Характеристика основных реакций конъюгации ксенобиотиков

Реакция	Присоединяемый агент	Функциональная группа ксенобиотика
А. Реакции, протекающие при участии активированных форм присоединяемых агентов
Конъюгация с глюкуроновой кислотой	УДФ-глюкуроновая кислота	-ОН; -СООН; NH2; -NR2; -SH; -CH
Конъюгация с глюкозой	УДФ-глюкоза	-ОН; -SH; COOH; =NH
Сулфатация	ФАФС	-ОН; -NH2; -SH
Метилирование	S-аденозилметионин	-ОН; -NH2
Ацетилирование	Ацетил КоА	-ОН; -NH2
Детоксикация цианида	Сульфон-сульфид	-CN-
Б. Реакции, протекающие при участии активированных форм ксенобиотиков
Конъюгация с глутатионом	Глутатион	Ареноксиды; эпоксиды; галогенированные алкильные и арильные углеводороды
Конъюгация с аминокислотами	Глицин; глутамин; орнитин; таурин; цистеин	-СООН

Большинство энзимов второй фазы локализованы в растворимой фазе цитозоля.

Основным органом, метаболизирующим ксенобиотики, является печень. В меньшей степени активно идут превращения ксенобиотиков в легких, почках, кишечнике, коже, селезенке и других тканях. Некоторые вещества метаболизируют в крови. Как правило, в метаболических превращениях ксенобиотика принимают участие несколько органов (рис. 9).

Рисунок 9. Локализация этапов метаболических превращений ксенобиотиков в организме

На интенсивность биотрансформации ксенобиотиков могут влиять различные факторы.

Естественные факторы:

- вид организма, пол, возраст, состояние питания.

Экзогенные факторы:

- повреждение структур, метаболизирующих ксенобиотики. На метаболизме ксенобиотиков сказываются: гепатоэктомия, адреналэктомия, кастрация.

- химические вещества, способные вызывать индукцию (усиление) метаболизма, конкурентное и неконкурентное ингибирование метаболизма.

К числу индукторов биотрансформации чужеродных веществ относятся: барбитураты, полициклические углеводороды, андрогенные стероиды, анаболические стероиды, глюкокортикоиды, спиронолактон и др.

К числу ингибиторов биотрансформации относятся: метирапон, пиперонилбутаксид, 7,8-бензофлавон, SKF-525, Lilly 18947 и др.

Биологическими последствиями биотрансформации ксенобиотиков могут стать:

- ослабление или полная потеря биологической активности токсикантов (ФОВ, синильная кислота);

- изменение биологической активности: исходное вещество и продукты его метаболизма в достатчной степени токсичны, но действуют на различные биомишени (метанол, дихлоэтан и т.д.);

- усиление токсичности или появление новых свойств (иприт, фторэтанол, бенз(а)пирен и др.).

Процесс увеличения активности токсиканта в ходе его метаболизма называется биоактивацией.

Биоактивация, как правило, осуществляется в ходе первой фазы метаболизма (образование промежуточных продуктов метаболизма, часто обладающих высокой реакционной способностью).

В ходе второй фазы метаболизма биологическая активность продукта превращения обычно существенно снижается.

Неопределенные последствия метаболизма многих ксенобиотиков заставляют с большой осторожностью относиться к модификации процесса с помощью доступных в настоящее время средств и методов.

Количественные характеристики токсикокинетики

Количественная токсикокинетика - раздел токсикологии, разрабатывающий математические модели, описывающие поступление, распределение, элиминацию ксенобиотиков.

Основой создания токсико-кинетических моделей является получаемые экспериментально графики зависимости концентрации веществ в крови и тканях от времени после различных способов введения токсиканта (рис. 10).

Рисунок 10. Зависимость концентрации вещества в плазме крови от времени после внутривенного введения

Исходными данными для анализа являются:

- введенное количество вещества (D - мг);

- концентрация в крови (C - мг/мл), определенная в различное время после введения D;

- время от начала введения (t - мин).

На основании полученных данных рассчитывается площадь под кривой (ППК - мг мин/мл), ограниченная осями координат и кривой зависимости “концентрация в крови - время”.

