lekc3_ Фармакокинетика. Лекция 3 Классификация ядов. Общая характеристика токсического действия
 Скачать 1.51 Mb.
|
ЛЕКЦИЯ №3 Классификация ядов. Общая характеристика токсического действия. Формирование токсического эффекта. Физико-химические характеристики токсических веществ. Применение при решении вопросов биохимической и аналитической токсикологии. Яд – вещество, вызывающее отравление или смерть при попадании в организм. Интоксикация (отравление) (intoxicatio; ин- + греч. toxikon яд) - патологическое состояние, вызванное общим действием на организм токсических веществ эндогенного или экзогенного происхождения. Абсолютных ядов в природе не существует, то есть нет таких химических веществ, которые способны приводить к отравлению при любых условиях. Токсическое действие химического вещества зависит от: Отравление – это «химическая травма» Токсическое действие химического вещества зависит от: • его дозы (токсической); • физических и химических свойств; • условий применения (путь введения, наличие и качество пищи в желудке); • состояние организма человека (пол, возраст, болезнь, вес, генетические факторы и др.) • присутствия других веществ, вместе с которыми вводится яд в организм. При этом действие ядов может усилиться – проявляется синергизм (например, барбитураты или алкалоиды с алкоголем), или ослабляться. Классификация веществ, вызывающих отравление. 1. Химическая классификация: • Органические • Неорганические • Элементорганические. 2. Практическая классификация: • Промышленные яды: органические растворители (дихлорэтан, четыреххлористый углерод), топливо(пропан, бутан), красители (анилин, индофеноловые соединения), хладоагенты (фреоны), химические реагенты (метанол, уксусный ангидрид), пластификаторы (диметилфталат). • Пестициды –инсектициды, зооциды, 3. Гигиеническая классификация: • Чрезвычайно токсичные (DL при введении в желудок < 15 мг/кг • Пестициды –инсектициды, зооциды, фунгициды, бактерициды и т.д. • Лекарственные средства • Бытовые токсиканты – пищевые добавки, средства санитарии, личной гигиены, средства ухода за одеждой, мебелью, автомобилями и др. • Биологические растительные и животные яды • Боевые отравляющие вещества (зарин, иприт, фосген и др.) (DL 50 при введении в желудок < 15 мг/кг • Высокотоксичные (DL 50 15 -150 мг/кг) • Умереннотоксичные (DL 50 151 -5000 мг/кг) • Малотоксичные (DL 50 > 5000 мг/кг) 4. Токсикологическая классификация: Токсичные вещества Особенности действия Цианиды и синильная кислота, угарный газ, этанол, этиленгликоль Общетоксическое действие (гипоксические судороги, отек мозга, параличи) Летучие яды (хлорпроизводные углеводородов, уксусная кислота, арсин, пары металлической ртути) Кожно-резорбтивное действие с общетоксическими явлениями Фосфорорганические инсектициды (карбофос), алкалоиды (никотин) Нервно-паралитическое действие (бронхоспазм, удушье, судороги и (карбофос), алкалоиды (никотин) (бронхоспазм, удушье, судороги и параличи) Наркотические и психотропные вещества Психотропное действие (нарушение психической активности) Оксиды азота, фосген Удушающее действие (токсический отек легких) Хлорпикрин (трихлорнитрометан), пары кислот и щелочей Слезоточивое и раздражающее действие (раздражение слизистых оболочек) 5. Классификация по «избирательной токсичности»: Характер «избирательной токсичности» Токсичные вещества «Сердечные яды» - Кардиотоксическое действие (нарушение ритма и проводимости сердца, токсическая дистрофия миокарда) Сердечные гликозиды, трициклические антидепрессанты, растительные яды, животные яды, соли бария и калия «Нервные яды» - Нейротоксическое действие (нарушение психической активности, токсическая кома, параличи) Психофармакологические средства (наркотики, транквилизаторы, снотворные), фосфорорганические соединения, угарный газ, алкоголь и его суррогаты «Печеночные яды» - Гепатотоксическое Хлорированные углеводороды, ядовитые «Печеночные яды» - Гепатотоксическое действие (токсическая гепатопатия) Хлорированные углеводороды, ядовитые грибы, фенолы и альдегиды «Почечные яды» - Нефротоксическое действие (токсическая нефропатия) Соединения тяжелых металлов, этиленгликоль, щавелевая кислота «Кровяные яды» - Гематоксическое действие (гемолиз, метгемоглобинемия) Анилин и его производные, нитриты, мышьяковистый водород «Желудочно-кишечные яды» - Гастроэнтеротоксическое действие (токсический гастроэнтерит) Концентрированные кислоты и щелочи, соединения тяжелых металлов и мышьяка. 