5.Транстпорт и распределение лекарственных веществ в организме и факторы, на них влияющие. Депонирование лекарственных средств. Биологические барьеры и их проницаемость для лекарственных средств

После всасывания в кровь или непосредственного введения в кровоток лекарственные средства распределяются в водной фазе организма, включающей кровь, внеклеточную и внутриклеточную воду (70 % массы тела). У детей в связи с большим, чем у взрослых, содержанием воды в организме, возрастает объем распределения сердечного гликозида дигоксина, холиноблокатора атропина, антибиотиков-аминогликозидов. Эти препараты назначают в дозе, увеличенной на 1 кг массы по сравнению с дозой у взрослых. В пожилом возрасте количество воды снижается на 10 — 15 %. При патологическом обезвоживании объем распределения лекарственных средств уменьшается с ростом их концентрации и усилением фармакологических эффектов.

При внутривенном вливании наибольшая концентрация лекарственных средств вначале создается в органах с обильным кровоснабжением — головном мозге, сердце, печени, почках, легких, эндокринных железах, получающих 2/3 минутного объема крови. Спустя 6 — 10 мин лекарства перераспределяются в органы с меньшим кровоснабжением — скелетные мышцы и жировую ткань. При введении внутрь, в мышцы и под кожу, всасывание и распределение происходят параллельно.

Кровь и хорошо перфузируемые органы относят к центральной камере; мышцы, кожу и жировые депо — к периферической камере. Понятие камеры условно, так как за ним не стоят анатомические образования, это фармакокинетическая модель.

Истинный объем распределения — объем жидких сред организма, в которых растворено лекарственное средство. Очевидный объем распределения - это объем жидких сред организма, в которых могла бы распределиться вся введенная доза, чтобы создать концентрацию, равную концентрации в плазме крови. Объем распределения зависит от физико-химических свойств лекарственных средств (молекулярная масса, растворимость в воде и липидах, степень диссоциации), возраста, пола больного, массы жировых депо, функционального состояния печени, почек и сердечно-сосудистой системы.

ГИСТОГЕМАТИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ

1.Капиллярная стенка

Капилляры легко проницаемы для лекарственных средств. Липидорастворимые препараты диффундируют через эндотелий и базальную мембрану, водорастворимые — через цементирующее вещество (гиалуроновая кислота) или широкие поры, занимающие 0,2 % поверхности капиллярной стенки. Транспорт по капиллярным порам возможен для соединений с молекулярной массой, не больше массы инсулина (5 — 6 кДа). При лучевой болезни и воспалении активируется гиалуронидаза, что увеличивает проницаемость капилляров.

2.Гематоэнцефалический и гематоофтальмический барьеры

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) состоит из двухмембранного слоя эндотелиоцитов, базальной мембраны (волокна, перициты) и астроцитарной муфты. Капилляры образуют межэндотелиальную связь без пор и фенестров. Прочность межэндотелиальных контактов поддерживается высокомолекулярными белками — кадгеринами. Эндотелий капилляров мозга не способен к пиноцитозу.

Перициты как аналоги гладких мышц поддерживают тонус базальной мембраны и выполняют сократительную функцию. Аминопептидаза этих клеток расщепляет нейромедиаторы пептидной структуры. Перициты, синтезируя фактор роста, стимулируют регенерацию эндотелия.

Астроцитарная муфта образована отростками астроцитов и покрывает 85 — 90 % поверхности ГЭБ. Пресинаптическая мембрана астроцитов контактирует с эндотелием и базальной мембраной. Астроциты обладают многофункциональностью. Они регулируют обмен нейромедиаторов и иммунный ответ мозга, участвуют в синтезе миелина, активном транспорте ионов. В астроцитах продуцируется растворимый пептидный фактор, необходимый для формирования плотных контактов эндотелия.

Такое строение ГЭБ характерно для всех отделов головного мозга, кроме гипоталамо-гипофизарной области, где базальная мембрана имеет перикапиллярные пространства, а сам барьер обильно фенестрирован.

Через ГЭБ проникают не связанные с белками молекулы размером менее 10 — 15 нм. Типы транспорта — простая диффузия липофильных веществ, облегченная диффузия глюкозы, аминокислот, ионов кальция, магния, йода, активная диффузия.

Осмотически активные средства (маннит), повреждая ГЭБ, усиливают отек мозга и способствуют поступлению в него эндогенных токсических веществ (билирубин).

