Классификация местных анестетиков
ФАРМАКОЛОГИЯ МЕСТНЫХ АНЕСТЕТИКОВ
Большая часть местных анестетиков состоит из липофильной группы (часто в виде ароматического кольца), соединенной через промежуточную цепь (обычно включающую эфирную или амидную группу) с ионизируемой группой (как правило, третичным амином). Для оптимальной активности требуется баланс между гидрофильными и липофильными группами. Кроме общих физических свойств молекул, большое значение имеет их специфическая стереохимическая конфигурация, что проявляется в различной степени выраженности эффекта у стереоизомеров некоторых соединений. Так как эфирные связи (как в прокаине) легче гидролизуются, чем амидные, эфиры обычно имеют более короткое действие.
Местные анестетики являются слабыми основаниями. Для клинического применения они обычно выпускаются в виде солей, так как это улучшает растворимость и повышает стабильность растворов. В средах организма они существуют либо в виде неионизированного основания,либо в виде катиона. Соотношение этих двух форм зависит от их рКа и рН жидкостей организма в соответствии с уравнением Гендерсона-Хассельбаха:
Катионная форма
log------------------------------------------- = рКа-рН.
Неионизированная форма
Так как рКа большинства местных анестетиков находится в пределах 8.0-9.0, большая их часть в жидких средах организма находится в ионизированном катионном состоянии. Рецепторы для местных анестетиков, с которыми наиболее активно связывается катионная форма, расположены на внутренней стороне поверхности клеточной мембраны. Связавшись с рецептором, катионы с трудом покидают закрытые каналы. Однако для трансмембранного переноса препаратов необходима неионизированная форма. Это частично объясняет значительно меньшую активность местных анестетиков, которую и стоматологи, и хирурги отмечают в воспаленных тканях, поскольку в них снижен рН и очень мала доля неионизированного местного анестетика, диффундирующего в клетку.
Фармакокинетика
Местные анестетики обычно вводят инъекционно в область нервных волокон, проведение по которым необходимо заблокировать. При этом пути введения, абсорбция и распределение не имеют такого значения для времени начала эффекта, какое они имеют для срока окончания анестезии и развития токсического действия на ЦНС и сердечно-сосудистую систему. В случае же локальной аппликации местных анестетиков как начало, так и окончание анестезии определяется способностью препарата к диффузии,
Абсорбция. Системная постинъекционная абсорбция местных анестетиков из места введения зависит от нескольких факторов, в том числе от дозы, места введения, связывания препарата с тканями, присутствия вазоконстрикторов и от физико-химических свойств препарата. Аппликации местных анестетиков на области с богатым кровоснабжением, например на слизистую трахеи, приводят к очень быстрой абсорбции и более высокому уровню препарата в крови, чем после инъекции местного анестетика в зоны с менее активным кровоснабжением, например в сухожилие. При региональной анестезии (проводниковой блокаде крупных нервов) максимальные уровни местного анестетика в крови понижаются в зависимости от места введения в следующем порядке: межреберное > корешковое > эпидуральное > в плечевое сплетение > в область седалищного нерва.
Вещества, обладающие вазоконстрикторными свойствами, например адреналин, уменьшают системную абсорбцию местных анестетиков из депо (места инъекции), снижая в нем кровоток. Это особенно выражено для препаратов среднего и короткого действия, например прокаина, лидокаина и мепивакаина (но не прилокаина). Снижение локального кровотока увеличивает местную концентрацию препарата, а значит, и захват его нервом. Кроме того, на фоне вазоконстрикторов общие токсические эффекты уменьшаются вследствие понижения концентрации анестетика в периферической крови практически в 3 раза. Сочетание снижения системной абсорбции и повышения захвата препарата нервом приводят к продлению действия местного анестетика на 50 %. Такой эффект вазоконстрикторов наблюдается в меньшей степени при применении жирорастворимых местных анестетиков длительного действия (бупивакаин, этидокаин), видимо потому, что их молекулы прочно связываются с тканями. К тому же катехоламины могут таким образом изменять функцию нейронов, что аналгезия продлевается, особенно при воздействии на спинной мозг. Исключением является кокаин в связи с его симпатомиметической активностью.
Распределение. Амидные местные анестетики широко распределяются в организме после внутривенного болюсного введения. Есть сведения, что в некоторых тканях, например жировой, происходит их секвестрация. После начальной фазы быстрого распределения, во время которой препарат скорее всего накапливается в хорошо перфузируемых тканях, прежде всего в мозгу, печени, почках и сердце, наступает медленная фаза распределения в ткани с меньшим кровоснабжением: мышцы и жировую ткань. Вследствие крайне малого периода полувыведения эфирных препаратов в плазме их распределение в тканях не изучено.