6. Классификация веществ, вызывающих отравление при ХТА. I. Токсические вещества органической природы. 1. Группа токсикологически важных веществ, изолируемых дистилляцией («летучие яды»): синильная кислота, спирты, этиленгликоль, алкилгалогениды (хлороформ, хлоралгидрат, четыреххлористый углерод, дихлорэтан), формальдегид, ацетон, фенол, уксусная кислота. 2. Группа токсикологически важных 1. Группа токсикологически важных веществ, изолируемых минерализацией: «металлические яды» - соединения Ва, Pb, Mn, As, Cu, Sb, Bi, Hg и др. 2. Группа токсикологически важных веществ, изолируемых экстракцией водой: II. Токсикологические вещества неорганической природы. 2. Группа токсикологически важных веществ, изолируемых экстракцией и сорбцией: лекарственные средства (барбитураты, алкалоиды, синтетические лекарственные вещества – 1,4-бензодиазепины, производные фенотиазина, фенилалкиламины); наркотические вещества (каннабиноиды, эфедрон); пестициды (ФОС, хлорорганические – гептахлор, гексахлорциклогексан, производные карбаминовой кислоты – севин). веществ, изолируемых экстракцией водой: кислоты (серная, азотная, соляная), щелочи (гидроксиды натрия, калия, аммония), нитраты и нитриты. 3. Группа токсикологически важных веществ, требующих особых методов изолирования: соединения фтора. 4. Группа веществ, не требующих особых методов изолирования: вредные пары и газы, оксид углерода. Доза – количество вещества, введенное или попавшее в организм (отнесенное как правило, единице массы тела человека или животного) и дающее определенный токсический эффект. Доза токсическая - доза, вызывающая в организме патологические изменения, не приводящие к смертельному исходу. Токсические дозы занимают диапазон доз от минимальной токсической до минимальной смертельной. Доза токсическая минимальная (MTD) - это пороговая доза в отношении эффекта, выходящего за пределы нормальных физиологических реакций. Доза смертельная минимальная ( MLD) - доза, вызывающая за фиксированный период времени гибель единичных, наиболее чувствительных подопытных животных; принимается за нижний предел дозы смертельной. Полный (общий, ненаправленный) судебно-химический анализ проводится обязательно на вещества 1,2 групп из веществ органической природы и 1 группу из веществ неорганической природы, т.е. на группы «летучих», «лекарственных» и «металлических» ядов и пестициды. принимается за нижний предел дозы смертельной. Доза смертельная средняя (DL 50 ) - доза, вызывающая за фиксированный период времени гибель 50% подопытных животных. Доза смертельная абсолютная (DL 100 ) - доза, вызывающая за фиксированный период времени гибель не менее, чем 99% подопытных животных. размерность мг/кг, мкг/кг, моль/кг (СИ). Формирование токсического эффекта включает 4 стадии: - доставка токсиканта к органу- мишени; - взаимодействие с эндогенными молекулами –мишенями и другими рецепторами токсичности; - инициирование нарушений в структуре и/или функционировании клеток; - восстановительные процессы на молекулярном, клеточном и - восстановительные процессы на молекулярном, клеточном и тканевом уровнях. Биотрансформация ксенобиотика с образованием токсичных продуктов называется метаболической активностью или летальным синтезом. Биотрансформация, сопровождающаяся снижением содержания токсиканта в организме, называется детоксикацией. Мишени для токсикантов – практически все эндогенные соединения: 1. Макромолекулы, находящиеся либо на поверхности, либо внутри отдельных типов клеток (чаще всего это внутриклеточные ферменты). 2. Нуклеиновые кислоты (особенно ДНК) 3. Белки 4. Клеточные мембраны 4. Клеточные мембраны 5. Ферменты (мишень в основном для токсического метаболита), т.к. сам фермент ответственен за синтез этого метаболита. на молекулярном уровне токсичность – это химическое взаимодействие между токсикантом и молекулой-мишенью. Взаимодействие химических веществ с рецепторами токсичности. «Оккупационная» теория Кинетическая теория Неспецифические взаимодействия Механизм - лиганд-рецепторный Рецептор токсичности (Пауль Эрлих 1900 г) – это химически активная группировка, в норме участвующая в метаболизме клетки, к которой способна присоединится молекула ксенобиотика. максимальный токсический эффект наблюдается при полном заполнении рецепторов токсикантом «Оккупационная» теория Tox + R ↔ Tox –R ] [ ] [ ] [ R Tox R Tox K ] [ ] [ R Tox К – константа равновесия; [Tox] – равновесная концентрация токсиканта (молекулы, иона, радикала); [R] – равновесная концентрация рецептора (молекулярного, клеточного); [Tox-R] – равновесная