липофильные мембраны происходит с помощью переносчика и требует значительных затрат энергии.

Одним из методов транспорта лекарственного вещества внутрь клетки является пиноцитоз: эпителий ворсинок обволакивает ЛС, связанное с переносчиком, и втягивает его в клетку, где оно, освободившись от переносчика, поступает в кровь.

Изменение перистальтики кишечника может влиять на полноту и скорость всасывания. Ускорение моторики снижает, а замедление - повышает всасывание ЛС.

Влияет на всасывание ЛС и наполненность ЖКТ пищевыми массами. Следует отметить, что взаимодействие пищи с ЛС в кишечнике многостороннее и неоднозначное. С одной стороны, пища препятствует контакту ЛС с эпителием кишечника и в то же время пища, усиливая кровоток через ЖКТ, способствует ускорению всасывания. Пища может вступать с ЛС во взаимодействие, образуя нерастворимые хелатные комплексы, плохо всасывающиеся в кровь (ионы кальция, содержащиеся в молоке, могут взаимодействовать с антибиотиками тетрациклинового ряда, это приводит к потере активности препарата). Пища усиливает секрецию желчных кислот, в результате чего улучшается растворимость, а, следовательно, и всасываемость жирорастворимых ЛС.

И, наконец, скорость и полнота всасывания зависят от вида лекарственной формы;

можно составить определенный ряд по уменьшению скорости высвобождения лекарственной субстанции из лекарственной формы: растворы - эмульсии - суспензии - капсулы - таблетки - таблетки с оболочкой - ретард-таблетки. Из любой формы ЛС лучше всасывается, если препарат принимать через 2-3 часа после приема пищи и запивать 200-250 мл воды. Говоря о взаимодействии ЛС с пищей, следует отметить, что при длительном применении многих из них могут нарушаться всасывание некоторых компонентов пищи. Так, гормональные пероральные контрацептивы нарушают всасывание фолиевой, аскорбиновой кислот, рибофлавина;

антикоагулянты непрямого действия подавляют всасывание витамина К, слабительные средства - всасывание жирорастворимых витаминов.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕКАРCТВЕННЫХ СРЕДСТВ В ОРГАНИЗМЕ Попав в организм, ЛС всасываются в кровь, а затем транспортируются в органы и ткани. Химическое строение ЛС определяет интенсивность его всасывания, его концентрацию в крови, в межклеточном пространстве и во внутриклеточном содержимом. Если размер молекул незначительный, то они всасываются, взаимодействуя с водой внутренней среды. Для более крупных молекул необходимым условием прохождения через мембраны клеток тканей является растворимость в жирах;

нерастворимые в воде и жирах молекулы ЛС могут быть усвоены посредством транспортных систем.

В крови большинство ЛС вступает в обратимую связь с белками (в основном с альбуминами), образуя комплексы, медленно проходящие через мембраны клеток, за счет этого фармакологический эффект может проявляться менее интенсивно, но более длительно. Подобные белковые комплексы также могут образовываться при поступлении ЛС в печень, легкие, почки, мозг.

В этом случае в органе создается медленно высвобождающее ЛС "депо". Высокой степенью кумуляции обладают гидрофобные ЛС, преимущественно накапливающиеся в жировой ткани, поэтому обычно их концентрация в крови бывает незначительной. Тяжелые металлы (ртуть, кадмий, медь, мышьяк, свинец) адсорбируются на белках и могут надолго задерживаться в организме. Большинство же ЛС, проникая в ткани и органы, метаболизируются, приобретая при этом полярность и, как следствие, большую гидрофильность, ускоряющую их экскрецию.

БИОТРАНСФОРМАЦИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ И ТОКСИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ Не исключая роли ферментов ЖКТ и протеаз крови в превращениях ЛС, следует отвести главную роль в этом процессе тканевому метаболизму. В клетках различных органов осуществляется все многообразие метаболических превращений ЛС.

Метаболическая судьба этих веществ зависит от наличия ферментов, способных катализировать их превращения. Если таковые отсутствуют, то ЛС будут метаболически инертными и их судьба будет определяться только процессами всасывания, транспорта и выведения. Большинство ЛС претерпевают биотрансформацию,- но в различной степени. У одних препаратов превращениям подвергается несколько процентов вводимой дозы, другие полностью превращаются в метаболиты, третьи - выводятся в неизменном виде. Из одного и того же препарата может образоваться не один, а несколько метаболитов, а иногда - десятки производных.

Основным органом, в котором происходят превращения ЛС, является печень. Меньшее метаболическое значение имеют легкие, почки, мышечная ткань, стенка кишечника, кожа.

Выявлены основные пути биотрансформации ксенобиотиков в организме человека. Условно эти пути делят на метаболические процессы I фазы и II фазы. В I фазе (фазе модификации) в результате реакций окисления-восстановления, гидролиза и прочих происходит изменение молекулы ксенобиотика с введением или освобождением функциональных группировок в его молекуле: окси- и карбоксигрупп, первичных и вторичных аминогрупп. Во второй фазе по этим функциональным группам происходит взаимодействие ксенобиотиков с биомолекулами организма (с глюкуроновой и серной кислотами и другими веществами).

Например, метаболизм бензола будет происходить следующим образом:

I фаза II фаза + О2 +ФАФ-SО3Н ОН ОSО3Н Бензол Фенол Фенилсульфат Такое разделение метаболизма ксенобиотиков на две фазы условно, так как некоторые из них могут сразу вступать в реакцию конъюгации, минуя первую фазу.

Так, метаболизм ПАСКа (пара-аминосалициловая кислота, противотуберкулезный препарат) обусловлен реакциями II фазы - конъюгации, например, с активной формой глюкуроновой кислоты (УДФ-ГК):

УДФ-глюкуронил- О СООН трансфераза С-О-С6Н9О ОН + УДФ-ГК ОН + УДФ NН2 NН Остаток глюкуроновой кислоты может присоединяться и по ОН- группе, и по NН2-группе.

Иногда образуются смешанные конъюгаты, т.е. по одной функциональной группе присоединяется одна биомолекула, а по другой - вторая.