Метаболизм и выведение. В печени и в плазме местные анестетики приобретают большую гидрофильность и выводятся с мочой. Так как в неизмененной форме они хорошо проникают через липидные слои, то в этом виде они почти не попадают в мочу. Подкисление мочи вызывает ионизацию третичных оснований до форм, более растворимых в воде. Последние легче выводятся с мочой, так как их реабсорбция затруднена.
Эфирные местные анестетики очень быстро гидролизуются в крови бутирилхолинэстеразой (псевдохолинестеразой). Поэтому их период полувыведения в плазме обычно очень короткий, в частности для прокаина и хлорпрокаина - менее минуты.
Амидные связи местных анестетиков гидролизуются микросомальными ферментами печени. Скорость метаболизма разных препаратов весьма вариабельна: прилокаин (самый быстрый) > этидокаин > лидокаин > мепивакаин > бупивакаин (самый медленный). В результате этого амидные местные анестетики чаще дают токсические эффекты у больных с нарушениями функции печени. Например, средний период полувыведения лидокаина может быть увеличен с 1.8 часов у обычных пациентов до 6 часов и более у пациентов с тяжелыми повреждениями печени. У больных с уменьшенным печеночным кровотоком также следует ожидать замедления инактивации местных анестетиков. Выведение лидокаина у животных после галотановой анестезии идет медленнее, чем у животных, получивших закись азота или кураре. Это может быть связано со снижением печеночного кровотока и вызванной галотаном депрессией микросомально-го ркисления в печени. Пропранолол может продлевать период полувыведения амидных местных анестетиков.
Фармакодинамика
Механизм действия. Возбудимые мембраны аксонов, как и мембраны миокарда и тела нейронов , поддерживают трансмембранный потенциал на уровне от -90 до -60 мВ. Во время возбуждения натриевый канал открывается, и ток натрия внутрь быстро деполяризует мембрану до потенциала равновесия натрия (+40 мВ). Вследствие этой деполяризации натриевые каналы закрываются (инактивируются) и открываются калиевые каналы. Ток калия наружу реполяризует мембрану до потенциала равновесия калия (около -95 мВ); реполяризация возвращает натриевые каналы в состояние покоя. Трансмембранные ионные градиенты поддерживаются натриевым насосом. Эти процессы похожи на процессы в миокарде, поэтому местные анестетики оказывают сходное действие на все эти ткани.
Функция натриевых каналов может быть нарушена несколькими путями. Биологические токсины типа батрахотоксина, аконитина, вератридина и яда некоторых скорпионов связываются с рецепторами каналов и предотвращают инактивацию. Это приводит к пролонгированию тока натрия через канал, а не к блоку проведения, и некоторые исследователи считают эти вещества агонистами по их действию на натриевые каналы. Токсины морских животных,тетродотоксин и сакситоксин, блокируют эти каналы, связываясь с рецепторами вблизи наружной поверхности клетки. Их эффекты несколько напоминают действие местных анестетиков, хотя они и связываются с разными структурами. Местные анестетики связываются с рецептором, расположенным вблизи внутриклеточного участка канала и вызывают время- и потенциалзависимый блок канала.
При прогрессивном повышении концентрации местных анестетиков на поверхности нервного волокна порог возбуждения повышается, проведение импульсов и скорость возникновения потенциалов действия замедляются, амплитуда потенциалов действия снижается и, наконец, способность генерировать потенциал действия исчезает. Такой нарастающий эффект связан с последовательной блокадой анестетиком все большего числа каналов; в каждом канале связывание приводит к блоку натриевого тока. Если ток ионов натрия заблокирован на определенном отрезке длины нерва, проведение по нерву невозможно. При применении препаратов в минимальных дозах, достаточных для блокады проведения, потенциал покоя значительно не изменяется.
Блокада натриевых каналов большинством местных анестетиков зависит от времени и потенциала: каналы в состоянии покоя (доминирующее состояние при более отрицательных потенциалах мембраны) имеют значительно меньшую аффинность к местным анестетикам, чем активные (открытые) или инактивированные каналы (доминирующее состояние при более положительных потенциалах мембраны). Таким образом, эффект препарата в какой-либо концентрации более выражен в активных действующих аксонах, чем в находящихся в состоянии покоя )...
Между деполяризациями аксона часть натриевых каналов восстанавливается от блокады местными анестетиками. Это восстановление идет в 10-1000 раз медленнее, чем восстановление каналов от нормальной физиологической инактивации. В результате удлиняется рефрактерный период, и нерв может проводить меньшее количество импульсов.