концентрация продукта взаимодействия. Кинетическая теория максимальный ответ на токсическое воздействие определяется скоростью и механизмом связывания токсиканта с рецептором. Внутренняя активность токсиканта (R/N зан ) - способность давать токсический эффект (ответ организма R) при минимальном заполнении рецепторов (N зан ). Классы токсикантов, взаимодействующих с рецепторами: • антагонисты (ингибирует действие нативных субстратов (эндогенных соединений), блокируя их связывание с рецепторами ), • агонисты, • частичные агонисты (активируют рецепторы, взаимодействуя с ними, и дают токсический эффект, равный или превышающий эффект нативного субстрата). - «токсикомиметики» Математическая зависимость между ответом и дозой (концентрацией) ) ( 50 max D D D R R R – ответ при дозе токсиканта D; R max - максимально возможный ответ на воздействие; D 50 - доза токсиканта, вызывающая ответ, равный половине максимального. D R D R R 1 1 1 max 50 max ТОКСИЧНОСТЬ КСЕНОБИОТИКА Физико-химические свойства биологической среды Устойчивость вещества –энергия Гиббса Проницаемость клеточных Растворимость Липофильность Физико-химические свойства ксенобиотика Адсорбционные свойства Проницаемость клеточных мембран Кислотно-основные свойства Диффузионная способность Окислительно- восстановительный потенциал Поверхностная активность Способность к электрической диссоциации (ионизации) Способность к комплексообразованию Физико-химические характеристики токсиканта и биологической среды, влияющие на механизмы токсичности. 1. Влияние растворимости ксенобиотика в биологических средах на его токсичность. а) Межфазные переходы тв↔ж, диаграммы рН-растворимость. б) Межфазные равновесия ж 1 ↔ж 2 , коэффициент распределения. в) Влияние кислотно-основной природы ксенобиотиков и рН в) Влияние кислотно-основной природы ксенобиотиков и рН биосред на межфазные равновесия ж 1 ↔ж 2 г) Влияние окислительно-восстановительного потенциала Е 0 и рН среды на токсичность ксенобиотика. Диаграммы рН-потенциал для биосред и токсикантов. 2. Корреляция структуры ксенобиотика и его токсичности. Топологические индексы. Токсикокинетика чужеродных соединений. Общие закономерности распределения веществ в организме. Факторы, влияющие на распределение. Основные токсикокинетические параметры распределения. Математические модели, характеризующие протекание фармакокинетических процессов. Токсикокинетика – раздел биохимической токсикологии, в рамках которого изучаются закономерности, а также качественные и количественные характеристики резорбции, распределения, биотрансформации ксенобиотиков в организме и их элиминации. Важнейшие характеристики веществ, влияющие на его токсикокинетические параметры : - коэффициент распределения в системе масло/вода; - размер молекулы; - константа диссоциации; - химические свойства. Свойства организма, влияющие на токсикокинетику ксенобиотиков: - соотношение воды и жира в клетках, тканях и органах; - наличие молекул, активно связывающих токсикант. ксенобиотиков: Свойства компартментов: Свойства биологических барьеров: - толщина; - наличие и размеры пор; - наличие или отсутствие механизмов активного или облегченного транспорта химических веществ. Транспорт токсичных веществ через клеточные мембраны Пассивный Специальный x C DS dt dn Закон Фика: D, (м 2 /с) – коэффициент диффузии ксенобиотика; S, (м 2 ) – площадь поверхности мембраны; x C (моль/м 3 *м) – градиент концентрации ксенобиотика по обе стороны мембраны; x, (м)– толщина мембраны. Пути поступления, абсорбции, распределения и выведения токсикантов. Поступление Трансдермальное На распределение органических веществ влияют следующие факторы: 1. Индекс липорастворимости 2. Способность проникать через клеточные мембраны. 3. Сродство к макромолекулярным структурам и белкам. Распределение неорганических веществ связанно с физико-химическим взаимодействием с биологическими структурами тканей. Барьеры при распределении ксенобиотиков. Гематоэнцефалический Плацентарный 1. Эндотелиальные клетки ЦНС тесно примыкают друг другу; 2. Клетки содержат АТФ-зависимый белок переносчик; 3. Эндотелий капиляров ЦНС покрыт снаружи глиальными клетками, липидные мембраны которых играют роль 1. Активная транспортная система 2. Биотрансформационные ферменты мембраны которых играют роль дополнительной защиты; 4. Концентрация белка в межтканевой жидкости ЦНС намного меньше, чем в других клетках организма. Выделение ксенобиотиков из организма Экскреция – это удаление (выведение) ксенобиотиков во внешнюю среду. Элиминация – полное выведение токсиканта из организма, включающее биотрансформацию и экскрецию. 