Реже ксенобиотик, пройдя первую фазу метаболизма, выводится через почки. Например, кофеин в результате N деметилирования и последующего окисления превращается в мочевую кислоту:

Н3C О О О N N CН3 -CН3 NН +О2 NH НN HN О N N О СН3 О NН N О NH NH кофеин мочевая кислота Мочевая кислота - нормальный компонент мочи, после приема кофеина ее содержание в моче увеличивается.

Биотрансформацию ксенобиотиков было принято рассматривать как детоксикационный процесс, однако это не совсем точно. Нередки случаи, когда под действием ферментов ксенобиотики превращаются в токсические вещества (канцерогенные, мутагенные и т.п.). Многие ЛС оказывают и лечебный, и побочный (токсический) эффекты, поскольку в результате процесса биотрансформации образуются терапевтически активные, а иногда - токсические вещества.

ЗАВИСИМОСТЬ ДЕЙСТВИЯ ЛЕКАРСТВ ОТ ИХ МЕТАБОЛИЗМА Итак, в ходе метаболизма ксенобиотиков происходит изменение их специфической активности и токсичности.

Это проявляется в виде:

1. дезактивации, т.е. потери биологической активности, а иногда - фармакологической;

2. активации, т.е. превращения неактивного препарата в активный;

3. модификации основного эффекта, т.е. лекарство после метаболизма проявляет иные свойства по сравнению с исходным;

4. дезинтоксикации, т.е. превращения ЛС в индифферентное вещество;

5. токсикации, т.е. усиления токсических свойств.

Рассмотрим эти положения на конкретных примерах.

Дезактивация лекарственного вещества происходит чаще всего в результате связывания его функциональных групп, имеющих значение для проявления его биологической активности. Так, ацетилирование изониазида (противотуберкулезного препарата) приводит к образованию инертного ацетилизониазида, O СН3-СО~SКоА О О H2N-NH-С--- N СН3-С-NH-NH-C--- N+НS-КоА а окисление этого препарата в эндоплазматическом ретикулуме приводит к образованию токсичных моно- и диацилгидразинов, что является примером токсификации препарата:

O RСООН О H2N-NH-С--- N HOOC-- N + R-С-NH-NH О О R-C-NH-NH-C R Активация ЛС происходит в результате освобождения в ходе биотрансформации функциональных групп, ответственных за проявление фармакологического эффекта, или, наоборот, в результате введения функциональных групп в молекулу препарата.

Так, витамины группы В в организме превращаются в коферменты, которые более активны и определяют действие витаминов. Другой пример:

гидроксилирование витамина D3 по 1- и 25-положениям превращает его в кальцитриол - гормон, регулирующий фосфорно кальциевый обмен:

НО НО НО ОН Витамин D Кальцитриол (холекальциферол) (1,25-диоксихолекальциферол) В результате биотрансформации ЛС может измениться (модифицироваться) основной фармакологический эффект препарата. Например, кодеин (метилморфин) применяется как противокашлевое средство. В организме, деметилируясь, он превращается в морфин, обладающий анальгетическим действием:

CH3O HO -CH О O N-CH N-CH HO HO Кодеин Морфин Дезинтоксикацию ксенобиотиков можно рассматривать как их дезактивацию. В данном случае в результате метаболизма вещество становится менее активным или индифферентным по отношению к организму (ранее рассмотренный пример с ацетилированием изониазида или предлагаемый пример сульфирования пара-аминофенола - метаболита парацетамола и фенацетина):

НО-- --NH2 + ФАФ-SО3Н НО3SО-- --NH Пара-аминофенол пара-аминофенилсульфат (токсическое вещество) (нетоксическое вещество) РОЛЬ ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКОГО РЕТИКУЛУМА В БИОТРАНСФОРМАЦИИ ЛЕКАРСТВ Реакции I фазы биотрансформации ксенобиотиков могут происходить в разных сублеточных органеллах:

эндоплазматическом ретикулуме (микросомах), митохондриях, лизосомах, цитозоле. Основными реакциями модификации ЛС (I фаза), как уже отмечалось, являются реакции окисления, восстановления и гидролиза.

Реакции окисления происходят в основном в эндоплазматическом ретикулуме, а реакции гидролиза и восстановления - в других органеллах клетки, поэтому принято говорить о микросомальном окислении ксенобиотиков и превращении их вне микросом.

В эндоплазматическом ретикулуме клеток печени ферменты, участвующие в метаболизме лекарств, токсичных веществ, а также некоторых эндогенных метаболитов, объединены в две системы. Одна из них специфична к НАДФН, другая - к НАДН;

НАДФН и НАДН являются в этих ферментных системах источниками протонов и электронов. Большинство реакций, происходящих в микросомах, зависят от наличия НАДФН. Источником восстановленных НАДФ является пентозофосфатный путь окисления глюкозы, довольно активно протекающий в печени.

Суть реакций окисления, способствующих детоксикации ксенобиотиков (лекарств и токсических веществ) и некоторых эндогенных субстратов, состоит в гидроксилировании веществ, что приводит к увеличению их полярности и более энергичному выведению почками.

НАДФ-зависимая ферментная система эндоплазматического ретикулума состоит из флавопротеида, коферментом которого является ФАД, и цитохрома Р450.

Схема микросомального окисления соединений.

O O R-Н НАДФН +2Н+;

2е 2е ФП Р НАДФ+ 2Н+ Н2О R-ОН О R-Н - субстрат R-ОН - окисленный О субстрат Роль флавопротеида (ФП) заключается в восстановлении цитохрома Р450 посредством НАДФН. Этот флавопротеид обладает абсолютной специфичностью к НАДФН и называется НАДФН-цитохром Р450-редуктазой.

Цитохром Р450, как и все цитохромы, относится к гем протеидам. Свое название он получил из-за того, что в восстановленном состоянии образует прочный комплекс с СО, имеющий максимум поглощения при 450 нм. Цитохром Р выполняет двойную функцию:

активирует О2, а затем использует его для окисления вещества и образования воды.

Ошибочно считать, что представленная на схеме ферментная система окисления предназначена для окисления лишь ксенобиотиков. Это - универсальная система окисления неполярных соединений любого происхождения.

Цитохром Р450, непосредственно участвующий в гидроксилировании вещества, находится в липидном слое мембран эндоплазматического ретикулума. Он может соединяться с любым неполярным (гидрофобным) субстратом, т.е.

проявляет сродство не к структуре субстрата, а к его физико-химическим свойствам.