Удаление лекарственных средств из мозга происходит при участии сосудистого сплетения желудочков по типу секреции веществ в почечных канальцах или с током спинномозговой жидкости через ворсинки паутинной оболочки. Гематоофтальмический барьер находится между кровью капилляров и внутриглазной жидкостью в камерах глаза. В среды глаза хорошо проникают липидорастворимые препараты.

3.Плацентарный барьер разделяет кровообращение матери и плода. Проникновение через этот барьер зависит от физико-химических свойств лекарственных средств, их концентрации в крови, морфофункционального состояния плаценты в разные сроки беременности, плацентарного кровотока. К плоду поступают не связанные с белками, липидорастворимые лекарственные средства с молекулярной массой менее 1 кДа, не проникают четвертичные азотистые соединения и высокомолекулярные вещества (плазмозаменители, гепарин, инсулин). Типы транспорта через плаценту — простая диффузия, активный перенос и пиноцитоз. Особенности кровообращения плода увеличивают опасность повреждающего действия лекарственных средств. После прохождения через плаценту лекарства попадают в пупочную вену, затем 60 — 80 % крови направляется в печень через воротную вену, а остальные 20 — 40 % пуповинного кровотока через шунт поступают в нижнюю полую вену и системный кровоток без детоксикации в печени. Многие ЛС противопоказаны при беременности. ЛС употребляют 90% беременных женщин, что обусловливает 1 % врожденной патологии. С точки зрения потенциальной опасности лекарственного воздействия на эмбрион и плод выделяют 5 критических периодов: предшествующий зачатию; с момента зачатия до 11 дня; с 11 дня до 3 нед.; с 4 по 9 нед.; с 9 нед. до родов. ДЕПОНИРОВАНИЕ ЛС ЛС трансп-ся к циторецепторам и органам элиминации в форме депо с белками крови. Слабые к-ты связываются с альбуминами, слабые основания — с кислыми α₁-гликопротеинами и липопротеинами. Адсорбция на белках обратима и происходит по принципу комплементарности при участии вандерваальсовых, водородных, ионных, дипольных сил взаимодействия, алкилирование белков наблюдается редко. Как известно, катионы аминов образуют с анионами карбоновых кислот в молекулах белков ионные и водородные связи, которые дополнительно стабилизируются вандерваальсовыми связями. При взаимодействии лекарственных средств с ароматическими группами белков гидрофобные связи дополняются комплексонообразованием с переносом заряда. Р-я с белками крови превращает водорастворимые ЛС в липофильные. Связанная с белками фракция, не оказывая фармакологического действия, возмещает удаленные из циркуляции молекулы активной свободной фракции. Период полуэлиминации комплекса ЛС с белками крови составляет всего 20 мс. При высокой степени связывании с белками действие лекарственных средств замедляется. ЛС с выраженным аффинитетом к тканевым белкам имеют концентрацию в крови ниже, чем в органах. Связь с белками замедляет гломерулярную фильтрацию лекарственных средств, но мало влияет на их секрецию в почечных канальцах и биотрансформацию. ЛС могут конкурировать за связь с белками между собой и с естественными метаболитами организма. При высокой концентрации лекарственных средств наступает насыщение мест связывания на белках крови. Белковая связь играет роль в возникновении аллергических реакций. Лекарственные средства адсорбируются также на эритроцитах (местные анестетики, викасол, нитрофураны) и тромбоцитах (серотонин). Связывание лекарственных средств с белками крови зависит от многих факторов. В детском возрасте этот процесс происходит в меньшей степени, чем у взрослых (для лидокаина, анаприлина, дифенина, сибазона, теофиллина, ампициллина), так как у детей уменьшен синтез альбуминов и кислых α₁-гликопротеинов в печени, белки имеют качественно другую последовательность аминокислот, перегружены продуктами метаболизма (билирубин, жирные кислоты, стероиды). В крови пожилых людей возрастает количество α₁-гликопротеинов, на 10 — 20% сниж-ся содержание альбуминов. В связи с этим умен-ся доля свободной фракции противоаритмических ср-в лидокаина и дизопирамида, вдвое повышается концентрация свободного напроксена. Им-ся сообщения о зав-ти от пола в связывании с белками антидепрессанта имипрамина, транквилизатора сибазона, антикоагулянта варфарина. У женщин связь лекарственных средств с белками модифицируют эстрогены. Липидорастворимые ЛС депонируются в жировой ткани, н-р, наркозный пре-т тиопентал-натрий после инъекции в вену быстро поступает в головной мозг и вызывает наркоз, но уже спустя 20 — 25 мин его основное кол-во оказ-ся в скелетных мышцах, а затем в жировых депо. Из депо тиопентал медленно вновь поступает в кровь и головной мозг, поэтому в посленаркозном периоде возникают депрессия и сонливость.