1. Почечная экскреция. 2. Кишечная экскреция. 3. Легочная экскреция. 3. Легочная экскреция. 4. Другие способы элиминации: - Молочные железы - Потовые железы - Слюнные железы Классическая токсикокинетика Токсиканты движутся между камерами Камера – ограниченный в пространстве объем жидкости или ткани с одинаковой концентрацией токсиканта во всех точках ее пространства (кровь, лимфа, межтканевая жидкость). Однокамерная токсикокинетическая модель Токсикант сразу (одномоментно) попадает в кровь k a 1 k a k эл C Скорость элиминации. Константа скорости элиминации. Время полуэлиминации α tgα=- k эл С dt dC k эл C 0 - исходная концентрация вещества; C t - концентрация вещества в момент времени t; t - время после введения вещества; k эл - константа скорости процесса элиминации(мин -1 ); t k C C эл t 0 ln e C C t k эл t 0 k k t эл эл 693 0 2 ln 2 / 1 Двухкамерная токсикокинетическая модель Распределение вещества между центральной и периферической камерами 1 k a k эл 2 k 12 k 21 С = Ае -t +Be -βt А и В – коэффициенты пропорциональности и β –константы скорости элиминации первого порядка γ tgγ=-β Объем распределения ( V d ) Постоянная величина, связывающая общее количество ксенобиотика в организме с концентрацией его в плазме крови C AU D V В В d 0 / D В/В –внутренняя доза или известное количество ксенобиотика в организме в начальный момент времени β – константа скорости элиминации AUC ∞ – площадь под токсокинетической кривой AUC ∞ 0 – площадь под токсокинетической кривой β AUC ∞ 0 - концентрация ксенобиотика в плазме крови. л или л/кг Для однокамерной модели: C D V В В d 0 / С 0 – концентрация ксенобиотика в плазме крови в начальный момент времени Клиренс (CL) скорость очищения крови или других сред и тканей организма от ксенобиотика в процессе его химических превращений, перераспределения в организме и/или выведения из организма. Клиренс определяется как условный объем плазмы крови (мл), который полностью освобождается от находящегося в ней ксенобиотика в единицу времени. Клиренс 100 мл/мин означает, что 100 мл крови, содержащий ксенобиотик, полностью очищается от него в течении 1 мин. полностью очищается от него в течении 1 мин. C AU D В В CL 0 / Для однокамерной модели: CL= V d k эл Для двухкамерной модели: CL= V d β CL общ = CL п + CL печ + CL киш + CL лег … t 1/2 = ln2 V d /CL Биодоступность (F) степень абсорбции (всасывания) ксенобиотика в кровь при внесосудистом введении относительно внутреннего введения. F изменяется от 0 до 1 C в в AU D в в Dвн Cвн AU F / / AUC вн и AUC в/в , D вн D В/В – площади под токсокинетической кривой и дозы при внесосудистом и внутривенном поступлении ксенобиотика. Физиологическая токсикокинетика Организм – набор уравнений массопереноса между отдельными органами и тканями. учитывает анатомно-физиологические особенности органов и тканей у различных биологических видов (объем, масса органа, кровоток через органы, связывание с белками, интенсивность и характер метаболизма в органах и т.д.) Камера – специфически-функциональная или анатомическая часть органа, включающая отдельный кровеносный сосуд с окружающей его тканью. Камера в физиологической токсикокинетической модели. Параметры системы для создания физиологических моделей: 1. Анатомические параметры используют для физического описания камер (объем камеры, мл или л); 2. Физиологические параметры включают скорость кровотока, интенсивность газообмена и скорость выведения (мл/мин, л/ч); 3. Термодинамические параметры связывают общую концентрацию ксенобиотика в тканях с концентрацией свободного ксенобиотика; 4. Транспортный параметр включает пассивную диффузию, активный транспорт с использованием переносчиков, облегченную диффузию или комбинацию этих процессов. Камера с перфузионными ограничениями (ограниченным кровотоком) Скорость захвата ксенобиотика тканью ограничена скоростью, с которой кровь, содержащая ксенобиотик, поступает в ткань. Модели с диффузионным контролем Поступление в камеру ограничено проницаемостью клеточной мембраны и общей поверхностью мембраны (модель с ограниченной диффузией) Этапы и основные пути биотрансформации. Факторы, влияющие на метаболизм чужеродных соединений. Метаболиты и токсичность. Представление о вторичном метаболизме. Экскреция чужеродных соединений и их метаболитов. Биотрансформация — метаболическое превращение эндогенных и экзогенных химических веществ в более полярные (гидрофильные) соединения. Фазы биотрансформации Биотрансформация чужеродных соединений в организме. Реакции 1-й фазы Катаболизм Реакции 2-й фазы (Анаболизм) -гидролиз, -восстановление, -окисление. -глюкуронирование, -сульфатирование, -ацетилирование, -метилирование, -конъюгация (соединение) с: а) глутатионом (синтез меркаптуровой кислоты) б) аминокислотами (глицином, таурином и глутаминовой кислотой). Основные пути биотрансформации чужеродных соединений. 