Механизм гидроксилирования вещества с помощью цитохрома Р450 включает в себя несколько стадий. Сначала субстрат (на схеме микросомального окисления обозначен знаком R) соединяется с окисленной формой цитохрома Р450, образуя комплекс Р3+450-R.

Затем происходит восстановление цитохром-субстратного комплекса за счет электронов, передаваемых флавопротеидом от НАДФН, два протона при этом передаются в окружающую среду.

Далее к восстановленному комплексу присоединяется кислород и образуется тройной комплекс - Р2+450- субстрат кислород. На следующей стадии происходит активирование кислорода путем переноса электронов с цитохрома Р450 на кислород, цитохром Р450 при этом окисляется: Р2+450 Р3+450. Один ион кислорода включается в окисляемое вещество, а другой соединяется с двумя протонами из окружающей среды, образуя воду.

Далее комплекс распадается на окисленный цитохром Р3+450 и гидроксилированный субстрат (R ОН).

Следует отметить, что гидроксильная группа может быть введена в молекулу вещества не только в результате гидроксилирования, но и в результате реакций восстановления и гидролиза.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РЕАКЦИЙ ПЕРВОЙ ФАЗЫ МЕТАБОЛИЗМА КСЕНОБИОТИКОВ Рассмотренный выше механизм гидроксилирования вещества с помощью НАДФН-зависимой окислительной цепи ферментов следует считать реакцией первой фазы (фазы модификации) ксенобиотиков. Подобным образом происходит гидроксилирование многих веществ:

1. Гидроксилирование алифатических соединений.

R-CH2 CH2OH Первичные R-CH2-CH3 OH спирты R-CH CH3 Вторичные Гидроксилирование может происходить по любому углеродному атому. Так гидроксилируются основные цепи барбитуратов.

2. Гидроксилирование ароматических соединений.

Например, салициловая кислота в печени гидроксилируется по трем положениям:

СООН Гентизиновая НО ОН кислота СООН СООН Диоксибензойная ОН ОН кислота ОН Салициловая кислота СООН Триоксибензойная ОН кислота ОН НО В эндоплазматическом ретикулуме печеночных клеток кроме реакций гидроксилирования протекают и другие реакции окисления ксенобиотиков и природных веществ;

все эти реакции НАДФ-зависимые и идут с участием кислорода.

I. Реакции окисления.

1. Окислительное деалкилирование.

Отщепление алкильных групп (метильных, этильных, ацетильных) от лекарственных и эндогенных веществ может происходить от атомов кислорода, азота или серы, поэтому различают О-, N- и S деалкилирование:

RОС2Н5 RОН + СН3СНО (1) RNHCH3 RNH + HCHO (2) RSCH3 RSH + HCHO (3) Кроме основного метаболита образуются альдегиды, причем, при N- и S-деметилировании (2,3) образуется формальдегид - токсическое вещество.

Процессы деалкилирования происходят наиболее часто и поэтому более подробно изучены, особенно О- и N деметилирование, реже происходят реакции деацетилирования и деэтилирования. Так, одним из основных метаболических путей морфина является его N деметилирование с образованием норморфина и формальдегида. Морфин и кодеин способны взаимопревращаться в реакциях О-метилирования деметилирования;

О деметилированию подвергается папаверин;

О-дезалкилирование фенацетина приводит к его превращению в N-ацетил-пара аминофенол (парацетамол), присутствием которого и обусловлена антипиретическая активность препарата:

HO СН3СН2О NHCOCH CH3CHO NHCOCH гидроксилирование НО NHCOCH3 + СН3СНО деацетилирование N-ацетил-пара аминофенол Изучение судьбы наркотических веществ и их метаболитов в организме показало, что деалкилирование приводит к усилению токсического эффекта. Так, норкодеин оказался в шесть раз более токсичным, чем кодеин и в два раза токсичнее морфина.

2. Реакции дезаминирования.

Дезаминирование характеризуется отщеплением аминогрупп от молекул ЛС и их метаболитов, и этот процесс, как правило, приводит к полной потере биологической активности.

Окислительному дезаминированию в микросомах печени подвнргаются и эндогенные биогенные амины: серотонин, гистамин, норадреналин, адреналин и др. O НО СН2-СН2-NH НО СН2-С-H + NH N N Серотонин 5-оксииндолилацетальдегид 3. N-окисление.

Данные реакции окисления могут протекать с образованием:

а) N-гидроксиламинов NH NH-OH - 2H+ N=O + 2Н+ Анилин N-гидроксили- Фенилгидрокси Нитрозобензол рование ламин Первый и второй метаболиты более токсичны, чем анилин.

б) Окисление с образованием N оксидов СН О N СН СН N СН Диметиланилин Диметиланилин-N-оксид (более токсичное вещество) 4. Реакции S-окисления а) Образование сульфоксида R-S-R R-S-R сульфоксид О б) Десульфирование NН-С-NН NH-C-NH S N О Фенилтиомочевина Фенилмочевина 5. Окисление спиртов с образованием альдегидов -2H+ O R-CH2OH R-C-H Спирт Альдегид По такой схеме окисляется этанол до ацетальдегида, метанол до формальдегида.

6. Окисление природных субстратов:

гидроксилирование стероидных структур.

II. Реакции восстановления.

Реакции восстановления ксенобиотиков и некоторых природных субстратов происходит в эндоплазматическом ретикулуме не на уровне цитохрома Р450, а на уровне флавопротеида (ФАД зависимого);

два протона поступают с флавопротеида на субстрат.

1. Восстановление альдегидов и кетонов.

O +2H+ R-C-H R CH2OH первичный O +2H+ спирты R-C-R R CH-R вторичный ОН 2. Восстановление нитросоединений.

NО2 3 НАДФН NH +2Н2О + 3НАДФ+ Нитробензол Анилин 3. Восстановление азосоединений.

N=N НАДФН NH 2 + 2НАДФ+ Азосоединение Анилин ВНЕМИКРОСОМАЛЬНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ КСЕНОБИОТИКОВ.

Превращения лекарственных веществ и других ксенобиотиков могут происходить и вне микросом: в митохондриях, лизосомах и в цитозоле.

