Чаще при описании процессов выделения веществ из организма оценивают концентрацию экскретов в плазме

Процессы, при которых скорость пропорциональна концентрации, называются процессами первого порядка. Другими словами, если скорость (R) экскреции вещества (а) пропорциональна его концентрации (С), т.е. R_a ~ C¹, то экскреция происходит в соответствии с кинетикой первого порядка.

Однако если скорость экскреции не изменяется, несмотря на изменение концентрации вещества, т.е. R_a ~ C⁰, то экскреция происходит в соответствии с кинетикой нулевого порядка.

Для полноты объяснения следует заметить, что если скорость экскреции вещества пропорциональна квадрату концентрации этого вещества, т.е. R_a ~ C², то она происходит в соответствии с кинетикой второго порядка[V.G.22] .

Таким образом, «порядок» процесса экскреции представляет собой ито­говые величины концентрации вещества в жидкостях, составляющих внутреннюю среду организма, в разные сроки, что выражено в уравнении, отображающем связь скорости экскреции с кон­центрацией.

Принято считать, что боль­шинство веществ подвергаются процессам экскреции в соответствии с кинетикой первого порядка. Это означает, что при увеличении экскреции [V.G.23] вещества стационарная [V.G.24] концентрация его в плазме увеличивается пропорционально. Справедливо и обратное: пос­кольку скорость экскреции пропорциональна концентрации, постольку уменьшение первой пропорционально снижению вто­рой. Следовательно, время, за которое любая концентрация вещества умень­шается наполовину (на 50 %), всегда одинаково.

Таким образом, для каждого экскретируемого вещества можно рассчитать единый показатель — период полупребывания вещества в плазме (Т_1/2). Более часто употребляется термин «Т_1/2 плазмы». Наиболее важным показателем очищения организма от экскрета служит именно этот показатель.

Если постоянная концентрация экскретируемого вещества в среде не поддерживается, а поступление его в плазму было однократное, Т_1/2 можно определить способом показанном на рис. .

[V.G.25]

Рис. . Определение периода полувыведения экскретируемого вещества. По оси абсцисс откладывается время (t), а по оси ординат — концентрация экскретируемого вещества в исследуемом компартменте (q). q0— начальная концентрация вещества, T1/2 — период полувыведения.

Кривые подобные графику, показанному на рис. называют кривыми очищения или клиренсовыми кривыми (от английского clearance — очищение).

Чем меньше Т_1/2 , тем более интенсивно (с большей скоростью) выводится вещество (рис. ).

Рис. . Определение периода полувыведения для различных экскретируемых веществ. По оси абсцисс откладывается время (t), а по оси ординат — концентрация экскретируемого вещества в исследуемом компартменте (q). q0— начальная концентрация вещества. T1/2 А < T1/2 В., значит экскреция вещества А более интенсивна.

По клиренсу (клиренсовым кривым) оценивается функциональное состояние многих экскретирующих систем. Существуют понятия почечный клиренс, печеночный клиренс, мукоцилиарный клиренс и т.д. Кроме этого исследуют клиренс коллоидов, красителей и других экскретируемых веществ.

Часто вещество выводится не одним органом экскреции (например, печенью и почками). В этом случае различают суммарный и раздельный клиренс по этому веществу.

,

где T_{1/2 общ.} — показатель общего клиренса,

T_{1/2 A.} и T_{1/2 B} — показатели раздельных клиренсов органа А и B соответственно.

При однократном поступлении экскретируемого вещества, если необходимо охарактеризовать интенсивность процессов экскреции T_1/2 разумнее определять на «хвосте» кривой. Снижение клиренсовой кривой сразу после поступления вещества в большой степени обусловлено процессами разведения вещества в жидкостном компартменте, а не только его экскрецией. T_1/2 , определённый на «хвосте» клиренсовой кривой, как правило больше T_1/2 , определённого в начале клиренсовой кривой.

Период полувыведения (T_1/2) также определяют, принимая за «исходный» момент максимальное накопление вещества в органе экскреции (печени, почках) (рис. ).

Рис. . Определение периода полувыведения экскретируемого вещества после достижения максимального накопления в компартменте. По оси абсцисс откладывается время (t), а по оси ординат — концентрация экскретируемого вещества в исследуемом компартменте (q). qmax— максимальная концентрация вещества, tmax — момент максимального накопления вещества в компартменте, t1/2 — момент снижения кривой накопления вещества в компартменте в два раза, T1/2 — период полувыведения равен.