1. Окисление: а) микросомальное – алифатичекое или ароматическое гидроксилирование, – эпоксидирование, – N-гидроксилирование, – N, S-окисление, – дезалкилирование, – дезаминирование, – десульфирование; б) немикросомальное – окислительное дезаминирование, – окисление спиртов, альдегидов, – окисление спиртов, альдегидов, – ароматизация алициклических соединений. 2. Восстановление: а) восстановление нитросоединений, азотсоединений микросомальными ферментами; б) микросомальное восстановительное галогенирование; в) немикросоальное восстановление. 3. Гидролиз с участием микросомальных и немикросомальных ферментов. 4. Синтез (реакции коньюгирования): а) образование коньюгатов с глюкуроновой кислотой; б) образование сложных эфиров с серной и фосфорной кислотами; в) метилирование; г) ацетилирование; д) пептидная коньюгация. Биотрансформация ксенобиотиков осуществляется преимущественно в печени Ферменты биотрансформации ксенобиотиков присутствуют в основном в микросомах и в цитозоле и незначительная часть – в митохондриях, ядре и лизосомах Ферментативные реакции 1-й фазы биотрансформации ксенобиотиков 1. Гидролиз при биотрансформации R C X O R C OH O + HX H 2 O, E X = OR ‘ , SR ‘ , Cl, NR ‘ 2 l фаза метаболизма - этап биотрансформации, в ходе которого к молекуле соединения либо присоединяются полярные функциональные группы, либо осуществляется экспрессия таких групп, находящихся в субстрате в скрытой форме карбоксилэстераза, ацетилхолинэстераза псевдохолинэстераза эпоксидная гидролаза параоксаназа амидная связь между аминокислотами в пептидах, рекомбинантных пептидных гормонах, факторах роста, цитокинах, растворимых рецепторов и моноклональных антител. эфиры карбоновых кислот, амидов и тиоэфиров эфиры фосфорной кислоты пептидазы присоединение воды к эпоксидам алкенов и оксидам аренов 2. Восстановление при биотрансформации Некоторые металлы альдегиды, кетоны, дисульфиды, сульфоксиды, хиноны, алкены, азо- и нитросоединеня Коферменты — никотинамидадениндинуклеотид (НАД + /НАДН, НАДФ + /НАДФН) флавинадениндинуклеотид (ФАД/ФАДН 2 ). Восстановление азо- и нитросоединений - цитохром Р450 НАДФН-хинон оксидоредуктазы C 6 H 5 NO 2 C 6 H 5 NH 2 H, E R C 6 H 4 N N C 6 H 4 R1 H, E R C 6 H 4 NH 2 + N H 2 C 6 H 4 R1 реакция ингибируются кислородом Восстановление карбонильных соединений - алкогольдегидрогеназа группа ферментов — карбонильные редуктазы R C O H H, E R CH 2 OH O H, E OH R C O R1 H, E R C R1 OH Восстановление дисульфидов - глутатионредуктаза, глутатион - S-трансфераза неферментативно RS SR H, E RSH 2 Восстановление сульфоксидов - цитохром Р450 и НАДФН R S O R1 H, E R S R1 Восстановление хинонов - +2e, +2H + НАДФН-хиноноксидоредуктаза, флавопротеины цитозоля в отсутствие кислорода O O O H OH +2e, +2H O O O O - e- микросомальная НАДФН-цитохром Р450 редуктазой Дегалогенирование: окислительное дегалогенирование двойное дегалогенирование ХЛОРОФОРМ ФОСГЕН CHCl 3 → ClCOCl +HCl дегидрогалогенирование C X C X C C + X 2 C H C X C C + HX 3. Окисление при биотрансформации Алкогольдегидрогеназа (АДГ) — цитозольный фермент Класс I АДГ-изоферментов (-АДГ, β- АДГ и γ - АДГ) – окисление этанола и других алифатических спиртов небольших размеров. Класс II АДГ (π-АДГ) (в печени) - окисление более крупных алифатических и ароматических спиртов. Класса III АДГ (χ-АДГ) - длинноцепочечные алифатические спирты (начиная от пентанола) и ароматические спирты. Класс IV АДГ (σ- или μ-АДГ) — окислении ретинола. Альдегид-дегидрогеназа (АЛДГ) - окислении альдегидов до карбоновых кислот (кофактор НАД + ). Дигидродиолдегидрогеназа - окисление полициклических ароматических углеводородов. Молибденовые гидроксилазы – альдегидоксидаза и ксантиндегидрогеназа / ксантиноксидаза, сульфитоксидаза - окисляет токсичный сульфит до относительно безопасного сульфата. Ксантиндегидрогеназа (XD) и ксантиноксидаза (ХО) — участвуют в процессах, связанных с оксидативным стрессом, пероксидном окислении липидов. связанных с оксидативным стрессом, пероксидном окислении