Изучение зависимости концентрации вещества в плазме крови от времени позволяет установить наиболее часто используемые характеристики токсикокинетики:

- квота резорбции, QR

- объем распределения, V_D

- период полуэлиминации, t_1/2

- общий клиренс, Cl

Квота резорбции (биодоступность). Количественной характеристикой способности вещества проникать в организм различными путями может служить величина “квоты резорбции вещества (КРВ)”. КРВ представляет собой отношение всосавшегося вещества к общему количеству апплицированного тем или иным способом. КРВ может быть рассчитана путем построения диаграмм в координатах: “время-концентрация токсиканта в крови”. Площадь под кривой такой диаграммы (ППК) определяется, среди прочего, количеством всосавшегося токсиканта. Если соотнести величину ППК токсиканта для внутривенного введения (ППК_iv) с величиной ППК_d при ином (любом) способе аппликации, то значение коэффициента QR = ППК_d/ППК_iv и определит величину квоты резорбции для исследуемого способа введения токсиканта. Чем ближе значение QR к 1, тем лучше всасывается вещество исследуемым способом.

При анализе данных необходимо учитывать, что в таком прочтении величина биодоступности не в полной мере отражает последствия действия токсиканта на организм. Дело в том, что ППК при разных способах воздействия может быть одинаковой, но различная скорость поступления и одновременно протекающая элиминация соединения могут привести к совершенно разным эффектам одного и того же вещества. Пример такой ситуации приведен на рисунке 11.

Рисунок 11. Кривые динамики концентрации вещества А в плазме крови экспериментального животного

Вещество введено в дозе D различными способами:

N1 - внутривенное введение

N2 - введение через желудочно-кишечный тракт

N3 - введение через желудочно-кишечный тракт в форме, адсорбированной на ионно-обменной смоле

Как видно из данных приведенных на рисунке, не смотря на прекрасную всасываемость вещества в ЖКТ, смертельный эффект может развиться лишь при его внутривенном введении в дозе D.

Объем распределения. Абсолютным объемом распределения вещества (V_D) называется сумма мнимых объемов внутренней среды организма, в которых вещество распределилось таким образом, что его концентрация в них равна концентрации в плазме крови (С).

V_D рассчитывается как отношение введенного количества токсиканта (D) к величине его концентрации в плазме крови:

V_D = D/С

Относительный объем распределения (V_R) целесообразно рассчитывать с учетом массы организма (М):

V_R = V_D /М - выражается в процентах от массы тела.

Для веществ, распределяющихся только в плазме крови, V_R равен объему плазмы крови, распределяющихся во внеклеточной жидкости - суммарному объему плазмы крови и внеклеточной жидкости и т.д. Для веществ, активно связывающихся тканями организма, относительный объем распределения может быть более 100%.

Периодом полуэлиминации называется время, в течение которого элиминирует половина введенного количества токсиканта. Период полуэлиминации зависит от строения вещества и функционального состояния органов, метаболизирующих и экскретирующих ксенобиотики. В подавляющем большинстве случаев элиминации осуществляется в соответствии с кинетическим уравнением 1-го порядка, т.е. зависимость “концентрация-время” носит экспоненциальный характер (рис. 10). Представление зависимости в координатах “ln концентрации - время”, позволяет преобразовать ее в прямую (рис. 12).

Рисунок 12. Зависимость концентрации вещества в плазме крови от времени после внутривенного введения в системе полулогарифмических координат

Величина угла наклона кривой (lnC/t) называется константой скорости элиминации (Ке), зная которую, легко рассчитать период полуэлиминации (t_1/2). Зная период полуэлиминации, просто оценить время пребывания вещества в организме: при в/в введении вещества - это время приблизительно составляет 5t_1/2. Через этот промежуток времени в организме остается не более 3% от введенного количества токсиканта.

Клиаренс (Cl - мл/мин) - часть абсолютного объема распределения (условно: плазмы крови), полностью освобождающегося от ксенобиотика в единицу времени. Величина клиаренса может быть рассчитана по формуле:

Cl = D/ППК, где

D - доза введенного вещества (мг)

ППК - площадь под кривой (мг мин/мл).