6.Биотрансформация лекарственных средств: биологическое значение, ферменты и типы реакций. Изменение биотрансформации лекарственных средств в зависимости от возраста, пола, индивидуальных особенностей организма (энзимопатиях)

Биотрансформация - метаболические превращения ЛС. В бол-ве р-ций обр-ся метаболиты, более полярные, чем исходные ЛС. Полярные метаболиты хуже растворяются в липидах, но обладают высокой растворимостью в воде, меньше подвергаются энтерогепатической циркуляции (выведение с желчью в кишечник и повторное всасывание в кровь) и реабсорбции в почечных канальцах.

Эндобиотики подвергаются превращениям под влиянием специфических ферментов, осуществляющих метаболизм их эндогенных аналогов. Ксенобиотики используют для метаболизма ферменты с малой субстратной специфичностью, например, окисляются при участии цитохрома Р-450.

Биотрансформация ксенобиотиков происходит в печени (90 — 95 %), слизистой оболочке тонкого кишечника, почках, легких, коже, крови. Наиболее изучены процессы биотрансформации на мембранах гладкого эндоплазматического ретикулума (ЭПР) печени. Опыты показали, что при гомогенизации и ультрацентрифугировании клеток канальцы ЭПР разрываются и превращаются в функционально активные фрагменты — микросомы. Реакции биотрансформации протекают также в ядре, цитозоле, митохондриях, на плазматической мембране. Процессы биотрансформации разделяют на две фазы. В р-ях 1фазы — метаболической трансформации — молекулы лекарственных средств подвергаются окислению, восстановлению или гидролизу. Большинство лекарственных средств преобразуется в неактивные метаболиты, но также могут появляться активные и токсические производные. В редких случаях изменяется характер фармакологической активности (антидепрессант ипрониазид превращается в противотуберкулезное средство изониазид). Во второй фазе — реакциях конъюгации — лекарственные средства присоединяют ковалентной связью полярные фрагменты с образованием неактивных продуктов. Для реакций конъюгации необходима энергия. 1.Окисление В ЭПР функционируют НАДФ•Н- и НАД•Н-зависимые дыхательные цепи. В НАДФ•Н-зависимой системе терминальным переносчиком электронов является цитохром Р-450 — мембраносвязанный липофильный фермент группы многоцелевых монооксигеназ¹, гемопротеин, состоящий из белка и системы порфирина с трехвалентным железом. буква Р в названии происходит от слова пигмент, число 450 означает, что восстановленный, связанный с окисью углерода цитохром максимально поглощает свет с длиной волны 450 нм. Цитохром Р-450 глубоко погружен в липидный бислой мембраны ЭПР и функционирует совместно с НАДФ•Н-зависимой цитохром Р-450-редуктазой (коферменты — флавинадениндинуклеотид и флавинаденин-мононуклеотид). Соотношение количества молекул цитохрома Р-450 и редуктазы составляет 10:1. Активный центр этих ферментов ориентирован на цитоплазматическую поверхность ЭПР. Цикл окисления лекарственных средств при участии цитохрома Р-450 состоит из следующих реакций: окисленный цитохром Р-450 присоединяет лекарственное средство; бинарный комплекс цитохром — лекарство восстанавливается цитохром Р-450-редуктазой, используя электрон НАДФ•Н; восстановленный комплекс цитохром Р-450 — лекарство связывается с молекулярным (триплетным) кислородом; происходит активация кислорода электроном НАДФ•Н (триплетный кислород становится синглетным); на финальном этапе один атом кислорода включается в молекулу окисляемого лекарственного средства, второй — включается в молекулу воды; цитохром Р-450 регенерирует в исходную окисленную форму. Реакция окисления ксенобиотиков при участии цитохрома Р-450 расщепляется с образованием свободных радикалов кислорода и токсических промежуточных продуктов (эпоксиды, N-, S-окиси, альдегиды). Свободные радикалы и активные интермедиаты, инициируя перекисное окисление мембранных липидов, вызывают некроз клеток, появление неоантигенов, тератогенный, эмбриотоксический эффекты, мутации, канцерогенез и ускорение старения. По этой причине не существует абсолютно безвредных ксенобиотиков. Токсические продукты биотрансформации обезвреживаются конъюгацией с восстановленным глутатионом и ковалентным связыванием с альбуминами. Повреждение молекулы альбумина не опасно для организма, так как этот белок синтезируется в печени со скоростью 10 — 16г в сут. и присутствует в высоких концентрациях в ЭПР. Ксенобиотики в процессе окисления могут разрушать цитохром Р-450. Такие вещества получили название «суицидные субстраты». Свойствами «суицидных субстратов» обладают четыреххлористый углерод, фторотан, парацетамол, преобразуемые цитохромом Р-450 в свободные радикалы. Их эффект можно рассматривать не только как токсический, но и как защитный — элиминируются молекулы цитохрома Р-450, генерирующие реакционноспособные метаболиты.