Клиренсовые кривые часто характеризуют показателими, индексами сравнивающими амплитуды (значения кривой в разные моменты времени (рис. ).

[V.G.26]

Рис. . Определение индекса выведения (k). По оси абсцисс откладывается время (t), а по оси ординат — концентрация экскретируемого вещества в исследуемом компартменте (q). q1 и q2— концентрация вещества в момент времени t1 и t2 соответственно.

Например, об интенсивности экскреции почками гиппурана, судят по показателю Винтера (отношению значения концентрации вещества в плазме крови на 16-й минуте к значению концентрации на 4-й минуте). Об интенсивности экскреции печенью бенгальского розового красителя, судят по индексу ретенции (задержки) — отношению значения концентрации вещества в плазме крови на 20-й минуте к значению концентрации на 5-й минуте.

Подробнее о процессах нулевого порядка.

Условия[V.G.27] , при которых скорость экскреции не пропорциональна количеству вещества, а процессы, регулирующие кинетику этого типа, называют ограниченными по скорости, или нулевого порядка, или, иначе, они свидетель­ствуют о кинетике насыщения. На практике про­цессы активного транспорта практически всегда ограничены в скорости, так как структуры обеспечивающие транспорт, присутствуют в ограниченном ко­личестве и насыщаются.

Вспомним! Пассивная диффузия относится к процессам ненасыщаемым, облегчённая диффузия — насыщаемым.

Кинетика нулевого порядка обусловливает очень важные последствия. Разберём это на следующем примере. Алкоголь (этаноловый спирт) относится к веществам, кинетика которого имеет большое значение, так как представляет собой средство, важное как для индивидуума, так и для общества в целом. Для алкоголя характерна кинетикой первого порядка с Т_1/2, составляющим примерно 1 ч, при концентрации в плазме до 100 мг/л. При превышении этой концентрации ферментативные процессы, превращающие этанол в ацетальдегид (алкогольдегидрогеназу), приближаются к уровню, при котором наступает насыщение и скорость метаболизма этанола больше не увеличивается.

Представим себе человека с массой тела порядка 70 кг, у которого жизнь несчастна до такой степени, что он выпивает примерно половину бутылки водки. Тогда содержание алкоголя, выпитого за короткий промежуток времени, в организме этого несчастного составит 120 г, а концентрация этанола в его крови составляет примерно 2500 мг/л.[Б28] Алкоголь всасывается, и в состоянии сильного опьянения в полночь человек засыпает.

Если метаболизм этанола происходил бы в соответствии с кинетикой первого порядка, с Т_1/2 равном 1 ч, на протяжении всего периода после приема концентрация алкоголя в крови уменьшалась бы наполовину каждый час. Это означает, что в 8 ч следующего утра концентрация алкоголя в крови составляла бы менее 10 мг/л[Б29] .

Однако после приема такого большого количества алкоголь элиминируется в соответствии с кинетикой нулевого порядка и поэтому за час метаболизируется около 8 г его[Б30] . Через 8 ч из организма элиминируется 64 г[Б31] , и в нем останется 56 г (70 мл), при этом концентрация в крови составляет примерно 1200 мг/л, в связи, с чем с ним может произойти большое несчастье. При проверке в крови обнаруживается алкоголь, несмотря на то, что утром он не принимал его. Таково различие между кинетикой первого и нулевого порядков.

Камерные модели при изучении выделения. Для анализа процессов экскреции удобнее условно представить организм в упрощенной форме, а не как сложный комплекс тканей и жидких сред, т.е. представить его как единое однородное образование, или камеру, в которой находится экскретируемое вещество в распределенном виде и из которой происходит его элиминация в соответствии с кинетикой первого порядка. Такое упрощенное моделирование организма при изучении фармакокинетики оправдало себя. Благодаря такой модели можно математически рассчитать, что концентрация препарата уменьшается во времени экспоненциально и взаимосвязь между логарифмом концентрации и временем представлен прямой линией, т.е. кинетика препарата происходит в соответствии с однокамерной моделью.

В дальнейшем были разработаны двух- и трехкамерные модели, однако в настоящей лекции они не обсуждаются.

В последнее время на смену камерным моделям кинетики веществ приходят вероятностные.