Повышение уровня внеклеточного кальция частично блокирует действие местных анестетиков за счет увеличения поверхностного потенциала мембраны, которое переводит ее в состояние покоя. Наоборот, повышение концентрации внеклеточного калия деполяризует мембранный потенциал и стимулирует инактивацию. Это усиливает эффект местных анестетиков.
Хотя было показано, что местные анестетики блокируют много других каналов, в том числе и химически регулируемые синаптические каналы, не доказана значительная роль этих эффектов в клиническом действии препаратов. С другой стороны, экспериментальные исследования нервных волокон и миокардиоцитов показали, что препараты, которые продлевают потенциал действия, могут значительно повышать чувствительность натриевых каналов к блокаде местными анестетиками (Drachman, 1991). Это можно объяснить тем, что аффинность активированных и инактивированных каналов к местным анестетикам выше, чем аффинность каналов в состоянии покоя.
Характеристики структуры и активности местных анестетиков. Чем меньше и липофильнее молекулы, тем быстрее они взаимодействуют с рецептором натриевого канала. Эффект также находится в прямой связи с растворимостью в жирах, если при этом гидрофильность препарата достаточна, чтобы диффундировать в место действия. Лидокаин, прокаин и мепивакаин более водорастворимы, чем тетракаин, этидокаин и бупивакаин. Последние препараты действуют сильнее и дольше.
Действие на нервные волокна. Местные анестетики могут блокировать любые нервные волокна, ноих действие не ограничивается только потерей чувствительности. Паралич двигательных волокон иногда полезен, однако он сужает возможности пациента выполнять указания врача, например при родах. Во время спинальной анестезии двигательный паралич может вызвать нарушения дыхания, а блокада вегетативных нервов - гипотензию. Разные нервные волокна отличаются по чувствительности к действию местных анестетиков, это зависит отих миелинизации и размера. При воздействии местного анестетика на корешок нерва тонкие волокна В и С блокируются первыми, затем волокна а. Таким образом, проведение боли исчезает первым, затем подавляются другие виды чувствительности, а далее и двигательные функции.
Классификация местных анестетиков
- Сложные эфиры бензойной кислоты (кокаин, бенкаин)
- Сложные эфиры пара-аминобензойной кислоты (новокаин)
- Сложные эфиры аминобензойной и бензойной кислот (дикаин)
- Амиды гетероциклической и ароматической кислот (совкаин, новокаинамид)
- Амиды ароматических аминов -анилиды (лидокаин, бупивакаин, мепивакаин)
В настоящее время наиболее широко используются две группы местных анестетиков - эфиры (новокаин, дикаин) и амиды (лидокаин, бупивакаин, ропивакаин).
Токсичность
В конечном итоге местные анестетики абсорбируются из места введения. Если их уровень в крови значительно поднимается, то развиваются эффекты на некоторые органы и системы.
ЦНС. Еще с доисторических времен аборигены в Перу жевали листья растения Erythroxylon coca, источника кокаина, для повышения тонуса и снятия усталости. Значительные эффекты, затрагивающие ЦНС, можно получить вдыханием порошкообразного кокаина в нос и курением кокаина в форме основания. Кокаин стал наиболее часто употребляемым наркотиком. Считалось, что другие местные анестетики не обладают таким эйфоригенным эффектом кокаина. Однако некоторые исследования показали, что привыкшие к кокаину наркоманы не могут отличить интраназальный кокаин от лидокаина, используемого таким же путем.
Другие центральные эффекты включают сонливость, головокружение, зрительные и слуховые нарушения и двигательное беспокойство. В более высоких концентрациях любые местные анестетики (в том числе и кокаин) могут вызывать нистагм, дрожь и, наконец, тоникоклонические судороги с последующей депрессией ЦНС и смертью. Очевидно, что местные анестетики подавляют корковые тормозящие пути, результатом чего является бесконтрольная активность возбуждающего компонента. ;)i<i стадия несбалансированного возбуждения может затем перейти в генерализованное торможение ЦНС, если и дальше повышать уровень местных анестетиков.
Наиболее серьезные общие токсические реакции этих препаратов связаны с развитием судорог вследствие их избыточных концентраций в крови. Лучший метод предотвращения судорог - это использование минимальной дозы анестетика, необходимой для анестезии. При неизбежности применения больших доз для профилактики судорог целесообразна премедикация бензодиазепинами, например диазепамом в дозе 0.1-0.2 мг/кг парентерально. При возникновении судорог необходимо предотвратить гипоксемию и ацидоз. Хотя оксигенотерапия не предотвращает развитие судорог, гипероксемия после их начала считается благоприятным фактором. Наоборот, гиперкапния и ацидоз повышают риск развития судорог. Следовательно, для терапии судорог рекомендуется гипервентиляция. Гипервентиляция повышает рН крови, что понижает содержание внеклеточного калия. Это гиперполяризует трансмембранный потенциал аксонов, что стимулирует развитие низкоаффинного состояния покоя натриевых каналов, приводящее к снижению системной токсичности местных анестетиков.