2.Восстановление Реакции восстановления характерны для альдегидов, кетонов и карбоновых кислот. В ряде случаев восстановление и окисление катализируются одним и тем же ферментом и являются обратимыми. Восстанавливаются окисленные метаболиты лекарственных средств — кетоны и карбоновые кислоты (фенамин превращается в фенилизопропанол через стадию фенилацетона).

Ароматические соединения, содержащие нитрогруппу, подвергаются в анаэробных условиях нитроредукции. Промежуточные продукты этой реакции — нитрозо- и гидроксиламиносоединения. В печени функционируют микросомальная и цитоплазматическая нитроредуктазы, в кишечнике — бактериальная нитроредуктаза.

Лекарственные средства с азогруппой восстанавливаются в первичные амины в микросомах печени и кишечной микрофлорой.

3.Гидролиз Гидролиз необходим для биотрансформации лекарственных средств, имеющих строение сложных эфиров и замещенных амидов. Происходит в цитозоле и ЭПР эпителия кишечника и гепатоцитов, а также в крови при участии эстераз и амидаз. При гидролизе молекулы лекарственных средств распадаются на фрагменты, один из которых — кислотный или спиртовый — может проявлять фармакологическую активность. В медицине используют пролекарства, активируемые гидролазами организма, например, левомицетина стеарат, не обладающий горьким вкусом левомицетина, в кишечнике освобождает активный антибиотик.

4.Конъюгация Наибольшее значение имеет глюкуронирование — присоединение активированной уридиндифосфатом (УДФ) глюкуроновой кислоты к алифатическим, ароматическим спиртам, карбоновым кислотам, веществам с аминогруппой и сульфгидрильной группой. Глюкуронирование катализирует УДФ-глюкуронилтрансфераза. Этот фермент функционирует в ЭПР и цитозоле клеток печени, почек, кишечника, кожи. Семейство глюкуронилтрансфераз включает более 20 изоферментов.

Сульфатирование представляет собой перенос неорганического сульфата от 3'-фосфоаденозил-5'-фосфосульфата на гидроксил алифатических спиртов и фенолов при участии фермента цитозоля — сульфотрансферазы. Некоторые лекарственные средства в малых дозах образуют сульфоконъюгаты, в больших дозах — глюкурониды. При ацетилировании уксусная кислота ацетилкоэнзима А присоединяется к аминам, гидразинам, сульфаниламидам. Реакция катализируется ацетилтрансферазой цитозоля клеток. Ацетилированные метаболиты плохо растворяются в воде и элиминируются медленно. Метилирование — перенос метила от S-аденозилметионина на лекарственное средство под влиянием метилтрансферазы. Это единственная реакция, которая не сопровождается образованием полярных метаболитов.