Представим эти реакции в виде схемы:

O [O] 1. Реакции окисления - альдегидов R-C-H R-COOH H2O2 O спиртов R-OH R-C-H + 2 H2O окислительное [O] O дезаминирование R-CH2-NH2 R CH+NH -6H ароматизация C6H11-R C6H5 R O + 2 H+ 2. Реакции восстановления - альдегидов R-C-H R-CH2-OH R + 2 H+ R кетонов R C=O R-CH-OH ненасыщенных + 2 H+ соединений -CH=CH- -CH2 CH2 3. Реакции гидролиза - сложных H2O эфиров R-C-OR R-COOH + R-OH простых Н+ эфиров R-O-R' R-OH + R'-OH O H2O O амидов R-C-NH2 R-C-OH + NH гидразидов O H2O O R-C-NH-NH2 R-COH+NH2-NH 4. Разрыв кольца по месту нахождения группировок:

=CH2-O- -O-CN- -CO CO- 5. Образование кольца -Н2О R R' (циклизация) R-COOH + R' NH2 O=C-NH 6. Дегалогенирование R -HCl R (отнятие HCl) R-CH CCl3 R-C=CCl Ознакомившись с данными реакциями, можно сделать вывод о том, что в печени есть достаточно полный набор ферментов, способных метаболизировать широкий круг ЛС и ядов, тем или иным путем попавших в организм. Сущность этих реакций состоит в изменении химической структуры и превращении чужеродных соединений из липидорастворимых в водорастворимые, что способствует их выведению из организма. Но чаще всего рассмотренные реакции являются лишь начальной, первой фазой метаболизма ксенобиотиков.

РЕАКЦИИ II ФАЗЫ МЕТАБОЛИЗМА КСЕНОБИОТИКОВ.

Вторую фазу метаболизма ксенобиотиков - конъюгацию, следует отнести к реакциям синтеза, в процессе которых к лекарственному веществу или его метаболиту присоединяется биомолекула эндогенного происхождения. Это может быть молекула глюкуроновой кислоты, глицина, серной кислоты, метильная группа.

Конъюгация способствует детоксикации лекарств и токсических веществ, так как в результате этого процесса происходят значительные изменения в свойствах ксенобиотиков. Они становятся полярными, гидрофильными, вследствие чего облегчается их выведение из организма с мочой.

Реакциям конъюгации подвергаются и некоторые вещества эндогенного происхождения. Например, билирубин подвергается конъюгации с глюкуроновой кислотой, что следует считать его детоксикацией.

Обезвреживание индола, фенола, образующихся в нижних отделах кишечника, происходит путем конъюгации этих веществ с серной или глюкуроновой кислотами. В зависимости от природы биомолекул, участвующих во второй фазе метаболизма ксенобиотиков, реакции конъюгации можно классифицировать следующим образом:

Реакции конъюгации Глюкуронидная УДФ-ГК Сульфатная ФАФ-SO3H Ацетильная CH3-CO-S-KoA Метильная S аденозилметион ин Глициновая NH2-CH2-COOH Тиосульфатная S2O32- Глутатионовая Глутатион Ферменты, катализирующие реакции конъюгации, локализованы в цитозоле клеток.

Рассмотрим наиболее распространенные в организме реакции конъюгации.

Глюкуронидная конъюгация является наиболее важным механизмом детоксикации чужеродных веществ - лекарств и ядов. Глюкуронидной конъюгации подвергаются и природные соединения: билирубин, стероидные гормоны, витамин D и другие.

Ксенобиотики и их метаболиты присоединяют остаток глюкуроновой кислоты по гидроксилу, карбоксилу или аминогруппе, приобретенных в результате первой фазы метаболизма. Активной формой глюкуроновой кислоты является УДФ-глюкуроновая кислота.

Катализирует реакцию глюкуронидной конъюгации фермент - УФД глюкуронилтрансфераза. В качестве примера глюкуронидной конъюгации ксенобиотиков можно привести реакцию детоксикации салициловой кислоты:

СООН УДФ-глюкуронил ОС6Н9О6 + УДФ трансфераза О СООН СОС6Н9О ОН +УДФ-ГК ОН + УДФ Салициловая кислота Глюкурониды салициловой кислоты Такой конъюгации подвергаются также морфин с образованием морфин-3-глюкуронида (45% от принятой дозы) и морфин-6 глюкуронида (около 0,3%).

Сульфатная конъюгация происходит с участием фермента сульфотрансферазы, донором остатка серной кислоты в этих реакциях служит 3' фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (ФАФС или ФАФ-SО3Н):

NН N N N N О О НО-S-О-Р-О-СН2О О О ОН Н НО Н Н Н НО-Р-О ОН О Образование конъюгата с индоксилом (продуктом гидроксилирования индола) происходит следующим образом:

ОН OSO3H + ФАФ-SO3H сульфотрансфераза + ФАФ NH NH Ацетильная конъюгация протекает с участием фермента ацетилтрансферазы. Источником подвижных ацетильных групп служит ацетил-КоА, образующийся при окислении углеводов, аминокислот и липидов.

Ацетилированию подвергаются природные и чужеродные вещества, имеющие в своем составе аминогруппу. Из природных веществ N ацетилированию подвергаются глюкозамин и галактозамин с образованием N ацетилглюкозамина и N ацетилгалактозамина соответственно, которые затем участвуют в синтезе гетерополисахаридов.

Из лекарственных веществ, подвергающихся ацетильной конъюгации, следует назвать сульфаниламиды, гидразиды изоникотиновой кислоты и другие.

Реакция ацетилирования стрептоцида (сульфаниламида) происходит по следующей схеме:

NH-C-CH O + HS-KoA NH ацетилтрансфераза SO2NH NH SO2NH + HS-KoA O SO2-NH-C-CH Не исключается и двойная конъюгация, т.е. по обеим NН2 группам.

Метильная конъюгация (метилирование) происходит под действием ферментов метилтрасфераз. Источником метильных групп является активная форма метионина - S аденозилметионин:

NH N N N N H3C---S+----CH2 O CH CH2 H H H H HOOC-CH-NH HO OH S-аденозилметионин участвует в метилировании множества природных соединений:

СН Норадреналин Адреналин СН Адреналин Метиладреналин СН Этаноламин Холин В зависимости от группы, по которой происходит метилирование ксенобиотика, различают О-метилирование (по гидроксильной группе), N-метилирование (по аминогруппе) и S метилирование (по тиольной группе). Примером метилирования ксенобиотика является процесс превращения морфина в кодеин;

этому изменению подвергается до 10% вводимого препарата.