Судороги, вызванные местными анестетиками, можно лечить и малыми дозами короткодействующих барбитуратов, например тиопенталом в дозе 1 -2 мг/кг или диазепамом - 0.1 мг/кг внутривенно. Двигательный компонент судорог можно подавить короткодействующим миорелаксантом, в частности сукцинилхолином (0.5-1 мг/кг внутривенно). Следует подчеркнуть, что сукцинилхолин не влияет на ЭЭГ - картину центральных корковых процессов развития судорог. В особо тяжелых случаях судорог интубация совместно с введением сукцинилхолина и механической вентиляцией легких помогает предотвратить аспирацию желудочного содержимого и облегчить проведение гипервентиляции.
Периферическая нервная система (нейротоксичность). При аппликации слишком больших доз все местные анестетики могут оказывать токсическое действие на ткань нерва. Описано несколько случаев остаточных чувствительных и двигательных нарушений после спинальной анестезии с введением слишком больших объемов хлорпрокаина. Неизвестно однако, обладает ли хлорпрокаин большей нейротоксичностыо, чем другие местные анестетики.
Сердечно-сосудистая система. Действие местных анестетиков на сердечно-сосудистую систему частично связано с прямым эффектом на мембраны гладких мышц и миокарда и непрямым эффектом на вегетативные нервные волокна. Как указано в местные анестетики блокируют натриевыс каналы в миокарде и этим подавляют аномальную пейсмекерную активность, возбудимость и проводимость. Все эти препараты, кроме кокаина, также уменьшают силу сердечных сокращений и вызывают расширение артерий, что приводит к гипотензии. Сердечно-сосудистый коллапс и смерть возникают только при использовании больших доз, но иногда они случаются и при применении сравнительно малых доз для инфильтрационной анестезии.
Как уже говорилось, кокаин отличается от других местных анестетиков по своим эффектам на сердечно-сосудистую систему. Блокада обратного захвата норадреналина приводит к вазоконстрикции и гипертензии. Это может ухудшить общее состояние больного при аритмиях. Вызванная кокаином вазоконстрикция может привести к ишемии слизистой носа, а при хроническом использовании - к изъязвлению слизистой и даже к повреждению носовой перегородки. Эти вазоконстрикторные свойства кокаина можно использовать в клинике для уменьшения кровоточивости слизистой оболочки носоглотки при ее повреждении.
Бупивакаин более кардиотоксичен, чем другие местные анестетики. Описано несколько случаев развития не только судорог, но и сердечно-сосудистою коллапса после случайной внутривенной инъекции бупивакаина. Реанимация при этих со-стояниях была особо трудной или безуспешной. Экспериментальные исследования на животных подтвердили, что бупивакаин действительно токсичнее других местных анестетиков при внутривенном введении. Это связано с тем, что блокада натриевых каналов бупивакаином усилена большей длительностью потенциала действия миокардиоцитов по сравнению с нервными волокнами. В отличие от лидокаина блокирующий эффект бупивакаина проявляется при нормальной частоте сердечных сокращений. Исследования показали, что самое частое изменение ЭКГ при интоксикации бупивакаином - это медленный идиовентрикулярный ритм с широкими комплексами QRS и электромеханической диссоциацией. Реанимация проводится обычными поддерживающими методами (своевременной коррекцией ацидоза гипервентиляцией и введением бикарбоната), а также активным использованием адреналина, атропина и бретилиума.Ропивакаин - это новый исследуемый амидный местный анестетик, похожий по местным эффектам на бупивакаин. Предварительные данные показывают, что он обладает меньшей кардиотоксичностью, чем бупивакаин.
Кровь. Введение больших доз (> 10 мг/кг) прилокаина для региональной анестезии может привести к кумуляции метаболита (9-толуидина - окислителя, который способен переводить гемоглобин в метгемоглобин. При наличии достаточного количества метгемоглобина (30-50 мг/л) у пациента развивается цианоз. Такие уровни метгемоглобинемии переносимы для здоровых людей, но могут вызвать декомпенсацию у пациента с заболеванием сердца или легких, что требует немедленного лечения. В этих случаях применяют восстановители типа метиленового синего или аскорбиновой кислоты для быстрого перевода метгемоглобина в гемоглобин.
Аллергические реакции. Эфирные местные анестетики метаболизируются до дериватов р-аминобензойной кислоты. Эти продукты вызывают аллергические реакции у некоторых больных. Амиды не метаболизируются до р-аминобензойной кислоты, и аллергические реакции на препараты этой группы крайне редки.