Индивидуальные особенности биотрансформации Особенностью человека является относительно раннее появление в онтогенезе ферментных систем, обеспечивающих метаболизм лекарственных средств. Система ферментов печени начинает функционировать в гестационном периоде (6 — 8-я нед. развития). Биотрансформацию осуществляет также плацента. К моменту рождения в печени могут окисляться многие химические соединения. Однако активность ферментов биотрансформации у новорожденных составляет только 20 — 80% активности у взрослых. У новорожденных отмечаются качественные отличия в характере биотрансформации. Ф-ет атипичный изофермент цитохрома Р-450 ЗА7, преобладают реакции метилирования (теофиллин превращается в кофеин). В пожилом возрасте метаболическая трансформация ЛС (анаприлин, транквилизаторы, антидепрессанты) замедляется вследствие снижения на 18 — 25 % массы паренхимы печени, перестройки ее стр-ры, накопления в гепатоцитах липофусцина, ухудшения печеночного кровотока, уменьшения активности цитохрома Р-450. Р-ции глюкуронивания обычно не нарушаются. Возможно качественное изменение р-ций биотрансформации у пожилых людей. Известно, что у лиц молодого возраста преобладает ацетилирование изониазида, а у пожилых людей — окисление. У женщин выше, чем у мужчин, активность цитохрома Р-450 ЗА4 печени, поэтому значительно быстрее происходит элиминация субстратов этого изофермента — эритромицина, верапамила и мидазолама. Эстрогены ингибируют активность цитохромов Р-450 1А2 и 2D6, что замедляет инактивацию нейролептика клозапина и антидепрессанта нортриптилина. В печени женщин медленнее протекает конъюгация салициловой кислоты с глицином. При беременности биотрансформация ряда лекарственных средств (дифенин, гидрокортизон) замедляется, так как гормоны прогестерон и прегнандиол ингибируют цитохром Р-450 и глюкуронилтрансферазу. При голодании окисление лекарственных средств тормозится, так как возникает дефицит цитохрома Р-450 и микросомальных белков, изменяется структура ЭПР печени. Напротив, реакции глюкуронирования при безбелковой диете усиливаются. Недостаток в пищевом рационе липотропных веществ — метионина, холина, цианокобаламина сопровождается угнетением биотрансформации из-за ожирения печени. Ненасыщенные жирные кислоты, витамины А, В₁, С и E стимулируют биотрансформацию. Углеводы повышают глюкуронирование, серосодержащие аминокислоты — сульфатирование. Существенное нарушение биотрансформации возникает при патологии печени. У больных гепатитом и циррозом уменьшается активность цитохрома Р-450 и систем конъюгации, ухудшается белковосинтетическая функция печени, формируются портокавальные анастомозы (между воротной и нижней полой венами). Возможны индивидуальные колебания скорости биотрансформации, обусловленные генетическими различиями активности ферментов.

Биотрансформация и эффекты лекарственных средств при энзимопатиях Различают явные и скрытые энзимопатии. При явных энзимопатиях наблюдаются как изменения фармакокинетики и фармакодинамики, так и нарушения биохимических процессов в организме вне приема лекарственных средств. При скрытых энзимопатиях нарушения возникают только в результате приема лекарственных средств.

Атипичную реакцию на лекарственные средства, примененные в терапевтических дозах, называют идиосинкразией. К явным наследственным дефектам относится недостаточность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа катализирует пентозофосфатный шунт, имеющий большое значение для нормальной функции эритроцитов. В этом цикле образуется НАДФ۰Н, участвующий в восстановлении глутатиона (фактор антиперекисной защиты) и метгемоглобина.

При недостаточности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы прием лекарственных средств со свойствами сильных окислителей, транспортируемых эритроцитами, ведет к развитию массивного гемолиза и гемолитического криза. В число опасных препаратов входят некоторые местные анестетики, кислота ацетилсалициловая, парацетамол, нитрофураны, сульфаниламиды, противомалярийные средства хинин, хлорохин и примахин, левомицетин, метиленовый синий, синтетический витамин К (викасол).

При недостаточности каталазы нарушается нейтрализация перекисей. Эта явная энзимопатия проявляется рецидивирующими изъязвлениями и атрофией десен, гангреной ротовой полости и носоглотки, выпадением зубов. Скрытой энзимопатией является дефект псевдохолинэстеразы крови. Этот фермент представляет собой гликопротеин и катализирует гидролиз сложных эфиров (миорелаксант дитилин, местные анестетики кокаин, новокаин, дикаин, анестезин). Атипичная псевдохолинэстераза медленно гидролизует дитилин, поэтому паралич дыхательной мускулатуры и остановка дыхания при действии этого миорелаксанта пролонгируются с 6 — 8 мин до 2 — 3 ч. Атипичная псевдохолинэстераза выявляется во время хирургических операций с применением дитилина.