N-метилированию подвергаются никотинамид (витамин РР) и никотин с образованием N-метилникотинамида и N-метилникотина соответственно.

Реакцию метилирования никотинамида можно представить следующим образом:

S-аденозилметионин S-аденозилгомоцистеин CONH CONH-CH N N Конъюгация с аминокислотами (пептидная конъюгация). С аминокислотами могут связываться ароматические и алифатические карбоновые кислоты. Наиболее распространена глициновая конъюгация. Так, в печени образуются парные желчные кислоты:

Холевая Гликохолевая Дезоксихолевая Гликодезоксихолевая Следует отметить, что этот тип конъюгации отличается от других тем, что ксенобиотик подвергается предварительной активации, а затем он переносится на аминогруппу глицина.

Механизм глициновой конъюгации можно рассмотреть на примере превращения бензойной кислоты в гиппуровую. Сначала бензойная кислота активируется:

O O CОН C~S-KoA + АТФ + НS-KoA + AMФ + Н4Р2О бензойная кислота бензоил-КоА Затем происходит перенос бензоила на аминогруппу глицина:

O O C~S-KoA C-NH-CH2COOH + NH2-CH2-COOH + + НS-KoA бензоил-КоА глицин гиппуровая кислота Аналогично происходит образование глициновых конъюгатов других соединений.

Глутаминовая конъюгация наблюдается в здоровом организме редко, наиболее часто она встречается у больных фенилкетонурией. У этой категории больных образуется фенилуксусная кислота, которая образует конъюгаты с глутамином (аналогично глициновой конъюгации).

В качестве конъюгирующего вещества иногда участвует глутатион, при этом образуются меркаптуровые кислоты. Процесс идет в несколько этапов. Сначала глутатион через тиольную (-SH) группу цистеина связывается с ксенобиотиком, затем под действием глутатионазы происходит гидролиз глутатиона, что сопровождается отщеплением сначала глутамата, а затем и глицина, а конъюгат превращается в производное цистеина. Заканчивается процесс ацетилированием аминогруппы цистеина и образованием меркаптуровой кислоты.

Схематично весь процесс выглядит следующим образом:

NH2-CH-COOH ОН + (СН2) СО-NH-CH CO-NH-CH2COOH Фенол CH2-SH глутатион CH3-CO-NH-CH COOH CH S метилмеркаптуровая кислота Тиосульфатная конъюгация используется при ферментативном обезвреживании цианидов. Конъюгирующим вещством является сера тиосульфат-иона, образующегося из серусодержащих аминокислот.

Перенос серы от тиосульфата к цианидной группе, катализирующийся ферментом тиосульфат-сульфид трансферазой, осуществляется следующим образом:

CN- + S2O32 SCN- + SO32- Цианид Тиосульфат Тиоцианат Сульфит Образующийся тиоцианат менее токсичен, чем исходные цианиды. Цианид-ионы могут освобождаться в результате гидролиза попавших в организм цианидов неорганического (цианиды калия или натрия, синильная кислота) или органического происхождения (бензоилцианид или нитрил миндальной кислоты - амигдалин).

Биотрансформацию ксенобитиков прежде было принято считать детоксикационным процессом, особенно вторую фазу - фазу конъюгации, однако это не совсем точно. Нередки случаи, когда в результате конъюгации образуются более токсичные вещества, чем исходные. Так, лидокаин превращается в ксилидид моноэтилглицина (глицин обладает выраженной судорожной активностью).

Даже конъюгация с глюкуроновой кислотой может усилить фармакологический эффект исходного ксенобиотика.

Например, морфин-6-глюкуронид - более мощный анальгетик по сравнению с исходным морфином, а глюкуронид-окси-2-нафтиламин может быть причиной рака мочевого пузыря.

Не всегда приводит к детоксикации и процесс ацетилирования сульфаниламидов, зачастую они становятся фармакологически более активными и более токсичными.

УСЛОВИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ МЕТАБОЛИЗМ ЛЕКАРСТВ.

На биотрансформацию ЛС в организме влияет множество факторов: возраст, пол, характер питания, факторы внешней среды, сопутствующие заболевания и, особенно - функциональное состояние печени, где преимущественно осуществляется метаболизм ксенобиотиков. Такие вредные привычки, как употребление алкоголя и курение, также определяют специфику протекания метаболических реакций. Важную роль играет индивидуальная реакция больного - генетически обусловленные особенности активности ферментных систем, участвующих в превращениях тех или иных лекарственных препаратов.

При энзимопатиях, как при наследственных (первичных), так и при приобретенных (вторичных), связанных с отсутствием или дефектом ферментов, наблюдается снижение скорости биотрансформации ЛС. Если учесть, что метаболизм ксенобиотиков преимущественно ведет к снижению их активности и токсичности, то при энзимопатиях возможно проявление повышенной чувствительности организма к тому или иному лекарству.

Например, при низкой активности N ацетилтрансферазы, у некоторых людей наблюдается нарушение процесса ацетилирования ксенобиотиков (равно как и эндогенных субстратов). При такой энзимопатии медленно инактивируются (путем ацетильной конъюгации) сульфаниламиды и противотуберкулезные препараты (ПАСК, изониазид). Поэтому при назначении этих препаратов больным туберкулезом следует учитывать, относятся ли пациенты к быстрым или медленным ацетиляторам, при необходимости уменьшать дозу назначаемого препарата.

Описаны ферментопатии, связанные с дефектом УДФ глюкуронозилтансферазы. Они проявляются в виде наследственных гипербилирубинемий или желтух.

При этих молекулярных болезнях нарушается глюкуронидная конъюгация не только билирубина, но и других эндогенных субстратов и ЛС. При этом лекарства могут проявлять токсический эффект даже в обычных терапевтических дозах.

Известно, что основным органом, метаболизирующим ксенобиотики, является печень.

Поэтому при патологии печени возникают различные нарушения в биотрансформации ЛС.