липидов. Альдегидоксидаза - пероксидное окисление липидов, катаболизм биогенных аминов и катехоламинов. Пероксидаза-зависимое окисление RCH 2 NH 2 RCH NH O H 2 R C O H + NH 3 Моноаминоксидаза - окислительное дезаминировании первичных, вторичных и третичных аминов, включая серотонин. превращение ксенобиотиков в токсичные метаболиты прямой перенос пероксидного кислорода к ксенобиотику Тох → ТохО амины или фенолы окисляются пероксидом водорода в присутствии пероксидаз с образованием свободных радикалов Флавинмонооксигеназа - окисляет нуклеофильный азот, серу и фосфор в молекулах ксенобиотиков Цитохром Р450 катализирует реакции окисления: - гидроксилирование алифатических и ароматических углеводородов; -эпоксидирование двойной связи; -окисление гетероатомов (О-, S-, N-, Si-) -N-гидроксилирование; -деалкилирование гетероатомов (О-, S-, N-, Si-), -окислительный перенос группы; -разрыв сложноэфирной связи; -дегидрирование. RH + O 2 + H + + ROH + O H 2 + НАДФН НАДФ Рисунок. Упрощенная схема превращения субстрата при участии Р-450 Эпоксидирование и гидроксилирование ароматических соединений Эпоксидирование алифатических и алициклических соединений N-окисление. Окисление тиоэфиров. Оксилительное деалкилирование Номенклатура цитохромов ( Номенклатура цитохромов (Cytochrome Cytochrome P450 P450)) classification: CYP 3 A 4 Семейство >40% sequence- homology подсемействои >55% sequence- homology isoenzyme *15 A-B allele J R Oesterheld : Drug-Drug Interactions Humans have 18 families of cytochrome P450 genes and 43 subfamilies: • CYP1 drug metabolism (3 subfamilies, 3 genes, 1 pseudogene) • CYP2 drug and steroid metabolism (13 subfamilies, 16 genes, 16 pseudogenes) • CYP3 drug metabolism (1 subfamily, 4 genes, 2 pseudogenes) • CYP4 arachidonic acid or fatty acid metabolism (5 subfamilies, 11 genes, 10 pseudogenes) • CYP5 Thromboxane A2 synthase (1 subfamily, 1 gene) • CYP7A bile acid biosynthesis 7-alpha hydroxylase of steroid nucleus (1 subfamily member) • CYP7B brain specific form of 7-alpha hydroxylase (1 subfamily member) • CYP8A prostacyclin synthase (1 subfamily member) • CYP8B bile acid biosynthesis (1 subfamily member) • CYP11 steroid biosynthesis (2 subfamilies, 3 genes) • CYP11 steroid biosynthesis (2 subfamilies, 3 genes) • CYP17 steroid biosynthesis (1 subfamily, 1 gene) 17-alpha hydroxylase • CYP19 steroid biosynthesis (1 subfamily, 1 gene) aromatase forms estrogen • CYP20 Unknown function (1 subfamily, 1 gene) • CYP21 steroid biosynthesis (1 subfamily, 1 gene, 1 pseudogene) • CYP24 vitamin D degradation (1 subfamily, 1 gene) • CYP26A retinoic acid hydroxylase important in development (1 subfamily member) • CYP26B probable retinoic acid hydroxylase (1 subfamily member) • CYP26C probabvle retinoic acid hydroxylase (1 subfamily member) • CYP27A bile acid biosynthesis (1 subfamily member) • CYP27B Vitamin D3 1-alpha hydroxylase activates vitamin D3 (1 subfamily member) • CYP27C Unknown function (1 subfamily member) • CYP39 7 alpha hydroxylation of 24 hydroxy cholesterol (1 subfamily member) • CYP46 cholesterol 24-hydroxylase (1 subfamily member) • CYP51 cholesterol biosynthesis (1 subfamily, 1 gene, 3 pseudogenes) lanosterol 14- alpha demethylase Тип конъюгации Эндогенный реактант Трансферазы (локализация) Типы субстратов Глюкуронирова ние UDP глукуроновая кислота UDP-glucuronyl transferase (microsomes). Phenols, alcohols, carboxylic acids, hydroxylamines, Ацетилирование Acetyl-CoA. N-Acetyl transferase (cytosol). Amines. Коньюгация с глутатионом Глутатион (GSH) GSH-S-transferase (cytosol, Epoxides, arene oxides, II фаза детоксикации глутатионом (cytosol, microsomes). arene oxides, nitro groups, hydroxylamines. Конъюгация с глицином Глицин Acyl-CoA glycine transfer-ase (mitochondria). Acyl-CoA derivatives of carboxylic acids. Сульфатирование ФосфоаденозилФос фоСульфат Sulfotransferase (cytosol). Phenols, alcohols, aromatic amines. Метилирование S- Аденозилметионин Transmethylases (cytosol). Catecholamines, phenols, amines, histamine. Ферментативные реакции 2-й фазы биотрансформации Фаза ll метаболизма - этап биологической конъюгации промежуточных продуктов метаболизма с эндогенными молекулами, такими как глутатион, глюкуроновая кислота, сульфат и т.д. Глюкуронирование, сульфатирование, ацетилирование и метилирование протекают с участием высокоэнергетических косубстратов. Конъюгация (соединение) с аминокислотами или глутатионом проходит с участием активированных молекул ксенобиотиков. Большинство ферментов 2-й фазы биотрансформации локализованы в цитозоле. 