Метаболизм чужеродных соединений
Большинство чужеродных соединений органической природы подвергается в организме животных и человека метаболизму ( от греческого слова metabole – превращение, переход из одного состояния в другое, перемена).
Метаболизм чужеродных соединений направлен на введение в их молекулы группировок, обуславливающих увеличение полярности (гидрофильности или водорастворимости молекул) для ускорения выведения веществ почками и уменьшения токсичности.
Эти превращения осуществляются состемой энзимов, главным образом, печени. Различают микросомальные реакции, в которых участвуют ферменты микросомальной фракции печени, и немикросомальные, которые катализируются ферментами, локализованными в других местах. Основываясь на химической природе этих реакций, их более детально можно классифицировать следующим образом:
Основные пути биотрансформации чужеродных соединений:
1. Окисление:
а) микросомальное – алифатическое и ароматическое гидроксилирование;
- эпоксидирование,
- N-гидроксилирование,
- N,S - окисление;
- дезалкилирование,
- дезаминирование,
- десульфирование,
б) немикросомальное – окислительное дезаминирование;
-окисление спиртов, альдегидов,
-ароматизация алициклических соединений.
2. Восстановление:
а) восстановление нитросоединений, азосоединений микросо- мальными ферментами;
б) микросомальное восстановительное галогенирование;
в) немикросомальное восстановление.
3. Гидролизс участием микросомальных и немикросомальных ферментов.
4. Синтез(реакции конъюгирования):
а) образование конъюгатов с глюкуроновой кислотой,
б) образование сложных эфиров с серной и фосфорной кислотами;
в) метилирование;
г) ацетилирование;
д) пептидная конъюгация.
У большинства веществ метаболизм протекает в два этапа. На первом этапе идут несинтетические реакции (окисления, восстановления, гидролиза), на втором – реакции синтеза. Для того, чтобы вступить в реакции синтеза, вещество должно иметь в своей структуре соответствующие функциональные группы – NH2, -OH, -COOH и др. Если таких групп нет, то соединение может их получить с помощью одной из несинтетических реакций.
Образующиеся в результате синтеза конъюгаты (парные соединения), как правило, не обладают токсичностью и легко выводятся из организма почками с мочой. Однако, конъюгаты с белковыми молекулами могут выступать в роли антигенов и приводить к выработке антител на исходное вещество. В результате при повторном приёме возникают аллергические реакции, вплоть до анафилактического шока.
Факторы, влияющие на метаболизм чужеродных соединений
1. Генетические факторы и внутривидовые различия (возможны генетические де
фекты ферментов, их изучением занимается фармакогенетика).
2. Физиологические:
а) возраст и развитие ферментных систем;
б) половые различия;
в) гормональный фон;
г) беременность;
д) питание;
е) патологические состояния, заболевания;
ж) длительное применение лекарств.
3. Факторы окружающей среды:
а) стресс;
б) ионизирующая радиация;
в) стимулирование метаболизма чужеродными соединениями,
г) ингибирование метаболизма чужеродными соединениями.
Выделение чужеродных соединений
Чужеродные соединения и их метаболиты выделяются, главным образом, с мочой и желчью. Однако они могут выводиться и с выдыхаемым воздухом, слюной, слезами, молоком, потом, секрецией в желудок и другие разделы желудочно-кишечного тракта.
Выделение почками состоит из трёх различных процессов, а именно: клубочковой фильтрации, активного и пассивного канальцевого транспорта.
1. Фильтрация через клубочковую мембрану нефрона. В результате образуется ультрафильтрат плазмы крови, который содержит чужеродные вещества и их метаболиты приблизительно в той же концентрации, как в крови. Белок плазмы и комплексы «белок –соединение» в этом случае не фильтруются и остаются в крови. Таким образом, соединения, прочно связанные с белками, практически не выделяются с мочой.
2. Активное выделение ионизированных молекул клетками проксимальных канальцев. Соединения, выделяемые путём активного транспорта, высокоионизированы и могут выводится в канальцевую мочу против высоких концентрационных градиентов (органические кислоты и основания). При выведении лекарственного вещества преимущественно канальцевой секрецией величина его связывания с белками не играет существенной роли, т.к. канальцы секретируют не только свободные, но и связанные с белками соединения.
Выделяемые по механизму активного транспорта вещества конкурируют друг с другом, и скорость выделения одного изменяется при появлении другого. Этот феномен используется в фармакологической практике для замедления выделения лекарств и поддержания их концентрации в крови на терапевтическом уровне.
3.Пассивный канальцевый транспорт. Подобно другим биологическим мембранам канальцевый эпителий, в частности, в дистальных канальцах, ведёт себя как липопротеиновый барьер, пропуская липидорастворимые, неионизированные молекулы. Поэтому липидорастворимые соединения подвергаются обратному всасыванию (реабсорбции) в кровь посредством простой диффузии в дистальных канальцах нефрона. Соединения, плохо растворимые в жирах, реабсорбируются лишь частично (например, веронал). Более того, соединения, которые в моче ионизированы в большей степени, чем в плазме крови, имеют тенденцию к диффундированию через канальцевый эпителий из крови в клубочковый фильтрат. Величина рН мочи колеблется в норме между 4,8 и 7,5 (в среднем значение рН 5,8).
Когда канальцевая моча более щелочная, чем плазма, в мочу легко проникают слабые кислоты с рКа = 3-7,5 (барбитураты, салицилаты, сульфаниламиды) и, наоборот, если канальцевая моча более кислая, в неё переходят слабые основания с рКа = 7-11. При рН мочи равной рН плазмы (7,4) экскреция не будет зависеть от величины рКа.
Выделение с выдыхаемым воздухом. Многие летучие соединения, индекс липорастворимости которых мал, выделяются неизменёнными с выдыхаемым воздухом путём процесса, аналогичного перегонке с водяным паром. Бензол, фторбензол, хлорбензол выделяются по этому пути интенсивно, а бромбензол, нитробензол, анилин – менее интенсивно.
Как правило, с воздухом выделяется нативное вещество и его ближайшие метаболиты (например, этанол и ацетальдегид). Очень редки случаи, когда в процессе метаболизма из нелетучих соединений образуются летучие. Тогда выделение также идёт через лёгкие.
Выделение через желудочно-кишечный трактиграет значительно меньшую роль. Практическое значение этот путь имеет только для солей тяжёлых металлов и некоторых лекарственных и наркотических веществ (каннабиноиды на 65% выделяются с желчью, производное фенотиазина – тиоридазин – на 9%).
Выделение чужеродных соединений в незначительной степени происходит также путём пассивного транспорта неионизированных молекул в секреты различных желёз.
Нередко чужеродные вещества и их метаболиты выделяются сразу несколькими путями, например, этиловый спирт на 90% метаболизирует, и лишь 10% его выделяется в неизмененном виде, причём с выдыхаемым воздухом – 7%, 3% выделяется с мочой и в небольших количествах со слюной, потом и др.