Уменьшение скорости метаболизма в печени сопровождается увеличением периода выведения, что приводит к неуклонному возрастанию концентрации лекарства в крови, вплоть до токсического уровня при длительном приеме. Это следует учитывать и назначать лекарство в меньшей в сравнении с обычной дозе.

На биотрансформацию лекарств существенное влияние оказывает возраст больных. У новорожденных и детей в первые недели жизни слабо развит ферментный аппарат, метаболизирующий ксенобиотики.

У них наблюдается низкая активность НАДФН-зависимой монооксигеназной цепи окисления лекарств и УДФ глюкуронилтрансферазы, снижено содержание цитохрома Р450 по сравнению со взрослым организмом. Поэтому у новорожденных часто отмечаются физиологические желтухи и побочные эффекты даже от низких доз лекарств. По мере развития организма происходит формирование ферментативных систем, обеспечивающих метаболизм ЛС.

В старческом возрасте снижаются различные виды обмена: белковый, липидный, минеральный, изменяется и обмен витаминов. Это может быть причиной снижения интенсивности биотрансформации лекарственных веществ и развития повышенной чувствительности ко многим лекарствам.

Многими авторами отмечено, что биотрансформация ксенобиотиков протекает интенсивнее у организмов мужского пола. Исследования на крысах показали, что активность некоторых метаболизирующих ксенобиотики ферментов значительно больше у крыс самцов, чем у самок (НАДФН оксидазы, цитохрома Р450 и др.).

Различия проявляются к моменту половозрелости. Объясняется это следующим образом: андрогены являются индукторами ферментов монооксигеназной цепи окисления и конъюгации лекарств, а эстрогены и прогестерон, наоборот, угнетают процесс окисления ксенобиотиков в эндоплазматическом ретикулуме и снижают активность УДФ глюкуронилтрансферазы.

Следовательно, величина назначаемой дозы должна корректироваться в зависимости от пола.

У женщин во время беременности скорость биотрансформации ЛС ощутимо снижается. Причина этого явления еще недостаточно изучена. Возможно, это объясняется значительным увеличением концентрации эндогенных веществ, например, высоким уровнем эстрогенов и гестагенов, являющихся субстратами для тех же ферментов, что и чужеродные вещества, за счет чего метаболизм последних снижается.

Важную роль в метаболизме ЛС играет диета. Недостаток питания, особенно снижение содержания в пище белка, а также витаминов группы В, приводит к снижению скорости биотрансформации лекарств.

Белковая недостаточность приводит к снижению массы тела, уменьшению концентрации белка в эндоплазматическом ретикулуме, изменению его структуры и функций, уменьшению концентрации цитохрома Р450, снижению активности гидроксилаз и деметилаз. При последующем восполнении недостатка белка в рационе указанные отрицательные явления в организме постепенно исчезают.

Веществом, активно влияющим на биотрансформацию лекарств, является этиловый спирт. Изучение взаимодействия алкоголя с лекарственными веществами имеет большое значение потому, что этанол в незначительных количествах содержится в некоторых пищевых продуктах, например, в кефире, квасе, кумысе, во фруктовых соках и др., входит в состав настоек, микстур, различных экстрактов, применяемых в качестве лекарств.

Печень является основным органом, метаболизирующим поступающий в организм этиловый алкоголь - до 96%. В ней этанол окисляется при участии фермента алкогольдегидрогеназы (АДГ) до ацетальдегида и далее до уксусной кислоты.

АДГ СН3СН2ОН + НАД+ СН3СНО + НАДН + Н+ Результаты исследований многих авторов показали, что при длительном приеме незначительных доз этанола увеличивается скорость биотрансформации многих ЛС.

Доказано, что алкоголь является индуктором как ферментов, метаболизирующих лекарственные вещества так и АДГ: у лиц, многократно или систематически принимающих алкоголь, он быстрее окисляется, по сравнению с лицами, алкоголем не злоупотребляющими. При хроническом алкоголизме, часто проявляющемся в алкогольном гепатите и циррозе печени, нарушается функция печени и угнетается процесс биотрансформации ЛС и самого этанола.

В связи с широким распространением курения среди населения много исследований посвящается изучению влияния табака на биотрансформацию ЛС.

Оказалось, что компоненты табачного дыма (никотин, бензапирен и др.) могут повышать активность ферментов, метаболизирующих некоторые лекарственные вещества. Так, у курящих отмечена бо'льшая скорость метаболизма фенацетина, антипирина, анаприлина, теофиллина, кофеина и многих других ЛС. Это следует учитывать при назначении лекарств: первоначальные и поддерживающие дозы для курящих пациентов должны быть выше. Установлено, что бензапирен, содержащийся в табачном дыме, может переориентировать НАДН зависимое окисление с цитохрома Р450 на цитохром Р448, в результате чего из полициклических ароматических углеводородов экзо- и эндогенного происхождения образуются канцерогенные вещества.

Комбинированное применение лекарств требует знаний о взаимном влиянии их на биотрансформацию друг друга, в результате чего может снижаться или исчезать действие одного и усиливаться действие другого. Например, при взаимодействии гепарина с его антагонистами - протамином или полибреном, образуется малодиссоциирующий комплекс, лишенный антикоагулянтных свойств.

Как уже было отмечено, большинство ЛС метаболизируется в печени под действием микросомальных ферментов. Известно более фармакологических субстанций, способных оказывать влияние (стимулирующее или угнетающее) на ферментную систему гепатоцита. Индукторами ферментов, метаболизирующих лекарства, ксенобиотики и фармакологически активные вещества эндогенного характера, являются снотворные, седативные и транквилизаторы (хлоралгидрат, барбитураты, производные бензодиазепина), противовоспалительные (бутадион), местноанестезирующие (новокаин) средства, нейролептики, этанол и др.

Некоторые ЛС стимулируют свой собственный метаболизм - фенобарбитал, бутадион, нитраты и др.

Наиболее мощным индуктором микросомального окисления веществ в печени является фенобарбитал. Воздействуя на генетический аппарат клетки, он активизирует синтез ферментов эндоплазматического ретикулума, что приводит к усилению метаболизма природных соединений, лекарств и других ксенобиотиков. Так, фенобарбитал индуцирует синтез УДФ глюкуронилтрансферазы и тем самым стимулирует фазу конъюгации в метаболизме различных веществ (например, конъюгацию билирубина при физиологической желтухе новорожденных).