1. Глюкуронирование O OH OH OH C O O N N H O O P O O O P O O O CH 2 O O O H OH Уридин-5 ‘ -дифосфо--D-глюкуроновая кислота O C O O H O H O H O H O H глюкуроновая кислота Фермент- УДФ-глюкуронозилтрансфераза 2. Сульфатирование N N N N N H 2 O O S O O O P O O O CH 2 O OH - Фермент - сульфотрансфераза O OH PO 3 2 - 3 ‘ -фосфоаденозин-5 ‘ -фосфосульфат NH 2 NHSO 3 H + + ФАФС ФАФ 3. Метилирование N N N N N H 2 O CH 2 OH O H S CH 3 CH 2 CH 2 CH OOC N H 2 - + ROH + SAM ROCH 3 S-аденозилметионин 4. Ацетилирование N N N N N H 2 O CH 2 OH O O PO 3 H P O O O P O O O CH 2 C CH 3 CH 3 CH OH C O N H CH 2 CH 2 C O N H CH 2 CH 2 S C O CH 3 - Ацетил коэнзим А КоА RNH 2 + RNH + АЦКоА -АЦ 5. Конъюгация с аминокислотами N H 2 CH 2 COO - N H 2 CH 2 CH 2 SO 3 - OOC CH N H 2 CH 2 CH 2 C NH 2 O - глицин таурин глутамин 6. Конъюгация с глутатионом COO CH NH 2 CH 2 CH 2 C O NH CH CH 2 SH C O NH CH 2 COO - - глутатион BrCH 2 CH 2 Br + GSH GST BrCH 2 CH 2 SG -Br GS CH 2 CH 2 + Факторы, влияющие на метаболизм чужеродных соединений. 1. Генетические факторы и внутривидовые различия (возможны генетические дефекты ферментов, их изучением занимается фармакогенетика). 2. Физиологические: -возраст и развитие ферментных систем; -половые различия; -гормональный фон; -беременность; -беременность; -питание; -патологические состояния, заболевания; -длительное применение лекарств. 3. Факторы окружающей среды: -стресс; -ионизирующая радиация; -стимулирование метаболизма чужеродными соединениями; -ингибирование метаболизма чужеродными соединениями. Вторичный метаболизм - посмертные метаболические процессы Metabolism of acetaminophen (Ac) to hepatotoxic metabolites. (GSH = glutathione; GS = glutathione moiety; Ac* = reactive intermediate.) Ac-glucuronide Ac Ac-sulfate Cytochrome P-450 Reactive electrophilic compound (Ac*) (Ac*) GSH Cell macromolecules (protein) GS-Ac* Ac* -protein Ac-mercapturate Hepatic cell death Иринотекан — цитотоксический препарат из группы камптотецинов. Является ингибитором топоизомеразы I Вторая линия химиотерапии при: раке яичников; мелкоклеточном раке легкого. P-гликопротеин или белок множественной лекарственной устойчивости 1, (MDR1; CD243) — мембранный белок , гликопротеин из семейства ABC- переносчиков . Обеспечивает перенос многих веществ, таких как липиды, стероиды, пептиды, билирубин и др., через мембрану клетки. Продукт через мембрану клетки. Продукт гена ABCB1 ( англ. ATP-binding cassette sub-family B member 1). Установлено, что важнейшей причиной множественной лекарственной устойчивости является пониженное накопление цитостатиков в клетке, обусловленное активным выведением веществ в межклеточную среду. Этот транспорт осуществляется Р-гликопротеином, белком плазматической мембраны, за счет энергии гидролиза АТФ. У человека ген MDR1 (от multidrug resistance 1) локализован в VII хромосоме . Ген, предположительно, сформироваван в эволюции как результат внутренней дупликации примордиальной нуклеотидной последовательности. Отравление алкоголем • Занимает ведущее место по числу летальных исходов в России – более 60% всех смертельных отравлений • около 98% летальных исходов – до • около 98% летальных исходов – до оказания медпомощи на догоспитальном этапе • Летальность в стационарах – 1-2% Общие токсические сведения • Этиловый спирт ( этанол)- бесцветная жидкость,смешивается с водой в любых количествах,t кип.– 78,4 град. С • В токсикокинетике- 2 фазы: резорбции и элиминации элиминации • Всасывание в желудке- 20%, в тонкой кишке – 80% • Максимальная концентрация - через 1,5 часа • 90 % этанола в печени подвергается окислению с участием алкогольдегидрогеназы по схеме: этанол – ацетальдегид – уксусная кислота - углекислый газ и вода • 1 -2 % этанола окисляется до ацетальдегида ферментом каталазой ацетальдегида ферментом каталазой ,которая находится во всех тканях ( мышцы и пр.) • 10% алкоголя выделяется в неизменном виде через легкие и почки в течение 7 – 12 часов Патогенез токсического действия этанола • Оказывает психотропное действие, связанное с наркотическим влиянием на ЦНС на ЦНС • При тяжелом отравлении – ослабление процессов возбуждения за счет нарушения метаболизма мозговой клетки • Развитие метаболического ацидоза • Смертельная доза этанола при однократном приеме 4 – 12 грамм на 1 кг массы тела ( в среднем – 300 мл 96 % этанола при отсутствии толерантности) • концентрации этанола в крови и моче: 0,3- 1,5 %о – легкая степень опьянения 1,5 до 2,5%о – средняя степень 2,5 до 3 2,5%о – средняя степень 2,5 до 3 %о и более – тяжелая степень • Алкогольная кома - 3 %о и более • Смертельная концентрация - 5 -6 %о • Толерантность зависит от возраста, наличия вредных привычек , расы Клиника алкогольного отравления • Токсигенная стадия : кома поверхностная и глубокая, неврологические расстройства, нарушение внешнего дыхания, нарушение сердечно- сосудистой системы сосудистой системы • Соматогенная стадия : психоневрологические расстройства воспаление органов дыхания, миоренальный синдром, абстинентный синдром Дифференциальная диагоностика • ЧМТ, ОНМК • Отравление ложными суррогатами алкоголя (ХУ, метанол, алкоголя (ХУ, метанол, этиленгликоль) • Отравления снотворными и наркотиками • Гипогликемическая кома Лечение отравлений алкоголем тяжелой степени • Своевременная медицинская помощь на догоспитальном этапе • Интенсивная терапия с госпитализацией в стационар • Оказание помощи – с восстановления проходимости дыхательных путей, для снижения гиперсаливации и бонхореи – атропин • При нарушении дыхания - ИВЛ с предварительной интубаций • При нарушении дыхания - ИВЛ с предварительной интубаций трахеи • Промывание желудка • при гемодинамических нарушениях – противошоковая терапия • Для ускорения окисления этанола - внутривенно р- р глюкозы, витамин В1, В6, аскорбиновую кислоту Острые отравления алкоголем у детей • Составляют 11 – 12% • Клиника характеризуется общими токсическими симптомами с вовлечением ССС, ЦНС и ВНС • Особенно страдает ССС: тахикардия, снижение АД, метаболические изменения в миокарде метаболические изменения в миокарде • Компенсированный метаболический ацидоз • Клинические симптомы отравления – при небольших количествах этанола в крови : средней тяжести – 0,9 – 1,9%о, тяжелое - 1,6 – 5,%о Суррогаты алкоголя • Препараты на основе этилового спирта и содержащие различные примеси ( гидролизный спирт из древесины, денатурат, парфум, клей БФ идр.) • Препараты, не содержащие этиловый спирт - другие одноатомные или многоатомные спирты ( ложные суррогаты) : ХУ, метанол, этиленгликоль Case 1 • Biff says he drank “2 beers” • His serum ethanol = 0.28 gm/dL • Possible Questions: • Possible Questions: – How big is Biff? – How big are his beers? – How honest is Biff about his beers? “2 beers” = ? EtOH • Assume: – Pint-sized: 500 mL each – 6.8% EtOH v/v – EtOH 0.7 g/mL – EtOH 0.7 g/mL Calculation: 1000mL x 6.8mL EtOH/100mL beer x 0.7 g/mL = 47.6 g EtOH Absorption “First-pass effect” • Removal of drug after ingestion, by: – Enzymes in the gut wall – Uptake by the liver – Vomiting, AC, WBI, etc – Vomiting, AC, WBI, etc • Ethanol: first-pass removal 6-7% Biff’s absorbed dose: down to 44.5 g (47.6 x 93.5% = 44.5) EtOH FP effect modified by: • Gastric emptying time – Food – Medications (eg, Reglan, ranitidine) • Gender • Gender • Age Most rapid and complete EtOH absorption: • older • female • empty stomach • on metoclopramide Most rapid and complete EtOH absorption: • older • female • empty stomach • on metoclopramide ОПИАТЫ Опиаты и опиоиды • Опиаты — наркотические алкалоиды опиума. Существуют и опиоиды — группа препаратов, оказывающих на организм человека эффект, похожий на действие опия, тоже являющиеся агонистами опиатных рецепторов. Часто опиатами называют алкалоиды мака и его производные, а опиоидами — их синтетические и полусинтетические производные и аналоги. К опиатам относятся • Естественные алкалоиды опиума (например морфин, кодеин, тебаин, наркотин), • Полусинтетические производные (такие • Полусинтетические производные (такие как героин (диацетилморфин, дигидрокодеин, дезоморфин). Опиоиды Важнейшее положение Возможные вопросы Результаты токсикокинетики должны объяснять токсикодинамические результаты • Количество наркотического вещества принятого человеком • Состав наркотической смеси • Насколько объективен клинический анамнез пациента Возможные вопросы Опиоиды |
1
↔ж
2
]
[
]
[
log
а
ваннаяфори
неионизиро
ннаяформа
ионизирова
pK
pH
a
]
[
]
[
log
ннаяфориа
ионизирова
а
ваннаяформ
неионизиро
pK
pH
a
для кислот:
для оснований:
НА ↔ Н
+
+ А
-
ВН
+
↔ В + Н
+
рК
а
=14 - рK
b
]
[
]
[
log
HA
A
pK
pH
a
a
pK
pH
HA
A
10
]
[
]
[
при рН= рК
а
[A
-
] = [HA].
]
[
]
[
log
BH
B
pK
pH
a
a
pK
pH
BH
B
10
]
[
]
[
рН= рК
а
[ВН
+
] = [В].
1 10 1
pH
a
pK
1 10 1
a
pK
pH
моча ( рН 4,8-7,4), плазма крови (рН 7,35-7,45) желудочный сок (рН 1,5-1,8).
0
и рН
среды на токсичность ксенобиотика. Диаграммы рН-потенциал для биосред и токсикантов.