При совместном использовании ЛС с индукторами их метаболизма дозу лекарства для достижения фармакологического эффекта следует увеличивать и, наоборот, при отмене индуктора дозу лекарства следует снижать, иначе реальна опасность передозировки.

Индукторами ферментов, метаболизирующих лекарства, являются и некоторые природные вещества - рибофлавин, тиамин и его коферменты, карнитин, пантотенат, андрогены и др., эстрогены и гестагены, наоборот, угнетают функцию этих ферментов. Таким же угнетающим действием обладают некоторые антибиотики (левомицетин, актиномицин и др.), наркотические анальгетики и антидепрессанты.

Способность одних лекарственных препаратов нарушать обмен других иногда специально используется в медицинской практике. Так, при лечении алкоголизма применяют тетурам. Он блокирует метаболизм этанола на стадии образования ацетальдегида, накопление которого в крови вызывает острое токсическое состояние в организме. Защитное действие налоксона (налорфина) против повреждающих эффектов морфина связано с конкурентным ингибированием ферментов его метаболической активации;

налоксон уменьшает скорость образования норморфина, глюкуронил-морфина и конъюгата морфинона (продукта дегидрирования по фенольному гидроксилу) с восстановленным глутатионом.

Подводя итог всему выше сказанному, следует отметить, что ЛС не только метаболизируются микросомами печени, но и сами могут играть важную роль в изменении ферментативной активности систем, осуществляющих биотрансформацию ксенобиотиков.

ВЫВЕДЕНИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ ЛС и их метаболиты могут выводиться из организма с мочой, с желчью, через легкие, с молоком матери, потом, со слюной, слезной жидкостью и др.

Основные пути выведения лекарств можно представить в виде таблицы (Клиническая фармакология под ред. проф.

В.Г.Кукеса, 1999г.) Пути Механизмы Лекарстве выведен выведения нные ия средства С мочой Клубочковая Большинс фильтрация, тво активная лекарств в канальцевая свободной секреция форме С Активный Дигитокси желчью транспорт, н, пассивная пеницилли диффузия ны, тетрацик лины, стрептом ицин, стрихнин и др.

Через Пассивная Доксицикл кишечн диффузия, ин, ик желчная ионизиров секреция анные органическ ие кислоты Со Пассивная Пеницилли слюной диффузия и ны, активный сульфанил транспорт амиды, салицилат ы, тиамин, этанол Через Пассивная Ингаляцио легкие диффузия нные анестезин, йодиды, камфора, этанол, эфирные масла С Пассивная Некоторы потом диффузия е сульфанил амиды, тиамин С Пассивная Антикоагу молоко диффузия и лянты, м активный антибиот транспорт ики, тиреоста тин, литий, карбамазе пин МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ МЕТАБОЛИЗМА ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ О метаболизме лекарств можно судить, определяя лекарственные вещества, их метаболиты и продуты жизнедеятельности в биологических жидкостях, тканях и экскретах (крови, моче и пр.), устанавливая активность ферментов, участвующих в их обмене. Избранный для этой цели метод должен быть достаточно чувствительным и специфичным, чтобы выявлять низкие концентрации лекарственного вещества и его метаболитов в присутствии эндогенных соединений.

Процесс анализа включает несколько последовательно выполняемых стадий: экстракцию из биологической жидкости (если это необходимо), разделение, идентификацию и количественное определение лекарственного вещества и его метаболитов.

Экстракцию проводят в присутствии кислот, щелочей или буферных растворов, создавая оптимальное значение рН среды.

Иногда сочетают экстракцию органическим растворителем с последующей реэкстракцией растворами едких щелочей или кислот. Вещества, содержащиеся в полученных экстрактах, определяют фотоколориметрическим, спектрофотометрическим или флуориметрическим методами, которые отличаются большей эффективностью, если их применяют в сочетании с хроматографическими методами.

Большие возможности в биологическом анализе открывает применение радиоактивных изотопов. В последние годы стали применять стабильные изотопы, относительно безвредные для живого организма в количествах, необходимых для эксперимента.

Радиохимические методы отличаются высокой чувствительностью и в сочетании с хроматографией позволяют выявить все вещества с радиоактивной меткой.

Последнюю вводят в разные функциональные группы исследуемой молекулы, что расширяет информацию о химическом строении образующихся метаболитов.

Использование меченых молекул позволяет установить распределение введенного лекарственного вещества и его локализацию во всех системах организма с большой специфичностью и чувствительностью. Важное преимущество радиоизотопного метода заключается в том, что при изучении процесса метаболизма на подопытных животных очень легко обнаружить локализацию меченого лекарственного вещества или меченых его метаболитов.

Можно также получить четкое представление о процессе транспорта и выведения из организма этих веществ.

Для определения малых концентраций лекарственных веществ и их метаболитов в биологических жидкостях (крови, моче, тканях) и проведения фармакокинетических исследований применяют иммунохимические методы. Они основаны на высокочувствительной и специфичной реакции антигена с гаптенами (соответствующими низкомолекулярными биологически активными соединениями) и на способности гаптена, содержащего специально введенную метку, конкурировать за активный центр антитела.

Дезинтоксикационную функцию организма можно установить путем определения активности ферментов I и II фаз метаболизма ксенобиотиков в клетках крови. Например, активность глутатион-S трансферазы определяется спектрофотометрическим методом. При помощи радиометрического метода измеряется активность бензпиренгидроксилазы, сульфотрансферазы и УДФ глюкуронилтрансферазы.

Разработаны методики для проведения анализа на содержание продукта гидроксилирования витамина D - 1,25(ОН)2D3 кальцитриола. Его концентрацию в крови можно определелить одним из методов:

радиоиммунным, циторецепторным и высокоэффективной жидкостной хроматографией (ВЭЖХ).

Сведения, полученные от данного анализа, позволяют установить обеспеченность организма витамином D и кинетику его превращения в почках, т.е.

оценить способность этого органа активировать витамин D.

Оценить динамику биотрансформации кофеина можно по увеличению экскреции с мочой мочевой кислоты, в которую в процессе метаболизма превращается кофеин.

Таким образом, оперируя данными рассмотренных методов анализа, удается установить особенности метаболизма лекарственного вещества, что важно для определения терапевтического диапазона концентрации лекарственного препарата, индивидуального для каждого пациента, а также для установления целесообразности применения данного препарата в условиях имеющейся патологии.

ОБРАЗЦЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ К ТЕМЕ "БИОТРАНСФОРМАЦИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ И ТОКСИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ" 1. Аутобиогенным препаратом является 1. аспирин 4. левомицетин 2. фенацетин 5. аллопуринол 3. вазопрессин 2. Ксенобиотиком для организма является 1. глюкоза 4. натрия хлорид 2. тиамин 5. кофеин 3. ретинол 3. Всасываются лекарственые вещества 1. неионизированные 3. ионизированные гидрофильные липофильные 2. неионизированные 4. ионизированные липофильные гидрофильные 4. Способны накапливаться в организме лекарственные вещества 1. гидрофильные 4. липофильные 2. ионизированные 5. гидрофильные 3. неионизированные неионизированные 5. Реакцией I фазы метаболизма ксенобиотиков является 1. метилирование 4. конъюгация с глицином 2. ацетилирование 5. конъюгация с 3. деалкилирование глюкуроновой кислотой 6. Цитохром Р450 проявляет специфичность к соединениям 1. гидрофильным 4. конъюгированным 2. гидрофобным 5. неионизированным 3. ионизированным 7. Источником протонов и элктронов в моноксигеназной цепи окисления веществ является 1. НАДФН 2. ФАДН2 3. ТДФ 4. НS-КоА 5. ФМНН 8. Ацетилированию подвергаются природные вещества и ксенобиотики, имеющие в своем составе свободную функциональную группу 1. -СООН 2. -ОН 3. ЫС=О 4. -SН 5. -NН 9. Реакции деалкилирования, гидроксилирования относятся к реакциям ЕЕЕ.фазы метаболизма 10. Глюкуронидной или сульфатной конъюгации подвергается 1. бензол 4. аскорутин 2. фенол 5. фенацетин 3. кофеин 11. В реакциях ацетилирования глюкозамина и некоторых ксенобиотиков ацетилирующим агентом являетсяЕЕЕ.

12. Липофильность лекарственного средства на продолжительность его действия в организме оказывает влияние 1. Сокращает 2. Продлевает 3. Не изменяет 13. Цитохром Р450 в эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов осуществляет 1. метилирование 4. гидроксилирование субстрата субстрата 2. ацетилирование 5. гидролиз сложных субстрата эфиров 3. активирование ферментов 14. Активной формой глюкуроновой кислоты в реакциях II фазы метаболизма ксенобиотиков являетсяЕЕЕ.

15. О метаболизме кофеина можно судить по увеличению в моче концентрации 1. эфиров глюкуроновой 3. ацетилированных кислоты производных кофеина 2. мочевины 4. мочевой кислоты 5. гипоксантина ЭТАЛОНЫ ОТВЕТОВ 1. 3 8. 5 14. УДФ 2. 5 9. первой глюкуронова 3. 2 10. 2 я кислота 4. 4 11. ацетил- 15. 5. 3 КоА 6. 2 12. 7. 1 13. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Биохимическая фармакология (под ред. П.В. Сергеева).-М.- Высш. школа.- 1982.

2. Клиническая фармакология (под ред. В.Г. Кукеса).-М.- Изд. Моск. мед.

академии.- 1999.

3. Лакин К. М., Крылов Ю.Ф. Биотрансформация лекарственных веществ.-М. Медицина.- 1981.

4. Деннис В. Парк. Биохимия чужеродных соединений.-М.-Медицина.- 1973.

5. Стародубцев А.К. и соавт. Система биотрансформации ксенобиотиков в адаптивных реакциях организма.-Дальневосточный мед. журнал №4.-1997.

6. Холодов Л. Е., Яковлев В.П. Клиническая фармакокинетика.-М.-Медицина.- 1985.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. ВведениеЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕстр. 2. Основные закономерности метаболизма биогенных и синтетических (ксенобиотиков) лекарственных средствЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕстр. 3. Пути введения лекарственных средств, их всасываниеЕстр. 4. Факторы, влияющие на всасывание лекарств из желудочно-кишечного трактаЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..стр. 5. Распределение лекарственных веществ в организмеЕЕстр. 6. Биотрансформация лекарственных средствЕЕЕЕЕЕстр. 7. А) две фазы метаболизма ксенобиотиковЕЕЕЕЕЕЕстр. 8. Б) зависимость действия лекарств от их метаболизмаЕЕстр. 9. Роль эндоплазматического ретикулума в биотрансформации лекарствЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.стр. 10. Основные типы реакций первой фазы метаболизма ксенобиотиковЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕстр. 11. Внемикросомальное превращение ксенобиотиковЕЕЕстр. 12. Конъюгативная фаза метаболизма лекарств и токсических веществ. Типы реакций конъюгацииЕЕЕстр. 13. Условия, определяющие метаболизма лекарствЕЕЕЕстр. 14. Выведение лекарственных средствЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.стр. 15. Методы изучения метаболизма лекарственных веществ..стр. 16. Образцы тестовых заданийЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..стр. 17. Эталоны ответовЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.стр. 18. Список литературыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.стр. Содержание обучения.

Граф логической структуры темы:

Биотрансформация лекарственных и токсических веществ.

Пути введения энтеральные парентеральные лекарственных оральный сублингвальный внутримышечный внутривенный веществ ректальный конъюнктивный внутриартериальный подкожный Факторы, влияющие компоненты перистальтика механизмы пищевые вид лекарст- на всасыва- желчи кишечника транспорта массы венной формы ние из ЖКТ Распределение механизмы транспорта ЛС в организме Всасывание органы, биотрансформация в кровь ткани комплексы с комплексы с белками белками кумуляция Реакции метаболизма I фазы II фазы Клеточные органеллы микросомы митохондрии цитозоль лизосомы цитозоль Химические процессы окисление востановление конъюгация гидролиз (глюкуронидная, сульфатная, ацетильная, метильная, глициновая, тиосульфатная, глутатионовая) Факторы, влияющие возраст пол диета сопутствующие факторы на метаболизм патологии внешней среды вредные индивидуальные комбинация с пристрастия особенности другими ЛС Пути с мочой с желчью через кишечник со слюной через легкие выведения ЛС с потом с молоком Книги, научные публикации

Blog